CN103471393A - 一种高炉煤气双预热点火炉温度控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉煤气双预热点火炉温度控制方法及装置，涉及烧结点火技术领域，所述方法包括：S1：获取预热炉和点火炉的当前状态参数及预设参数的值，所述预设参数包括：点火炉炉膛的预设目标温度；S2：通过热工数学模型计算点火炉炉膛内的煤气目标流量和预热炉进行供热的煤气目标流量；S3：根据计算出的需要通入点火炉炉膛内的煤气目标流量对所述点火炉的煤气调节器进行流量闭环控制，根据预热炉进行供热的煤气目标流量对所述预热炉的煤气调节器进行流量闭环控制。本发明通过热工数学模型来计算需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，保证煤气目标流量的总量为最小，节约了煤气。

Description

一种高炉煤气双预热点火炉温度控制方法及装置

技术领域

本发明涉及烧结点火技术领域，特别涉及一种高炉煤气双预热点火炉温度控制方法及装置。

背景技术

点火是烧结工艺流程中一个非常重要的环节。烧结过程从混合料表层的固体燃料点火开始，混合好的烧结原料均匀地布设到台车上以后，通过点火炉提供的高温带状火焰，将烧结原料表层加热到高于固体燃料的燃点并开始燃烧，再由抽风机抽风提供充分的氧量且促使烧结过程迅速向下进行。钢铁厂高炉煤气资源丰富但热值较低，一般钢铁厂都将其外排，造成了大量的能源浪费。如果能通过将高炉煤气、空气进行预热，提高其显热之后再引入点火炉，则能改变其原有的煤气热值较低的特性，从而满足点火工艺对供热强度的要求，进而提高高炉煤气在钢铁厂内的利用效率，减少能源浪费与环境污染，达到节能降耗的效果。空气煤气双预热式双斜式点火保温炉就是伴随双预热技术所产生的新一代技术产品。

如图1所示，现有的双预热点火炉系统包括：空气预热炉、煤气预热炉、点火炉、相关管道及各管道上用于介质检测的流量计、控制用调节阀、切断阀等部件。冷煤气1、冷空气1分别通入煤气预热炉、空气预热炉，经各自的烧嘴后在预热炉内燃烧，使预热炉内温度升高。用于点火炉点火的冷煤气2、冷空气2经过预热炉内被加热的换热装置后被加热到一定的温度，从而携带更多的显热，再进入点火炉炉膛用于燃烧点火，这样更利于提高在点火炉内的热效率。预热炉煤气管道上的煤气调节阀可调节煤气1流量，空气管道上的调节阀可调节空气1流量，使煤气1、空气1比例按一定比例混合燃烧，从而控制预热炉内的温度。从控制角度讲即可通过温度流量双闭环控制或称为温度串级控制的方式形成预热炉温度控制，控制原理图如图2所示。点火炉温度控制原理与预热炉完全相同，控制原理图如图3所示。

现有技术对双预热点火炉温度的控制是分别对预热炉、点火炉温度进行控制，容易导致预热炉与点火炉实际温度都达到目标温度时，所消耗的煤气总量无法保证为最小，使得煤气被浪费；采用现有常规温度控制方法点火炉炉膛温度达到设定温度的响应时间太长，滞后性太大，因此实际使用中预热炉、点火炉基本都是采用流量控制方式，即直接设定流量调节阀的目标流量，生产不稳定时需人工频繁调整煤气目标流量，从而增加操作人员的劳动强度，甚至会影响烧结矿的产量和质量。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何将所述点火炉炉膛内的温度控制为所述预设目标温度时，所消耗的煤气总量最小，同时缩短点火炉达到预设目标温度所需要的时间，并降低滞后性。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高炉煤气双预热点火炉温度控制方法，所述方法包括以下步骤：

