CN114737003A - 一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法及系统。该方法包括，确定每座热风炉在运行周期内燃烧过程的蓄热量增加值、热风炉系统的热风携带蓄热量值和每座热风炉在运行周期内的蓄热量散失值，构建蓄热模型；基于设定的高炉运行数据和每座热风炉的运行数据，采用蓄热模型，得到每座热风炉在运行周期内燃烧过程的理论蓄热量值；基于每座热风炉在运行周期内燃烧过程的理论蓄热量值和每座热风炉在运行周期内燃烧过程的实时蓄热量值的关系，控制每座热风炉的煤气流量和助燃空气流量。

Description

一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法及系统

技术领域

本发明属于高炉热风炉技术领域，具体涉及一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

高炉是钢铁工业生产生铁的机组，它需要热风来加热焦炭和铁矿石，把铁矿石还原成铁水，热风炉的作用是把鼓风加热到要求的温度，它是按“蓄热”原理工作的热交换器。

热风炉的工作状态主要包括“燃烧”和“送风”。在“燃烧”状态下，将煤气和助燃空气通入燃烧室内燃烧产生高温的废气，高温废气通过蓄热材料并使之蓄热，当蓄热材料充分蓄热后，热风炉可以转换为“送风”状态，冷风经蓄热材料热交换后成为热风，送入高炉，当蓄热材料的温度下降无法得到足够温度的热风时，热风炉重新转换为“燃烧”状态。热风炉由“燃烧”转换为“送风”或者由“送风”转换为“燃烧”的过程，称为热风炉的“换炉”状态。

一座高炉一般配套有一组3至4座热风炉，单座热风炉的工作过程就是“燃烧”“送风”反复切换的过程，多座热风炉可以保证不断向高炉送入热风。一组热风炉交替向高炉送风时一般遵循某种固定的运行模式，包含3座炉的热风炉系统一般遵循“一烧两送”(即多数时间内有1座炉燃烧、2座炉送风，各炉的换炉时间错开)和“两烧一送”(即多数时间内有2座炉燃烧、1座炉送风，各炉的换炉时间错开)的运行模式，同理，包含4座炉的热风炉系统一般遵循“一烧三送”“两烧两送(又称交错并联)”“三烧一送”的运行模式。

目前已投入使用的高炉热风炉燃烧自动控制方法，主要包括高炉热风炉燃烧最佳空燃比模糊控制、煤气流量和空燃比设定专家系统控制、通过检测废气残氧量实现的自组织模糊控制、废气温度自适应模糊控制等。以上这些自动控制方法的共同点是，只能以热风炉废气温度是否达到设定值(或设定区间)作为热风炉蓄热完成的判断指标，不能真正反应热风炉内的蓄热情况，对热风炉送风及燃烧过程中的蓄热情况缺乏判断，导致一个热风炉系统内的3至4座热风炉的蓄热量不一致，每次送风的平均风温都存在波动，影响热风的稳定性，还可能导致每炉的“燃烧”“送风”周期不固定，增大了控制难度，且易造成过烧，浪费燃气。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法及系统，本发明可以提高蓄热效率，减少或避免过烧，进而减少燃气消耗，还使得送风温度更加均匀，提高热风温度和送风质量，缩小风温波动。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

第一个方面，本发明提供了一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法。

一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法，包括：

确定每座热风炉在运行周期内燃烧过程的蓄热量增加值、热风炉系统的热风携带蓄热量值和每座热风炉在运行周期内的蓄热量散失值，构建蓄热模型；

基于设定的高炉运行数据和每座热风炉的运行数据，采用蓄热模型，得到每座热风炉在运行周期内燃烧过程的理论蓄热量值；

基于每座热风炉在运行周期内燃烧过程的理论蓄热量值和每座热风炉在运行周期内燃烧过程的实时蓄热量值的关系，控制每座热风炉的煤气流量和助燃空气流量。

进一步地，所述高炉运行数据包括：高炉对热风温度、冷风温度和冷风标况流量的需求值，所述每座热风炉的运行数据包括：每座热风炉运行周期的时长、运行周期内燃烧过程的时长和送风过程的时长。

进一步地，所述每座热风炉在运行周期内燃烧过程的蓄热量增加值为：若干个控制周期内蓄热量增加值的累加和；

所述控制周期内蓄热量增加值为：

S₁＝(F₁+0.79F₂)/(1+A)×(T₁-T₂)×P

其中，S₁表示控制周期内蓄热量增加值，F₁表示热风炉的煤气标况流量，F₂表示助燃空气标况流量，T₁表示热风炉拱顶处的温度，T₂表示排出热风炉的烟气的温度，A表示烟气中的氧气含量，P表示烟气与空气的标况比热容的比值常数；

