CN105157057B - 热风炉燃烧控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种热风炉燃烧控制方法和系统，其中所述方法包括：预先获取燃烧期内热风炉的拱顶温度、阀门开度和燃烧控制参数；判断拱顶温度、阀门开度和燃烧控制参数是否满足最佳参数实例条件；若满足最佳参数实例条件，则判定燃烧控制参数为最佳燃烧控制参数；判断当前预定时间燃烧控制参数的均值变化量是否大于或等于预设变化量阈值，和/或当前预定时间内拱顶温度持续下降时间是否达到预定时间阈值；若是，则将阀门开度调整至与当前预定时间燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度。本发明的技术方案能够及时准确地调节热风炉的空燃比，使得热风炉燃气的燃烧充分，稳定了热风炉的拱顶温度，提高了高炉风温的利用水平。

Description

热风炉燃烧控制方法和系统

技术领域

本发明涉及热风炉技术领域，特别是涉及一种热风炉燃烧控制方法和系统。

背景技术

炼铁高炉的热风炉是用于将风加热到预定温度，然后将风输送到高炉，提高高炉冶炼效率的重要装置。通常，热风炉一般按照燃烧-焖炉-送风-焖炉-燃烧的烧炉过程循环工作，热风炉的基本工作原理是：在热风炉的燃烧期，首先加热热风炉的蓄热室格子砖，当蓄热室格子砖被充分加热后，热风炉由蓄热状态转变为送风状态，在送风期将热量传递给冷空气，使得冷空气被加热为热空气，最后将热空气送入炼铁高炉。

图1是本发明实施例提供的一种热风炉燃烧过程的状态示意图，图1中，横轴代表热风炉燃烧过程经历的时间，纵轴代表温度，曲线101代表拱顶温度，曲线102代表烟道温度，标号103代表热风炉燃烧期，包括快烧期1031和蓄热期1032，标号104代表热风炉送风期。如图1所示，热风炉的燃烧期103分为快烧期1031和蓄热期1032。在快烧期1031内，将拱顶温度101通过燃气燃烧等手段进行加热，当拱顶温度101达到预定最大拱顶温度时，热风炉燃烧过程进入到蓄热期1032；在蓄热期1032内，烟道温度102逐渐升高，直至达到规定的最高烟道温度。其中，以烟道温度102是否达到规定的最高烟道温度作为衡量热风炉蓄热程度的标准。

现有技术中，热风炉的烧炉过程完全由操作人员手动完成。具体地，操作人员一般根据热风炉拱顶温度的上升情况，通过频繁调节燃气阀门开度和空气阀门开度，以增减燃气及空气的流量大小，从而将热风炉的空燃比调节到合适的空燃比，进而控制热风炉的烧炉过程。

但是这种人工调节热风炉烧炉过程的方法存在如下问题：人工寻找空燃比的时间较长，且很难寻找到最佳空燃比；另外由于最佳空燃比不断变化，所以人工判断、调节最佳空燃比的难度亦在加大；导致调节的工作量大，且调节的及时性(滞后或超前)和准确性差，也造成烧炉过程中拱顶温度波动大，烧炉效果差，影响高炉风温使用水平；更严重地，将造成燃气管网压力的进一步波动和高炉燃气的极大浪费。

发明内容

本发明实施例中提供了一种热风炉燃烧控制方法及系统，以解决现有技术中的人工调节热风炉烧炉过程的方法难以寻找到最佳空燃比，导致拱顶温度波动大，烧炉效果差，燃气浪费的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

根据本发明的第一方面，提出了一种热风炉燃烧控制方法，该方法包括：预先获取燃烧期内热风炉的拱顶温度、热风炉的阀门开度以及所述阀门开度对应的燃烧控制参数；

判断所述拱顶温度、所述阀门开度以及所述燃烧控制参数是否满足最佳参数实例条件；若满足所述最佳参数实例条件，则判定所述燃烧控制参数为最佳燃烧控制参数；

判断当前预定时间内所述燃烧控制参数的均值变化量是否大于或等于预设变化量阈值，和/或当前预定时间内的拱顶温度连续下降时间是否达到预定时间；若是，查找与当前预定时间内所述燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，设定为当前时刻的阀门开度。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实施方式中，所述燃烧控制参数包括：空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度和燃气利用率；

所述最佳参数实例条件包括：在第一预定采样时间内，所述空气压力、所述燃气压力、所述空气预热温度、所述燃气预热温度和所述燃气利用率的均值变化量的绝对值大于或等于各自的预设均值变化量阈值；

在所述第一预定采用时间内，所述空气压力、所述燃气压力、所述空气预热温度、所述燃气预热温度和所述燃气利用率的最大差值小于或等于各自的预设最大差值阈值；

在所述第一预定采样时间内，所述拱顶温度的均值大于或等于预设拱顶温度阈值；

在所述第一预定采样时间内，当前采样时刻对应的拱顶温度大于前一采样时刻对应的拱顶温度；以及在所述第一预定采样时间内，所述空气阀门开度大于或等于空气阀门最大开度的50％、且所述燃气阀门开度大于或等于燃气阀门最大开度的50％。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实施方式中，当判定所述燃烧控制参数为最佳燃烧控制参数后，还包括：将所述燃烧控制参数存入到参数实例数据库，所述将燃烧控制参数存入到参数实例数据库，包括：根据公式：d₁＝sqrt(∑ki*(xi1-xi2)^2)，i＝1、2…m，计算所述燃烧控制参数与所述预存的最佳燃烧控制参数的差异度；其中，d₁表示所述燃烧控制参数与所述预存的最佳燃烧控制参数的差异度，m表示所述燃烧控制参数的参数类型的数量，xi1表示第i个参数类型对应的燃烧控制参数的值，xi2表示第i个参数类型对应的预存的最佳燃烧控制参数的值；ki表示第i个参数类型对应的权值；

若所述差异度d₁大于或等于预设差异度阈值，则将所述燃烧控制参数及所述燃烧控制参数对应的阀门开度存储到所述参数实例数据库中。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实施方式中，所述查找与当前预定时间内的燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，设定为当前时刻的阀门开度的步骤，具体包括：根据公式：d₂＝sqrt(∑kn*(xn1-xn2)^2)，n＝1、2…m，计算当前预定时间的燃烧控制参数与所述最佳燃烧控制参数的差异度；其中，d₂表示当前预定时间的燃烧控制参数与所述最佳燃烧控制参数的差异度，m表示所述燃烧控制参数的参数类型的数量，xn1表示第n个参数类型对应的当前预定时间的燃烧控制参数的值，xn2表示第n个参数类型对应的最佳燃烧控制参数的值；kn表示第n个参数类型对应的权值；

将d₂值最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度设定为当前时刻的阀门开度。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实施方式中，在设定当前时刻的阀门开度后，还包括：检测所述热风炉的燃气压力以及所述热风炉的拱顶温度；

根据所述燃气压力的变化率调节燃气阀门开度的变化率，以稳定所述拱顶温度。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，在第一方面的第五种可能的实施方式中，所述根据所述燃气压力的变化率调节燃气阀门开度的变化率的步骤，包括：比较所述燃气压力与预设燃气压力阈值；

若所述燃气压力小于所述预设燃气压力阈值，根据所述燃气压力的变化率所处范围以及拱顶温度状态所共同对应的第一燃气阀门开度调节幅度，调节所述燃气阀门开度的变化率；

若所述燃气压力大于或等于所述预设燃气压力阈值，根据所述燃气压力的变化率所处范围以及所述拱顶温度状态所共同对应的第二燃气阀门开度调节幅度，调节所述燃气阀门开度的变化率。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，在第一方面的第六种可能的实施方式中，所述热风炉燃烧控制方法还包括：预先获取第二预定采样时间内的所述拱顶温度；若第二预定采样时间内所述拱顶温度大于预设拱顶温度阈值、且所述拱顶温度连续上升，则获取所述第二预定采样时间内所有采样时间点下所述拱顶温度对应的空燃比；计算所述所有采样时间点下所述拱顶温度对应的空燃比的平均值；将所述空燃比的平均值作为所述热风炉的最佳空燃比；根据所述最佳空燃比及所述热风炉的燃烧阶段，分别确定所述热风炉快烧期的空燃比基带和所述热风炉蓄热期的空燃比基带；根据所述热风炉的当前燃烧时刻所处燃气阶段对应的空燃比基带，调节当前燃气阀门开度。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，在第一方面的第七种可能的实施方式中，所述热风炉燃烧控制方法还包括：判断所述热风炉当前燃烧状态对应的需求风温，选择与所述需求风温对应的热风炉的预设燃气燃烧速度；