S1：获取预热炉和点火炉的当前状态参数及预设参数的值，所述预设参数包括：点火炉炉膛的预设目标温度；

S2：根据所述当前状态参数及预设参数的值通过热工数学模型计算需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，所述热工数学模型为将所述点火炉炉膛内的温度控制为所述预设目标温度时，使所述需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量的总量为最小值的数学模型；

S3：根据计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量对所述点火炉的煤气调节器进行流量闭环控制，根据计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量对所述预热炉的煤气调节器进行流量闭环控制，以实现对所述点火炉炉膛温度及所述预热炉炉内温度的控制。

其中，步骤S1和S2之间还包括以下步骤：

对获得的当前状态参数的值进行预处理，所述预处理包括：滤波和平滑中的至少一种。

其中，所述状态参数包括：点火炉炉膛内的料层厚度H、点火炉炉膛所在处的环境温度T_环、进入预热炉前的煤气温度T_o煤和进入预热炉前的空气温度T_o空，所述预设参数还包括：煤气换热器换热效率与流速的关系常数μ_煤、空气换热器换热效率与流速的关系常数μ_空、通入点火炉炉膛内煤气的化学热q_煤、为所述预热炉进行供热的煤气的化学热q_煤′、煤气换热器被加热介质的输送管道截面积S_煤管、空气换热器被加热介质的输送管道截面积S_空管、通入点火炉炉膛内煤气的平均比热C_煤、通入点火炉炉膛内空气的平均比热C_空、炉膛单位体积的供热强度λ_炉、进入点火炉炉膛内的空气煤气比例k、烧结机台车底部至点火炉炉顶的高度H₀和点火炉炉膛面积S_炉。

其中，所述热工数学模型为：

其中，

C₂＝T_o煤C_煤+T_o空kC_空+q_煤，C₃＝λ_炉S_炉（H₀-H)(T_炉-T_环)，F_煤为需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量，F_煤′表示为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，T_炉为点火炉炉膛的预设目标温度。

其中，在步骤S2之前还包括：

判断

是否成立，若是，则执行步骤S2。

其中，所述当前状态参数还包括：所述点火炉炉膛的当前温度T；

在步骤S2和步骤S3之间还包括：

S201：判断是否满足点火炉炉膛温度处于稳定状态且点火炉炉膛的预设目标温度T_炉与当前温度T之差的绝对值不小于第一预设目标温度阈值，若是，则执行步骤S202，否则直接执行步骤S3，所述稳定状态为在预设时间内点火炉炉膛温度变化幅度小于第二预设目标温度阈值；

S202：通过微调热工数学模型计算需要通入所述点火炉炉膛内的煤气微调流量F_煤微和为所述预热炉进行供热的煤气微调流量F_煤微′；

S203：判断点火炉炉膛的预设目标温度T_炉是否大于当前温度T，若是，则执行步骤S204，若否，则执行步骤S205；

S204：将F_煤+F_煤微作为计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量，将F_煤′+F_煤微′作为计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，并直接执行步骤S3；

S205：将F_煤-F_煤微作为计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量，将F_煤′-F_煤微′作为计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，并直接执行步骤S3。

其中，所述微调热工数学模型为：

其中，C₃′＝λ_炉S_炉（H₀-H)(T_炉-T)。

其中，在步骤S202之前还包括：

判断

是否成立，若是，则执行步骤S202。

其中，所述预设时间的取值范围为1～4分钟，所述第二预设目标温度阈值的取值范围为0.5～5℃。

本发明还公开了一种高炉煤气双预热点火炉温度控制装置，所述装置包括：

参数获取模块，用于获取预热炉和点火炉的当前状态参数及预设参数的值，所述预设参数包括：点火炉炉膛的预设目标温度；

目标流量计算模块，用于根据所述当前状态参数及预设参数的值通过热工数学模型计算需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，所述热工数学模型为将所述点火炉炉膛内的温度控制为所述预设目标温度时，使所述需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量的总量为最小值的数学模型；