进一步地，所述理论蓄热量值＝每座热风炉在运行周期内燃烧过程的蓄热量增加值+每座热风炉在运行周期内送风过程结束时的蓄热量值。

进一步地，所述热风炉系统的热风携带蓄热量值为：若干个控制周期的热风携带蓄热量值的累加和；

所述控制周期的热风携带蓄热量值为：

S₅＝F₃×(T₄-T₅)

其中，S₅表示热风携带蓄热量值，F₃表示冷风标况流量，T₄表示热风温度，T₅表示冷风温度。

进一步地，所述每座热风炉在运行周期内的蓄热量散失值为：

S₇＝g(Ti₂，Ti₃，Ti₄)

其中，S₇表示每座热风炉在运行周期内的蓄热量散失值，Ti₂每座热风炉运行周期的时长，Ti₃表示运行周期内燃烧过程的时长，Ti₄表示送风过程的时长。

第二个方面，本发明提供了一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制系统。

一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制系统，包括：燃烧控制器，以及燃烧控制器连接的蓄热模型管理器、煤气总管管理器、助燃风机管理器和热风炉系统；

所述蓄热模型管理器用于采用第一个方面所述的蓄热模型，根据高炉运行数据和每座热风炉的运行数据，得到每座热风炉在运行周期内的燃烧完成时的理论蓄热量值；

所述煤气总管管理器用于根据设定允许煤气管网压力下限值、煤气管网压力实时数据和煤气流量设定值，得到每座热风炉的煤气流量修正值；

所述助燃风机管理器用于根据设定允许助燃空气总管压力波动区间、空气总管压力实时数据和助燃空气流量设定值，得到每座热风炉的助燃空气流量修正值；

所述热风炉系统用于根据热风炉系统的运行数据和状态参数，调节煤气调节阀开度设定值和空气调节阀开度设定值；

所述燃烧控制器用于根据每座热风炉在运行周期内的燃烧完成时的理论蓄热量值、每座热风炉的煤气流量修正值、每座热风炉的助燃空气流量修正值、煤气调节阀开度设定值和空气调节阀开度设定值，调节燃烧过程的每座热风炉的煤气流量和助燃空气流量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明所述的一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法，与目前已投入使用的高炉热风炉燃烧自动控制方法相比，除了使热风炉能够在煤气压力、温度和热值等参数不断变化的工况下自动运行，还能通过对热风炉系统构建蓄热模型，增强对热风炉内蓄热量的掌控，优化“燃烧”中的温度设置，优化换炉节奏。

本发明通过使用所述一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法，可以提高蓄热效率，减少或避免过烧，进而减少燃气消耗，还使得送风温度更加均匀，提高热风温度和送风质量，缩小风温波动。

本发明同时还能够为使用者提供反应热风炉内蓄热情况的数学模型和直观数据，可以辅助改进热风炉的生产工艺。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明示出的控制流程示意图；

图2是本发明示出的燃烧控制器内部控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明中，术语如“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

实施例一

本实施例提供了一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法。

一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法，需要对高炉热风炉系统及系统内的3至4座热风炉构建蓄热模型，一种构建蓄热模型的方法是：

(1)为了更好的说明构建蓄热模型的方法，首先确定以下概念：

①高炉热风炉系统的数据采集和设备控制一般通过自动化系统实现，信号收发和解析需要花费一段相对固定的周期(一般为数十毫秒至数秒)，所以接收检测数据和发出控制指令都是离散的过程，这里将系统收发一次数据的周期称作一个“控制周期”。

②单座热风炉的工作过程是连续且呈周期性的，以热风炉每次“送风”结束的时间点作为起点，将热风炉完成一次“换炉”“燃烧”“换炉”“送风”的工作流程称为一个“运行周期”。

③若热风炉在一个或多个“运行周期”内的蓄热量被维持在相对均衡状态，即蓄热量的增加和减少相当时，称作“蓄热平衡”。当高炉正常生产时，为保证热风的稳定和持续，热风炉必须维持“蓄热平衡”。

(2)一座热风炉在“燃烧”状态下，在一个控制周期内，通过收集进入热风炉的煤气标况流量F₁、助燃空气标况流量F₂、热风炉拱顶处的温度T₁、排出热风炉的烟气的温度(即热风炉烟道温度)T₂、烟气中的氧气含量A，烟气与空气的标况比热容的比值常数P(通常约是0.933)，可以计算出该“控制周期”内的蓄热量增加值S₁，计算方式如下：