根据所述需求风温对应的预设燃气燃烧速度，调节所述热风炉当前燃烧状态下的空气阀门开度和空气压力。

根据本发明的第二方面，还提出了一种热风炉燃烧控制系统，所述热风炉燃烧控制系统包括：获取单元，用于预先获取燃烧期内热风炉的拱顶温度、热风炉的阀门开度以及热风炉的燃烧控制参数；

最佳参数实例条件判断单元，用于判断所述拱顶温度、所述阀门开度以及所述燃烧控制参数是否满足最佳参数实例条件；若满足所述最佳参数实例条件，则判定所述燃烧控制参数为最佳燃烧控制参数；

条件判断单元，用于判断当前预定时间内所述燃烧控制参数的均值变化量是否大于或等于预设变化量阈值，和/或当前预定时间内的拱顶温度连续下降时间是否达到预定时间阈值；

阀门开度设定单元，用于所述条件判断单元判定当前预定时间内燃烧控制参数的均值变化量大于或等于预设变化量阈值和/或拱顶温度连续下降时间达到预定时间阈值时，查找与所述当前预定时间内所述燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，设定为当前时刻的阀门开度。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实施方式中，所述燃烧控制参数包括：空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度和燃气利用率；

所述最佳参数实例判断单元包括：均值变化量判断子单元，用于在第一预定采样时间内，判断所述空气压力、所述燃气压力、所述空气预热温度、所述燃气预热温度和所述燃气利用率的均值变化量的绝对值是否小于或等于各自的预设均值变化量阈值；

最大差值判断子单元，用于在所述第一预定采样时间内，判断所述空气压力、所述燃气压力、所述空气预热温度、所述燃气预热温度和所述燃气利用率的最大差值是否小于或等于各自的预设最大差值阈值；拱顶温度判断子单元，用于在所述第一预定采样时间内，判断所述拱顶温度的均值是否大于或等于预设拱顶温度阈值；还用于在所述第一预定采样时间内，判断当前采样时刻对应的拱顶温度是否大于前一采样时刻对应的拱顶温度；以及阀门开度判断子单元，用于在所述第一预定采样时间内，判断所述空气阀门开度是否大于或等于空气阀门最大开度的50％、且所述燃气阀门开度是否大于或等于燃气阀门最大开度的50％。

结合第二方面，在第二方面的第二种可能的实施方式中，所述热风炉燃烧控制系统还包括：存储单元，用于将所述最佳燃烧控制参数存入到参数实例数据库中，所述存储单元，包括：第一差异度计算子单元，用于根据公式：d₁＝sqrt(∑ki*(xi1-xi2)^2)，i＝1、2…m，计算所述最佳燃烧控制参数与参数实例数据库中预存的最佳燃烧控制参数的差异度；其中，d₁表示所述最佳燃烧控制参数与所述预存的最佳燃烧控制参数的差异度，m表示所述最佳燃烧控制参数的参数类型的数量，xi1表示第i个参数类型对应的最佳燃烧控制参数的值，xi2表示第i个参数类型对应的参数实例数据库中预存的最佳燃烧控制参数的值；ki表示所述第i个参数类型对应的权值。

参数实例数据库存储子单元，用于若所述差异度计算子单元计算的所述差异度d₁大于或等于预设差异度阈值，则将所述最佳燃烧控制参数及所述最佳燃烧控制参数对应的阀门开度存储到所述参数实例数据库中。

结合第二方面，在第二方面的第三种可能的实施方式中，所述阀门开度设定单元包括：第二差异度计算子单元，根据公式：d₂＝sqrt(∑kn*(xn1-xn2)^2)，n＝1、2…m，计算当前预定时间的燃烧控制参数与所述最佳燃烧控制参数的差异度；其中，d₂表示当前预定时间的燃烧控制参数与所述最佳燃烧控制参数的差异度，m表示所述燃烧控制参数的参数类型的数量，xn1表示第n个参数类型对应的当前预定时间的燃烧控制参数的值，xn2表示第n个参数类型对应的最佳燃烧控制参数的值；kn表示所述第n个参数类型对应的权值；

设定子单元，用于将d₂值最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度设定为当前时刻的阀门开度。

结合第二方面，在第二方面的第四种可能的实施方式中，所述热风炉燃烧控制系统还包括：检测单元，检测所述热风炉的燃气压力以及所述热风炉的拱顶温度；

燃气阀门开度变化率调节单元，用于根据所述燃气压力的变化率调节燃气阀门开度的变化率，以稳定所述拱顶温度。

结合第二方面的第四种可能的实施方式，在第二方面的第五种可能的实施方式中，所述燃气阀门开度变化率调节单元，包括：比较子单元，用于比较所述燃气压力与预设燃气压力阈值的大小；

第一燃气阀门变化率调节子单元，用于当所述燃气压力小于所述预设燃气压力阈值时，根据所述燃气压力的变化率所处范围以及拱顶温度状态所共同对应的第一燃气阀门开度调节幅度，调节所述燃气阀门开度的变化率；

第二燃气阀门变化率调节子单元，用于当所述燃气压力大于或等于所述预设燃气压力阈值，根据所述燃气压力的变化率所处范围以及所述拱顶温度状态所共同对应的第二燃气阀门开度调节幅度，调节所述燃气阀门开度的变化率。

结合第二方面的第四种可能的实施方式，在第二方面的第六种可能的实施方式中，所述热风炉燃烧控制系统还包括：拱顶温度获取单元，用于预先获取第二预定采样时间内的所述拱顶温度；

空燃比获取单元，用于当第二预定采样时间内所述拱顶温度大于预设拱顶温度阈值、且所述拱顶温度连续上升时，获取所述第二预定采样时间内所有采样时间点下所述拱顶温度对应的空燃比；

空燃比计算单元，用于计算所有采样时间点下拱顶温度对应的空燃比的平均值；

最佳空燃比设定单元，用于将所述空燃比的平均值设定为热风炉的最佳空燃比；

空燃比基带确定单元，用于根据所述最佳空燃比及所述热风炉的燃烧阶段，分别确定所述热风炉快烧期的空燃比基带和所述热风炉蓄热期的空燃比基带；

燃气阀门开度调节单元，用于根据所述热风炉的当前燃烧时刻所处燃气阶段对应的空燃比基带，调节当前所述燃气阀门开度。

结合第二方面的第六种可能的实施方式，在第二方面的第七种可能的实施方式中，所述热风炉燃烧控制系统还包括：风温判断单元，用于判断所述热风炉当前燃烧状态对应的需求风温；预设燃气燃烧速度选择单元，用于选择与所述需求风温对应的热风炉的预设燃气燃烧速度；空气调节单元，用于根据所述需求风温对应的预设燃气燃烧速度，调节热风炉当前燃烧状态下的空气阀门开度和空气压力。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的热风炉燃烧控制方案，通过判断热风炉拱顶温度、阀门开度以及燃烧控制参数是否满足最佳燃烧控制参数来判断燃烧控制参数是否为最佳燃烧控制参数，从而在燃烧控制参数波动较大，或者拱顶温度下降时将当前时刻的阀门开度调节到该最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，能够将热风炉的空燃比快速及时地调节到最佳空燃比，保证了热风炉燃气的燃烧充分，并稳定了热风炉的炉况以及热风炉的拱顶温度，改善了烧炉效果，提高了高速风温的使用水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种热风炉燃烧过程的状态示意图；

图2是本发明实施例提供的第一种热风炉燃烧控制方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种热风炉的数据采集过程示意图；

图4是本发明实施例提供的燃烧控制参数存储方法的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的一种阀门开度设置方法的流程示意图；

