熱風(fēng)爐精細(xì)化燒爐控制技術(shù)

1、技術(shù)秘密全文一、技術(shù)秘密名稱： 熱風(fēng)爐精細(xì)化燒爐控制技術(shù)二、股份公司原有技術(shù)及存在的問題現(xiàn)有大中型高爐的熱風(fēng)爐一般為四座熱風(fēng)爐，采用兩燒兩送方式工作，燒爐采用DCS (即Distributed control system,直譯為分散控制系統(tǒng))進(jìn)行控制的，對(duì)煤氣和空氣采取雙閉環(huán)比值控制的方式進(jìn)行配比燃燒，由操作工根據(jù)拱頂溫度的變化情況及廢氣殘氧量不定時(shí)地修改空燃比。為了滿足高爐對(duì)高風(fēng)溫的需要。一般采用盡量提供足夠的焦?fàn)t煤氣或熱值較高的轉(zhuǎn)爐煤氣,采用廢氣含氧量加雙閉環(huán)比值控制和過量氧氣系數(shù)的辦法來滿足自動(dòng)控制和在熱風(fēng)爐作業(yè)中要保護(hù)設(shè)備而須管理格子磚溫度分布,此外還因使能耗 最小而需在燃燒時(shí)對(duì)煤氣

2、流量作最優(yōu)設(shè)定。前者除了保護(hù)拱頂使不超上限溫 度外，由于硅變形點(diǎn)為 1350C以下，為防止達(dá)到此溫度時(shí)硅磚膨脹而破裂, 還須在送風(fēng)末期管理這一溫度?，F(xiàn)有技術(shù)的熱風(fēng)爐煤氣等流量自動(dòng)設(shè)定主要 是按熱平衡和檢測(cè)數(shù)據(jù)來計(jì)算送風(fēng)終了時(shí)的蓄熱量，但沒有足夠精確度的殘 熱推斷和溫度分布的數(shù)學(xué)模型，為此還需手動(dòng)設(shè)定。但上述方法不足在于：使用方法( 1)無法用最經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單方法提供盡可能高溫度的熱風(fēng)。而最經(jīng) 濟(jì)科學(xué)的方法是，盡可能多的使用高爐煤氣，并且在保證高風(fēng)溫情況下盡可 能減少焦?fàn)t或轉(zhuǎn)爐煤氣的使用量。使用方法( 2)由于其使用廢氣煙道中裝有的殘氧量測(cè)量?jī)x對(duì)殘氧量進(jìn)行閉 環(huán)跟蹤調(diào)節(jié)，由于其控制輸入?yún)?shù)為已發(fā)生，因

3、此調(diào)節(jié)反映較慢，不利于節(jié) 約能源，同時(shí)此也不能滿足最佳空燃比所要求的精度。三、國(guó)內(nèi)外解決同類問題的技術(shù)方案目前國(guó)內(nèi)高爐熱風(fēng)爐的燒爐控制方式因建爐時(shí)間和體積的不同以及不同 鋼鐵企業(yè)之間，其控制水平千差萬(wàn)別，但目前均無法真正實(shí)現(xiàn)燒爐的自動(dòng)控 制，主要有以下幾種控制方式：A 、采用分立儀表控制的，多見于一些比較老的中小高爐(100-1000m3)上，這部分熱風(fēng)爐燃燒控制都是手工調(diào)節(jié)，燃燒效果的好壞取決于熱風(fēng)爐操 作工的“勤心” 、“細(xì)心”、“精心”。根本談不上自動(dòng)控制。B、采用PLC或DCS進(jìn)行控制的，多見于后期新建或大修后改造過，有些企業(yè)對(duì)煤氣和空氣的配比燃燒采取雙閉環(huán)比值控制的方式，或分別采用單

4、回 路自動(dòng)控制，由操作工根據(jù)拱頂溫度的變化情況不定時(shí)地修改空燃比，以提 高拱頂溫度。但是煤氣熱晗值的變化是比較頻繁的，盡管有經(jīng)驗(yàn)豐富且勤快 的操作工經(jīng)常操作，也難于保證給出的空燃比是最佳的，何況要保持其長(zhǎng)期 性。加上調(diào)節(jié)閥頻繁動(dòng)作，容易損壞。因此熱風(fēng)爐的燒爐控制根本無法達(dá)到 最優(yōu)。雖然部分熱風(fēng)爐采用新的工藝技術(shù)，使熱風(fēng)爐送出的風(fēng)溫較高，多在1050-1250C之間，甚至更高，但是還是無法使熱風(fēng)爐的燒爐真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控 制，并使得空燃比隨時(shí)處于最佳值。C、 國(guó)內(nèi)部分高爐操作水平很高的企業(yè)，對(duì)熱風(fēng)爐自動(dòng)燒爐和對(duì)風(fēng)溫要求 自然也很高，因此想盡辦法提高風(fēng)溫并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)燒爐，除熱風(fēng)爐采用新的工 藝技術(shù)外，在

