CN112522464A - 高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法属于高炉热风炉控制技术，根据高炉热风炉及其废气管网运行工况特点及物理特性确立了高炉热风炉及其废气管网非对称系统理论，研发了基于高炉热风炉及其废气管网非对称系统理论的动态控制方法，通过烟气分析检测烟道废气中氩含量、氧含量和CO量，根据外部空气进入量计算数学模型，计算热风炉的外部空气进入量，来调节引风机入口阀开度，使外部空气进入量控制在设定值范围内；根据空气过剩系数计算数学模型计算空气过剩系数，用该计算值与设定值的差值调节空气调节阀开度，使空气过剩系数保持在设定值范围内；获得了提高燃烧效率、减少NOx污染排放量、实现全自动控制的多重节能减排效果。
Description
技术领域
本发明属于高炉热风炉控制技术，具体是高炉热风炉的外部空气进入量控制技术和空气过剩系数控制技术，不包括热风炉送风制度控制技术；本发明不涉及控制系统、控制设备及仪器仪表的选型。
背景技术
在高炉生产工艺中,当前最普及的高炉氧煤强化炼铁新工艺,对热风炉高风温的依赖尤为强烈。但我国高炉热风炉平均风温普遍处于较低水平，高炉煤气吨铁消耗量亦处于较低水平。因此，开展高炉热风炉燃烧优化控制技术研究，提高热风炉的风温及热效率，实现深度节能减排，具有重要的现实意义。
热风炉的燃烧控制举足轻重,如何获得更多的蓄热量，同时保持废气温度在规定界限内是热风炉控制急需解决的问题。
此外,烟气污染物排放亦是高炉热风炉面临解决的重要问题，其中NOx主要由热风炉内燃烧的高温热空气生成，因此降低高炉热风炉燃烧物中的NOx日益受到钢铁企业的重视。
实现热风炉高风温的技术障碍一方面是如何实现燃烧的优化，即获得燃烧效率的最大化，另一方面是如何使热风炉热损失最小化，做好了这两方面的事情，就可突破热风炉高风温的技术障碍。
遗憾的是，现有技术在这两方面都一直没有获得技术突破。
现有技术采用了几乎现代的所有最先进的控制理论和控制技术，例如模糊控制、神经元网络、专家系统、有限状态自动机、专家决策树、支持向量机等人工智能先进控制技术，但都没有获得预想的效果。
目前，关于高炉热风炉的控制技术基本上是两种类型：
一是采用人工手动控制，操作员参照废气含氧量显示数值及拱顶温度上升快慢，手动设定煤气调节阀、空气调节阀开度来控制烧炉，但由于手动调节很难跟上现场实际情况变化，操作员要24小时不间断观测废气含氧量对系统进行调整，不仅劳动强度大，而且手动控制明显滞后，因此烧炉效果不理想。
二是采用模糊控制、神经元网络、专家系统、有限状态自动机、专家决策树、支持向量机等人工智能先进控制技术或它们的组合，进行自动烧炉控制，当系统出现不稳定时无扰动切换为手动烧炉状态。
从根本上来说，上述两种类型的控制技术在控制策略方面没有本质不同，区别仅在于手动或自动，所以控制结果没有本质不同。
综上所述，现有技术在热风炉控制技术方面几十年来没有获得突破性进展，适应不了高效生产、深度节能减排的需求，理论研究和应用技术亟待有所突破。
涉及高炉热风炉外部空气进入量和空气过剩系数动态控制的高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法还未见到公开发表的出版物、文献或资料。
发明内容
本发明的目的是根据高炉热风炉及其废气管网运行工况的特点，寻求突破制约现有技术的技术瓶颈，研究开发与高炉热风炉及其废气管网运行工况相适应的高炉热风炉及其废气管网非对称系统理论及其动态控制方法，以实现高炉热风炉深度节能减排；具体是解决提高热风炉风温、降低废气温度、减少氮氧化物排放、提高热效率、节省燃料消耗的问题。
本发明的要点是研究现有技术存在的问题，突破现有技术的基础和框架，根据高炉热风炉及其废气管网运行工况特点及物理特性，创新性地确立了高炉热风炉及其废气管网非对称系统理论，研发了基于高炉热风炉及其废气管网非对称系统理论的动态控制方法，通过烟气分析检测高炉热风炉烟道废气中氩含量、氧含量和CO量，根据外部空气进入量计算数学模型，计算出热风炉的外部空气进入量，由外部空气进入量来调节引风机入口阀开度，使外部空气进入量控制在设定值范围内；根据空气过剩系数计算数学模型计算空气过剩系数，该计算值与空气过剩系数设定值比较，其差值调节空气调节阀开度，使热风炉空气过剩系数保持在设定值范围内；高炉热风炉尽量少的外部空气进入量、适宜的空气过剩系数获得了提高高炉热风炉燃烧效率、减少生成废气总量、提高引风机节能量、减少污染排放量、实现热风炉全自动控制、减轻操作者劳动强度，提高生产作业率的多重节能减排效果，获得了节能减排、增产保质的多重效益。
附图说明
图1是高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法的技术方案框图，图1中1是高炉热风炉控制系统HMI操作站，2是外部空气进入量设定值，3是引风机入口阀开度调节，4是高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型，5是烟道Ar含量检测，6是烟道烟气流量检测,7是助燃空气流量检测,8是占比系数k输入，9是高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型，10是空气过剩系数设定值，11是烟道O2量检测，12是空气调节阀开度调节，13是空燃比，14是热风炉拱顶温度设定值，15是热风炉拱顶温度实际值，16是燃气调节阀开度调节，17是热风炉CO设定值，18是烟道CO实际值，19是热风炉拱顶压力设定值，20是引风机风量调节，21是热风炉拱顶压力实际值，22是热风炉温度i检测，23是热风炉温度n检测，24是高炉热风炉现场工艺设备。
图2是高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法的控制系统构成图，图2中1是高炉热风炉主工艺控制系统，2是热风炉控制系统HMI操作站，3是外部空气进入量设定值，4是空气过剩系数设定值，5是热风炉拱顶温度设定值，6是热风炉拱顶压力设定值，7是热风炉废气温度设定值，8是热风炉CO设定值，9是占比系数k输入，10是空燃比设定输入，11是高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器，12是烟道Ar含量检测，13是烟道O2含量检测，14是烟道CO含量检测，15是烟道烟气流量检测，16是助燃空气流量检测,17是空气调节阀开度调节,18是燃气调节阀开度调节，19是引风机入口阀开度调节，20是引风机风量调节，21是热风炉拱顶压力检测，22是热风炉拱顶温度检测，23是热风炉废气温度检测，24是热风炉温度i检测，25是热风炉温度n检测，26是现场工艺设备过程信息，27是高炉热风炉现场工艺设备。
图1的系统是按高炉热风炉的一般特点构建的，实际上，高炉热风炉工艺及设备种类繁多，具有多种型式，工艺参数和设备布置也不尽相同，为避免叙述缛琐造成混乱，本技术方案考虑的是具有一般特点的通用情况，而不区分具体高炉热风炉工艺设备组成的细节；然而本文阐述的控制原理、得出的结论、获得的有益效果适用于各类高炉热风炉。
具体实施方式
基本术语及定义：高炉热风炉及其废气管网系统中空气过剩系数亦称过剩空气系数或过量空气系数，定义为“燃料燃烧时实际空气需要量与理论空气需要量之比值”，用字母α表示。