图6是本发明实施例提供的一种热风炉燃气压力、燃气阀门开度与拱顶温度的关系示意图；

图7是本发明实施例提供的第二种热风炉燃烧控制方法的流程示意图；

图8是本发明实施例提供的一种热风炉燃气阀门开度变化率调节方法的流程示意图；

图9是本发明实施例提供的第三种热风炉燃烧控制方法的流程示意图；

图10是本发明实施例提供的一种空燃比计算方法的流程示意图；

图11是本发明实施例提供的第四种热风炉燃烧控制方法的流程示意图；

图12是本发明实施例提供的第五种热风炉燃烧控制方法的流程示意图；

图13是本发明实施例提供的第一种热风炉燃烧控制系统的结构示意图；

图14是本发明实施例提供的一种最佳参数实例判断单元的结构示意图；

图15是本发明实施例提供的第二种热风炉燃烧控制系统的结构示意图；

图16是本发明实施例提供的一种阀门开度设定单元的结构示意图；

图17是本发明实施例提供的第三种热风炉燃烧控制系统的结构示意图；

图18是本发明实施例提供的一种燃气阀门开度变化率调节单元的结构示意图；

图19是本发明实施例提供的第四种热风炉燃烧控制系统的结构示意图；

图20是本发明实施例提供的第五种热风炉燃烧控制系统的结构示意图；

图21是本发明实施例提供的一种热风炉燃烧控制系统的架构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

下述技术方案的实施可以基于专家智能控制技术。

请参见图2，图2为本发明实施例提供的第一种热风炉燃烧控制方法的流程示意图，如图2所示，本发明实施例提供的热风炉燃烧控制方法，包括如下步骤：

步骤S210：预先获取热风炉燃烧期内热风炉的拱顶温度、热风炉的阀门开度以及热风炉的燃烧控制参数。

如背景技术中所述，热风炉燃烧期包括快烧期与蓄热期，热风炉的拱顶温度高低直接决定了热风炉的蓄热效果和烟道温度的加热效率，进而影响了空气的加热效率以及向炼铁高炉进行送风的送风温度。而热风炉的空燃比对拱顶温度具有决定性影响，通过调节空燃比能够调节热风炉中空气流量、燃气流量，进而影响燃气的燃烧情况，从而决定热风炉的拱顶温度，因此通过测量燃烧期内热风炉的拱顶温度能够恰当地表征热风炉空燃比的配比情况。上述热风炉优选顶燃式热风炉。

热风炉的阀门开度包括空气阀门开度与燃气阀门开度，通过分别调节空气阀门开度与燃气阀门开度，能够调节热风炉内的空气流量与燃气流量，从而实现对空燃比的调节。

热风炉的燃烧控制参数包括：燃烧期内热风炉的空气压力、空气预热温度、燃气压力、燃气预热温度以及燃气利用率。

热风炉的空气压力和燃气压力能够影响热风炉的拱顶温度，当空气压力与燃气压力配比合适时，能够促进燃气的燃烧，提高热风炉的拱顶温度，防止热风炉拱顶温度下降。因此，空气压力和燃气压力是影响热风炉拱顶温度的重要因素。

冷空气与冷燃气在燃烧前分别进行预热，被预热后的空气与燃气混合后再进行燃烧，能够缩短热风炉的燃烧时间并使得燃烧时火焰温度均匀，使得空气与燃气燃烧充分，提高了热风炉拱顶温度，因此空气预热温度和燃气预热温度是拱顶温度的重要影响因素。

燃气利用率反映了燃气的配比，以煤气为例，煤气的成分主要为CO和CO₂，煤气利用率即CO质量占总煤气质量的比重。煤气利用率高时，即CO含量高，从而有效燃烧的成分高，能够提高热风炉的拱顶温度；煤气利用率低时，CO含量低，导致有效燃烧的成分低，会降低热风炉的拱顶温度。综上，燃气利用率能够影响热风炉的拱顶温度。

作为一种实施例，图3是本发明实施例提供的一种热风炉的数据采集过程的示意图。如图3所示，在实际工作过程中，在热风炉燃烧期内，通过如下方法获取热风炉的拱顶温度、阀门开度以及热风炉的燃烧控制参数的数据：

在热风炉的燃烧期内，每间隔预定采样时间t秒，采集一次热风炉的拱顶温度、阀门开度以及燃烧控制参数的值；以时间T(T>t)秒作为数据组织周期，统计一次拱顶温度、阀门开度以及燃烧控制参数的平均值，并计算前T秒、后T秒(共2T秒)平均值之差，作为均值变化量，如燃气压力的均值变化量为：△P＝P燃(T)-P燃(T-1)；其中，△P燃为燃气压力变化量、P燃(T)为第T个数据组织周期的燃气压力平均值，P燃(T-1)为第T-1个数据组织周期的燃气压力平均值。其中，t可以为1秒，数据组织周期T可以为30秒，

如图3所示，当对前T秒、后T秒内数据统计完毕后，使用新的数据组织周期T秒采集到的数据替代后T秒数据，使用原来的后T秒采集到的数据替代前T秒采集到的数据，从而生成下一个2T秒采样周期数据，从而采集多组均值变化量。通过上述生成方式，能够减小获取到的拱顶温度、阀门开度以及燃烧控制参数的数据差异程度，保持数据的平稳性。

步骤S220：判断拱顶温度、阀门开度以及燃烧控制参数是否满足最佳参数实例条件；若满足最佳参数实例条件，则判定该燃烧控制参数为最佳燃烧控制参数。

其中，最佳参数实例条件如下：

第一预定采样时间内的空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度或燃气利用率的均值变化量的绝对值小于或等于各自的均值变化量阈值；其中，第一预定采样时间可以为两个数据组织周期T，均值变化量的计算方法如上述图3中实施例获得。

第一预定采样时间内，空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度以及燃气利用率的最大差值分别小于或等于各自的最大差值阈值。

第一预定采样时间内，拱顶温度的均值大于或等于预设拱顶温度阈值；均值可以以图3所示实施例的方法测得。

第一预定采样时间内，当前采样时刻对应的拱顶温度大于上一时刻对应的拱顶温度；及，

第一预定采样时间内，空气阀门开度一直大于空气阀门最大开度的50％、且当前采样时刻对应的燃气阀门开度一直大于或等于燃气阀门最大开度的50％。该第一预定采样时间包括

空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度及燃气利用率的均值变化量反映了上述参数的变动稳定性。如上所述，空气压力与燃气压力能够影响拱顶温度的高低，空气预热温度以及燃气预热温度能够使得空气和燃气混合后燃烧充分，从而提高热风炉的拱顶温度。而燃气利用率反映了燃气中有效燃烧成分的含量，从而影响到拱顶温度的高低，因此空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度以及燃气利用率的变动稳定性影响拱顶温度的变动的稳定性。

同时，通过判断空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度及燃气利用率的最大差值是否小于或等于各自的预设最大差值阈值，能够判断上述参数的变化剧烈程度。因此能够根据上述参数的变化剧烈程度较低时，拱顶温度的变化剧烈程度也较低。

综上所述，拱顶温度高低直接决定了热风炉的蓄热效果和烟道温度的加热效率，进而影响了空气的加热效率以及向炼铁高炉进行送风的送风温度，因此若要保证热风炉的空气加热效率以及送风温度、并缩短送风时间需要保持预定采样时间内拱顶温度一直大于或等于预设拱顶温度且当前采样时刻对应的拱顶温度大于上一采样时刻对应的拱顶温度；拱顶温度在自然状态下会不断损耗，因此若拱顶温度小于上一时刻对应的拱顶温度，则热风炉的送风温度可能不达标，影响炼铁高炉的冶炼效果，因此需要在当前采样时刻对应的拱顶温度大于上一采样时刻对应的拱顶温度时，选择合适的空燃比，以稳定或提高拱顶温度，防止拱顶温度的损耗。

空气阀门开度决定了空气流量，燃气阀门开度决定了燃气流量，因此为了保证适当的空气流量以及燃气流量，使得空气与燃气能够充分混合，从而充分燃烧，需要将空气阀门开度和燃气阀门开度分别控制在各自最大开度的50％以上。

综上，由于空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度是影响拱顶温度的重要条件，当上述条件处于最佳时，影响拱顶温度的就是阀门开度，通过调节阀门开度可以直接决定拱顶温度的大小及变动情况。通过判断拱顶温度、阀门开度、空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度、燃气利用率是否分别满足各自的最佳参数实例条件时，拱顶温度比较合适，此时对应的阀门开度为最佳阀门开度，该最佳阀门开度即空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度以及燃气利用率等燃烧控制参数变动程度稳定且突变程度不剧烈，拱顶温度适宜的情况下对应的阀门开度，从而在应用时将实际阀门开度调整到该最佳阀门开度，以将当前空燃比调整到合适的空燃比，从而调整拱顶温度，提高热风炉的送风温度，并进而提高炼铁高炉的冶炼效率。

其中，上述判定燃烧控制参数为最佳燃烧控制参数时，将上述预定采样时间内燃烧控制参数(空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度和燃气利用率)的平均值设定为最佳燃烧控制参数。并且若预定采样时间内阀门开度不变，则可将该阀门开度直接作为最佳燃烧控制参数对应的阀门开度；若预定采样时间内阀门开度变化，可将该预定采样时间的阀门开度的平均值作为最佳燃烧控制参数对应的阀门开度。