5、燒爐控制上除采取上述雙閉環(huán)比值控制外，還增加煤氣熱值儀 和廢氣分析儀，這樣從理論上可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)燒爐。但是煤氣熱值儀和廢氣分 析儀滯后大、控制精度低、穩(wěn)定性差、維護(hù)量極大，在自動(dòng)燒爐和風(fēng)溫的提 高上仍然無法實(shí)現(xiàn)而當(dāng)前國(guó)內(nèi)幾乎所有高爐熱風(fēng)爐的空燃比均由人工通過判斷參數(shù)情況、 燃燒狀況等計(jì)算提供，談不上燒爐過程的自動(dòng)控制。目前，國(guó)外也沒有完全解決此問題。據(jù)報(bào)導(dǎo)，美鋼聯(lián)2002年投資 5000萬(wàn)美元進(jìn)行熱風(fēng)爐燒爐自動(dòng)控制和最佳燃燒控制的研究，且取得一定進(jìn)展，但具 體效果未見進(jìn)一步報(bào)道。“十五”期間冶金協(xié)會(huì)將熱風(fēng)爐燒爐自動(dòng)化列為重點(diǎn)技術(shù)開發(fā)及推廣的項(xiàng) 目，但至今國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)在這一領(lǐng)域仍未有大的改觀。可見

6、，如何提高風(fēng)溫并實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐燒爐過程的自動(dòng)化， 是國(guó)內(nèi)外各鋼鐵企 業(yè)的迫切要求。四. 技術(shù)秘密的具體內(nèi)容熱風(fēng)爐的蓄熱量多少， 與格子磚表面的溫度乘以時(shí)間的面積成正比， 因 時(shí)間較固定，而要使蓄熱量大，一定要盡可能快地把拱頂溫度燒到最高，然 后盡可能使頂溫在穩(wěn)定中緩慢上升，而這須保證空燃比一直處于最佳狀態(tài)。 從直觀上看，以“煙道含氧量”和“煤氣熱值儀”上能直接給出最佳空燃比。 但在實(shí)際應(yīng)用中，用這兩種方法給出的最佳空燃比并非實(shí)際最佳值，主要原 因： (1)、實(shí)際最佳值受熱風(fēng)爐本身結(jié)構(gòu)影響， (2)、實(shí)際最佳值的要求精度要 達(dá)到 0.3%以上，才能使得自動(dòng)燒爐比人工燒爐的溫度高；而上述兩種方法本 身

7、的精度遠(yuǎn)低于 0.3%。而熱風(fēng)爐計(jì)算機(jī)軟件自尋優(yōu)技術(shù)提高風(fēng)溫和自動(dòng)燒爐控制系統(tǒng)， 以靈敏度 極高的拱頂溫度為目標(biāo)值，結(jié)合熱風(fēng)爐的燃燒數(shù)學(xué)模型，能在1-2分鐘左右找到實(shí)際最佳空燃比，并控制煤氣調(diào)節(jié)閥及空氣調(diào)節(jié)閥，使實(shí)際流量的隨時(shí)處 于最佳狀態(tài)，而不受煤氣壓力變化及煤氣熱值變化的影響；而人工燒爐，盡管在短時(shí)間（ 5分鐘）能找到最佳空燃比，但要隨時(shí)調(diào)節(jié)煤氣閥與空氣閥，使 實(shí)際空燃比保持在最佳狀態(tài)，較短時(shí)間（30分鐘）有較大難度，而長(zhǎng)時(shí)間 （8小時(shí) ）卻根本做不到。而經(jīng)過不但能實(shí)現(xiàn)燒爐的自動(dòng)化，而且能比人工燒爐平 均風(fēng)溫提高15°C以上。具體內(nèi)容和技術(shù)路線如下：1）、系統(tǒng)連接示意圖及說明本系