根据定义，空气过剩系数是指高炉热风炉燃烧系统在所设置的空燃比时所得到的结果，即在该空燃比条件下，助燃空气与燃料的燃烧效果。该燃烧效果不包括高炉热风炉外部空气进入量造成燃烧所产生的效果，虽然高炉热风炉外部空气进入量引起的燃烧有一定作用，但与基于空燃比的燃烧相比，由于高炉热风炉外部空气进入量是冷空气，会造成热损失，所以还是具有负面影响，不利于提高高炉热风炉的热效率；况且高炉热风炉的外部空气进入量参与的燃烧具有不确定性，有可能部分参与了燃烧，有可能全部参与了燃烧，也可能完全没有参与燃烧，这种不确定因素相当于燃烧干扰，不利于燃烧稳定控制；所以高炉热风炉外部空气进入量和空气过剩系数具有不同的含义，废气管网中测得的氧含量既不代表空气过剩系数，也不代表外部空气进入量。
目前控制高炉热风炉空气过剩系数的方法是根据烟气分析检测的氧含量来计算空气过剩系数，不同类型的高炉热风炉都有所谓最佳空气过剩系数范围或空气过剩系数限值，用于指导操作人员手动调节空气过剩系数。但现有技术的这种方法由于缺乏理论依据，实施起来比较困难。至于高炉热风炉外部空气进入量的自动控制，现有技术还根本没有涉及，或者说现有技术还没有外部空气进入量控制的概念。
现有技术的误区在于：
第一，现有技术对高炉热风炉空气过剩系数的认识存在问题，根据空气过剩系数的定义，现有技术根据检测烟气中氧含量所得到的所谓空气过剩系数，不是真正意义上的空气过剩系数，因为它包含了高炉热风炉外部空气进入量中的氧量，而真正的空气过剩系数是指经过设定空燃比控制后所产生的结果，并不包括外部空气进入量中的氧量。这个概念从新版锅炉大气污染物排放标准GB13271-2014可得到佐证，新国标对污染物排放浓度采用了“基准含氧量”的说法，而不是原国标GB13271-2001的“过量空气系数”，即烟气中检测的氧含量不等于“空气过剩系数”，纠正了过去模糊的概念；以前的根据烟气中检测的氧含量计算的所谓“空气过剩系数”也缺乏理论依据，而现有技术又没有准确计算“空气过剩系数”的方法，所以目前新国标对污染物排放浓度采用“基准含氧量”的说法是明智之举，避免引起误导。
第二，认识的偏差使现有技术实施困难，因为没有理论依据作为具体指导，操作人员也只能根据经验，试验性地根据所谓最佳空气过剩系数范围或空气过剩系数限值进行调节，很难得到预想的结果，事实上目前在高炉热风炉控制中缺失对空气过剩系数的动态自动控制功能。
高炉热风炉空气过剩系数动态控制技术是典型的、长期困扰人们的工业控制疑难问题，是具有类似工况炉窑的共性问题，是业内称之为复杂工业系统控制的问题，极具代表性。迄今为止现有技术还没有找到高炉热风炉空气过剩系数动态控制的方法，还停留在控制策略并非正确的手动调节或自动+手动干预的控制方式中。
烟气中测得的氧含量不代表空气过剩系数α，用氧含量来代表或换算空气过剩系数对燃烧进行控制会产生错误的结果。下面定性分析一下现有技术控制策略将会产生的危害。
设烟气中检测的氧含量为A，因为烟气中的氧由两部分组成，一是空燃比不当造成的剩余的氧，设为B；二是高炉热风炉外部空气进入带入的氧，设为C；由于B存在α＞1、α＝1和α＜1三种情况；而C仅存在一种情况，即根据高炉热风炉的基本特性，不可能一点外部空气也不进入，所以不存在氧＝零的情况，只存在氧＞0的情况；若考虑C会与烟气中CO发生部分燃烧、全部燃烧或者不燃烧以及C会在高温条件下与氮化合反应，生成NOx，故设燃烧掉和化合反应掉的部分氧为D；根据这些条件，烟气中测得的氧是B和C两部分氧组合而成，组合成A的情况有三种，第一种情况是当α＞1时，B和C混合,则A＝B+C-D；第二种情况是当α＝1时，即空燃比为1时，此时B为零，则A＝C-D；第三种情况是当α＜1时，即B的剩余氧为零，但存在剩余的CO，则A＝C-D。
现有技术根据A进行控制，第一种情况时，操作员调节助燃空气减少或增加燃气比例，使B减小，但实际上是参照A来控制的，由于A＞B，所以控制的结果将使α＜1；第二种情况时，由于空燃比为1，操作员调节助燃空气减少或增加燃气比例，控制的结果必然使α＜1；第三种情况时，控制的结果与第二种情况相同，也将使α＜1，区别在于燃烧情况更加恶化。
根据上述分析，按照现有技术根据A进行控制的策略，不论是哪一种情况控制结果都是α＜1，因此与未控制前的状况相比，造成燃烧恶化是必然结果，结果是造成燃料消耗增加，炉窑热效率下降，NOx排放增加，所以现有技术的控制策略是不可取的。
那么，如何进行燃烧优化控制？怎样做才能提高高炉热风炉热效率？现有技术的症结究竟是什么？具体如何解决现有技术存在的问题？下面本发明将给出理论分析、结论、控制策略以及技术解决方案。
理论分析：
技术遭遇了瓶颈，必然存在致命的障碍。要突破技术瓶颈就必须具有不同于现有技术的思维，必须突破现有技术框架的束缚才行，重要的是有必要重新审视被控对象的实质，即需要颠覆现有技术对被控对象的不正确认知。
先分析一般炉窑的情况，随着工艺过程参数或生产负荷的变化，炉窑内所产生的炉气量是变化的，随着生产负荷的增加或降低，炉气量也增加或减少；但炉窑有个共同的特点是，在没有外界预先施加控制的情况下，炉气量增加时，炉膛压力将升高；当炉气量减少时，炉膛压力并不会降低，而是保持在原来的状态；炉窑的这个现象是炉窑设备本身特点和烟气管网特性共同形成的，炉窑设备是不很严密的封闭式设备，通常运行在炉膛压力为微负压状态，炉窑内生成的炉气在引风机的作用下由烟气管网排出。当炉窑负荷增加时，炉气量增加，炉膛压力变大，炉膛压力检测及调节系统控制引风机速度或引风机入口阀开度，改变烟气输出流量，使压力得到平衡；当炉窑负荷降低时，炉气量减少，但此时炉膛压力并没有变化，或者并没有显著的变化，原因是当炉气量逐渐减少时，减少的部分被炉窑外部进入的空气及其生成的烟气逐渐充填，所以炉膛压力仍处于平衡状态，此时炉膛压力检测及调节系统未启动炉膛压力调节。炉窑的这个现象，我们称之为“非对称系统”过程。
“非对称系统”具有很大的隐蔽性和欺骗性，因此蒙蔽、欺骗了现有技术。试想，现有技术采用一贯使用的对称性控制策略来控制非对称系统，根据炉膛压力检测形成压力闭环对炉膛压力进行调节，实际上造成了单边调节的现象，即实际上只对炉气量增加时有调节作用，对炉气量减少时并没有调节作用，若是系统重复几次炉气量增加和减少的过程，则炉膛压力调节系统将会崩溃，或者将进入不稳定的运行状态，这就是长期以来炉窑所遭遇的炉膛压力系统难以稳定控制的问题；对于生产负荷比较稳定的炉窑，虽然炉膛压力显示的是压力在较小的范围内波动，使人们感觉炉膛压力处于良好的控制状态，但通过烟气中检测的氧含量指标则可印证出，在炉膛压力稳定的表象下，实际上系统的氧含量指标已逐渐恶化，说明了现有技术对于外部空气进入量实际上处于失控状态；同时，氧含量的升高误导了现有技术去手动调节过量空气系数，使本来处于稳定运行的燃烧系统进入了混乱状态，由此影响了温度控制的紊乱，这就是长期以来炉窑所遭遇的炉膛温度系统难以稳定控制的根源，但现有技术一直没有意识到“非对称系统”的影响，反而将炉膛温度系统难以稳定控制的原因归结为燃烧介质管网压力的不稳定、燃烧介质成分变化等因素的影响，所以采取的温度控制策略与客观实际南辕北辙，才形成了炉膛温度系统难以稳定控制的被动局面。