S₁＝(F₁+0.79F₂)/(1+A)×(T₁-T₂)×P

(3)在(2)的基础上进一步的，在一个热风炉燃烧周期内，将每个“控制周期”的S₁值累加起来，即可得到该“燃烧”周期蓄热量增加值S₂,计算方式如下：

(4)由于一座热风炉的送风过程是一个持续且相对平稳的过程，所以当一座热风炉的送风状态结束前的时间段Ti₁内，该热风炉的拱位温度T₃、拱位温度变化率,T₃′可以反应该热风炉的“送风”结束蓄热量值S₃，这种对应关系因为每座热风炉在结构、检测设备上的区别而不尽相同。为了较准确的估算出S₃，通过统计热风炉正常运行期间上述参数间的数值联系，得出“送风”结束蓄热量函数f,可以计算出：

S₃＝f(Ti₁,T₃,T₃′)

应当注意的是，随着热风炉的持续工作，参与统计的数据需要同步更新，以使得“送风”结束蓄热量函数f符合该热风炉的实际情况。当热风炉长期停用或大修后，应当重新统计数据，归纳“送风”结束蓄热量函数f。

(5)在(3)和(4)的基础上进一步的，在一个“运行周期”内，热风炉的“送风”结束蓄热量值S₃与“燃烧”周期蓄热量增加值S₂的和，即是热风炉的“燃烧”完成时理论蓄热量值S₄，即：

S₄＝S₂+S₃

(6)热风炉系统(通常包含3至4座热风炉)向高炉稳定送风期间，在一个控制周期内，通过收集热风温度T₄、冷风温度T₅、冷风标况流量F₃，可以计算出热风携带蓄热量值S₅，计算方式如下：

S₅＝F₃×(T₄-T₅)

(7)在(6)的基础上进一步的，统计一段时间内的高炉接收热风数据，将每个“控制周期”的S5值累加起来，即可得到该时间段内热风携带蓄热量值S6,计算方式如下：

(8)在(2)至(7)的基础上进一步的，由于热风炉炉体及管道外的保温材料不可能完全杜绝热传递，热风炉系统会持续缓慢的散失蓄热量，且在换炉过程中也存在额外的蓄热量散失，蓄热量散失的程度因热风炉结构、管道、设备的区别而不尽相同。对于每座热风炉的一个“运行周期”的蓄热量散失值S₇，与一个“行周期”的时长Ti₂，以及“运行周期内”“燃烧”的时长Ti₃、“送风”的时长Ti₄有关，这种对应关系可以总结为“运行周期”内蓄热量散失函数g，即：

S₇＝g(Ti₂，Ti₃，Ti₄)

这里以一组包含3座热风炉(记为1号、2号、3号)的热风炉系统为例，提供一种确定系统内1号、2号、3号炉的“运行周期”内蓄热量散失函数g₁、g₂、g₃的方法：

①统计热风炉系统工况稳定的一段时间内的数据，分别计算1号、2号、3号炉在各自每个“运行周期”的“燃烧”完成时理论蓄热量值S₄以及该“运行周期”终点(即下一个“运行周期”的起点)的“送风”结束蓄热量值S₃，用S₄减S₃可得到该“运行周期”的蓄热量减少值S₈，汇总得到1号、2号、3号炉每个“运行周期”的蓄热量减少值集合{{S_8-1}，{S_8-2}，{S_8-3}}。

②统计这段时间的热风温度T₄、冷风温度T₅、冷风标况流量F₃，计算热风携带蓄热量值S₆。进一步的，按照1号、2号、3号炉每个“运行周期”的“送风”周期划分时间段，将S₆划分成与各炉每个“运行周期”对应的值的集合{{S_6-1}，{S_6-2}，{S_6-3}}。

③在②和③的基础上进一步的，一个“运行周期”的蓄热量减少值S₈，减去该“运行周期”对应的热风携带蓄热量值S₆，即可得到该“运行周期”的蓄热量散失值S₇，将1号、2号、3号炉的每个“运行周期”的数据均做该处理，即可得到1号、2号、3号炉的每个“运行周期”的蓄热量散失值的集合{{S_7-1}，{S_7-2}，{S_7-3}}。

④统计这段时间1号、2号、3号炉每个“运行周期”的时长Ti₂，以及“运行周期内”“燃烧”的时长Ti₃、“送风”的时长Ti₄，汇总得到集合{{Ti_2-1，Ti_3-1，Ti_4-1}，{Ti_2-2，Ti_3-2，Ti_4-2}，{Ti_2-3，Ti_3-3，Ti_4-3}}。