在判定燃烧控制参数为最佳燃烧控制参数后，可以将最佳燃烧控制参数及其对应的阀门开度存储到相关的参数实例数据库中，具体地，作为一种优选的实施例，图4是本发明实施例提供的燃烧控制参数存储方法的流程示意图，如图4所示：

首先需要在参数实例数据库中新建一张临时实例表tmpcase，将最佳燃烧控制参数及其对应的阀门开度存储到该临时实例表tmpcase中；

设定每间隔时间T₁筛选一次最佳燃烧控制参数及其对应的阀门开度，然后存入到kcase、mcase两个专家实例表中，其中，为了提高实例检索速度，按照如下的燃气压力与空气压力的关系把最佳燃烧控制参数筛选到kcase或mcase两个专家实例库中：

(1)若空气压力大于燃气压力，则将最佳燃烧控制参数及其对应的阀门开度存入到kcase实例表中；

(2)若空气压力小于或等于燃气压力，则将最佳燃烧控制参数及其对应的阀门开度存入到mcase实例表中。

在具体的筛选过程中，主要运用欧氏距离算法，再乘以对应的权值ki在参数实例数据库中寻找是否有类似的实例。具体步骤如下：

S410：根据公式：d₁＝sqrt(∑ki*(xi1-xi2)^2)，i＝1、2…m，计算判定为最佳燃烧控制参数的燃烧控制参数与参数实例数据库中预存的最佳燃烧控制参数的差异度；其中，d₁表示该燃烧控制参数与所述参数实例数据库中预存的最佳燃烧控制参数的差异度，m表示燃烧控制参数的参数类型的数量，所述参数类型包括空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度和燃气利用率，m可以等于5；xi1表示第i个参数类型对应的燃烧控制参数的值，xi2表示第i个参数类型对应的参数实例数据库中预存的最佳燃烧控制参数的值；ki表示所述第i个参数类型对应的权值。

S420：若差异度d₁大于或等于预设差异度阈值，则将判定为最佳燃烧控制参数的燃烧控制参数存储到参数实例数据库中，否则丢弃该计算得到的最佳燃烧控制参数。

优选地，公式d₁＝sqrt(∑ki*(xi1-xi2)^2)，i＝1、2…m中，不同参数类型i对应的权值ki取值可以如表1所示，且所述预设差异度阈值为0.1。

参数类型i	加权系数ki
		空气压力	0.35
煤气压力	0.25
		空气温度	0.1/10
煤气温度	0.1/10
		煤气利用率	0.2

通过上述方法筛选最佳燃烧控制参数，以将最佳燃烧控制参数及其对应的阀门开度存储到参数实例数据库中，能够防止最佳燃烧控制参数重复或数值相近，并能够方便相关操作人员调取该实例数据库中存储的数据。

S230：判断当前预定时间内所述燃烧控制参数的均值变化量是否大于或等于预设变化量阈值，和/或当前预定时间内拱顶温度连续下降时间是否达到预定时间阈值；

空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度和燃气利用率中的任一燃烧控制参数的均值变化量大于或等于其对应的预设阈值时，说明当前预定时间内热风炉燃烧状况不稳定，变动程度较大，并且由于上述燃烧控制参数都可以影响拱顶温度，因此上述燃烧控制参数中任一发生变化时，拱顶温度将会受到影响。因此，可以通过调节热风炉的空燃比以稳定热风炉的拱顶温度，从而调节热风炉的燃烧状况。

在燃烧期内，拱顶温度应当保持稳定或上升趋势，若拱顶温度连续下降时间达到预定时间阈值，则说明拱顶温度发生异常，有可能导致热风炉的蓄热效果差，送风温度不达标，因此为了保持拱顶温度正常，需要调节热风炉的空燃比，以提高空气与燃气流量，使拱顶温度恢复正常。其中，燃烧控制参数的均值变化量的计算方法与上述实施例中均值变化量的计算方法相同。

S240：若燃烧控制参数的均值变化量大于或等于预设变化量阈值和/或拱顶温度连续下降时间达到预定时间阈值，则将当前时刻的阀门开度调整至与当前预定时间内燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度。其中，该阀门开度包括燃气阀门开度与空气阀门开度。

由于最佳燃烧控制参数是当获取到的空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度和燃气利用率的均值变化量小于或等于预定均值变化量阈值的条件下选择的，并且最佳燃烧控制参数对应的拱顶温度大于或等于预设拱顶温度阈值，且后一时刻对应的拱顶温度大于前一采样时刻对应的拱顶温度，因此通过将当前时刻的阀门开度调节至与当前预定时间内的燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，能够保持当前预定时间内燃烧控制参数的稳定，避免燃烧控制参数的均值变化量波动过大；同时由于最佳燃烧控制参数也是当拱顶温度连续上升时选取的，因此将当前时刻的阀门开度调节至与当前预定时间内的燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，能够减小甚至扭转拱顶温度的下降程度。其中，因为检测的是一段时间内的炉况，因此优选的将当前预定时间内燃烧控制参数的均值设为当前预定时间内的燃烧控制参数，当然也可以选用当前时刻的燃烧控制参数作为当前预定时间内的燃烧控制参数。

综上，通过将当前时刻的阀门开度调节至与当前预定时间的燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，能够选择与当前预定时间的热风炉炉况对应的合适的空燃比，以调节热风炉的炉况，使得热风炉的燃烧控制参数的均值变化量保持稳定，和/或避免热风炉的拱顶温度下降。

作为一种优选的实施例，图5是本发明实施例提供的一种阀门开度设置方法的流程示意图，在图2所示步骤S240中，可以通过欧氏距离算法，查找与当前预定时间的燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，具体包括如下步骤：

步骤S510：根据公式：d₂＝sqrt(∑kn*(xn1-xn2)^2)，n＝1、2…m，计算当前预定时间的燃烧控制参数与所述最佳燃烧控制参数的差异度；

其中，d₂表示当前预定时间的燃烧控制参数与最佳燃烧控制参数的差异度，m表示所述燃烧控制参数的参数类型的数量，m能够等于5，xn1表示第n个参数类型对应的当前预定时间的燃烧控制参数的值，xn2表示第n个参数类型对应的最佳燃烧控制参数的值；kn表示所述第n个参数类型对应的权值；其中，不同参数类型n对应的kn的对应关系与表1所示的i与ki关系相同。

步骤S520：将d₂值最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度设定为当前时刻的阀门开度。

通过上述方法，能够查找到与当前预定时间内燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，由于能够影响拱顶温度的燃烧控制参数的值已确定，并且最佳燃烧控制参数对应的阀门开度是在拱顶温度上升时取得的，因此，通过使用该阀门开度可以调节热风炉的空气流量和燃气流量，从而防止或扭转热风炉拱顶温度的下降趋势，使得拱顶温度保持稳定或短暂上升。

在图2所示实施例的方法中，在获取热风炉的拱顶温度。阀门开度和燃烧控制参数后，需要分别计算拱顶温度、燃气压力(即燃气总管压力，一般使用煤气作为燃气)以及空燃比的变化量和变化率，其中，例如，在选用煤气作为燃气的情况下：

拱顶温度的变化量计算公式为△T顶＝T顶(s)-T顶(s-1)；式中，T为温度，s为采样时间。

拱顶温度的变化率计算公式为△ET顶＝[T顶(s)-T顶(s-1)]-[T顶(s-1)-T顶(s-2)]；式中，T为温度，s为采样周期。

煤气压力的变化量：△P煤总＝P煤总(s)-P煤总(s-1)式中，s为采样时间。

煤气压力的变化率：△EP煤总＝[P煤总(s)-P煤总(s-1)]-[P煤总(s-1)-P煤总(s-2)]式中，s为采样时间。

空燃比的变化量：△K＝K(s)-K(s-1)式中，s为采样时间。

空燃比的变化率：△EK＝[K(s)-K(s-1)]-[K(s-1)-K(s-2)]式中，s为采样时间。

同时，热风炉容易出现异常情况，在获取热风炉的拱顶温度、阀门开度及燃烧控制参数的值时，当出现信号测量异常情况，为了避免模型计算错误及人为误操作造成的安全限幅设置，保证在自动烧炉过程各种参数维持在安全范围，需要对异常情况进行处理，下面是异常情况及其对应的处理方法：

(1)流量扰动处理，在生产过程中，当工况发生变化，流量(包括燃气流量和空气流量)随之改变，由于生产复杂多变，存在一些不确定干扰因素，造成流量值瞬间增大或减小，随后又恢复正常，这种情况的出现会给决策带来误导，做出错误的控制。为了消除扰动，将根据压力的变化大小和方向，判断当前采集的流量值是否为需要的值。如果当前流量不是所需值，就会将上次采集值赋予当前值，作为本次流量值。