高炉热风炉也是一种炉窑，也具有炉窑的一般特性，因此炉窑的非对称特性也存在于高炉热风炉，直接影响了高炉热风炉压力及温度的稳定控制，高炉热风炉不同于一般炉窑之处在于它是运行工况较为复杂的一种炉窑，具有不同的工艺和设备的特点。
技术解决方案：
理论上说，揭示了炉窑及其烟气管网运行物理特性从而确立的炉窑非对称系统理论为实现高炉热风炉压力及温度动态控制奠定了理论基础，接下来是具体解决现有技术没有解决或不能解决的问题。
现有技术没有解决高炉热风炉空气过剩系数动态控制问题，特别是还没有意识到高炉热风炉外部空气进入量对压力和温度控制的影响，更谈不上如何去解决该问题，还局限在通过烟气分析检测氧含量，然后换算成所谓的空气过剩系数，再由操作人员手动调节助燃风量的方式；实际上，由于烟气分析检测的氧含量并不代表真正的空气过剩系数，系统试验或仿真计算所得出的所谓的最佳空气过剩系数亦是在并非正确的条件下进行的，所以现有技术获取的空气过剩系数及采取的控制策略从根本上就存在严重技术瑕疵，也因此造成了现有技术不可能实现空气过剩系数动态自动控制。
解决问题的切入点就在于对空气过剩系数的正确分析和准确计算，烟道废气中检测的氧含量一部分是由于燃烧系统空燃比系数不当，致使空气过剩系数过大剩余的氧，另一部分是高炉热风炉外部进入空气在高炉热风炉中燃烧或未燃烧后所含有的氧；如何准确地计算出各部分的氧量是本技术方案需要解决的关键问题，要想知道与空气过剩系数相关的氧量，首先要计算出高炉热风炉外部空气进入量所含氧量，然后用烟道废气中检测的氧量减去高炉热风炉外部空气进入量所含氧量，就可得到与空气过剩系数相关的氧量；要计算出高炉热风炉外部空气进入量所含氧量，先要知道高炉热风炉外部空气进入量，由此产生了高炉热风炉外部空气进入量动态控制技术，这是又一项相对于现有技术质的飞越的创新技术。
为实施对外部空气进入量的控制，首先需要准确计算出外部空气进入量，对此本发明研发了高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型式(1)：
式中：
Q1：助燃空气流量，m3/s；
Arb：空气中基准氩摩尔分数，mol％；
Qw：烟道烟气流量，m3/s；
Arw：烟道烟气中氩摩尔分数，mol％；
Qair：热风炉外部空气进入量，m3/s。
根据惰性气体很难参与化学反应的特点，采用烟气分析检测惰性气体计算高炉热风炉外部空气进入量，可保证计算的准确性，本技术方案采用了氩气作为烟气分析计算的基础，但对于实际应用中不同类型高炉热风炉的具体情况，并不限于采用氩气。
为实施对空气过剩系数的控制，由式(1)高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型推导出式(2)外部空气进入量中氧量计算数学模型：
式中：
Q1：助燃空气流量，m3/s；
Arb：空气中基准氩摩尔分数，mol％；
Qw：烟道烟气流量，m3/s；
Arw：烟道烟气中氩摩尔分数，mol％；
O2e：热风炉外部空气进入量中氧量，mol。
由烟道烟气中检测的氧量减去式(2)数学模型计算出的外部空气进入量中的氧量，则可求得空气过剩系数中的氧含量实际值，该值由式(3)空气过剩系数中的氧含量计算数学模型进行计算。
式中：
O2a：空气过剩系数中的氧含量实际值，％；
Qw：烟道烟气流量，m3/s；
O21：烟道烟气中氧摩尔分数，mol％；
O2e：高炉热风炉外部空气进入量中的氧量，mol；
k：占比系数，0～1。
式(3)中的k为外部空气进入量中的氧量到达烟道烟气检测点时所剩余的百分比，即剩余的氧占外部空气进入量中的氧量的比例，简称占比系数，取值范围为0～1；因为外部进入的氧量O2e有可能未燃烧、部分燃烧或者全部燃烧，是与高炉热风炉及其烟气管网的漏风量相关的变量，无法进行准确数学计算，故采取工程系数的方法解决；占比系数k由高炉热风炉工艺工程师根据高炉热风炉本体外部空气进入量和烟气管网漏风量的检测统计数据确定，在高炉热风炉HMI操作站输入。
将式(3)代入简化的空气过剩系数计算数学模型式(4)，则得到了式(5)空气过剩系数计算数学模型。
式中：
O2a：空气过剩系数中的氧含量实际值，％；
α：空气过剩系数，＞0。
式中：
Qw：烟道烟气气流量，m3/s；
O21：烟道烟气中氧摩尔分数，mol％；
O2e：热风炉外部空气进入量中的氧量，mol；
k：占比系数，0～1；
α：空气过剩系数，＞0。
有了式(1)、式(2)、式(3)、式(4)和式(5)数学模型，然后基于炉窑非对称系统理论及采取相应控制策略来解决高炉热风炉的动态控制问题。
图1是高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法的技术方案框图，图1中高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)是高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制系统的人机交互界面；外部空气进入量设定值(2)与高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)和引风机入口阀开度调节(3)相连接，该设定值由人机交互界面输入；引风机入口阀开度调节(3)与外部空气进入量设定值(2)、高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)及高炉热风炉现场工艺设备(24)相连接，由外部空气进入量设定值(2)与高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)的差值对引风机入口阀开度进行调节，控制流经引风机入口阀的烟气流量，抑制外部空气进入，使高炉热风炉外部空气进入量控制在设定值范围内；高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)与烟道Ar含量检测(5)、烟道烟气流量检测(6)、助燃空气流量检测(7)、外部空气进入量设定值(2)、引风机入口阀开度调节(3)及高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)相连接，根据烟道Ar含量、烟道烟气流量和助燃空气流量进行高炉热风炉外部空气进入量计算，计算结果分别送至外部空气进入量设定值(2)、引风机入口阀开度调节(3)和高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)；烟道Ar含量检测(5)与高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)和高炉热风炉现场工艺设备(24)相连接；烟道烟气流量检测(6)与高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)和高炉热风炉现场工艺设备(24)相连接；助燃空气流量检测(7)与高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)和高炉热风炉现场工艺设备(24)相连接；占比系数k输入(8)与高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)和高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