⑤在③和④的基础上进一步的，汇总1号炉的数据得到集合{{S_7-1}，{Ti_2-1，Ti_3-1，Ti_4-1}}，带入S₇＝g(Ti₂，Ti₃，Ti₄)，即可总结出1号炉的“运行周期”内蓄热量散失函数g₁。同理，可以得到2号炉的“运行周期”内蓄热量散失函数g₂，及3号炉的“运行周期”内蓄热量散失函数g₃。

不难发现，求得单座热风炉的“运行周期”内蓄热量散失函数g后，即可在一个“运行周期”开始前，通过设定“运行周期”的时长估算出该“运行周期”内的蓄热量散失值S₇。应当注意的是，随着热风炉的持续工作，参与统计的数据需要同步更新，以使得“运行周期”内蓄热量散失函数g符合该热风炉的实际情况。当热风炉长期停用或大修后，应当重新统计数据，归纳剩余蓄热量函数g。

(9)一段时间内，热风炉系统的蓄热量增加量为每座热风炉每个“运行周期”的“燃烧”蓄热量增加值S₂的和，同一时间段内，热风炉系统的热量减少包括了热风携带蓄热量值S₆，以及热风炉系统每座热风炉每个“运行周期”的蓄热量散失值S₇的和。当整个热风炉系统处于“蓄热平衡”时，蓄热量的增加和减少相等，即：

(10)在(6)至(9)的基础上进一步的，通过上述构建蓄热模型的方法，对一组热风炉系统内的每座热风炉建立蓄热模型，在高炉实际运行前，将高炉对热风温度T₄、冷风温度T₅、冷风标况流量F₃的需求值，以及每座热风炉“运行周期”的时长Ti₂和“运行周期内”“燃烧”的时长Ti₃、“送风”的时长Ti₄等运行计划参数作为设定值输入蓄热模型内，即可计算出每座热风炉的“燃烧”完成时理论蓄热量值S₄的需求值。在②至⑤的基础上进一步的，在热风炉“燃烧”期间，在每一个“控制周期”内都将该热风炉的S4的需求值和实时的蓄热量值作比较，就可以用于指导煤气流量、空气流量的设定。

上述(1)至(10)的描述内容即为所述一种构建蓄热模型的方法。

本实施例提出的一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法，关键点之一是针对热风炉系统及系统包含的3至4座热风炉建立蓄热量增加和减少的动态模型，并根据该模型控制热风炉的“燃烧”过程；关键点之二是不以简单的设定拱位温度和废气温度目标值作为判断热风炉“燃烧”完成的标准，而是通过实时监测热风炉“燃烧”过程的蓄热量，以蓄热量已满足高炉送风要求作为判断“燃烧”完成的标准。

实施例二

本实施例提供了一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制系统。

一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制系统，如图1所示，包含蓄热模型管理器、煤气总管管理器、助燃风机管理器、1号炉燃烧控制器、2号炉燃烧控制器、3号炉燃烧控制器、4号炉燃烧控制器(仅用于包含第4座热风炉的系统)，其中1号炉燃烧控制器、2号炉燃烧控制器、3号炉燃烧控制器、4号炉燃烧控制器统称为燃烧控制器。

所述蓄热模型管理器内包含了按照上述一种构建蓄热模型的方法构建而成的蓄热模型。通过手动设定高炉正常生产所需的热风温度T₄、冷风温度T₅、冷风标况流量F₃、热风炉的运行模式(“一烧两送”“两烧一送”“两烧两送”等)、每座热风炉的“运行周期”的时长Ti₂作为输入值，蓄热模型管理器能够计算得出系统内1号、2号、3号、4号(仅用于包含第4座热风炉的系统)热风炉在一个“运行周期”开始前“送风”结束蓄热量值S₃、在一个“运行周期”内的“燃烧”完成时理论蓄热量值S₄、每座热风炉的“燃烧”周期时长(或一个“燃烧”周期包含的“控制周期”数量)作为输出值，其输出端分别对应了各炉燃烧控制器的输入端。

应当注意的是，蓄热模型管理器带有自优化功能，会通过所述一种构建蓄热模型的方法(4)和(8)中描述的方法，实时优化每座热风炉的“送风”结束蓄热量函数f和“运行周期”内蓄热量散失函数g。

所述的煤气总管管理器，通过手动设定允许煤气管网压力下限值作为输入值，通过与热风炉系统自带的监测仪表和自动化设备通讯获取煤气管网压力实时数据作为输入值，并从各炉燃烧控制器处获取正处于“燃烧”状态的1座、2座或3座热风炉的煤气流量设定值、“燃烧”状态已持续时间作为输入值，煤气总管管理器能够在每个“控制周期”输出每座炉的煤气流量修正值，其输出端分别对应了各炉燃烧控制器的输入端。