(2)流量下限处理，当流量值不随压力波动而改变及流量值显示为零时，系统以语音方式和光报警进行报警提示，操作人员可以及时退出自动烧炉。

(3)煤气压力下限处理，当煤气压力低于5kPa时，系统以语音方式和光报警进行报警提示，操作人员可及时进行干预。煤气压力低于3kPa时，停止烧炉。

(4)空气压力下限处理，当空气压力低于5kPa时，系统以语音方式和光报警进行报警提示，操作人员可以及时对有报警出现时人工进行干预。空气压力低于3kPa时，停止烧炉。

(5)拱顶温度处理，当现场有两个拱顶温度，系统会以其中一个拱顶温度值作为系统参考值，若其中温度值显示最大值时，说明现场设备有故障，系统将切换到另一个拱顶温度，保证数据的准确性。当两个拱顶温度都损坏时，系统以语音方式和光报警进行报警提示，操作人员可以及时退出自动烧炉。

(6)烟道温度处理，当烟道温度值显示最大值时，系统以语音方式和光报警进行报警提示，操作人员可以及时退出自动烧炉。

当将阀门开度调整至最佳燃烧控制参数对应的阀门开度一段时间后，还可以对当前时刻的阀门开度进行微调，以使得拱顶温度保持稳定。在调节热风炉的空燃比时，空气流量、燃气流量均是可调的，然而由于燃气压力波动较大而空气压力相对稳定，因此需要优先调节燃气流量，仅在必要时调节空气流量，这即是“定空调煤”技术，经过长期研究，发明人通过对烧炉历史数据进行分析，得到燃气压力与拱顶温度的关系如图6所示。

由图6可知，当空气压力、空气流量、空气阀门开度、燃气阀门开度一定的情况下，燃气压力(如煤气总管压力)变化斜率与拱顶温度变化斜率基本一致，因此，根据燃气压力和拱顶温度的变化率，可以对燃气阀门做出相应的调整，从而对空燃比进行调节，保证拱顶温度持续保持稳定，不出现较大的波动。

具体地，热风炉燃烧期内空燃比的变化斜率和拱顶温度的变化斜率基本一致，用拱顶温度的变化表征空燃比是否配比合适，并且燃气压力变化斜率与拱顶温度变化斜率基本一致，所以热风炉的拱顶温度可以由空燃比控制，并通过燃气压力进行修正。

具体的调节方法如图7所示，图7是本发明实施例提供的第二种热风炉燃烧控制方法的流程示意图，该热风炉燃烧控制方法除了图1所示步骤外，还包括：

步骤S710：在预设时间内，检测热风炉的燃气压力以及热风炉的拱顶温度；

步骤S720：根据燃气压力的变化率调节燃气阀门开度的变化率以稳定拱顶温度。

由于燃气压力的变化率与拱顶温度的变化率基本一致，同时热风炉燃烧期内空燃比的变化率和拱顶温度的变化斜率基本一致，因此可以使用燃气压力的变化率调节空燃比的变化率，从而达到稳定拱顶温度的作用，进而削弱燃气压力对空燃比的影响，保证拱顶温度持续不变，在热风炉燃烧过程中起到负反馈和前馈控制的作用。

在实际调节燃气阀门开度的过程中，由于燃气压力处于预设燃气压力阈值之上或之下时，对应的热风炉炉况不同，因此需要对应调节的燃气阀门开度也不相同，因此图7所示步骤S720根据燃气压力的变化率调节燃气阀门开度的变化率的方法如图8所示，图8是本发明实施例提供的一种热风炉燃气阀门开度变化率调节方法的流程示意图，包括：

S810：比较燃气压力与预设燃气压力阈值的大小；

S820：若所述燃气压力小于所述预设燃气压力阈值，则根据所述燃气压力的变化率所处范围以及拱顶温度状态所共同对应的第一燃气阀门开度调节幅度，调节所述燃气阀门开度的变化率；

S830：若所述燃气压力大于或等于所述预设燃气压力阈值，则根据所述燃气压力的变化率所处范围以及所述拱顶温度状态所共同对应的第二燃气阀门开度调节幅度，调节所述燃气阀门开度的变化率。

具体的，可以以9.9KPa作为预设燃气压力阈值，当燃气压力小于9.9KPa时，将燃气阀门开度调节幅度限定在最大阀门开度的1％至2.5％之间(包括端值)，具体地，如下表，即表2所示，

表2中，ΔP_燃气表示预定时间内燃气压力的变化率，↑表示燃气阀门向上调节，↓表示燃气阀门向下调节，ΔT表示拱顶温度，上表中升高、相等、下降为燃气阀门幅度调节前的拱顶温度ΔT的状态，2％、1.6％……表示燃烧阀门开度调节幅度。例如，当拱顶温度ΔT升高时，且燃气压力的变化率ΔP_燃气<＝0.5kPa时，燃气阀门开度开大2％，其中2％是相对于最大燃气阀门开度的。

当燃气压力大于或等于9.9KPa时，燃气阀门开度调节幅度限定在最大燃气阀门开度的1％至2％之间(包括端值)，具体地，如表3，即下表所示，

具体地，当拱顶温度上升时，且燃气压力的变化量ΔP_燃气下降0.7KPa时，调高燃气阀门开度上升幅度未最大燃气阀门开度的2％。

通过上述热风炉燃烧控制方法，虽然能够在热风炉燃烧过程中稳定拱顶温度，但是如果将热风炉拱顶温度调节至目标拱顶温度还是有一定的差距，不能满足热风炉自动燃烧的要求，具体地，当调大热风炉阀门开度以调节空燃比时，空气流量和/或燃气流量增大，但是空气流量或燃气流量并非一直升高，并且由于空气流量与燃气流量最佳配比的变化，导致拱顶温度并不一定一直升高。因此，发明人从热风炉燃烧的本质着手分析，总结影响热风炉燃烧效果主要因素是空燃比，并以此为目标做了以下工作，形成了一套燃烧寻优控制方法。

首先需要动态寻找空燃比基带。由于高炉热风炉燃烧使用的燃气主要来源于高炉冶炼产生的废气，高炉炉况的变化与燃气质量也在不停的变化，因此，热风炉在燃烧过程中的空气与燃气的最优配比也在不断变化，从而导致燃烧控制使用的最优空燃比基带也在随时变化。

具体方法请参考图9，图9是本发明实施例提供的第三种热风炉燃烧控制方法的流程示意图，如图9所示，该热风炉的燃烧控制方法包括如下步骤：

S910：预先获取第二预定采样时间内的所述拱顶温度；

S920：若第二预定采样时间内所述拱顶温度大于预设拱顶温度阈值、且所述拱顶温度连续上升，则获取所有采样时间点下所述拱顶温度对应的空燃比；

S930：计算所述所有采样时间点下所述拱顶温度对应的空燃比的平均值；

作为一种实施例，在预先获取第二预定采样时间内的拱顶温度时，如图10所示，图10是本发明实施例提供的一种空燃比计算方法的流程示意图，本实施例中利用寄存器的“先进先出”思想，建立能存储100个元素的一维数组。在热风炉烧炉期内，判断拱顶温度大于或等于预设温度T(如：T为1255℃)且拱顶温度连续上升时，先舍弃数组中的第一个元素中的空燃比数据，再把第二个元素中的空燃比数据移动到第一个元素中，依次类推空出第100个元素，再把此时的空燃比写入第100个元素，最后计算这个数组的平均值，从而计算出最近预定时间段内的最佳空燃比。

S940：将空燃比的平均值作为热风炉的最佳空燃比；

S950：根据最佳空燃比及所述第二预定采样时间内热风炉的燃烧阶段，分别确定所述热风炉快烧期的空燃比基带和所述热风炉蓄热期的空燃比基带。

空燃比基带即空燃比所在区间，其中，由于热风炉快烧期拱顶温度需要持续上升以快速进入蓄热期，而在蓄热期内需要节约燃气，可以保持拱顶温度稳定，因此热风炉快烧期与热风炉蓄热期的空燃比基带是不同的，在热风炉快烧期内，空燃比基带的数值范围需要设置较低，从而使得燃气充分燃烧，以快速提高拱顶温度；在热风炉蓄热期内，拱顶温度稳定的情况下，应该设置空燃比基带的数值范围较高，从而使得空气流量过剩，以减少燃气量，达到节约燃气的作用。