)相连接；高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)与占比系数k输入(8)、高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)和烟道O2量检测(11)相连接；空气过剩系数设定值(10)来自于高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)；烟道O2量检测(11)与高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)和高炉热风炉现场工艺设备(24)相连接，烟道O2量是烟气检测得到的O2量，用于空气过剩系数计算；空气调节阀开度调节(12)与高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)、空气过剩系数设定值(10)相连接，由空气过剩系数设定值与高炉热风炉空气过剩系数计算值的差值对空气调节阀开度进行调节，对高炉热风炉空气过剩系数进行动态控制；空燃比(13)从高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入；热风炉拱顶温度设定值(14)为设定值，由高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入；热风炉拱顶温度实际值(15)是热风炉拱顶温度反馈值；燃气调节阀开度调节(16)是被控量，根据热风炉拱顶温度设定值与热风炉拱顶温度实际值的差值，调节燃气调节阀的流量，对热风炉拱顶温度进行动态控制；高炉热风炉CO设定值(17)是来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入的设定值；烟道CO实际值(18)是检测的CO实际值，作为负反馈与高炉热风炉CO设定值(17)进行比较，其差值用于调节燃气调节阀的流量，以改善燃烧状况；热风炉拱顶压力设定值(19)为设定值，由高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入；引风机风量调节(20)与热风炉拱顶压力设定值(19)、热风炉拱顶压力实际值(21)和高炉热风炉现场工艺设备(24)相连接，按照热风炉拱顶压力设定值与热风炉拱顶压力实际值反馈之差对引风机风量进行调节，对热风炉拱顶压力进行动态控制；高炉热风炉温度i检测(22)和高炉热风炉温度n检测(23)是高炉热风炉炉体上设置的温度i～n检测，根据具体热风炉情况，温度检测点数和检测位置会有所不同，这些温度检测信号送至高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)，用于温度状态监视、用于趋势曲线记录和用于故障追索；高炉热风炉现场工艺设备(24)是高炉热风炉现场在线设备。
本技术方案通过图2所示高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法的控制系统构成图付诸实施，图2中高炉热风炉主工艺控制系统(1)是高炉热风炉本体控制系统，与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)相连接；高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)是计算机为基础的操作及画面显示的人机交互界面，与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)相连接；外部空气进入量设定值(3)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；空气过剩系数设定值(4)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；热风炉拱顶温度设定值(5)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；热风炉拱顶压力设定值(6)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；热风炉废气温度设定值(7)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；热风炉CO设定值(8)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；占比系数k输入(9)是数学模型计算参数，来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；空燃比设定输入(10)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)是高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制的核心，由DCS或同类数字式控制器组成，本身建有高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型、外部空气进入量中氧量计算数学模型、空气过剩系数计算数学模型及高炉热风炉外部空气进入量闭环动态控制、高炉热风炉空气过剩系数闭环动态控制软件；烟道Ar含量检测(12)是烟气分析检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于数学模型计算外部空气进入量；烟道O2含量检测(13)是烟气分析检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于数学模型计算外部空气进入量中的氧量；烟道CO含量检测(14)是烟气分析检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于空气过剩系数控制；烟道烟气流量检测(15)是烟气分析检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于外部空气进入量计算及空气过剩系数计算；助燃空气流量检测(16)是实际流量检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于数学模型计算外部空气进入量；空气调节阀开度调节(17)与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)和高炉热风炉现场工艺设备(27)相连接，按照高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)控制指令对空气调节阀开度进行调节，控制流经空气调节阀的废气流量，改变高炉热风炉吸力，使该高炉热风炉外部空气进入量控制在设定值范围内；燃气调节阀开度调节(18)与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)和高炉热风炉现场工艺设备(27)相连接，按照高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