闭环控制模块，用于根据计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量对所述点火炉的煤气调节器进行流量闭环控制，根据计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量对所述预热炉的煤气调节器进行流量闭环控制，以实现对所述点火炉炉膛温度及所述预热炉炉内温度的控制。

（三）有益效果

本发明通过热工数学模型来计算需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，保证煤气目标流量的总量为最小，节约了煤气；同时点火炉达到预设目标温度所需要的时间也大大缩短，降低了滞后性。

附图说明

图1是现有的双预热点火炉系统的结构示意图；

图2是现有的预热炉温度自动控制原理框图；

图3是现有的点火炉温度自动控制原理框图；

图4是本发明一种实施例的高炉煤气双预热点火炉温度控制方法的流程图；

图5是需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量F_煤和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量F_煤′的关系曲线图；

图6是本发明一种实施例的高炉煤气双预热点火炉温度控制方法的流程图；

图7是本发明一种实施例的高炉煤气双预热点火炉温度控制装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图4是本发明一种实施例的高炉煤气双预热点火炉温度控制方法的流程图；参照图4，所述方法包括以下步骤：

S1：获取预热炉和点火炉的当前状态参数及预设参数的值，所述预设参数包括：点火炉炉膛的预设目标温度；

S2：根据所述当前状态参数及预设参数的值通过热工数学模型计算需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，所述热工数学模型为将所述点火炉炉膛内的温度控制为所述预设目标温度时，使所述需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量的总量为最小值的数学模型；

S3：根据计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量对所述点火炉的煤气调节器进行流量闭环控制，根据计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量对所述预热炉的煤气调节器进行流量闭环控制，以实现对所述点火炉炉膛温度及所述预热炉炉内温度的控制。

本实施方式通过热工数学模型来计算需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，保证煤气目标流量的总量为最小，节约了煤气；同时点火炉达到预设目标温度所需要的时间也大大缩短，降低了滞后性。

为减小状态参数的数据波动及异常数据的影响，优选地，步骤S1和S2之间还包括以下步骤：

对获得的当前状态参数的值进行预处理，所述预处理包括：滤波和平滑中的至少一种。

为保证热工数学模型的计算精确度，本实施方式中，所述状态参数包括：点火炉炉膛内的料层厚度H、点火炉炉膛所在处的环境温度T_环、进入预热炉前的煤气温度T_o煤和进入预热炉前的空气温度T_o空，所述预设参数还包括：煤气换热器换热效率与流速的关系常数μ_煤、空气换热器换热效率与流速的关系常数μ_空、通入点火炉炉膛内煤气的化学热q_煤、为所述预热炉进行供热的煤气的化学热q_煤′、煤气换热器被加热介质的输送管道截面积S_煤管、空气换热器被加热介质的输送管道截面积S_空管、通入点火炉炉膛内煤气的平均比热C_煤、通入点火炉炉膛内空气的平均比热C_空、炉膛单位体积的供热强度λ_炉、进入点火炉炉膛内的空气煤气比例k、烧结机台车底部至点火炉炉顶的高度H₀和点火炉炉膛面积S_炉。

根据热工数学推导，优选地，所述热工数学模型为：

其中，C₂＝T_o煤C_煤+T_o空kC_空+q_煤，C₃＝λ_炉S_炉（H₀-H)(T_炉-T_环)，F_煤为需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量，F_煤′表示为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，T_炉为点火炉炉膛的预设目标温度。

上述热工数学模型的推导过程为：首先，点火炉在生产时，其每小时须往点火炉炉膛内供入的热量由通入点火炉的煤气显热、通入点火炉的空气显热与通入点火炉的煤气化学热三部分构成，公式如下：

