CN106011353B - 一种高炉热风炉空燃比自寻优方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高炉热风炉优化控制技术领域，公开了一种高炉热风炉空燃比自寻优方法，其特征在于设有热风炉燃烧效率评价模块，单炉空燃比趋势自寻优模块，多炉空燃比协调优化模块，该方法可以在不对热风炉运行施加扰动，不需要配置高精度仪表、热值分析仪、含氧量仪表的情况下实现热风炉空燃比自寻优在线操作，有效解决了现有高炉热风炉控制系统因空燃比不合理而导致的热风炉运行效率偏低问题，提升了高炉热风炉燃烧效率，拱顶温度和送风温度，实现了热风炉能源的充分利用。

Description

一种高炉热风炉空燃比自寻优方法
技术领域
本发明涉及一种高炉热风炉优化控制技术领域，尤其涉及一种高炉热风炉空燃比自寻优方法。
背景技术
目前国内热风炉空燃比控制方法主要是比值调节法和废气氧含量串级调节法。比值调节法是指空气和煤气按照固定的比例进行燃烧，这个固定的比例一般是在某种特定的工况下得出的实验数据或理论计算数据，这种控制方式显然不能适应频繁变化的各种工况，特别是在煤气热值发生变化时会使燃烧状况恶化，使得热风炉燃烧效率较低，送风温度也得不到保证。废气氧含量串级调节法是以比值调节法为主，废气含氧量调节为辅，并通过废气含量在线修正空燃配比，这种调节方式较比值调节法有较大改进，但由于氧含量仪表容易发生漂移问题，导致测量数据与实际数据常有较大偏差且氧含量仪表一般寿命较短，因此，这种方法实际应用效果并不理想。
国外钢铁企业普遍采用数学建模方法实现热风炉空燃比调节，数学建模方法是根据热风炉的特性参数和准确的燃料热值数据实时计算最佳空燃配比，只要检测数据准确、数学模型建模得当，这种方法可有效保证热风炉燃烧效率；但这种方法在国内有水土不服问题，第一，精确数学建模难度很大，需要较大投资，而且热风炉特性一旦发生变化（工艺改造、大修等均有可能改变）可能面临需要重新建模的问题；第二，这种方式需要的测点较多，而且必须精确，特别是燃料的在线热值分析仪表必不可少，导致硬件设备投资较大，需要配备相应的维护力量，因此，数学建模控制方法在国内广大的中小钢厂几乎没有得到实际应用，大型钢厂中也仅有宝钢等少数有实际应用。
综上所述，高炉热风炉运行过程中需要根据实际工况实时调整空燃比以保证热风炉高效运行，但目前国内大部分冶金企业的高炉热风炉因装备水平和质量问题无法有效做到这一点，除非花费高昂的资金成本和人力物力成本对现有装备水平进行升级改造，否则，利用现有技术无法解决这一问题。
发明内容
为了解决现有高炉热风炉控制系统因空燃比不合理而导致的热风炉运行效率偏低问题，本发明提出了一种高炉热风炉空燃比自寻优方法，该方法可以在不对热风炉运行施加扰动，不需要配置高精度仪表、热值分析仪、含氧量仪表的情况下实现热风炉空燃比自寻优在线操作，有效提升高炉热风炉燃烧效率，拱顶温度和送风温度，实现热风炉能源的充分利用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高炉热风炉空燃比自寻优方法，其特征在于设有热风炉燃烧效率评价模块，单炉空燃比趋势自寻优模块，多炉空燃比协调优化模块。
热风炉燃烧效率评价模块
根据热风炉烧炉期间煤气流量、拱顶温度和烧炉时间，通过热风炉燃烧效率评价模块对热风炉燃烧效率进行综合评价计算获得热风炉燃烧效率评价值。
单炉空燃比趋势自寻优模块
单炉空燃比趋势自寻优模块对热风炉烧炉期间热风炉燃烧效率综合评价值进行自动跟踪和分析计算，单炉空燃比趋势自寻优模块输出值按以下规则确定：
统计热风炉燃烧效率评价值为正值时的实际空燃比均值和持续时间长度；
若持续时间大于设定时间，单炉空燃比趋势自寻优模块输出值实时由持续时间与实际空燃比均值进行综合确定，进而对本炉空燃比进行修正。
多炉空燃比协调优化模块
对现场是三座或四座交替进行燃烧和送风，采用煤气总管进行煤气供应的高炉热风炉，单炉空燃比趋势自寻优模块输出值对隶属同一座高炉的其他热风炉空燃比进行修正，多炉空燃比协调优化模块根据单炉空燃比趋势自寻优模块输出值按各热风炉特点和燃烧因素对相应热风炉空燃比控制点进行调整，使同一座高炉的多座热风炉空燃比逐渐趋向最优。
本发明的有益效果是，可以在不对高炉热风炉进行设备改造的情况下以较低的成本实现空燃比自寻优，提高热风炉的燃烧控制水平和燃烧效率，使能源利用充分，热风炉蓄热能力强。
附图说明
附图1为一种高炉热风炉空燃比自寻优方法流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
热风炉燃烧效率评价模块
在烧炉时间T1时，保持空燃比不变，以T为周期，连续n个周期，将n*T时间内煤气流量增量m1对拱顶温度影响记为f(m1,T1)，拱顶温度均值记为GT1，在煤气流量改变后，获得N组数据f(m2,T2)，f(m3,T3)，…，f(mN,TN)和GT2，GT3，…，GTN，采用多元线性回归分析获得煤气流量改变量对拱顶温度的影响F(N)= f(m1,T1)+ f(m2,T2)+……+ f(mN,TN)，热风炉燃烧效率评价模块输出热风炉燃烧效率评价值XLPJ=GTN-GT1- F(N)，其中T取值范围为6～10秒，n取值范围10～30，N取值范围为5～10。
单炉空燃比趋势自寻优模块
若热风炉燃烧效率评价值XLPJ>0时，单炉空燃比趋势自寻优模块统计实际空燃比均值KRB和持续时间t1，若t1>T*M时，视为趋势优化成功，并修正本热风炉空燃比控制点
KRB_sp=KRB_sp*(1 - t1 / (t1+ 2*T*M)) + FRB* (t1 / (t1+ 2*T*M))
其中，T取值范围为6～10秒，M取值范围10～30。
多炉空燃比协调优化模块
假设一座高炉有三座热风炉A，B和C，假设热风炉A单炉空燃比趋势自寻优前空燃比控制点为KRB_spA1，趋势自寻优成功后的控制点为KRB_spA，令BHL= (KRB_spA- KRB_spA1) / KRB_spA1，则多炉空燃比协调优化模块对热风炉B和热风炉C的空燃比控制点修正为
KRB_spB = KRB_spB*(1+BHL*K2)
KRB_spC = KRB_spC*(1+BHL*K3)
其中，KRB_spB和KRB_spC分别为热风炉B和热风炉C的空燃比控制点，K2和K3分别为调整系数，该系数由热风炉特点和燃烧因素确定，取值范围为0<k2，K3<1。