)控制指令对燃气调节阀开度进行调节，改变燃气进入量，对高炉热风炉空气过剩系数进行动态控制；引风机入口阀开度调节(19)与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)和高炉热风炉现场工艺设备(27)相连接，按照高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)控制指令对引风机入口阀开度进行调节，对高炉热风炉外部空气进入量进行动态控制；引风机风量调节(20)与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)和高炉热风炉现场工艺设备(27)相连接，按照高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)控制指令对引风机风量进行调节，对高炉热风炉拱顶压力进行动态控制；热风炉拱顶压力检测(21)是热风炉拱顶压力实际检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于引风机风量调节，对热风炉拱顶压力进行动态控制；热风炉拱顶温度检测(22)是热风炉拱顶温度实际检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于热风炉拱顶温度控制；热风炉废气温度检测(23)是热风炉废气温度实际检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于热风炉废气温度控制及热风炉烧炉终止控制；热风炉温度i检测(24)和热风炉温度n检测(25)与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)相连接，用于高炉热风炉温度监视、记录和故障分析；现场工艺设备过程信息(26)收集高炉热风炉现场工艺设备(27)的设备、检测器的运行信号和状态信息并送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；高炉热风炉现场工艺设备(27)为高炉热风炉现场在线设备。
要获得高炉热风炉热效率的提高，不仅要实现空气过剩系数可控，也要实现高炉热风炉外部空气进入量可控；实现了空气过剩系数可控，可获得燃烧效果的优化；实现了高炉热风炉外部空气进入量可控，可获得减少高炉热风炉热损失的优化及高炉热风炉压力稳定控制；实现这两个可控，就突破了制约现有技术的技术瓶颈，实现了对高炉热风炉非对称系统的动态控制。
①高炉热风炉外部空气进入量动态控制系统
现有技术烟气分析检测的氧含量一部分是由于空气过剩系数过大剩余的氧，另一部分是高炉热风炉外部进入空气在高炉热风炉中燃烧或未燃烧后所含有的氧；要计算高炉热风炉外部空气进入量所含氧量，先要知道高炉热风炉外部空气进入量；本技术方案采取根据烟气分析检测的氩摩尔分数来计算高炉热风炉外部空气进入量，进而与允许的高炉热风炉外部空气进入量设定值进行比较，用其差值去调节引风机入口阀开度，使流经引风机入口阀的流量与高炉热风炉产生的废气量相匹配，从而改变高炉热风炉内压力，抑制外部空气进入和内部烟气外溢，使高炉热风炉外部空气进入量控制在允许的设定范围内；采取烟气分析中的氩含量计算高炉热风炉外部空气进入量是非常简捷、可靠的方法，解决了高炉热风炉非对称系统外部空气进入量不可控的问题。
热风炉拱顶压力稳定是满足高炉热风炉正常运行的必要条件之一，只有在对高炉热风炉外部空气进入量进行了有效控制的前提下，热风炉拱顶压力才能得到稳定控制，即在物理特性上，高炉热风炉非对称特性产生的外部空气进入量严重影响了热风炉拱顶压力的稳定；在根据高炉热风炉外部空气进入量对引风机入口阀开度进行控制的基础上，进而采取热风炉拱顶压力检测控制引风机的速度是调节高炉热风炉非对称系统的关键技术；因此须在热风炉拱顶设置压力检测装置以及为引风机设置变速驱动装置，共同实施对热风炉拱顶的压力动态控制。
图1高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法的技术方案框图中高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)、外部空气进入量设定值(2)、引风机入口阀开度调节(3)、高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)、烟道Ar含量检测(5)、烟道烟气流量检测(6)、助燃空气流量检测(7)、热风炉拱顶压力设定值(19)、引风机风量调节(20)、热风炉拱顶压力实际值(21)、高炉热风炉现场工艺设备(24)构成了高炉热风炉外部空气进入量闭环动态控制系统。
②高炉热风炉空气过剩系数动态控制系统
采取检测烟气中氧含量和一氧化碳含量的方法，根据高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型计算出空气过剩系数，再根据空气过剩系数设定值与空气过剩系数计算值之差，去调节空气调节阀流量，以及根据检测的CO值与CO设定值之差，去调节燃气调节阀的流量，使空气过剩系数稳定在设定值范围内。
图1高炉热风炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法的技术方案框图中高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)、占比系数k输入(8)、高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)、空气过剩系数设定值(10)、烟道O2量检测(11)、空气调节阀开度调节(12)、空燃比(13)、热风炉拱顶温度设定值(14)、热风炉拱顶温度实际值(15)、燃气调节阀开度调节(16)、热风炉CO设定值(17)、烟道CO实际值(18)、高炉热风炉现场工艺设备(24)构成了高炉热风炉空气过剩系数闭环动态控制系统。
实现了外部空气进入量可控和空气过剩系数可控，则突破了实现热风炉高风温的技术障碍，也解决了NOx排放问题，实现了本发明“解决提高热风炉风温、降低废气温度、减少氮氧化物排放、提高热效率、节省燃料消耗的问题。”的目标。外部空气进入量可控，由于外部冷空气进入量减少，减小了热风炉热损失，意味着热风炉风温提高；外部空气进入量减少使废气量减少，减小了热风炉热损失；外部进入的氧减少，改善了热风炉内氧化氛围，减少了氮氧化物的生成；外部进入的氧减少，使废气温度有所降低，有利于增加热风炉蓄热时间。空气过剩系数可控，可实现燃烧优化控制，获得燃烧效率最大化，减少了燃料消耗；可实现高风温；热风炉内残氧减少意味着减少了氮氧化物的生成。
实际工程应用中，高炉热风炉外部空气进入量不可能为0，所以设置了高炉热风炉外部空气进入量设定值，该设定值由高炉热风炉工艺工程师根据高炉热风炉具体工况确定，在高炉热风炉控制系统HMI操作站输入。
考虑到高炉热风炉漏风的不确定因素及计算误差，工程应用中需设置空气过剩系数设定值，即留有一定的空气过剩系数余量，该设定值由高炉热风炉工艺工程师根据高炉热风炉具体工况确定，在高炉热风炉控制系统HMI操作站输入。