S960：根据所述热风炉的当前燃烧时刻所处燃烧阶段对应的空燃比基带，调节当前所述燃气阀门开度。

空燃比基带与燃气阀门开度具有一定对应关系，在当前热风炉燃烧阶段内，根据空燃比基带调节燃气阀门开度，达到调节空燃比，进而控制拱顶温度的作用。

请参考图11，图11是本发明实施例提供的第四种热风炉燃烧控制方法的流程示意图，当寻找到快烧期和蓄热期两个时期的空燃比基带时，还需要进行燃烧自寻优控制。如图11所示，所述热风炉燃烧控制方法包括如下步骤：

步骤1101：比较当前周期拱顶温度与上一周期拱顶温度。

步骤1102：判断燃气阀门调整标记是否等于0；若是，执行步骤1103；若否，执行步骤1104。

步骤1103：判断拱顶温度是否大于或等于目标温度；若是，执行步骤1105；若否，执行步骤1106。

步骤1104：判断拱顶温度是否等于目标温度；若是，执行步骤1114；若否，执行步骤1115。

步骤1105：使用空燃比基带为0.64-0.69(包括端值)，调节热风炉的空燃比；其中最大空燃比等于0.69，最小空燃比等于0.64。

步骤1106：使用空燃比基带为0.62-0.67(包括端值)，调节热风炉的空燃比；其中最大空燃比等于0.67，最小空燃比等于0.62。

步骤1107：判断拱顶温度是否与目标温度相等；若是，执行步骤1108；若否，执行步骤1109。

步骤1108：将未调整计算值加1。

步骤1109：判定未调整计数值＝0，调整计数值＝0，燃气阀调整标记＝0。

步骤1110：将计数值设为8。

步骤1111：判断当前空燃比是否小于最大空燃比。

步骤1112：减小燃气阀门开度2％，设置调整标记为开小标记。

步骤1113：增大燃气阀门开度2％，设置调整标记为开大标记。

步骤1114：判断计数值是否设为8；若是，执行步骤1116；若否，执行步骤1117。

步骤1115：判断拱顶温度是否大于上次温度；若是，则执行步骤1118；若否执行步骤1119。

步骤1116：将未调整计数值设为7，调整计数值设为0，燃气阀调整标记设为0。

步骤1117：调整计数值加1。

步骤1118：将未调整计数值设为0，调整计数值设为0，燃气阀调整标记设为0。

步骤1119：判断调整标记是否为开小标记；若是，执行步骤1120；若否，执行步骤1121。

步骤1120：将燃气阀门开度增大2％。

步骤1121：将燃气阀门开度减小2％。

步骤1122：将未调整计数值设为0，将调整计数值设为0，将燃气阀调整标记设为0。

综上，通过根据当前燃烧状态下拱顶温度的情况选用合适的空燃比基带，调整热风炉燃气阀门开度，从而调整热风炉的空燃比达到控制拱顶温度，实现热风炉自动燃烧的效果，从而满足炼铁高炉生产所需风温温度的要求，还能减少煤气的消耗量。

在炼铁高炉生产的过程中，炼铁高炉需要频繁换炉以保持高风温，此时热风炉的烧炉时间较短。当炼铁高炉生产节奏不快或处于停歇状态时，对风温要求不高，此时可以延长热风炉烧炉时间，针对不同烧炉时间要求，操作人员需要调整空气流量和燃气流量，以调整烧炉时间。在高炉紧急休风，然后复风后需要高风温时，需要快烧，以提高热风炉换炉频次，从而提高热风温度；在炼铁高炉长期休风时，由于休风之前已经向炼铁高炉内添加较多的焦炭，因此高炉复风后不需要高风温，此时，可以降低换炉频次，采用慢烧的方式进行烧炉。因此，需要在热风炉燃烧控制方法中，添加燃烧速度控制的功能。

具体的燃烧控制过程如图12所示，该燃烧控制过程包括如下步骤：

S1210：判断热风炉当前燃烧状态对应的需求风温，选择与需求风温对应的热风炉的预设燃气燃烧速度。

S1220：根据所述需求风温对应的预设燃气燃烧速度，调节所述热风炉当前燃烧状态下的空气阀门开度和空气压力。

高炉热风炉燃烧时间与空气流量和燃气流量的总量成反比，因此，控制空气和燃气的流量能够控制燃烧速度。气体流量跟阀门开口度和压力有关，一定的空气阀开口度和压力决定了空气流量，根据最佳空燃比能够决定燃气消耗量，因此，热风炉燃烧的进气量也一定，烧炉速度就能确定下来。其中，

(1)空气阀门<64％,空气压力<8.0KPa,定义为慢烧。

(2)空气阀门>＝64％,空气压力>＝8.0KPa,定义为快烧。

在高炉热风炉自动燃烧控制系统的人机界面中添加快烧和慢烧选择按钮，程序中按照不同的选择对专家实例库查询合适的阀门开度，从而控制热风炉的燃烧速度。

通过以上的方法实施例的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了热风炉燃烧控制系统的实施例，由于所述系统对应的方法为本发明实施例中的热风炉燃烧控制方法，并且本系统解决问题的原理与方法相似，因此该系统的实施可以参照方法的实施，重复之处不再赘述。

请参见图13，图13为本发明实施例提供的第一种热风炉燃烧控制系统的结构示意图，如图13所示,该热风炉燃烧控制系统包括：

获取单元1301，用于预先获取燃烧期内热风炉的拱顶温度、热风炉的阀门开度以及热风炉的燃烧控制参数；

最佳参数实例条件判断单元1302，用于判断所述拱顶温度、所述阀门开度以及所述燃烧控制参数是否满足最佳参数实例条件；若满足所述最佳参数实例条件，则判定所述燃烧控制参数为最佳燃烧控制参数；

条件判断单元1303，用于判断当前预定时间内所述燃烧控制参数的均值变化量是否大于或等于预设变化量阈值，和/或当前预定时间内的拱顶温度连续下降时间是否达到预定时间阈值；

阀门开度设定单元1304，用于所述条件判断单元判定当前预定时间内燃烧控制参数的均值变化量大于或等于预设变化量阈值和/或拱顶温度连续下降时间达到预定时间阈值时，查找与所述当前预定时间内燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，设定为当前时刻的阀门开度。

其中，上述燃烧控制参数包括：空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度和燃气利用率；

如图14所示，最佳参数实例判断单元1302包括：

均值变化量判断子单元13021，用于在第一预定采样时间内，判断所述空气压力、所述燃气压力、所述空气预热温度、所述燃气预热温度或所述燃气利用率的均值变化量的绝对值是否小于或等于各自的预设均值变化量阈值；

最大差值判断子单元13022，用于在第一预定采样时间内，判断空气压力、所述燃气压力、所述空气预热温度、所述燃气预热温度和所述燃气利用率的最大差值是否小于或等于各自的预设最大差值阈值；

拱顶温度判断子单元13023，用于在第一预定采样时间内，判断所述拱顶温度的均值是否大于或等于预设拱顶温度阈值；还用于在所述预定采样时间内，判断当前采样时刻对应的拱顶温度是否大于前一采样时刻对应的拱顶温度；以及

阀门开度判断子单元13024，用于在第一预定采样时间内，判断空气阀门开度是否大于或等于空气阀门最大开度的50％、且燃气阀门开度是否大于或等于燃气阀门最大开度的50％。

如图15所示，图15所示的热风炉燃烧控制系统除了图13中所示的各个结构模块外还包括：存储单元1305，用于将所述判定为最佳燃烧控制参数的燃烧控制参数存入到参数实例数据库中，所述存储单元1305，包括：

第一差异度计算子单元13051，用于根据公式：d₁＝sqrt(∑ki*(xi1-xi2)^2)，i＝1、2…m，计算燃烧控制参数与参数实例数据库中预存的最佳燃烧控制参数的差异度；其中，d₁表示所述燃烧控制参数与所述预存的最佳燃烧控制参数的差异度，m表示所述燃烧控制参数的参数类型的数量，xi1表示第i个参数类型对应的燃烧控制参数的值，xi2表示第i个参数类型对应的参数实例数据库中预存的最佳燃烧控制参数的值；ki表示所述第i个参数类型对应的权值；ki的取值如上表1所示。

参数实例数据库存储子单元13052，用于若所述差异度计算子单元计算的所述差异度d₁大于或等于预设差异度阈值，则将所述最佳燃烧控制参数及所述最佳燃烧控制参数对应的阀门开度存储到所述参数实例数据库中。