所述的煤气总管管理器，其作用原理是：实时比较允许煤气管网压力下限值和煤气管网压力实时数据，当煤气管网压力实时数据逼近煤气管网压力下限值时，向热风炉操作人员发出预警，并通过向对应燃烧控制器发送煤气流量修正值的方式减小处于“燃烧”状态的热风炉的煤气流量，起到辅助稳定煤气管网压力的效果。为了减少对后续“换炉”节奏的干扰，应优先减少“燃烧”状态已持续时间最短的热风炉的流量。

燃风机管理器，通过手动设定允许助燃空气总管压力波动区间作为输入值，通过与热风炉系统自带的监测仪表和自动化设备通讯获取空气总管压力实时数据、助燃风机频率或风门开度实时数据、正处于“燃烧”状态的1座、2座或3座热风炉的空气支管调节阀开度实时数据作为输入值，并从各炉燃烧控制器处获取正处于“燃烧”状态的1座、2座或3座热风炉的空气流量设定值作为输入值，助燃风机管理器能够在每个“控制周期”输出每座热风炉的助燃空气流量修正值，其输出端分别对应了各炉燃烧控制器的输入端，同时，助燃风机管理器能够向热风炉系统自带的自动化设备输出助燃风机频率或风门开度设定值。

所述的助燃风机管理器，其作用原理是：实时比较允许助燃空气总管压力波动区间和助燃空气总管压力实时数据，当助燃空气总管压力实时数据逼近允许助燃空气总管压力波动区间上限时，减小助燃风机频率或风门开度设定值；同理逼近下限时，增大助燃风机频率或风门开度设定值；进一步的，当有处于“燃烧”状态的热风炉的空气调节阀开度逼近上限，且助燃空气总管压力没有超出允许助燃空气总管压力波动区间上限时，增大助燃风机频率或风门开度设定值。通过上述控制原理，实现助燃空气总管压力的自动控制。进一步的，当助燃风机频率或风门开度达到上限，空气总管压力实时数据依然逼近或小于允许助燃空气总管压力波动区间下限时，助燃风机管理器向热风炉操作人员发出预警，并通过向对应燃烧控制器发送助燃空气流量修正值的方式减小处于“燃烧”状态的热风炉的助燃空气流量，起到辅助稳定助燃空气总管压力的效果。为了减少对后续“换炉”节奏的干扰，应优先减少“燃烧”状态已持续时间最短的热风炉的流量。

所述的各炉燃烧控制器，通过从上述蓄热模型管理器、煤气总管管理器、助燃风机管理器的输出端获取参数作为输入值，并通过与热风炉系统自带的监测仪表和自动化设备通讯获取各自对应热风炉的拱位温度、废气温度、煤气流量、助燃空气流量、煤气调节阀开度、空气调节阀开度、运行状态(“燃烧”“送风”“换炉”)等运行数据，燃烧控制器能够在每个“控制周期”向热风炉系统自带的自动化设备输出对应热风炉的煤气调节阀设定值和助燃空气调节阀设定值，实现热风炉燃烧自动控制。

所述的燃烧控制器，在对应热风炉处于“燃烧”状态时生效，如图2所示，包含蓄热模型接收器、“燃烧”蓄热量增加值计算器、“燃烧”蓄热量累加器、蓄热上升曲线设定器、拱位温度管理器、废气温度管理器、废气氧含量管理器、空燃比调节器、“燃烧”蓄热量管理器、煤气流量修正值接收器、助燃空气流量修正值接收器、煤气流量设定器、助燃空气流量设定器、煤气流量调节器、助燃空气流量调节器。

所述的蓄热模型接收器，从蓄热模型管理器接收本次“运行周期”开始前的“送风”结束蓄热量值、“燃烧”完成时理论蓄热量值和“燃烧”周期时长，发送给蓄热上升曲线设定器。

所述的“燃烧”蓄热量增加值计算器，从热风炉系统自带的监测仪表和自动化设备实时读取对应热风炉的实时煤气流量、空气流量、废气氧含量、拱位温度、废气温度等参数，根据所述一种构建蓄热模型的方法②中描述的方法实时计算每个“控制周期”的实际蓄热量增加值，并提交给“燃烧”蓄热量累加器。

所述的“燃烧”蓄热量累加器，根据所述一种构建蓄热模型的方法③中描述的方法实时累加每个“控制周期”内的蓄热量增加值，得到本次“燃烧”的实际蓄热量增加值，并提交给蓄热上升曲线设定器。