由于高炉热风炉废气溢出具有增加高炉热风炉热损失、烧损高炉热风炉附属设备、增加废气量、造成空气过剩系数计算困难的危害，所以高炉热风炉不适于采取微正压控制，应采取微负压控制。
高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法的特点是科学、合理、充分、有效地发挥了高炉热风炉外部空气进入量闭环动态控制系统和高炉热风炉空气过剩系数闭环动态控制系统的作用，系统简捷，运行可靠、稳定、高效，调试也很方便，适于实现高炉热风炉动态全自动控制。
与现有技术相比，高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法突破了技术瓶颈，为高炉热风炉实现深度节能减排、增产保质开创了全新的、广泛的视野和空间，具有突出的实质性特点和显著的进步，其有益的特征是：
(a)首次提出了高炉热风炉及其废气管网非对称系统理论，为突破长期困扰高炉热风炉控制的技术瓶颈奠定了理论基础；
(b)首次提出了高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法，实现了高炉热风炉外部空气进入量可控、高炉热风炉空气过剩系数可控；
(c)研发了高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型和高炉热风炉外部空气进入量动态控制技术；
(d)研发了高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型和高炉热风炉空气过剩系数动态控制技术；
(e)实现了高炉热风炉非对称系统的炉膛压力有效稳定控制和高炉热风炉全自动控制；
(f)由于实现了外部空气进入量和空气过剩系数的动态控制，节约了燃气消耗，减少了高炉热风炉热损失，降低了NOx排放，提高了高炉热风炉热效率；
(g)由于实现了过程全自动控制，减轻了操作人员劳动强度，提高了生产作业率；
(h)外部空气进入量可控、空气过剩系数可控使作为炉窑一员的高炉热风炉烟气污染物排放得到根本性治理，可从根本上解决雾霾问题，对国家大气污染治理具有非常重要的意义。
高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法适于广泛应用于新建、扩建和改造的高炉热风炉系统；本技术方案所述仅为本发明的一个应用领域的例子，不用于限制本发明，尽管参照所述例子对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对所述例子所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；凡在本发明的控制原理和控制策略之内所做的修改、等同替换和改进均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法，其特征在于根据高炉热风炉及其废气管网运行工况特点及物理特性，确立了高炉热风炉及其废气管网非对称系统理论，研发了基于高炉热风炉及其废气管网非对称系统理论的动态控制方法，通过烟气分析检测高炉热风炉烟道废气中氩含量、氧含量和CO量，根据外部空气进入量计算数学模型，计算出热风炉的外部空气进入量，由外部空气进入量来调节引风机入口阀开度，使外部空气进入量控制在设定值范围内；根据空气过剩系数计算数学模型计算空气过剩系数，该计算值与空气过剩系数设定值比较，其差值调节空气调节阀开度，使热风炉空气过剩系数保持在设定值范围内；
式(1)为高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型；
Qair＝(Qw×Arw－Q1×Arb)×22.4×100/0.934 (1)
式中：
Q1：助燃空气流量，m3/s；
Arb：空气中基准氩摩尔分数，mol％；
Qw：烟道烟气流量，m3/s；
Arw：烟道烟气中氩摩尔分数，mol％；
Qair：热风炉外部空气进入量，m3/s；
式(2)为高炉热风炉外部空气进入量中的氧量计算数学模型；
O2e＝(Qw×Arw－Q1×Arb)×20.95/0.934 (2)
式中：
Q1：助燃空气流量，m3/s；
Arb：空气中基准氩摩尔分数，mol％；
Qw：烟道烟气流量，m3/s；
Arw：烟道烟气中氩摩尔分数，mol％；
O2e：热风炉外部空气进入量中氧量，mol；
由烟道烟气中检测的氧量减去式(2)数学模型计算出的外部空气进入量中的氧量，则可求得空气过剩系数中的氧含量实际值，该值由式(3)空气过剩系数中的氧含量计算数学模型进行计算；
O2a＝(Qw×O21－kO2e)/Qw (3)
式中：
O2a：空气过剩系数中的氧含量实际值，％；
Qw：烟道烟气流量，m3/s；
O21：烟道烟气中氧摩尔分数，mol％；
O2e：高炉热风炉外部空气进入量中的氧量，mol；
k：占比系数，0～1；
空气过剩系数实际值由式(5)空气过剩系数计算数学模型进行计算：
α＝20.95/(20.95-(Qw×O21－kO2e)/Qw) (5)
式中：
Qw：烟道烟气气流量，m3/s；
O21：烟道烟气中氧摩尔分数，mol％；
O2e：热风炉外部空气进入量中的氧量，mol；
k：占比系数，0～1；
α：空气过剩系数，＞0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法的技术方案是通过图1实现的，图1中高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)是高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制系统的人机交互界面；外部空气进入量设定值(2)与高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)和引风机入口阀开度调节(3)相连接，该设定值由人机交互界面输入；引风机入口阀开度调节(3)与外部空气进入量设定值(2)、高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)及高炉热风炉现场工艺设备(24)相连接，由外部空气进入量设定值(2)与高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)的差值对引风机入口阀开度进行调节，控制流经引风机入口阀的烟气流量，抑制外部空气进入，使高炉热风炉外部空气进入量控制在设定值范围内；高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)与烟道Ar含量检测(5)、烟道烟气流量检测(6)、助燃空气流量检测(7)、外部空气进入量设定值(2)、引风机入口阀开度调节(3)及高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)相连接，根据烟道Ar含量、烟道烟气流量和助燃空气流量进行高炉热风炉外部空气进入量计算，计算结果分别送至外部空气进入量设定值(2)、引风机入口阀开度调节(3)和高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)；烟道Ar含量检测(5)与高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