一種高爐熱風爐無流量燃燒控制系統的製作方法

2023-07-22 04:04:16

本發明涉及高爐熱風爐燃燒自動控制技術領域，尤其涉及一種高爐熱風爐無流量燃燒控制系統領域。

背景技術：

熱風爐是高爐煉鐵生產中的重要設備，自動化水平的提高不僅能大大減少人工操作強度，而且可以提高熱風爐燃燒效率和送風質量，減少能源消耗。目前高爐熱風爐自動控制系統都基於完善的流量檢測儀表，模型算法最終通過煤氣流量、助燃空氣流量調節實現閉環控制。

在熱風爐生產現場流量檢測儀表常見有孔板、V錐、文丘裡管、巴類等差壓式流量計、渦街流量計和靶式流量計等；熱風爐燃氣常見有高爐煤氣、焦爐煤氣和轉爐煤氣及其混合煤氣，因煤氣含塵、含水及其他雜質，成份複雜，隨著時間推移導致測壓原件堵塞或掛料結垢，流量值出現偏差、不成線性等，最終造成儀表故障，進而導致熱風爐燃燒自動控制系統難以投用。

技術實現要素：

本發明針對上述問題，提供一種高爐熱風爐無流量燃燒控制系統，該系統不需要配置流量檢測儀表、含氧分析儀表，基於現有壓力、溫度和閥門，通過熱風爐專家知識庫和模型算法直接控制閥門執行機構，實現高爐熱風爐智能燃燒控制，有效提升熱風爐燃燒控制系統自控率，較人工操作明顯提高送風質量和減少能源消耗。

為達到上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種高爐熱風爐無流量燃燒控制系統設有煤氣和助燃風總管壓力調節模塊、三段燃燒初始閥位模塊和三段燃燒過程煤氣和助燃風閥位調節模塊。

煤氣和助燃風總管壓力調節模塊

根據煤氣總管壓力和助燃風總管壓力專家知識庫，得出正常燒爐煤氣和助燃風總管壓力比值；根據實時壓力比值，判斷煤氣和助燃風是否有不足現象，進而確定煤氣跟隨助燃風調整還是助燃風跟隨煤氣調整；根據各熱風爐拱頂溫度和送風溫度趨勢綜合評價煤氣質量，對壓力比值進行修正；該模塊對煤氣總管閥門和助燃風總管閥門進行粗調，以穩定煤氣和助燃風用量比值。

三段燃燒初始閥位模塊

根據熱風爐送風制度，將兩燒一送和兩燒兩送的高爐熱風爐燒爐過程分為三個階段：兩爐雙燒時間段T1，單燒時間段T2，兩爐雙燒時間段T3；根據熱風爐爐進入各燒爐時間段的初始時刻，通過調用三段燃燒初始閥位模塊專家知識庫，獲得對應煤氣和助燃風初始閥位，對熱風爐煤氣和助燃風閥門執行機構進行調節控制；三段燃燒初始閥位模塊專家知識庫是將對應煤氣總管壓力段內各熱風爐在各時間段內拱頂溫度變化趨勢為正時的煤氣和助燃風閥位進行統計，將統計均值存儲在該專家知識庫中。

三段燃燒過程煤氣和助燃風閥位調節模塊

該調節模塊根據以下規則對各熱風爐的煤氣調節閥和助燃風調節閥進行控制：

1）單燒時間段T2開始時刻至兩爐雙燒時間段T3結束時刻，根據燒爐時間和廢氣溫度變化趨勢對煤氣閥位和助燃風閥位進行修正；

2）根據當前熱風爐的上一爐送風溫度均值修正當前熱風爐的煤氣和助燃風閥位；

3）通過拱頂溫度變化量，對煤氣和助燃風閥位進行調整獲得最佳空燃配比，使得拱頂溫度穩定在設定溫度附近，具體步驟如下：

根據熱風爐專家知識庫確定當前煤氣和助燃風是否充足；

根據熱風爐專家知識庫，結合拱頂溫度變化量，確定煤氣和助燃風閥位調整方向；

根據拱頂溫度變化量及其變化趨勢，確定單位周期內煤氣和助燃風閥位調整增量。

本發明的有益效果是，高爐熱風爐燃燒控制系統不需要考慮現場流量儀表是否正常，均能進行自動控制，控制系統現場適應能力強，能顯著提高熱風爐控制自動化投用率，減少電儀維護成本，能適應煤氣熱值變化和壓力波動工況，提高送風質量，減少能源消耗。