Q_供＝F_煤(T_煤C_煤+kT_空C_空)+F_煤q_煤   （1）

其中，Q_供为每小时向点火炉炉膛内供入热量，单位为kJ；F_煤为每小时进入点火炉炉膛内的煤气流量，单位为Nm³/h；T_煤为进入点火炉炉膛内的煤气温度，即被煤气预热炉加热后的温度，单位为℃；T_空为进入点火炉炉膛内的空气温度，即被空气预热炉加热后的温度，单位为℃；C_煤为进入点火炉炉膛内煤气的平均比热，当煤气种类固定时可视为常数，单位为kJ/(Nm³·℃)；C_空为进入点火炉炉膛内空气的平均比热，可被视为常数，单位为kJ/(Nm³·℃)；q_煤为进入点火炉炉膛内煤气的化学热，当煤气种类固定时（本实施方式中，煤气为高炉煤气）可视为常数，可通过煤气热值仪检测得到，单位为kJ/Nm³；k为进入点火炉炉膛内煤气的空煤比系数，当煤气种类固定时可视为常数。

其次，一般空气预热炉、煤气预热炉在设计时所需的煤气量基本一样，因此可通过调节入口阀门的手段使进入空气预热炉、煤气预热炉的煤气1流量基本相等。进入点火炉的煤气2吸收的热量等于煤气预热炉换热器转换的热量；进入点火炉的空气2吸收的热量等于空气预热炉换热器转换的热量，故有以下关系式：

式中：ε_煤为煤气预热炉换热效率值，在换热器结构固定时，该参数与被加热介质的入口流速成正比关系（流速越快换热效率越高），关系式为：；（v_煤表示煤气流速，单位为m/s，μ_煤为煤气换热器换热效率与流速的关系常数，单位为s/m，该参数由换热器管道走向、结构、材质决定；S_煤管为煤气换热器被加热介质的输送管道截面积，单位为m²）；ε_空为空气预热炉换热效率值，在换热器结构固定时，该参数与被加热介质的入口流速成正比关系（流速越快换热效率越高），关系式为：

（v_空表示空气流速，单位为m/s，μ_空为空气换热器换热效率与流速的关系常数，单位为s/m，该参数由换热器管道走向、结构、材质决定；S_空管为空气换热器被加热介质的输送管道截面积，单位为m²）；T_o煤为进入预热炉前的煤气初始温度，可通过温度检测元件得到，单位为℃；T_o空为进入预热炉前的空气初始温度，可通过温度检测元件得到，单位为℃；F_煤′表示为空气预热炉和煤气预热炉进行供热的煤气总量，可通过流量检测元件得到，单位为Nm³/h；q_煤′为预热炉供热所用煤气的化学热，当煤气种类固定时（高炉煤气）可视为常数，可通过煤气热值仪检测得到，单位为kJ/Nm³；

联合式（1）（2）（3）可得：

再次，由于Q_供全部用于维持点火炉炉膛内点火温度，故有

Q_供＝λ_炉（T_炉-T_环)V_炉   （5）

式中：λ_炉为炉膛一定温度下单位体积的供热强度，可视作常数，单位为kJ/(Nm³·℃)；T_环为点火炉炉膛所在处环境温度，单位为℃，可通过检测手段获知；V_炉为点火炉炉膛空间体积，单位为m³，对于某一既定点火炉，该参数会随着烧结机台车上的料层高度的变化有微小的变化；V_炉＝S_炉*（H₀-H），其中，S_炉为点火炉炉膛面积，单位为m²，炉体确定后该值为常量；H₀为烧结机台车底部至炉顶的高度，单位为m，为定值；H为台车上料层高度，单位为m，可通过烧结机头部料位检测装置获得。

联合式（4）与式（5），可得：

因预热炉与点火炉用同一种煤气（即高炉煤气），故q_煤′＝q_煤。由于在式（6）中，参数μ_煤、μ_空、q_煤、q_煤′、S_煤管、S_空管、C_煤、C_空、k、λ_炉、V_炉在工况稳定的情况下，均可视作常数，故式（6）可简化为：