如图16所示，阀门开度设定单元1304包括：第二差异度计算子单元13041，根据公式：d₂＝sqrt(∑kn*(xn1-xn2)^2)，n＝1、2…m，计算当前预定时间的燃烧控制参数与所述最佳燃烧控制参数的差异度；其中，d₂表示当前预定时间的燃烧控制参数与所述最佳燃烧控制参数的差异度，m表示所述燃烧控制参数的参数类型的数量，xn1表示第n个参数类型对应的当前预定时间的燃烧控制参数的值，xn2表示第n个参数类型对应的最佳燃烧控制参数的值；kn表示所述第n个参数类型对应的权值；参数类型n与权值kn的关系参见表1中参数类型i与权值ki的关系。

设定子单元13042，用于将d₂值最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度设定为当前时刻的阀门开度。

如图17所示，图17所示的热风炉燃烧控制系统除了图13所示的各个结构外还包括：检测单元1306，检测预定时间内所述热风炉的燃气压力以及所述热风炉的拱顶温度；

燃气阀门开度变化率调节单元1307，用于根据所述燃气压力的变化率调节燃气阀门开度的变化率，以稳定所述拱顶温度。

如图18所示，图17所示实施例中的燃气阀门开度变化率调节单元1307包括：比较子单元13071，用于比较所述燃气压力与预设燃气压力阈值的大小；

第一燃气阀门变化率调节子单元13072，用于当所述燃气压力小于所述预设燃气压力阈值时，根据所述燃气压力的变化率所处范围以及拱顶温度状态所共同对应的第一燃气阀门开度调节幅度，调节所述燃气阀门开度的变化率；

第二燃气阀门变化率调节子单元13073，用于当所述燃气压力大于或等于所述预设燃气压力阈值，根据所述燃气压力的变化率所处范围以及所述拱顶温度状态所共同对应的第二燃气阀门开度调节幅度，调节所述燃气阀门开度的变化率。

图19是本发明实施例提供的第四种热风炉燃烧控制系统的结构示意图，如图19所示，热风炉燃烧控制系统除了图17所示的各个结构外，还包括：拱顶温度获取单元1308，用于预先获取预定采样时间内的所述拱顶温度；

空燃比获取单元1309，用于当预定采样时间内所述拱顶温度大于预设拱顶温度阈值、且所述拱顶温度连续上升时，获取所有采样时间点下所述拱顶温度对应的空燃比；

空燃比计算单元1310，用于计算所有采样时间点下拱顶温度对应的空燃比平均值；

最佳空燃比设定单元1311，用于将空燃比的平均值设定为热风炉的最佳空燃比；

空燃比基带确定单元1312，用于根据所述最佳空燃比及所述热风炉的燃烧阶段，分别确定所述热风炉快烧期的空燃比基带和所述热风炉蓄热期的空燃比基带；

燃气阀门开度调节单元1313，用于根据所述热风炉的当前燃烧时刻所在燃气阶段对应的空燃比基带，调节当前所述燃气阀门开度。

图20是本发明实施例提供的第五种热风炉燃烧控制系统的结构示意图，如图20所示，所述热风炉燃烧控制系统还包括：风温判断单元1314，用于判断热风炉当前燃烧状态对应的需求风温；

预设燃气燃烧速度选择单元1315，用于选择与需求风温对应的热风炉的预设燃气燃烧速度；

空气调节单元1316，用于根据上述需求风温对应的预设燃气燃烧速度，调节热风炉当前燃烧状态下的空气阀门开度和空气压力。

上述技术方案中，可以基于专家智能控制及燃烧自寻优技术实现，并且上述实施例中的热风炉包括顶燃式热风炉。

图21是本发明实施例提供的一种热风炉燃烧控制系统的架构示意图，如图21所示，燃烧控制方案主要包括控制决策协调器、、数据库模块、数据采集及处理模块、专家智能控制模块、燃烧自寻优控制模块和燃烧速度控制模块等模块组成；其中，控制决策协调器主要根据热风炉燃烧时期的工艺条件调用图21中的数据采集及处理模块、专家智能控制模块和燃烧自寻优模块，最终输出空气和煤气阀门的调整值，使空燃比达到合理配比，实现热风炉自动燃烧。

数据采集及处理模块主要负责建立与热风炉PLC(逻辑控制单元)的链接，根据人机界面和模型的要求通过OPC(OLE for Process Control,用于过程控制的OLE)协议读写PLC中的数据。OPC技术是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用。OPC采用客户端/服务器模式，从而方便热风炉、服务器以及客户端之间数据的交互。

本模块的OPC服务器采用Kepware软件，在使用之前需要配置Kepware软件针对PLC的驱动程序，填入PLC的IP地址、组名和各个参数的标签名及地址。利用Kepware自带的客户端检查各个参数点的数据能否读取上来。OPC客户端数据采集利用C#开发，在C#程序中建立与OPC服务器的链接，建立组，添加项，最后利用OPC协议中的异步读、写周期性执行实现与热风炉数据交换。

热风炉参数处理负责采集和预处理数据，能够为炉况判断和决策提供实时数据。预处理是对从OPC服务器采集的生产过程中实时数据进行处理，主要包括拱顶温度，烟道温度，空气流量和压力，燃气流量和压力，空气和燃气阀门开度，热风炉燃烧标志，并保存上述过程参数，通过人机界面设定控制参数，如拱顶和烟道温度设定值、烧炉时间设定值，同时实时计算拱顶和烟道温度变化量及其变化率，以空燃比变化方向作为空燃比补偿控制的入口参数。

数据采集及处理模块还负责拱顶温度等参数的变化量及变化率的计算，异常情况的处理等，计算处理过程与上述实施例中提到的计算处理过程一致，在此不再赘述。

数据库模块主要完成的功能包括：将从PLC采集的温度、压力等数据存储到数据库中，然后根据用户需要，对数据库进行显示、设定等操作，并实现软件系统管理的功能。

数据库模块的数据库选用Microsoft SQL 2008，SQL Server是由Microsoft开发和推广的关系数据库管理系统，它是基于SQL客户/服务器(C/S)模式的数据库系统，图形化的界面使数据库管理更加简洁、灵活，同时又具有丰富的编程接口，为用户从事程序开发提供了更多的方便。

数据表的设计是根据对软件的用户需求分析，数据库中应该存储热风炉工作过程的基本数据。数据访问的实现：

(1)使用ADO对象开发数据库的应用程序。使用ADO对象开发应用程序，可以使应用程序的开发者更容易控制对数据库的访问，从而产生更加符合用户要求的数据库应用程序。

(2)创建Connection对象与数据源建立连接。

(3)创建Command对象，设置该对象的活动连接为上一步的Connection对象，设置命令文本属性为访问数据源所需的命令(如Select、Insert、Update等)。

(4)使用Command对象的Execute方法执行命令，如果是查询命令，该方法会返回一个Recordset对象。

(5)用Recordset对象操作记录。

专家控制模块包括专家实例库与专家规则表部分，专家实例库的具体功能如图1至图5所示实施例所述方法相一致，专家规则表、燃烧自寻优模块。燃烧速度控制模块的具体功能请参考图6至图12所示方案，在此不再赘述。

图21所示的燃烧控制系统的运行方法，流程如下：

S2101：通过OPC协议与热风炉PLC建立通讯链接，读取控制热风炉所用的PLC数据和向PLC数据发送控制指令。

S2102：数据处理模块对采集的数据进行滤波处理，并根据程序的数据形式组织数据。

S2103：与监控画面进行人机交互。

S2104：调用专家智能控制中的实例库管理部分，它包括最佳实例判断、更新实例库。

S2105：调用控制决策协调器判断热风炉当前处于点火、快速燃烧和蓄热期三个时期中的哪个时期和压力变化条件，然后调用专家智能控制中的实例控制、规则控制和燃烧寻优控制中的哪个控制策略。

S2106：判断控制输出与控制限定值比较，判定是否需要输出控制值。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种热风炉燃烧控制方法，其特征在于，包括：

预先获取燃烧期内热风炉的拱顶温度、热风炉的阀门开度以及热风炉的燃烧控制参数；

判断所述拱顶温度、所述阀门开度以及所述燃烧控制参数是否满足最佳参数实例条件；若满足所述最佳参数实例条件，则判定所述燃烧控制参数为最佳燃烧控制参数；

判断当前预定时间内所述燃烧控制参数的均值变化量是否大于或等于预设变化量阈值，和/或当前预定时间内拱顶温度连续下降时间是否达到预定时间阈值；

若是，查找与当前预定时间的所述燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，设定为当前时刻的阀门开度；

