高爐熱風爐智能燃燒控制系統開發與應用

吳劍雯 周文華 周本勝

摘 要：熱風爐操作的智能燃燒系統計算機控制具有提高風溫，節約煤氣，熱風爐壽命長、減排低碳環保和操作穩定等優點。工業試驗表明：通常情況下，采用智能控制燃燒系統可提高風溫10℃以上，節約煤氣2.6-5.0%。

關鍵詞：燃燒控制；自動化；熱風爐

引言

鋼鐵工業是國家最重要的材料和基礎工業，擔負著國民經濟高速發展和國防安全所需鋼鐵材料的生產重任。隨著當前鐵礦石和焦炭價格的飆升，煉鐵原燃料消耗所占煉鐵制造成本大幅度地增長，高爐熱風溫度和噴煤工序的降耗作用愈加突顯。提高熱風溫度和節約煤氣資源實現循環經濟不再是工藝技術的“細節”問題，已轉化成為提升鋼鐵企業核心競爭力的主角。為了應對煉鐵工序高成本的壓力和進一步研究探討未來我國煉鐵工作的發展方向，全國煉鐵企業關注節能減排新工藝、新技術，并實際應用于降低成本、降低工序能耗和環境友好，實現我國煉鐵生產可持續發展。

丹東屹欣高爐熱風爐智能控制燃燒系統目的在于實現鋼廠煉鐵高爐熱風爐提高風溫、縮短燒爐有效時間，平穩燒爐過程溫度的高低波動、節約燃氣、減少殘氧排放量以實現低碳生產、延長熱風爐的使用壽命、減輕操作人員勞動強度等功能及指標。旨在對現有鋼廠的高爐熱風爐燃燒系統進行控制技術優化并提升企業設備的技術功能和操作穩定等優點，已成為降低成本和增加經濟效益的深受歡迎的項目之一。該技術已成功的運用在國內諸多鋼鐵企業中。

1 高爐熱風爐智能控制燃燒系統技術開發與特點

高爐熱風爐智能控制燃燒系統技術是改造現有高爐熱風爐的燒爐方式，采用外加一套智能控制燃燒系統來實現燒爐過程的自動化。從而達到提高風溫、節約煤氣以及自動燒爐的目的。

1.1 系統設計及技術方法

高爐熱風爐智能控制燃燒系統包括測量單元、調節單元和執行單元三個部分。測量單元和執行單元即為現場儀表和模擬量輸出調節控制的現場執行器。調節單元指本系統的優化調節，將神經網絡、模糊技術和遺傳算法三大信息科技有機的集合起來。本系統硬件的高可靠性和軟件的靈活性相結合，再在分析上控制對象的基礎上采用智能協調解耦控制方案實現了模糊規則的在線修改和隸屬函數的自動更新，使模糊控制具有自學習和適應能力，在控制上保證了系統穩定的工作在工藝要求范圍內。

1.2 系統技術特點

1.2.1 實現熱風爐燃燒過程的自動控制，實現分階段自動調節熱風爐燃燒的空燃比，使熱風爐燃燒的煤氣流量和空氣流量均盡量處于最佳配比狀態，整個燃燒過程自動完成。

1.2.2 能夠根據外網煤氣壓力波動自動轉換控制方案。

1.2.3 可使熱風爐無論在快速加熱期還是在保溫期都能保證大部分時間處于最佳配比狀態，穩定拱頂溫度，延長熱風爐的使用壽命。

1.2.4 可協助熱風爐所提供給高爐的熱風溫度達到高爐生產的要求，提高高爐產量，減少原材料浪費，增加經濟效益。

1.2.5 可節約高爐煤氣的消耗量，降低煉鐵工序的能耗，提高企業的經濟效益和社會效益。

1.2.6 能大大地降低對熱風爐操作工人燒爐的技術要求，減輕其勞動強度。

2 工業試驗結果及經濟效益分析

2.1 項目應用及其效果

到目前為止，以應用于大小高爐熱風爐130余座，軋鋼加熱爐數座。凡采用智能控制燃燒系統的鋼鐵廠高爐熱風爐在提高風溫、節約煤氣方面效果十分顯著，達到預期目標。

2.2 經濟效益分析

在維持原有生產規模、產值不變的情況下，即日產量不變的基礎上，采用智能控制燃燒系統比原有手動調控燒爐的生產方式，可達到提高風溫，節約煤氣，熱風爐壽命長、減排低碳環保和操作穩定等優點。經濟效益和社會效益顯著。