其中，

C₂＝T_o煤C_煤+T_o空kC_空+q_煤，C₃＝λ_炉S_炉（H₀-H)(T_炉-T_环)，煤气成分基本稳定时C1为常数；空气、煤气温度及成分基本稳定时C₂基本为常数；当烧结机台车上层厚H、目标炉温T_炉和环境温度T_环基本稳定时，C₃为常数，故而F_煤与F_煤′实际上是一对成反比关系的未知数。能满足式（7）要求的未知数组合有无穷多组，现在需要的是其中最优的一组组合，使其满足式（7）的前提下二者合值最小，设Min为二者之和的最小值。即：

F_煤+F_煤′＝Min   （8）

式（7）与式（8）用曲线图可表示为如图5所示，由图5可看出式（7）为反比例函数曲线，式（8）为斜率为-1的一次函数曲线形成的一组平行线，该曲线与纵轴的交点即为式(7)与式(8)两曲线交点之和。按照工程参数实际情况，只分析函数曲线在第一象限情况即可，由图可知，一次函数曲线向上平移则与反比例函数曲线有两个交点，相切时只有一个交点，向下平移到切点后则没有交点，因此可说明，当两曲线相切时与纵轴的交点即一次函数的截柱Min为最小值，该求解问题可转化为两函数有唯一交点，此时F_煤和F_煤′二者之和为各种组合中最小。

对于式（7）与式（8）中实际应用时F_煤、F_煤′、Min均大于0。由公式

C₂＝T_o煤C_煤+T_o空kC_空+q_煤可知C₁＞0,C₂＞0，C₃＝λ_炉S_炉（H₀-H)(T_炉-T_环)中H₀>H且T_炉>T_环，因此C₃＞0。

联合式（7）与式（8）有如下关系：

式（7）与式（8）有唯一交点，即有唯一解，从而可推导出：

方程（9）根差别式为：

Δ1=（C₂-C₁Min)²-4C₁(C₃-C₂Min)＝C₁ ²Min²+2C₁C₂Min+C₂ ²-4C₁C₃＝0（10）

方程（8）根差别式为：

Δ2=(2C₁C₂)²-4C₁ ²(C₂ ²-4C₁C₃)＝16C₁C₃＞0，因此方程（8）恒有解，即Min存在。此时 $\frac{-{2C}_1{C}_2\±4\sqrt{{C_1}^3{C}_3}}{{{2C}_1}^2}\frac{-C_2\±2\sqrt{C_1{C}_3}}{C_1}$ 根据Min的实际意义应取正值，因此有：

$\mathrm{Min}=\frac{-C_2+2\sqrt{C_1{C}_2}}{C_1}---\left(11\right)$

最后，分别将式（11）代入式（9）、（8）得总流量最小时：

上述解成立的前提是

即

为排除异常情况，优选地，在步骤S2之前还包括：

判断

是否成立，若是，则执行步骤S2。

由于点火炉实际运行过程中，因为外部诸多因素如台车上混合料的透气性、主抽风机抽风风量、台车速度等的影响，导致实际炉膛温度与目标温度超出允许控制误差范围，此时需要通过炉膛实际温度进行微调，称为反馈调节，此时仅需引入点火炉实际温度T即可。

故而，优选地，所述当前状态参数还包括：所述点火炉炉膛的当前温度T；

在步骤S2和步骤S3之间还包括：

S201：判断是否满足点火炉炉膛温度处于稳定状态且点火炉炉膛的预设目标温度T_炉与当前温度T之差的绝对值不小于第一预设目标温度阈值，若是，则执行步骤S202，否则直接执行步骤S3，所述稳定状态为在预设时间内点火炉炉膛温度变化幅度小于第二预设目标温度阈值；

S202：通过微调热工数学模型计算需要通入所述点火炉炉膛内的煤气微调流量F_煤微和为所述预热炉进行供热的煤气微调流量F_煤微′；

S203：判断预设目标温度T_炉是否大于当前温度T，若是，则执行步骤S204，若否，则执行步骤S205；

S204：将F_煤+F_煤微作为计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量，将F_煤′+F_煤微′作为计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，并直接执行步骤S3；

