控制网

图1  热风炉燃烧控制原理图

    由于人工控制难以在预热煤气和空气温度变化时、高炉所需鼓风温度和流量变化时、助燃空气压力变化时、热风炉蓄热量尚有富裕时，修正热风炉加热的煤气和空气量，因而达不到节能和优化热风炉操作的目的。下面介绍的高炉热风炉流量设定及控制的专家系统，可以解决上述问题，实现了热风炉燃烧控制的全自动化，并可为高炉提高风温创造条件。

2  系统原理

系统是考虑以下几点来构成的：

    ①  根据工艺要求；

    ②  根据工厂的实践；

    ③  参考国外流量设定数学模型的出发点；

    ④  考虑热风炉的加热和送风的热传导、热交换等工艺理论；

    ⑤  考虑节能和可为提高风温创造条件的各种影响因素；

    ⑥  考虑减轻劳动强度而需采用全自动化控制。

    国内热风炉燃烧（又称烧炉）大都采用快速烧炉方法。即在燃烧初期用最大的煤气量与小的超量空气系数相配合，进行强化加热，在最短时间内，使拱顶温度迅速升到规定值，这一阶段烧炉称为加热期。此后逐步改变超量空气系数以小的煤气量维持拱顶温度，逐步提高烟道温度至界限值，使整个热风炉充分蓄热，这一阶段称为保温蓄热期。根据不同的设备条件实现快速烧炉有三种方法：

    ① 固定煤气调节助燃空气量。它一直是使用最大煤气量，当拱顶温度迅速升到规定值后，增加助燃空气量，因而废气量增加，流速增大，有利于对流传热，从而强化热风炉中、下部的热交换作用，它适用于助燃风机有余力的热风炉

    ② 固定空气量调节煤气量。它在保温蓄热期减少煤气量，因而不如第一种好，但调节方便，适用于助燃风机无余力的热风炉；

    ③ 煤气量与助燃空气量都不固定。它在加热期用最大的煤气量与小的超量空气系数相配合，进行强化加热，当拱顶温度达到规定值后，同时减少煤气量与助燃空气量，在拱顶温度不变的情况下来加热热风炉中、下部，这种方法难以掌握两者同时变化的比例，故除了煤气压力波动大的热风炉和用以控制废气温度外，很少采用。此外还利用废气分析和火焰来判断合理的燃烧温度。后者是适合于没有在线废气分析的中小高炉的热风炉，主要是靠观察火焰颜色来判断。

    一般高炉设有三座或四座热风炉，两炉燃烧，单炉送风或两炉并联，燃烧所用煤气有混合煤气或高炉煤气，并利用烟气余热的预热器来预热煤气和空气。目前国内高炉热风炉的仪表及自动化的状况为：除少数工厂外，基础自动化不完善或虽有如图1所示的自动化系统，但为了满足高炉高风温的要求，往往尽量燃烧而不限制拱顶温度，结果只使用煤气流量和空气流量控制。考虑这种情况，可按如图2所示进行系统的开发。即按5段时间进行预设定所需的煤气流量和空气流量。其中t1是到达规定拱顶温度的时间，t2、t3、t4、t5分别为逐步要减小的煤气和空气量，它由热风炉操作员凭自己或他人的丰富经验进行设定，使没有经验的操作员也可达到专家水平，设定后热风炉即自动按此流量进行烧炉。

图2  热风炉烧炉流量设定原理图

    按工艺要求，当烟气温度达到热风炉格子砖支承的金属允许的上限时，应恰好到达规定的燃烧时间。如图3所示，如果烟气温度到达规定允许的上限（假设为350℃）而尚未到达燃烧终点，即尚有剩余时间才到达规定的燃烧时间，这就意味着废气温度太高，导致热效率下降，格子砖支承的金属被烧损，故需进行校正，即到达校正点时，计算是否如虚线所示到达燃烧终点尚有剩余时间，如果有剩余时间则需减少煤气及空气流量，以改变烟气温度上升速度，使燃烧终点与规定的燃烧时间重合。剩余时间ts计算公式为：

1―不控制时预测温度；2―控制后预测温度

图3  烟气控制温度图

t_s = t_r