Claims (1)

1.一种高炉热风炉空燃比自寻优方法，其特征在于设有热风炉燃烧效率评价模块，单炉空燃比趋势自寻优模块，多炉空燃比协调优化模块
热风炉燃烧效率评价模块
根据热风炉烧炉期间煤气流量、拱顶温度和烧炉时间，通过热风炉燃烧效率评价模块对热风炉燃烧效率进行综合评价计算获得热风炉燃烧效率评价值
在烧炉时间T1时，保持空燃比不变，以T为周期，连续n个周期，将n*T时间内煤气流量增量m1对拱顶温度影响记为f(m1,T1)，拱顶温度均值记为GT1，在煤气流量改变后，获得N组数据f(m2,T2)，f(m3,T3)，…，f(mN,TN)和GT2，GT3，…，GTN，采用多元线性回归分析获得煤气流量改变量对拱顶温度的影响
F(N)= f(m1,T1)+ f(m2,T2)+……+ f(mN,TN)
热风炉燃烧效率评价模块输出热风炉燃烧效率评价值
XLPJ=GTN-GT1- F(N)
其中T取值范围为6～10秒，n取值范围10～30，N取值范围为5～10；
单炉空燃比趋势自寻优模块
单炉空燃比趋势自寻优模块对热风炉烧炉期间热风炉燃烧效率综合评价值进行自动跟踪和分析计算，单炉空燃比趋势自寻优模块输出值按以下规则确定：统计热风炉燃烧效率评价值为正值时的实际空燃比均值和持续时间长度；若持续时间大于设定时间，单炉空燃比趋势自寻优模块输出值实时由持续时间与实际空燃比均值进行综合确定，进而对本炉空燃比进行修正；
当热风炉燃烧效率评价值XLPJ>0时，单炉空燃比趋势自寻优模块统计实际空燃比均值KRB和持续时间t1，若t1>T*M时，视为趋势优化成功，并修正本热风炉空燃比控制点
KRB_sp=KRB_sp*(1 - t1 / (t1+ 2*T*M)) + KRB* (t1 / (t1+ 2*T*M))
其中，T取值范围为6～10秒，M取值范围10～30；
多炉空燃比协调优化模块
对现场是三座或四座交替进行燃烧和送风，采用煤气总管进行煤气供应的高炉热风炉，单炉空燃比趋势自寻优模块输出值对隶属同一座高炉的其他热风炉空燃比进行修正，多炉空燃比协调优化模块根据单炉空燃比趋势自寻优模块输出值按各热风炉特点和燃烧因素对相应热风炉空燃比控制点进行调整，使同一座高炉的多座热风炉空燃比逐渐趋向最优；
对于一座高炉有三座热风炉A，B和C，热风炉A单炉空燃比趋势自寻优前空燃比控制点为KRB_spA1，趋势自寻优成功后的控制点为KRB_spA，令BHL= (KRB_spA- KRB_spA1) /KRB_spA1，则多炉空燃比协调优化模块对热风炉B和热风炉C的空燃比控制点修正为
KRB_spB = KRB_spB*(1+BHL*K2)
KRB_spC = KRB_spC*(1+BHL*K3)
其中，KRB_spB和KRB_spC分别为热风炉B和热风炉C的空燃比控制点，K2和K3分别为调整系数，该系数由热风炉特点和燃烧因素确定，取值范围为0<k2<1，0<K3<1。
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