8、統(tǒng)需要提供每個(gè)熱風(fēng)爐的拱頂溫度、廢氣溫度、煤氣流量、空氣流量及煤氣總管壓力和閥位反饋信號(hào)，由雙路信號(hào)隔離器中的一路，送入 TS3000C專用的智能多功能控制器進(jìn)行信號(hào)處理及運(yùn)算，并與計(jì)算機(jī)通訊連 接，而計(jì)算機(jī)作為人機(jī)接口的重要手段，提供控制參數(shù)的調(diào)整設(shè)定等軟件開 發(fā)的工程師輸入界面，以及熱風(fēng)爐操作工日常操作的人機(jī)交互界面，其綜合 連接示意圖如下：系統(tǒng)連接示意圖一：RS232<TS3000-C控制器隔離信號(hào)mA/1-5VDC每個(gè)熱風(fēng)爐的拱頂溫度、廢氣溫 度、煤氣流量、壓力和空氣流量 及煤氣閥、空氣閥的閥位反饋信 號(hào)工控機(jī)4-20mA信號(hào)煤氣閥和空氣閥的控制信號(hào)2）、針對(duì)750m3高爐熱風(fēng)爐

9、的情況描述及系統(tǒng)連接750m3高爐熱風(fēng)爐主要由3座爐組成的，為兩燒一送，每個(gè)熱風(fēng)爐燒爐 2小 時(shí)，送風(fēng)時(shí)間為1小時(shí)，燒純高爐煤氣。目前該熱風(fēng)爐采用美國(guó)WESTINGHOUSE Ovation的DCS控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)儀表維護(hù)良好， 控制閥工作正常， 硬件 上具備良好的安裝條件。日常操作采用固定煤氣流量、設(shè)定空燃比的燒爐方 式。這里采用一套 TS3000C多功能控制器硬件（含3座熱風(fēng)爐信號(hào)處理控制）,750m3高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)連接示意圖二:750m3高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)連接示意圖1#、2#、3#熱風(fēng)爐 煤氣和空氣控制閥共6臺(tái)RS485/232轉(zhuǎn)換器4-20mA經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)RS485TS3000C 控制器 $4

10、-20mA /1#、2#、3#熱風(fēng)爐的拱頂溫度、 廢氣溫度、煤氣流量、和空氣 緲及煤氣閥、空氣閥的閥位 反饋信號(hào)，煤氣總管壓力信號(hào)信號(hào)隔離3）、系統(tǒng)日常操作:操作工在每個(gè)熱風(fēng)爐開始燒爐時(shí)，在系統(tǒng)的監(jiān)控操作畫面上， 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下該熱風(fēng)爐操作畫面的“自動(dòng)燒爐”按鍵，即開始自動(dòng)燒爐，燒爐過程不 再需要人工干預(yù)，直至送風(fēng)；送風(fēng)前用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該熱風(fēng)爐操作畫面的“停爐” 按鍵，如此即完成整個(gè)燒爐控制，整個(gè)操作控制界面非常友好，易于掌握學(xué)由于原DCS系統(tǒng)作為后備操作，閥位控制采用轉(zhuǎn)換開關(guān)送來，當(dāng)系統(tǒng)投入自動(dòng)燒爐”時(shí)，不影響原系統(tǒng)。而當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)切回原系統(tǒng)的信號(hào)連接，則 與原系統(tǒng)的模式完全一樣，因此，原系統(tǒng)是完全后備4）、操作工培訓(xùn)：每個(gè)操作工只要經(jīng)過約30分鐘的培訓(xùn)，即可掌握。5）、系統(tǒng)驗(yàn)收與交付使用：由專業(yè)工程師和有關(guān)工藝人員共同進(jìn)行確認(rèn)， 即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)燒爐并將平均風(fēng)溫提高這兩個(gè)目標(biāo)，即視為系統(tǒng)驗(yàn)收通過；自系 統(tǒng)驗(yàn)收通過之時(shí)，即可完全交付經(jīng)培訓(xùn)的操作工進(jìn)行日常生產(chǎn)的操作控制。6）、日常維護(hù)：無需特別的維護(hù)，只需要確認(rèn)儀表送過來的相關(guān)參數(shù)和相 關(guān)設(shè)備工作正常即可。五、實(shí)施后效果與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本技術(shù)的主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快。下面的圖形是該技術(shù)在750m3熱風(fēng)爐應(yīng)用前后的記錄曲線對(duì)比。時(shí)間旳鐘應(yīng)用前應(yīng)用后-2廢氣含氧記錄曲線053-O30拱頂溫度記錄曲線O5 D2 2IX -1-從圖上可以