)和高炉热风炉现场工艺设备(24)相连接；烟道烟气流量检测(6)与高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)和高炉热风炉现场工艺设备(24)相连接；助燃空气流量检测(7)与高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)和高炉热风炉现场工艺设备(24)相连接；占比系数k输入(8)与高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)和高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)相连接；高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)与占比系数k输入(8)、高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型(4)和烟道O2量检测(11)相连接；空气过剩系数设定值(10)来自于高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)；烟道O2量检测(11)与高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)和高炉热风炉现场工艺设备(24)相连接，烟道O2量是烟气检测得到的O2量，用于空气过剩系数计算；空气调节阀开度调节(12)与高炉热风炉空气过剩系数计算数学模型(9)、空气过剩系数设定值(10)相连接，由空气过剩系数设定值与高炉热风炉空气过剩系数计算值的差值对空气调节阀开度进行调节，对高炉热风炉空气过剩系数进行动态控制；空燃比(13)从高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入；热风炉拱顶温度设定值(14)为设定值，由高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入；热风炉拱顶温度实际值(15)是热风炉拱顶温度反馈值；燃气调节阀开度调节(16)是被控量，根据热风炉拱顶温度设定值与热风炉拱顶温度实际值的差值，调节燃气调节阀的流量，对热风炉拱顶温度进行动态控制；高炉热风炉CO设定值(17)是来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入的设定值；烟道CO实际值(18)是检测的CO实际值，作为负反馈与高炉热风炉CO设定值(17)进行比较，其差值用于调节燃气调节阀的流量，以改善燃烧状况；热风炉拱顶压力设定值(19)为设定值，由高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入；引风机风量调节(20)与热风炉拱顶压力设定值(19)、热风炉拱顶压力实际值(21)和高炉热风炉现场工艺设备(24)相连接，按照热风炉拱顶压力设定值与热风炉拱顶压力实际值反馈之差对引风机风量进行调节，对热风炉拱顶压力进行动态控制；高炉热风炉温度i检测(22)和高炉热风炉温度n检测(23)是高炉热风炉炉体上设置的温度i～n检测，根据具体热风炉情况，温度检测点数和检测位置会有所不同，这些温度检测信号送至高炉热风炉控制系统HMI操作站(1)，用于温度状态监视、用于趋势曲线记录和用于故障追索；高炉热风炉现场工艺设备(24)是高炉热风炉现场在线设备。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法通过图2高炉热风炉及其废气管网非对称特性动态控制方法的控制系统构成图付诸实施，图2中高炉热风炉主工艺控制系统(1)是高炉热风炉本体控制系统，与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)相连接；高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)是计算机为基础的操作及画面显示的人机交互界面，与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)相连接；外部空气进入量设定值(3)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；空气过剩系数设定值(4)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；热风炉拱顶温度设定值(5)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；热风炉拱顶压力设定值(6)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；热风炉废气温度设定值(7)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；热风炉CO设定值(8)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；占比系数k输入(9)是数学模型计算参数，来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；空燃比设定输入(10)是系统控制目标设定值，设定值来自高炉热风炉控制系统HMI操作站(2)，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)是高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制的核心，由DCS或同类数字式控制器组成，本身建有高炉热风炉外部空气进入量计算数学模型、外部空气进入量中氧量计算数学模型、空气过剩系数计算数学模型及高炉热风炉外部空气进入量闭环动态控制、高炉热风炉空气过剩系数闭环动态控制软件；烟道Ar含量检测(12)是烟气分析检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于数学模型计算外部空气进入量；烟道O2含量检测(13)是烟气分析检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于数学模型计算外部空气进入量中的氧量；烟道CO含量检测(14)是烟气分析检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于空气过剩系数控制；烟道烟气流量检测(15)是烟气分析检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于外部空气进入量计算及空气过剩系数计算；助燃空气流量检测(16)是实际流量检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于数学模型计算外部空气进入量；空气调节阀开度调节(17)与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)和高炉热风炉现场工艺设备(27)相连接，按照高