S205：将F_煤-F_煤微作为计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量，将F_煤′-F_煤微′作为计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，并直接执行步骤S3。

根据热工数学模型的理论知识，优选地，所述微调热工数学模型为：

其中，C₃′＝λ_炉S_炉（H₀-H)(T_炉-T)。

所述微调热工数学模型的推导过程为：首先，由于点火炉炉膛温度T主要涉及C₃的计算，因此只需对前述公式及推导作迭代计算，得到新的参数C₃′＝λ_炉S_炉（H₀-H)(T_炉-T)。

此时如果T_炉＞T则C₃′＞0，实际温度仍需增加才能达到目标温度，即微调目标流量需增加，曲线图表示仍如图5所示，仅需将对应变量下标更换即可，如F_煤更换为F_煤微，F_煤′更换为F_煤微′，C₃更换为C₃′，Min更换为Min_微，公式为：

F_煤微+F_煤微′＝Min_微   （15）

式中：F_煤微为点火炉微调流量，单位为Nm³/h；F_煤微′为预热炉微调流量，单位为Nm³/h；Min_微为点火炉、预热炉微调煤气量之和；T为点火炉实际温度，单位为℃；C₃′为常数，类似C₃公式的计算。

C₃′＝λ_炉S_炉（H₀-H)(T_炉-T)，T_炉>T。

此时如果T_炉＜T则C₃′＜0，实际温度需减小才能达到目标温度，即微调目标流量需减小，根据热平衡只需将C₃′中的T_炉-T改为T-T_炉即可表示为减小所需的热量，为统一计算方法，将C₃′表示为C₃′＝λ_炉S_炉（H₀-H)(T_炉-T)。

通过式（14）和（15）推导可得：

使用条件同前，即

为排除异常情况，优选地，在步骤S202之前还包括：

判断是否成立，若是，则执行步骤S202。

本实施方式中，优选地，所述预设时间的取值范围为1～4分钟，如取值为2分钟；所述第二预设目标温度阈值的取值范围为0.5～5℃，如取值为1℃，取值越小，表明对控制精度的要求越高。

实施例

下面以一个具体的实施例来说明本发明，但不限定本发明的保护范围。参照图4，本实施例的方法包括以下步骤：

步骤101：程序开始。

步骤102：读取预热炉和点火炉的预设参数的值，所述预设参数包括：点火炉炉膛的预设目标温度T_炉、煤气换热器换热效率与流速的关系常数μ_煤、空气换热器换热效率与流速的关系常数μ_空、通入点火炉炉膛内煤气的化学热q_煤、为所述预热炉进行供热的煤气的化学热q_煤′、煤气换热器被加热介质的输送管道截面积S_煤管、空气换热器被加热介质的输送管道截面积S_空管、通入点火炉炉膛内煤气的平均比热C_煤、通入点火炉炉膛内空气的平均比热C_空、炉膛单位体积的供热强度λ_炉、进入点火炉炉膛内的空气煤气比例k、烧结机台车底部至点火炉炉顶的高度H₀和点火炉炉膛面积S_炉。其中，T_炉和k由操作人员根据需要设定，不同于其它常量的是这几个参数可能根据不同的工况会有调整，因此均可以作为常量。

步骤103：读取预热炉和点火炉的当前状态参数的值，所述状态参数包括：点火炉炉膛内的料层厚度H、点火炉炉膛所在处的环境温度T环、进入预热炉前的煤气温度T_o煤、进入预热炉前的空气温度T_o空和所述点火炉炉膛的当前温度T。