所述的蓄热上升曲线设定器，用于接收本次“运行周期”开始前的“送风”结束蓄热量值、“燃烧”完成时理论蓄热量值，计算出本次“运行周期”的蓄热量增加需求值，再结合本次“燃烧”的蓄热量实际增加值及“燃烧”周期时长，在每个“控制周期”实时计算蓄热量上升速度设定值，提交给“燃烧”蓄热量管理器。

所述的拱位温度管理器，从热风炉系统自带的监测仪表和自动化设备实时读取对应热风炉的实际拱位温度，提交给“燃烧”蓄热量管理器。实时计算拱位温度与手动设定拱位温度上限的差值，提交给空燃比调节器。

所述的废气温度管理器，从热风炉系统自带的监测仪表和自动化设备实时读取对应热风炉的实际废气温度，提交给“燃烧”蓄热量管理器。实时计算废气温度与手动设定废气温度上限的差值，提交给“燃烧”蓄热量管理器。

所述的废气氧含量管理器，从热风炉系统自带的监测仪表和自动化设备实时读取对应热风炉的实际废气氧含量，实时计算废气氧含量与手动设定废气氧含量下限的差值，提交给空燃比调节器。

所述的空燃比调节器，当实际拱位温度小于手动设定拱位温度上限时，通过调整空燃比设定值，将实际废气氧含量与手动设定废气氧含量下限的差值维持在最小。当实际拱位温度逼近或大于手动设定拱位温度上限时，增大空燃比设定值，将实际拱位温度维持在手动设定拱位温度上限之下。以上控制逻辑通过向“燃烧”蓄热量管理器、煤气流量设定器、空气流量设定器提交空燃比设定值，调节煤气流量和助燃空气流量来实现。

所述的“燃烧”蓄热量管理器，接收每个“控制周期”的蓄热量上升速度设定值和空燃比设定值，结合实际拱位温度、废弃温度、废气氧含量，根据所述一种构建蓄热模型的方法②中描述的方法倒推，实时计算出煤气流量设定值和助燃空气流量设定值，分别提交给煤气流量设定器和助燃空气流量设定器。进一步的，当实际废气温度逼近或超过手动设定废气温度设定时，“燃烧”蓄热量管理器向热风炉操作人员发出预警，并按照空燃比设定值的比例减小煤气流量设定值和空气流量设定值。

所述的煤气流量修正值接收器，从煤气总管管理器接收煤气流量修正值，提交给煤气流量设定器。

所述的助燃空气流量修正值接收器，从助燃空气总管管理器接收助燃空气流量修正值，提交给助燃空气流量设定器。

所述的煤气流量设定器，将接收的煤气流量设定值与煤气流量修正值相加得到煤气流量修正后设定值，发送给助燃空气流量设定器。将助燃空气流量修正后设定值与空燃比设定值的商与煤气流量修正后设定值比较，取较小值得到煤气流量实际设定值，提交给煤气流量调节器。

所述的助燃空气流量设定器，将接收的助燃空气流量设定值与助燃空气流量修正值相加得到助燃空气流量修正后设定值，发送给煤气流量设定器。将煤流量修正后设定值与空燃比设定值的积与助燃空气流量修正后设定值比较，取较小值得到助燃空气流量实际设定值，提交给助燃空气流量调节器。

所述的煤气流量调节器，从热风炉系统自带的监测仪表和自动化设备实时读取对应热风炉的实际煤气流量、煤气调节阀开度，与煤气流量实际设定值一同作为输入，利用模糊控制算法、PID算法或其它算法，计算得出煤气调节阀开度设定值，发送给热风炉系统自带的自动化设备，实现煤气流量的自动调节。

所述的助燃空气流量调节器，从热风炉系统自带的监测仪表和自动化设备实时读取对应热风炉的实际助燃空气流量、助燃空气调节阀开度，与助燃空气流量实际设定值一同作为输入，利用模糊控制算法、PID算法或其它算法，计算得出助燃空气调节阀开度设定值，发送给热风炉系统自带的自动化设备，实现助燃空气流量的自动调节。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法，其特征在于，包括：

确定每座热风炉在运行周期内燃烧过程的蓄热量增加值、热风炉系统的热风携带蓄热量值和每座热风炉在运行周期内的蓄热量散失值，构建蓄热模型；

基于设定的高炉运行数据和每座热风炉的运行数据，采用蓄热模型，得到每座热风炉在运行周期内燃烧过程的理论蓄热量值；

基于每座热风炉在运行周期内燃烧过程的理论蓄热量值和每座热风炉在运行周期内燃烧过程的实时蓄热量值的关系，控制每座热风炉的煤气流量和助燃空气流量。

2.根据权利要求1所述的基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法，其特征在于，所述高炉运行数据包括：高炉对热风温度、冷风温度和冷风标况流量的需求值，所述每座热风炉的运行数据包括：每座热风炉运行周期的时长、运行周期内燃烧过程的时长和送风过程的时长。