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)控制指令对空气调节阀开度进行调节，控制流经空气调节阀的废气流量，改变高炉热风炉吸力，使该高炉热风炉外部空气进入量控制在设定值范围内；燃气调节阀开度调节(18)与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)和高炉热风炉现场工艺设备(27)相连接，按照高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)控制指令对燃气调节阀开度进行调节，改变燃气进入量，对高炉热风炉空气过剩系数进行动态控制；引风机入口阀开度调节(19)与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)和高炉热风炉现场工艺设备(27)相连接，按照高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)控制指令对引风机入口阀开度进行调节，对高炉热风炉外部空气进入量进行动态控制；引风机风量调节(20)与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)和高炉热风炉现场工艺设备(27)相连接，按照高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)控制指令对引风机风量进行调节，对高炉热风炉拱顶压力进行动态控制；热风炉拱顶压力检测(21)是热风炉拱顶压力实际检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于引风机风量调节，对热风炉拱顶压力进行动态控制；热风炉拱顶温度检测(22)是热风炉拱顶温度实际检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于热风炉拱顶温度控制；热风炉废气温度检测(23)是热风炉废气温度实际检测值，送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)，用于热风炉废气温度控制及热风炉烧炉终止控制；热风炉温度i检测(24)和热风炉温度n检测(25)与高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)相连接，用于高炉热风炉温度监视、记录和故障分析；现场工艺设备过程信息(26)收集高炉热风炉现场工艺设备(27)的设备、检测器的运行信号和状态信息并送至高炉热风炉及其废气管网非对称系统动态控制器(11)；高炉热风炉现场工艺设备(27)为高炉热风炉现场在线设备。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于关于外部空气进入量计算，根据惰性气体很难参与化学反应的特点，采用检测废气中惰性气体计算高炉热风炉外部空气进入量，可保证计算的准确性，本技术方案采用了氩气作为烟气分析计算的基础，但对于实际应用中不同类型高炉热风炉的具体情况，并不限于采用氩气。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于实际工程应用中，高炉热风炉外部空气进入量不可能为0，所以设置了高炉热风炉外部空气进入量设定值，该设定值由高炉热风炉工艺工程师根据高炉热风炉具体工况确定，在高炉热风炉控制系统HMI操作站输入。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于考虑到高炉热风炉漏风的不确定因素及计算误差，工程应用中需设置空气过剩系数设定值，即留有一定的空气过剩系数余量，该设定值由高炉热风炉工艺工程师根据高炉热风炉具体工况确定，在高炉热风炉控制系统HMI操作站输入。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于由于高炉热风炉废气溢出具有增加高炉热风炉热损失、烧损高炉热风炉附属设备、造成空气过剩系数计算困难的危害，所以高炉热风炉不适于采取微正压控制，应采取微负压控制。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于式(3)中的k为外部空气进入量中的氧量到达烟道烟气检测点时所剩余的百分比，即剩余的氧占外部空气进入量中的氧量的比例，简称占比系数，取值范围为0～1；因为外部进入的氧量O2e有可能未燃烧、部分燃烧或者全部燃烧，是与高炉热风炉及其烟气管网的漏风量相关的变量，无法进行准确数学计算，故采取工程系数的方法解决；占比系数k由高炉热风炉工艺工程师根据高炉热风炉本体外部空气进入量和烟气管网漏风量的检测统计数据确定，在高炉热风炉HMI操作站输入。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于热风炉拱顶压力稳定是满足高炉热风炉正常运行的必要条件之一，只有在对高炉热风炉外部空气进入量进行了有效控制的前提下，热风炉拱顶压力才能得到稳定控制，即在物理特性上，高炉热风炉非对称特性产生的外部空气进入量严重影响了热风炉拱顶压力的稳定；在根据高炉热风炉外部空气进入量对引风机入口阀开度进行控制的基础上，进而采取热风炉拱顶压力检测控制引风机的速度是调节高炉热风炉非对称系统的关键技术；因此须在热风炉拱顶设置压力检测装置以及为引风机设置变速驱动装置，共同实施对热风炉拱顶的压力动态控制。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法可广泛应用于新建、扩建和改造的高炉热风炉系统；本技术方案所述仅为本发明的一个应用领域的例子，不用于限制本发明，尽管参照所述例子对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对所述例子所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；凡在本发明的控制原理和控制策略之内所做的修改、等同替换和改进均应包含在本发明的保护范围之内。
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| CN116358170A (zh) * | 2023-06-01 | 2023-06-30 | 南京普兰特换热设备有限公司 | 一种具备自动调控的燃气热风炉及燃气热风炉调控方法 |
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2020
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| CN116358170A (zh) * | 2023-06-01 | 2023-06-30 | 南京普兰特换热设备有限公司 | 一种具备自动调控的燃气热风炉及燃气热风炉调控方法 |
| CN116358170B (zh) * | 2023-06-01 | 2023-08-04 | 南京普兰特换热设备有限公司 | 一种具备自动调控的燃气热风炉及燃气热风炉调控方法 |
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