CN106591526A - 一种高炉热风炉无流量燃烧控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高炉热风炉无流量燃烧控制系统，该系统不需要配置流量仪表和含氧分析仪表等，基于现有压力、温度和调节阀门，通过热风炉专家知识库和模型算法直接调节阀门执行机构实现智能燃烧控制，有效提升热风炉燃烧控制系统自控率，较人工操作明显提高送风质量，减少能源消耗。

Description

一种高炉热风炉无流量燃烧控制系统

技术领域

本发明涉及高炉热风炉燃烧自动控制技术领域，尤其涉及一种高炉热风炉无流量燃烧控制系统领域。

背景技术

热风炉是高炉炼铁生产中的重要设备，自动化水平的提高不仅能大大减少人工操作强度，而且可以提高热风炉燃烧效率和送风质量，减少能源消耗。目前高炉热风炉自动控制系统都基于完善的流量检测仪表，模型算法最终通过煤气流量、助燃空气流量调节实现闭环控制。

在热风炉生产现场流量检测仪表常见有孔板、V锥、文丘里管、巴类等差压式流量计、涡街流量计和靶式流量计等；热风炉燃气常见有高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气及其混合煤气，因煤气含尘、含水及其他杂质，成份复杂，随着时间推移导致测压原件堵塞或挂料结垢，流量值出现偏差、不成线性等，最终造成仪表故障，进而导致热风炉燃烧自动控制系统难以投用。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种高炉热风炉无流量燃烧控制系统，该系统不需要配置流量检测仪表、含氧分析仪表，基于现有压力、温度和阀门，通过热风炉专家知识库和模型算法直接控制阀门执行机构，实现高炉热风炉智能燃烧控制，有效提升热风炉燃烧控制系统自控率，较人工操作明显提高送风质量和减少能源消耗。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高炉热风炉无流量燃烧控制系统设有煤气和助燃风总管压力调节模块、三段燃烧初始阀位模块和三段燃烧过程煤气和助燃风阀位调节模块。

煤气和助燃风总管压力调节模块

根据煤气总管压力和助燃风总管压力专家知识库，得出正常烧炉煤气和助燃风总管压力比值；根据实时压力比值，判断煤气和助燃风是否有不足现象，进而确定煤气跟随助燃风调整还是助燃风跟随煤气调整；根据各热风炉拱顶温度和送风温度趋势综合评价煤气质量，对压力比值进行修正；该模块对煤气总管阀门和助燃风总管阀门进行粗调，以稳定煤气和助燃风用量比值。

三段燃烧初始阀位模块

根据热风炉送风制度，将两烧一送和两烧两送的高炉热风炉烧炉过程分为三个阶段：两炉双烧时间段T1，单烧时间段T2，两炉双烧时间段T3；根据热风炉炉进入各烧炉时间段的初始时刻，通过调用三段燃烧初始阀位模块专家知识库，获得对应煤气和助燃风初始阀位，对热风炉煤气和助燃风阀门执行机构进行调节控制；三段燃烧初始阀位模块专家知识库是将对应煤气总管压力段内各热风炉在各时间段内拱顶温度变化趋势为正时的煤气和助燃风阀位进行统计，将统计均值存储在该专家知识库中。

三段燃烧过程煤气和助燃风阀位调节模块

该调节模块根据以下规则对各热风炉的煤气调节阀和助燃风调节阀进行控制：

1）单烧时间段T2开始时刻至两炉双烧时间段T3结束时刻，根据烧炉时间和废气温度变化趋势对煤气阀位和助燃风阀位进行修正；

2）根据当前热风炉的上一炉送风温度均值修正当前热风炉的煤气和助燃风阀位；

3）通过拱顶温度变化量，对煤气和助燃风阀位进行调整获得最佳空燃配比，使得拱顶温度稳定在设定温度附近，具体步骤如下：

根据热风炉专家知识库确定当前煤气和助燃风是否充足；

根据热风炉专家知识库，结合拱顶温度变化量，确定煤气和助燃风阀位调整方向；

根据拱顶温度变化量及其变化趋势，确定单位周期内煤气和助燃风阀位调整增量。

本发明的有益效果是，高炉热风炉燃烧控制系统不需要考虑现场流量仪表是否正常，均能进行自动控制，控制系统现场适应能力强，能显著提高热风炉控制自动化投用率，减少电仪维护成本，能适应煤气热值变化和压力波动工况，提高送风质量，减少能源消耗。

附图说明

附图1为一种高炉热风炉无流量燃烧控制系统流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

本实施例选用高炉热风炉的主要参数为高炉容积1080m³，配备3座热风炉，热风炉采用顶燃式，燃料全部为高炉煤气，采用二烧一送燃烧制度，烧炉时间为90min，换炉时废气温度为380℃。

如附图1，热风炉煤气总管压力、助燃风总管压力、拱顶温度、废气温度、送风温度、设定烧炉时间、拱顶保护温度和废气保护温度信号直接进入热风炉专家知识库，通过煤气和助燃风总管压力调节模块对煤气总管压力调节阀和助燃风总管压力调节阀进行控制，通过三段燃烧初始阀位模块和三段燃烧过程煤气和助燃风阀位调节模块对各热风炉支管煤气调节阀和助燃风调节阀进行控制。

