燃燒優化控制技術在冶金加熱爐上的應用

龔鑫成

摘 要：在我國目前的冶金工業發展過程中，加熱爐主要是將鋼坯通過加熱技術軋制成鍛造溫度的設備，如果與軋鋼工序進行對比可以發現，加熱爐鍛造工藝的耗能量幾乎可以占據軋鋼總體耗能量的50%以上，由此可見，研究和分析如何通過有效的手段實現加熱爐節能作業對于提升整體的熱效率具有重要意義。文章以此為出發點研究了燃燒優化控制技術在冶金加熱爐上的技術應用，首先從基本的燃燒優化控制技術原理分析入手；在此基礎之上研究了燃燒優化控制技術實現方法與節能運行情況；最后針對性的總結了燃燒優化控制技術在冶金加熱爐上的技術應用。

關鍵詞：燃燒優化控制技術；冶金加熱爐；應用

中圖分類號：TG307 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0155-02

Abstract： In the present development of metallurgical industry in our country， the reheating furnace is mainly the equipment for rolling billet into forging temperature by means of heating technology. Comparing with the rolling process， it can be found that the energy consumption of heating furnace forging process can account for more than 50% of the total energy consumption of steel rolling. Therefore， it is of great significance to study and analyze how to realize the energy-saving operation of reheating furnace through effective means to enhance the overall thermal efficiency. Taking this as a starting point， this paper studies the technical application of combustion optimization control technology in metallurgical reheating furnace. Firstly， the basic principle of combustion optimization control technology is analyzed. On this basis， the realization method and energy-saving operation of combustion optimization control technology are studied. Finally， the technical application of combustion optimization control technology in metallurgical furnace is summarized.

Keywords： combustion optimization control technology； metallurgical heating furnace； application

現階段，加熱爐燃燒系統的主要功能和作用在于長時間保持加熱爐的溫度恒定，加熱爐爐膛內的溫度可以持續在標準的設定范圍內，這是實現鋼坯在加熱過程中受熱均勻，同時保持溫度符合鋼坯軋制標準的重要基礎條件；此外，加熱爐燃燒系統可以讓爐內的燃燒達到合理的空燃比，避免由于爐內的空燃比過高進而出現鋼坯的過度氧化問題，防止出現空燃比過低誘發的燃料燃燒不充分問題，減少鋼坯軋制過程中的燃料和能源浪費。

1 燃燒優化控制技術原理（BCS）

1.1 BCS概述

BCS也就是“燃燒優化控制技術”的簡稱（以下均用簡稱）。BCS基本的測控儀表為基礎，綜合采用了多種不同技術，其中包含多變量解耦技術、軟測量技術、故障診斷分析技術、過程優化控制技術、智能調節技術、數據分析統計技術等。

1.2 BCS技術優勢

BCS技術具有通用優化的特性，可以適應不同的燃氣鍋爐、負荷鏈條爐、煤粉爐、燃油爐等等。該種技術的原理主要是通過降低燃料的整體消耗，其中鏈條爐可以最高降低到10%左右，煤粉爐和CFB可以最高降低到3%左右，進一步實現NOX以及SOX的整體排放量。BCS技術利用熱效率和熱量平衡理論作為整體的技術支持。其中燃料的氣體熱平衡和熱效率保持在固定范圍內，將煤氣帶入到燃燒裝置后可以保持熱量均衡，排出的煙氣熱量也可以最大限度縮減，減低了氣體在燃燒不完全條件下的熱量損失和熱散損失。通過生產時間也可以發現，在空氣過量的影響下，為實現加熱爐熱效率最大化和熱損失最小化，應用BCS技術具有明顯作用。

1.3 BCS核心技術設計方案

BCS核心技術設計方案包含了以下幾項技術。首先是有限條件正確相關技術，該技術主要通過正確關聯的儀表測控信號處理，以此為基礎構建一個燃燒效果的自動優化模型。可以通過各類數據監測保證最佳的冶金燃燒狀態；其次是燃燒效果軟測量技術，通過燃燒變量控制及時反饋燃燒變化規律；第三，“自尋優”滾動優化技術，該技術是通過多維度梯級操控極值的方法搜索燃燒效果的最佳變量，控制最佳的風燃比和水位情況，通過滾動優化的方式可以實現燃燒裝置的最佳狀態持續保持；第四，故障診斷與容錯控制技術，該技術顧名思義是完成在線的工藝技術故障分析和操控；第五，智能調節觀測控制技術，通過非線性控制和預測控制的結合實現智能識別和決策。