步骤104：对当前状态参数的值进行预处理。对于实时检测的变量，为减少波动及异常数据的影响，需对数据作滤波、平滑处理操作。

步骤105：分别计算C₁、C₂和C₃，计算式分别为：

C₂＝T_o煤C_煤+T_o空kC_空+q_煤，C₃＝λ_炉S_炉（H₀-H)(T_炉-T_环)。

步骤106：判断

是否成立，如果是，则认为具备计算输出条件，执行步骤107，否则转至步骤110。

步骤107：通过式（12）和式（13）分别计算F_煤′和F_煤。

步骤108：判断是否需要启用微调数学模型计算微调煤气流量。判断方法为：炉膛温度T已稳定且炉膛的预设目标温度T_炉与当前温度T之差的绝对值不小于第一预设目标温度阈值；若为否，则执行步骤109，若为是则执行步骤111。

步骤109：将计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量F_煤′输出进行流量闭环控制，将计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量F_煤输出进行流量闭环控制，完成后程序结束。

步骤110：输出提示警告信息，并将程序结束。不满足

表示此时不具备程序计算F_煤′的条件，需人工输入。虽然此类可能性比较小，但判断该条件因为是防止出现

所导致F_煤′＜0的异常值出现。此时程序并未重新计算输出F_煤′、F_煤，因此并不改变前次输出的F_煤′、F_煤或人工输入的F_煤′、F_煤值。

步骤111：计算C₃′，计算表达式为：C₃′＝λ_炉S_炉（H₀-H)（T_炉-T_环)。

步骤112：判断是否成立，若为是，则执行步骤113；若为否，则执行步骤117；

步骤113：通过式（16）和式（17）分别计算F_煤微′和F_煤微。

步骤114：判断点火炉炉膛的预设目标温度T_炉是否大于当前温度T，若为是，则执行步骤115，若为否，则执行步骤116。

步骤115：将F_煤+F_煤微作为计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量输出进行流量闭环控制，将F_煤′+F_煤微′作为计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量输出进行流量闭环控制，完成后程序结束。

步骤116：将F_煤-F_煤微作为计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量输出进行流量闭环控制，将F_煤′-F_煤微′作为计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量输出进行流量闭环控制，完成后程序结束。

步骤117：输出微调提示警告信息，并将程序结束。不满足

表示此时不具备微调程序计算F_煤微′的条件。虽然此类可能性比较小，判断该条件因为是防止出现

导致F_煤微′＜0的异常值出现。

现有技术的预热炉温度串级控制和点火炉温度串级控制使中控人员对HMI界面（即人机界面）的操作较为复杂，需设定各控制对象的目标温度，对应的程序控制器也需完成串级控制的参数整定。复杂的中控操作不但加大了劳动强度，且容易出错。本实施例的控制方法降低了中控人员的操作复杂度，操作人员只需设定点火炉目标温度，程序根据最小煤气消耗自动计算预热炉及点火炉的煤气流量，从而将程序简化为以煤气流量为目标的单闭环控制，使控制更稳定，控制效率更高，即更稳更快地达到目标温度。

本发明还公开了一种高炉煤气双预热点火炉温度控制装置，参照图7，所述装置包括：

参数获取模块，用于获取预热炉和点火炉的当前状态参数及预设参数的值，所述预设参数包括：点火炉炉膛的预设目标温度；

目标流量计算模块，用于根据所述当前状态参数及预设参数的值通过热工数学模型计算需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，所述热工数学模型为将所述点火炉炉膛内的温度控制为所述预设目标温度时，使所述需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量的总量为最小值的数学模型；

闭环控制模块，用于根据计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量对所述点火炉的煤气调节器进行流量闭环控制，根据计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量对所述预热炉的煤气调节器进行流量闭环控制，以实现对所述点火炉炉膛温度及所述预热炉炉内温度的控制。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种高炉煤气双预热点火炉温度控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：获取预热炉和点火炉的当前状态参数及预设参数的值，所述预设参数包括：点火炉炉膛的预设目标温度；

S2：根据所述当前状态参数及预设参数的值通过热工数学模型计算需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，所述热工数学模型为将所述点火炉炉膛内的温度控制为所述预设目标温度时，使所述需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量的总量为最小值的数学模型；