煤气和助燃风总管压力调节模块

通过热风炉专家知识库获得煤气总管与助燃风总管平均压力的比值Zmk1，与实时压力比值Zmk2比较，如果|Zmk2- Zmk1|>K1或助燃风机阀位已达上限，则助燃风风量不足，此时，煤气总管压力设定值等于助燃风总管压力实时值与Zmk1的乘积；否则，助燃风总管压力设定值等于煤气总管压力实时值除以Zmk1，通过拱顶温度和送风温度平均值及其变化趋势对Zmk1进行修正，令Zmk1= Zmk1*(1+K2)，其中，K1=0.05～0.15，K2=0.01～0.05。

三段燃烧初始阀位模块

根据热风炉烧炉时间过程分为三个时间段：两炉双烧时间段T1，单烧时间段T2和两炉双烧时间段T3；烧炉状态是根据燃烧阀状态判断；在进入烧炉状态时，根据热风炉专家知识库获得当前煤气总管压力实时值对应的T1时段煤气和助燃风初始阀位为Fm1和Fk1，在T1时间段，根据三段燃烧过程煤气和助燃风阀位调节模块调整煤气阀和助燃风阀；依次类推，可获得T2时段开始和T3时段开始的煤气阀和空气初始阀位分别为Fm2、Fk2、Fm3和Fk3。

三段燃烧过程煤气和助燃风阀位调节模块

该模块根据以下规则调整热风炉支管煤气调节阀和助燃风阀：

1）在单烧时间段T2开始时刻至两炉双烧时间段T3结束时刻，根据烧炉时间、废气温度变化趋势获得烧炉时间结束时的废气温度预测值TFQ1，单位时间△T周期内，TFQ1与废气温度保护设定值TFQ2进行比较，对煤气阀位和助燃风阀位进行修正，修正增量阀位分别为(TFQ2- TFQ1)*K3和(TFQ2- TFQ1)*K4，其中，△T=3～5min，K3=0.1～0.5，K4=0.1～0.5；

2）通过热风炉专家知识库获得该热风炉上一炉的送风温度段均值TSF1和两炉双烧时间段T1开始时刻到当前时刻的热风温度累计均值TSF2，如果|TSF2-TSF1|>K5，则对煤气 阀位和助燃风阀位进行修正，修正量分别为(TSF1-TSF2)*K6和(TSF1- TSF2)*K7，其中，K5=3～5℃，K6=0.1～0.3，K7=0.1～0.3；

3）通过拱顶温度变化量及其变化趋势对煤气阀位和助燃风阀位进行调节，获得最佳空燃配比，使得拱顶温度稳定在设定温度附近，具体步骤如下：

基于热风炉专家知识库，根据当前热风炉煤气和助燃风阀位开度，确定是否存在不足；

基于热风炉专家知识库，根据拱顶温度变化量及其趋势，确定煤气和助燃风阀位调整方向；

若拱顶温度变化斜率|TGD1|>K8时，以单位时间TD为周期对煤气或助燃风阀门进行调整，阀门调整增量为TGD1*△Fv，其中，K8=1～3，TD=5～20s，△Fv=2～5。

Claims (1)

1.一种高炉热风炉无流量燃烧控制系统，其特征在于设有煤气和助燃风总管压力调节模块、三段燃烧初始阀位模块和三段燃烧过程煤气和助燃风阀位调节模块，

煤气和助燃风总管压力调节模块

根据煤气总管压力和助燃风总管压力专家知识库，得出正常烧炉煤气和助燃风总管压力比值；根据实时压力比值，判断煤气和助燃风是否有不足现象，进而确定煤气跟随助燃风调整还是助燃风跟随煤气调整；根据各热风炉拱顶温度和送风温度趋势综合评价煤气质量，对压力比值进行修正；该模块对煤气总管阀门和助燃风总管阀门进行粗调，以稳定煤气和助燃风用量比值，

三段燃烧初始阀位模块

根据热风炉送风制度，将两烧一送和两烧两送的高炉热风炉烧炉过程分为三个阶段：两炉双烧时间段T1，单烧时间段T2，两炉双烧时间段T3；根据热风炉炉进入各烧炉时间段的初始时刻，通过调用三段燃烧初始阀位模块专家知识库，获得对应煤气和助燃风初始阀位，对热风炉煤气和助燃风阀门执行机构进行调节控制；三段燃烧初始阀位模块专家知识库是将对应煤气总管压力段内各热风炉在各时间段内拱顶温度变化趋势为正时的煤气和助燃风阀位进行统计，将统计均值存储在该专家知识库中，

三段燃烧过程煤气和助燃风阀位调节模块

该调节模块根据以下规则对各热风炉的煤气调节阀和助燃风调节阀进行控制：

1）单烧时间段T2开始时刻至两炉双烧时间段T3结束时刻，根据烧炉时间和废气温度变化趋势对煤气阀位和助燃风阀位进行修正；

2）根据当前热风炉的上一炉送风温度均值修正当前热风炉的煤气和助燃风阀位；

3）通过拱顶温度变化量，对煤气和助燃风阀位进行调整获得最佳空燃配比，使得拱顶温度稳定在设定温度附近，具体步骤如下：

根据热风炉专家知识库确定当前煤气和助燃风是否充足；

根据热风炉专家知识库，结合拱顶温度变化量，确定煤气和助燃风阀位调整方向；

根据拱顶温度变化量及其变化趋势，确定单位周期内煤气和助燃风阀位调整增量。