2 燃燒優化控制技術實現方法與節能運行分析

2.1 BCS燃燒優化控制技術實現方法

BCS燃燒優化控制技術的實現方法包含以下兩種，首先是多變量爐溫控制系統，分段形式的溫度調節和優化控制主要采用了節能模型、煤氣的優化控制、溫度控制算法、換熱器保護控制等幾個模型[1]。其中，針對溫度的調節控制主要是在規定的溫度控制點范圍內調節，可以有效提高溫度控制的穩定性與精準度；其次是空氣量優化控制系統，該系統采用了比值控制算法回路，在回路中綜合包含了風量的優化、空燃比控制、時機控制等模型，可以計算出最佳的空燃比，繼而調節空氣閥門。

2.2 BCS燃燒優化控制技術節能運行分析

BCS的多維優化控制具有良好的節能效果，可以在保障燃燒裝置穩定的情況下維持輸出負荷穩定，因此BCS始終都是以燃燒能耗合理控制為基礎，最大限度提升燃燒效率，減少能源浪費。在冶金作業過程中，當燃料揮發份、含水、低位發熱值等產生變化時，BCS始終都在尋找最佳的助燃風量匹配值，以此來減少能量的消耗。BCS的自動控制回路可以實現全自動控制和優化運行，長期可以將自動控制效率維持在98%左右。通過冶金加熱爐的全自動化控制和穩定運行，可以極大的降低運行操作者的勞動工作強度。

3 燃燒優化控制技術在冶金加熱爐上的應用

3.1 通用燃燒機理分析

燃燒效率高低直接反應了能量與物質轉化的整體水平，在冶金生產加工作業過程中，燃燒效率直接體現了經濟效益情況。在冶金生產過程中，不同的燃燒器械運行都基本符合相同原理。空氣量與燃燒效率有直接關系，空氣量的不足會導致燃燒不充分進而降低燃燒效率；但是空氣量過多也會導致隨煙氣排出的熱量過多增加，降低經濟效益。通用燃燒機理就是燃燒效率與空氣量之間的關系模型，通過尋找最佳的空氣量并始終維持在該水平范圍內，可以保證燃燒效率最佳。

3.2 加熱爐優化燃燒控制模型

部分具有較為豐富操作經驗的人員可以依據個人經驗和現有的條件來判斷冶金加熱爐內溫度的變化趨勢，并以此為依據設計規范的操作內容，逐步將燃燒狀態控制到最佳點是可以有效提升燃燒效率，降低能耗。即便偶爾可能會超過燃燒最高點但是也可以快速調整。但是如果操作人員實際工作狀況波動較大，自然很難憑借個人經驗來隨時調整冶金加熱爐。無法滿足長期的加熱爐運行最佳狀態的目標。該模型具有兩個突出特點，首先是智能化特征明顯，無論起始狀態的最大值如何波動，都可以在短時間內實現優化整合；其次，可以達到任意的尋優精準度標準。BCS模塊如圖1所示。

3.3 基于自尋優算法的燃燒優化控制方案

BCS基于自尋優算法的燃燒優化控制方案應該關注風量的控制點問題，保證在經驗配比狀態下基本風量可以長期保持穩定，更新的過程中可以以最佳的風煤比為依據；其次，在全自動控制的狀態下也需要通過適當的人工干預來進行風量調節；最后是來自于優化風量控制的要求，也就是可以在任意條件下完成最佳的工況操作方案。在正式啟動風量優化后，可以進一步減少助燃風量的操作步驟，以優化模型為依據判斷最佳的優化時機，有利于系統自動風量優化作業的完成，當然也可以通過人工啟動完成優化。

4 結束語

綜上所述，燃燒優化控制技術應用于冶金加熱爐大大提升了燃燒效率，提升了整體的自動化控制水平，有利于降低能耗，提升整體的經濟效益。該技術在冶金生產過程中的應用凸顯了技術合理性，保障了冶金加熱爐運行的可靠和穩定，通過完備的監測手段提升了燃燒控制方法的科學性，可以完全滿足軋鋼生產的日常需要。該技術的應用具有廣泛的應用前景和實用價值。

參考文獻：

[1]董曉軍，王安龍.BCS燃燒優化控制技術在蓄熱式加熱爐上的應用[J].軋鋼，2017，34（03）：92-94.