附圖說明

附圖1為一種高爐熱風爐無流量燃燒控制系統流程框圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。

本實施例選用高爐熱風爐的主要參數為高爐容積1080m3，配備3座熱風爐，熱風爐採用頂燃式，燃料全部為高爐煤氣，採用二燒一送燃燒制度，燒爐時間為90min，換爐時廢氣溫度為380℃。

如附圖1，熱風爐煤氣總管壓力、助燃風總管壓力、拱頂溫度、廢氣溫度、送風溫度、設定燒爐時間、拱頂保護溫度和廢氣保護溫度信號直接進入熱風爐專家知識庫，通過煤氣和助燃風總管壓力調節模塊對煤氣總管壓力調節閥和助燃風總管壓力調節閥進行控制，通過三段燃燒初始閥位模塊和三段燃燒過程煤氣和助燃風閥位調節模塊對各熱風爐支管煤氣調節閥和助燃風調節閥進行控制。

煤氣和助燃風總管壓力調節模塊

通過熱風爐專家知識庫獲得煤氣總管與助燃風總管平均壓力的比值Zmk1，與實時壓力比值Zmk2比較，如果|Zmk2- Zmk1|>K1或助燃風機閥位已達上限，則助燃風風量不足，此時，煤氣總管壓力設定值等於助燃風總管壓力實時值與Zmk1的乘積；否則，助燃風總管壓力設定值等於煤氣總管壓力實時值除以Zmk1，通過拱頂溫度和送風溫度平均值及其變化趨勢對Zmk1進行修正，令Zmk1= Zmk1*(1+K2)，其中，K1=0.05～0.15，K2=0.01～0.05。

三段燃燒初始閥位模塊

根據熱風爐燒爐時間過程分為三個時間段：兩爐雙燒時間段T1，單燒時間段T2和兩爐雙燒時間段T3；燒爐狀態是根據燃燒閥狀態判斷；在進入燒爐狀態時，根據熱風爐專家知識庫獲得當前煤氣總管壓力實時值對應的T1時段煤氣和助燃風初始閥位為Fm1和Fk1，在T1時間段，根據三段燃燒過程煤氣和助燃風閥位調節模塊調整煤氣閥和助燃風閥；依次類推，可獲得T2時段開始和T3時段開始的煤氣閥和空氣初始閥位分別為Fm2、Fk2、Fm3和Fk3。

三段燃燒過程煤氣和助燃風閥位調節模塊

該模塊根據以下規則調整熱風爐支管煤氣調節閥和助燃風閥：

1）在單燒時間段T2開始時刻至兩爐雙燒時間段T3結束時刻，根據燒爐時間、廢氣溫度變化趨勢獲得燒爐時間結束時的廢氣溫度預測值TFQ1，單位時間△T周期內，TFQ1與廢氣溫度保護設定值TFQ2進行比較，對煤氣閥位和助燃風閥位進行修正，修正增量閥位分別為(TFQ2- TFQ1)*K3和(TFQ2- TFQ1)*K4，其中，△T=3～5min，K3=0.1～0.5，K4=0.1～0.5；

2）通過熱風爐專家知識庫獲得該熱風爐上一爐的送風溫度段均值TSF1和兩爐雙燒時間段T1開始時刻到當前時刻的熱風溫度累計均值TSF2，如果|TSF2-TSF1|>K5，則對煤氣 閥位和助燃風閥位進行修正，修正量分別為(TSF1-TSF2)*K6和(TSF1- TSF2)*K7，其中，K5=3～5℃，K6=0.1～0.3，K7=0.1～0.3；

3）通過拱頂溫度變化量及其變化趨勢對煤氣閥位和助燃風閥位進行調節，獲得最佳空燃配比，使得拱頂溫度穩定在設定溫度附近，具體步驟如下：

基於熱風爐專家知識庫，根據當前熱風爐煤氣和助燃風閥位開度，確定是否存在不足；

基於熱風爐專家知識庫，根據拱頂溫度變化量及其趨勢，確定煤氣和助燃風閥位調整方向；

若拱頂溫度變化斜率|TGD1|>K8時，以單位時間TD為周期對煤氣或助燃風閥門進行調整，閥門調整增量為TGD1*△Fv，其中，K8=1～3，TD=5～20s，△Fv=2～5。