S3：根据计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量对所述点火炉的煤气调节器进行流量闭环控制，根据计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量对所述预热炉的煤气调节器进行流量闭环控制，以实现对所述点火炉炉膛温度及所述预热炉炉内温度的控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1和S2之间还包括以下步骤：

对获得的当前状态参数进行预处理，所述预处理包括：滤波和平滑中的至少一种。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态参数包括：点火炉炉膛内的料层厚度H、点火炉炉膛所在处的环境温度T_环、进入预热炉前的煤气温度T_o煤和进入预热炉前的空气温度T_o空，所述预设参数还包括：煤气换热器换热效率与流速的关系常数μ_煤、空气换热器换热效率与流速的关系常数μ_空、通入点火炉炉膛内煤气的化学热q_煤、为所述预热炉进行供热的煤气的化学热q_煤′、煤气换热器被加热介质的输送管道截面积S_煤管、空气换热器被加热介质的输送管道截面积S_空管、通入点火炉炉膛内煤气的平均比热C_煤、通入点火炉炉膛内空气的平均比热C_空、炉膛单位体积的供热强度λ_炉、进入点火炉炉膛内的空气煤气比例k、烧结机台车底部至点火炉炉顶的高度H₀和点火炉炉膛面积S_炉。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述热工数学模型为：

其中，

C₂＝T_o煤C_煤+T_o空kC_空+q_煤，C₃＝λ_炉S_炉（H₀-H)(T_炉-T_环)，F_煤为需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量，F_煤′表示为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，T_炉为点火炉炉膛的预设目标温度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤S2之前还包括：

判断

是否成立，若是，则执行步骤S2。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述当前状态参数还包括：所述点火炉炉膛的当前温度T；

在步骤S2和步骤S3之间还包括：

S201：判断是否满足点火炉炉膛温度处于稳定状态且点火炉炉膛的预设目标温度T炉与当前温度T之差的绝对值不小于第一预设目标温度阈值，若是，则执行步骤S202，否则直接执行步骤S3，所述稳定状态为在预设时间内点火炉炉膛温度变化幅度小于第二预设目标温度阈值；

S202：通过微调热工数学模型计算需要通入所述点火炉炉膛内的煤气微调流量F_煤微和为所述预热炉进行供热的煤气微调流量F_煤微′；

S203：判断点火炉炉膛的预设目标温度T_炉是否大于当前温度T，若是，则执行步骤S204，若否，则执行步骤S205；

S204：将F_煤+F_煤微作为计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量，将F_煤′+F_煤微′作为计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，并直接执行步骤S3；

S205：将F_煤-F_煤微作为计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量，将F_煤′-F_煤微′作为计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，并直接执行步骤S3。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述微调热工数学模型为：

其中，C₃′＝λ_炉S_炉（H₀-H)(T_炉-T)。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S202之前还包括：

判断

是否成立，若是，则执行步骤S202。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设时间的取值范围为1～4分钟，所述第二预设目标温度阈值的取值范围为0.5～5℃。

10.一种高炉煤气双预热点火炉温度控制装置，其特征在于，所述装置包括：

参数获取模块，用于获取预热炉和点火炉的当前状态参数及预设参数的值，所述预设参数包括：点火炉炉膛的预设目标温度；

目标流量计算模块，用于根据所述当前状态参数及预设参数的值通过热工数学模型计算需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量，所述热工数学模型为将所述点火炉炉膛内的温度控制为所述预设目标温度时，使所述需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量和为所述预热炉进行供热的煤气目标流量的总量为最小值的数学模型；

闭环控制模块，用于根据计算出的需要通入所述点火炉炉膛内的煤气目标流量对所述点火炉的煤气调节器进行流量闭环控制，根据计算出的为所述预热炉进行供热的煤气目标流量对所述预热炉的煤气调节器进行流量闭环控制，以实现对所述点火炉炉膛温度及所述预热炉炉内温度的控制。

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