3.根据权利要求1所述的基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法，其特征在于，所述每座热风炉在运行周期内燃烧过程的蓄热量增加值为：若干个控制周期内蓄热量增加值的累加和；

所述控制周期内蓄热量增加值为：

S₁＝(F₁+0.79F₂)/(1+A)×(T₁-T₂)×P

其中，S₁表示控制周期内蓄热量增加值，F₁表示热风炉的煤气标况流量，F₂表示助燃空气标况流量，T₁表示热风炉拱顶处的温度，T₂表示排出热风炉的烟气的温度，A表示烟气中的氧气含量，P表示烟气与空气的标况比热容的比值常数；

或者，

所述理论蓄热量值＝每座热风炉在运行周期内燃烧过程的蓄热量增加值+每座热风炉在运行周期内送风过程结束时的蓄热量值。

4.根据权利要求1所述的基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法，其特征在于，所述热风炉系统的热风携带蓄热量值为：若干个控制周期的热风携带蓄热量值的累加和；

所述控制周期的热风携带蓄热量值为：

S₅＝F₃×(T₄-T₅)

其中，S₅表示热风携带蓄热量值，F₃表示冷风标况流量，T₄表示热风温度，T₅表示冷风温度。

5.根据权利要求1所述的基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法，其特征在于，所述每座热风炉在运行周期内的蓄热量散失值为：

S₇＝g(Ti₂，Ti₃，Ti₄)

其中，S₇表示每座热风炉在运行周期内的蓄热量散失值，Ti₂每座热风炉运行周期的时长，Ti₃表示运行周期内燃烧过程的时长，Ti₄表示送风过程的时长。

6.一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制系统，其特征在于，包括：燃烧控制器，以及燃烧控制器连接的蓄热模型管理器、煤气总管管理器、助燃风机管理器和热风炉系统；

所述蓄热模型管理器用于采用权利要求1-5任一项所述的蓄热模型，根据高炉运行数据和每座热风炉的运行数据，得到每座热风炉在运行周期内的燃烧完成时的理论蓄热量值；

所述煤气总管管理器用于根据设定允许煤气管网压力下限值、煤气管网压力实时数据和煤气流量设定值，得到每座热风炉的煤气流量修正值；

所述助燃风机管理器用于根据设定允许助燃空气总管压力波动区间、空气总管压力实时数据和助燃空气流量设定值，得到每座热风炉的助燃空气流量修正值；

所述热风炉系统用于根据热风炉系统的运行数据和状态参数，调节煤气调节阀开度设定值和空气调节阀开度设定值；

所述燃烧控制器用于根据每座热风炉在运行周期内的燃烧完成时的理论蓄热量值、每座热风炉的煤气流量修正值、每座热风炉的助燃空气流量修正值、煤气调节阀开度设定值和空气调节阀开度设定值，调节燃烧过程的每座热风炉的煤气流量和助燃空气流量。

7.根据权利要求6所述的基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制系统，其特征在于，所述煤气总管管理器用于当煤气管网压力实时数据达到煤气管网压力下限值时，煤气总管管理器预警，并通过向对应燃烧控制器发送煤气流量修正值的方式减小处于燃烧过程的热风炉的煤气流量；

或者，

所述助燃风机管理器用于当助燃风机频率或风门开度等于上限，空气总管压力实时数据依然等于或小于允许助燃空气总管压力波动区间下限时，助燃风机管理器预警，并通过向对应燃烧控制器发送助燃空气流量修正值的方式减小处于燃烧过程的热风炉的助燃空气流量。

8.根据权利要求6所述的基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制系统，其特征在于，所述燃烧控制器包括蓄热模型接收器、燃烧蓄热量增加值计算器、燃烧蓄热量累加器和蓄热上升曲线设定器；

所述蓄热模型接收器、燃烧蓄热量累加器分别连接蓄热上升曲线设定器，所述燃烧蓄热量增加值计算器连接燃烧蓄热量累加器；

所述燃烧控制器包括拱位温度管理器、废气温度管理器、废气氧含量管理器和燃烧蓄热量管理器，所述蓄热上升曲线设定器、拱位温度管理器、废气温度管理器、废气氧含量管理器分别与燃烧蓄热量管理器连接；