2.2.1 計算依據

某高爐為1360m3高爐，三座熱風爐。項目實施后，由于燒爐采用智能控制燃燒，能在現有燃燒條件基礎上，將平均風溫提高10℃。按提高100℃風溫噸鐵節約焦炭15kg/t，則提高10℃風溫噸鐵可降低焦比1.5kg/t，按照每噸焦炭平均價格1500元/t、日生產鐵3500t/d、全年工作355d計算。

熱風爐每小時煤氣使用量約為12萬m3，如果采用自動燒爐的方式生產，煤氣節約量約為2～5%，取下限值2%，即小時節約量為2400m3。按日兩座爐燃燒時間22h，按1m3煤氣0.09元計算。

2.2.2 經濟效益計算

（1）降低焦比：該高爐每年節焦可產生的經濟效益為：

1.5×3500×1500÷1000×355=279.56萬元

（2）節約煤氣：此項目投產后一年可以節省的煤氣量為2.0%，即2400Nm3/h。每年可節省煤氣的經濟效益：

2400×22×355×0.09=168.70萬元

即年總收益：448.25萬元。

2.2.3 社會效益

熱風爐為全天候24小時工作制，因此熱風爐操作工需長時間面對操作站的顯示屏，而操作最頻繁的就是熱風爐的燃燒過程控制。采用智能控制燃燒系統降低工人勞動強度、提高生產一致性，實現低碳清潔生產。熱風爐燒爐的基本是“三勤一快”，其中最需要操作工“勤調節”。但是，即使是非常勤勞而且經驗豐富的操作工在長時間面對電腦的情況下也會疲勞，那么就有可能影響燒爐的效果。而經驗不足的操作工更是有可能因為判斷失誤或者其他因素影響而導致燒爐效果不理想。而自動燒爐系統的投入則可以大大降低操作工的勞動強度，提高生產效率，而且對新人學習燒爐可以起指導作用。自動燒爐系統投入使用后，工人可以減少調節的操作，而將精力集中到對燃燒過程的監控中。

同時，由于可以節約煤氣的使用量，自然就減少了煤氣的浪費，則污染性廢氣排放量也隨之減少，這與環保節能生產目標也相吻合，有利于實現低碳清潔生產。

3 結束語

（1）智能控制燃燒就是利用機械、電氣、計算機等組合的自動控制系統，保證熱風爐在燃燒的過程中達到空氣、煤氣配合比時刻處于最佳；爐頂溫度在短時間內達到最高值；廢氣中氧氣含量適中，一氧化碳量為零。使熱風爐燃燒更加合理，即在最大限度地節約燃料的前提下，充分發揮熱風爐的蓄熱能力，提供最高的風溫，使燃燒控制更科學、可靠、省力又不受條件限制，是今后的發展方向。

（2）屹欣高爐熱風爐智能控制燃燒系統有自主知識產權，符合國家大力扶持高科技產業的政策。系統投放市場，將受到廣大用戶的歡迎，可使國內鋼鐵企業受益，為國家節省大量能源，促進鋼鐵行業情節地毯生產，并減少環境污染。

（3）工業試驗表明：通常情況下，采用智能控制燃燒系統可提高風溫10℃以上，節約煤氣2.6-5.0%。

參考文獻

[1]王維興.促進我國煉鐵工業科學發展再上新臺階[J].世界金屬導報，2006.

[2]劉全興.高爐熱風爐操作與煤氣知識問答（第2版）[M].冶金工業出版社，2013.

[3]劉全興.我國高爐熱風爐的發展[J].鋼鐵產業，2006（10）：34-51.

[4]劉全興.提高風溫與節能減排并舉[J].中國冶金報，2008.

作者簡介：吳劍雯（1986-），女，山東省海洋市，丹東屹欣科技有限公司，助理工程師，大學本科，工學學士，主要研究工藝自動控制。