所述热风炉燃烧控制方法还包括：

检测所述热风炉的燃气压力以及所述热风炉的拱顶温度；

根据所述燃气压力的变化率调节燃气阀门开度的变化率，以稳定所述拱顶温度；

预先获取第二预定采样时间内的所述拱顶温度；

若所述第二预定采样时间内所述拱顶温度大于预设拱顶温度阈值、且所述拱顶温度连续上升，则获取所有采样时间点下所述拱顶温度对应的空燃比；

计算所述所有采样时间点下所述拱顶温度对应的空燃比的平均值；

将所述空燃比的平均值作为所述热风炉的最佳空燃比；

根据所述最佳空燃比及所述热风炉的燃烧阶段，分别确定所述热风炉快烧期的空燃比基带和所述热风炉蓄热期的空燃比基带；

根据所述热风炉的当前燃烧时刻所处燃烧阶段对应的空燃比基带，调节当前燃气阀门开度。

2.根据权利要求1所述的热风炉燃烧控制方法，其特征在于，所述燃烧控制参数包括：空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度和燃气利用率；

所述最佳参数实例条件包括：

在第一预定采样时间内，所述空气压力、所述燃气压力、所述空气预热温度、所述燃气预热温度和所述燃气利用率的均值变化量的绝对值小于或等于各自的预设均值变化量阈值；

在所述第一预定采样时间内，所述空气压力、所述燃气压力、所述空气预热温度、所述燃气预热温度和所述燃气利用率的最大差值小于或等于各自的预设最大差值阈值；

在所述第一预定采样时间内，所述拱顶温度的均值大于或等于预设拱顶温度阈值；

在所述第一预定采样时间内，当前采样时刻对应的拱顶温度大于前一采样时刻对应的拱顶温度；以及

在所述第一预定采样时间内，空气阀门开度大于或等于空气阀门最大开度的50％、且燃气阀门开度大于或等于燃气阀门最大开度的50％。

3.根据权利要求1所述的热风炉燃烧控制方法，其特征在于，当判定所述燃烧控制参数为最佳燃烧控制参数后，还包括：将所述燃烧控制参数存入到参数实例数据库，所述将燃烧控制参数存入到参数实例数据库，包括：

根据公式：d₁＝sqrt(∑ki*(xi1-xi2)^2)，i＝1、2…m，计算所述燃烧控制参数与参数实例数据库中预存的最佳燃烧控制参数的差异度；

其中，d₁表示所述燃烧控制参数与所述预存的最佳燃烧控制参数的差异度，m表示所述燃烧控制参数的参数类型的数量，xi1表示第i个参数类型对应的燃烧控制参数值，xi2表示第i个参数类型对应的所述预存的最佳燃烧控制参数的值；ki表示第i个参数类型对应的权值；

若所述差异度d₁大于或等于预设差异度阈值，则将所述燃烧控制参数及所述燃烧控制参数对应的阀门开度存储到所述参数实例数据库中。

4.根据权利要求1所述的热风炉燃烧控制方法，其特征在于，所述查找与当前预定时间的所述燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，设定为当前时刻的阀门开度的步骤，具体包括：

根据公式：d₂＝sqrt(∑kn*(xn1-xn2)^2)，n＝1、2…m，计算当前预定时间的燃烧控制参数与所述最佳燃烧控制参数的差异度；

其中，d₂表示当前预定时间的燃烧控制参数与所述最佳燃烧控制参数的差异度，m表示所述燃烧控制参数的参数类型的数量，xn1表示第n个参数类型对应的当前预定时间的燃烧控制参数的值，xn2表示第n个参数类型对应的最佳燃烧控制参数的值；kn表示第n个参数类型对应的权值；

将d₂值最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度设定为当前时刻的阀门开度。

5.根据权利要求1所述的热风炉燃烧控制方法，其特征在于，所述根据所述燃气压力的变化率调节燃气阀门开度的变化率的步骤，包括：

比较所述燃气压力与预设燃气压力阈值；

若所述燃气压力小于所述预设燃气压力阈值，根据所述燃气压力的变化率所处范围以及拱顶温度状态所共同对应的第一燃气阀门开度调节幅度，调节所述燃气阀门开度的变化率；

若所述燃气压力大于或等于所述预设燃气压力阈值，根据所述燃气压力的变化率所处范围以及所述拱顶温度状态所共同对应的第二燃气阀门开度调节幅度，调节所述燃气阀门开度的变化率。

6.根据权利要求1所述的热风炉燃烧控制方法，其特征在于，还包括：

判断所述热风炉当前燃烧状态对应的需求风温，选择与所述需求风温对应的热风炉的预设燃气燃烧速度；

根据所述需求风温对应的预设燃气燃烧速度，调节所述热风炉当前燃烧状态下的空气阀门开度和空气压力。

7.一种热风炉燃烧控制系统，其特征在于，包括：

预先获取单元，用于预先获取燃烧期内热风炉的拱顶温度、热风炉的阀门开度以及热风炉的燃烧控制参数；

最佳参数实例条件判断单元，用于判断所述拱顶温度、所述阀门开度以及所述燃烧控制参数是否满足最佳参数实例条件；若满足所述最佳参数实例条件，则判定所述燃烧控制参数为最佳燃烧控制参数；

条件判断单元，用于判断当前预定时间内所述燃烧控制参数的均值变化量是否大于或等于预设变化量阈值，和/或当前预定时间内的拱顶温度连续下降时间是否达到预定时间阈值；

阀门开度设定单元，用于当所述条件判断单元判定当前预定时间内燃烧控制参数的均值变化量大于或等于预设变化量阈值和/或拱顶温度连续下降时间达到预定时间阈值时，查找与当前预定时间内所述燃烧控制参数差异度最小的最佳燃烧控制参数对应的阀门开度，设定为当前时刻的阀门开度；

检测单元，用于检测所述热风炉的燃气压力以及所述热风炉的拱顶温度；

燃气阀门开度调节单元，用于根据所述燃气压力的变化率调节燃气阀门开度的变化率，以稳定所述拱顶温度；

拱顶温度获取单元，用于预先获取第二预定采样时间内的所述拱顶温度；

空燃比获取单元，用于当第二预定采样时间内所述拱顶温度大于预设拱顶温度阈值、且所述拱顶温度连续上升时，获取所有采样时间点下所述拱顶温度对应的空燃比；

空燃比计算单元，用于计算所述所有采样时间点下所述拱顶温度对应的空燃比的平均值；

最佳空燃比设定单元，用于将所述空燃比的平均值设定为所述热风炉的最佳空燃比；

空燃比基带确定单元，用于根据所述最佳空燃比以及所述热风炉的燃烧阶段，分别确定所述热风炉快烧期的空燃比基带和所述热风炉蓄热期的空燃比基带；

燃气阀门开度调节单元，用于根据所述热风炉的当前燃烧时刻所述燃烧阶段对应的空燃比基带，调节当前燃气阀门开度。

8.根据权利要求7所述的热风炉燃烧控制系统，其特征在于，所述燃烧控制参数包括：空气压力、燃气压力、空气预热温度、燃气预热温度和燃气利用率；

所述最佳参数实例条件判断单元包括：

均值变化量判断子单元，用于在第一预定采样时间内，判断所述空气压力、所述燃气压力、所述空气预热温度、所述燃气预热温度和所述燃气利用率的均值变化量的绝对值是否小于或等于各自的预设均值变化量阈值；

最大差值判断子单元，用于在所述第一预定采样时间内，判断所述空气压力、所述燃气压力、所述空气预热温度、所述燃气预热温度和所述燃气利用率的最大差值是否小于或等于各自的预设最大差值阈值；

拱顶温度判断子单元，用于在所述第一预定采样时间内，判断所述拱顶温度的均值是否大于或等于预设拱顶温度阈值；还用于在所述第一预定采样时间内，判断当前采样时刻对应的拱顶温度是否大于前一采样时刻对应的拱顶温度；以及

阀门开度判断子单元，用于在所述第一预定采样时间内，判断空气阀门开度是否大于或等于空气阀门最大开度的50％、且燃气阀门开度是否大于或等于燃气阀门最大开度的50％。

9.根据权利要求7所述的热风炉燃烧控制系统，其特征在于，还包括：

风温判断单元，用于判断所述热风炉当前燃烧状态对应的需求风温；

预设燃气燃烧速度选择单元，用于选择与所述需求风温对应的热风炉的预设燃气燃烧速度；

空气调节单元，用于根据所述需求风温对应的预设燃气燃烧速度，调节热风炉当前燃烧状态下的空气阀门开度和空气压力。