所述燃烧蓄热量管理器分别连接空燃比调节器、煤气流量设定器和助燃空气流量设定器，所述空燃比调节器分别连接拱位温度管理器、废气氧含量管理器和助燃空气流量设定器；

所述煤气流量设定器分别连接煤气流量修正值接收器、助燃空气流量设定器和煤气流量调节器；所述助燃空气流量设定器分别连接助燃空气流量修正值接收器和助燃空气流量调节器。

9.根据权利要求8所述的基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制系统，其特征在于，所述的蓄热模型接收器，用于从蓄热模型管理器接收本次运行周期开始前的送风过程结束时的蓄热量值、燃烧过程完成时的理论蓄热量值和燃烧过程周期时长，发送给蓄热上升曲线设定器；

或者，

所述的燃烧蓄热量增加值计算器，获取热风炉的实时煤气流量、空气流量、废气氧含量、拱位温度和废气温度，根据所述蓄热模型，实时计算每个控制周期的实际蓄热量增加值，并发送给燃烧蓄热量累加器；

或者，

所述的燃烧蓄热量累加器，根据所述蓄热模型实时累加每个控制周期内的蓄热量增加值，得到本次燃烧过程的实际蓄热量增加值，并发送给蓄热上升曲线设定器；

或者，

所述的蓄热上升曲线设定器，用于接收本次运行周期开始前的送风过程结束时的蓄热量值、燃烧过程完成时理论蓄热量值，计算出本次运行周期的蓄热量增加需求值，再结合本次燃烧过程的蓄热量实际增加值及燃烧过程周期时长，在每个控制周期实时计算蓄热量上升速度设定值，发送给燃烧蓄热量管理器；

或者，

所述的拱位温度管理器，获取热风炉的实际拱位温度，发送给燃烧蓄热量管理器，实时计算拱位温度与设定拱位温度上限的差值，发送给空燃比调节器；

或者，

所述的废气温度管理器，获取热风炉的实际废气温度，发送给燃烧蓄热量管理器，实时计算废气温度与手动设定废气温度上限的差值，发送给燃烧蓄热量管理器；

或者，

所述的废气氧含量管理器，获取热风炉的实际废气氧含量，实时计算废气氧含量与设定废气氧含量下限的差值，发送给空燃比调节器。

10.根据权利要求8所述的基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制系统，其特征在于，所述的空燃比调节器，当实际拱位温度小于设定拱位温度上限时，通过调整空燃比设定值，将实际废气氧含量与设定废气氧含量下限的差值维持在最小；当实际拱位温度等于或大于手动设定拱位温度上限时，增大空燃比设定值，将实际拱位温度维持在手动设定拱位温度上限之下；以上控制逻辑通过向燃烧蓄热量管理器、煤气流量设定器和空气流量设定器发送空燃比设定值，调节煤气流量和助燃空气流量来实现；

或者，

所述的燃烧蓄热量管理器，接收每个控制周期的蓄热量上升速度设定值和空燃比设定值，结合实际拱位温度、废弃温度和废气氧含量，根据所述蓄热模型，实时计算出煤气流量设定值和助燃空气流量设定值，分别发送给煤气流量设定器和助燃空气流量设定器；

或者，

当实际废气温度等于或超过手动设定废气温度设定时，燃烧蓄热量管理器向热风炉操作人员发出预警，并按照空燃比设定值的比例减小煤气流量设定值和空气流量设定值；

或者，

所述的煤气流量修正值接收器，从煤气总管管理器接收煤气流量修正值，发送给煤气流量设定器；

或者，

所述的助燃空气流量修正值接收器，从助燃空气总管管理器接收助燃空气流量修正值，发送给助燃空气流量设定器；

或者，

所述的煤气流量设定器，将接收的煤气流量设定值与煤气流量修正值相加得到煤气流量修正后设定值，发送给助燃空气流量设定器；将助燃空气流量修正后设定值与空燃比设定值的商与煤气流量修正后设定值比较，取较小值得到煤气流量实际设定值，发送给煤气流量调节器；

或者，

所述的助燃空气流量设定器，将接收的助燃空气流量设定值与助燃空气流量修正值相加得到助燃空气流量修正后设定值，发送给煤气流量设定器；将煤流量修正后设定值与空燃比设定值的积与助燃空气流量修正后设定值比较，取较小值得到助燃空气流量实际设定值，发送给助燃空气流量调节器；

或者，

所述的煤气流量调节器，获取热风炉的实际煤气流量、煤气调节阀开度和煤气流量实际设定值，利用模糊控制算法或者PID算法，计算得出煤气调节阀开度设定值，发送给热风炉系统，实现煤气流量的自动调节；

或者，

所述的助燃空气流量调节器，获取热风炉的实际助燃空气流量、助燃空气调节阀开度和助燃空气流量实际设定值，利用模糊控制算法或PID算法，计算得出助燃空气调节阀开度设定值，发送给热风炉系统，实现助燃空气流量的自动调节。

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