热风炉自动燃烧控制系统研究与应用

热风炉自动燃烧控制系统研究与应用
发表时间：2019-01-04T14:30:15.143Z 来源：《防护工程》2018年第28期作者：李吉莲
[导读] 热风炉的燃烧控制问题一直被称为是世界性难题很多公司为此进行过长期的研究,国外普遍基于物料平衡和能量平衡的复杂数学模型,而我国基本思路是采用先进的控制理论技术作为实现控制的方法
李吉莲
青海中信国安锂业发展有限公司青海格尔木 816000
摘要：热风炉的燃烧控制问题一直被称为是世界性难题很多公司为此进行过长期的研究,国外普遍基于物料平衡和能量平衡的复杂数学模型,而我国基本思路是采用先进的控制理论技术作为实现控制的方法。

但由于控制思想和数学模型复杂、实施难度大、对现场条件要求苛刻和严重偏离现场实际情况等原因,很难使燃烧系统运行达到最佳。

燃烧控制基本依靠操作人员经验手工操作,由于操作员控制水平参差不齐,造成热风炉煤气消耗增大,热风炉拱侧温度不高且不稳定,使高炉风温达不到最高,这种情况至今没有得到有效解决,对高炉的稳定生产是非常不利的。

研究一种适合国情、易于实施的热风炉控制系统及控制方法,具有重大的现实意义。

关键词：热风炉；自动燃烧；控制系统；应用
1热风炉自动控制功能开发
1.1数据采集,
实现二级上位机能够读取和控制热风炉PLC系统。

其中关键性技术(问题)PLC系统的通信的解决方法(技术手段)是通过OPC通信协议建立OPC服务器和客户端实现与PLC通信。

1.2控制决策协调器,
实现专家系统、燃烧自寻优模型、拱顶温度控制模型和速度模型协调控制。

其中关键性技术(问题)协调控制的解决方法(技术手段)是通过与生产操作工结合,了解热风炉工艺确定各个模型之间的时序,编写程序实现总结出来的时序控制。

1.3专家系统,
实现在煤气压力和热焓值变化比较大的情况下,利用专家系统根据热风炉当前工艺条件算出相应的调节阀输出。

其中关键性技术(问题)专家最佳案例的收集和工艺条件的判断输出的解决方法(技术手段)是通过与生产操作工结合了解热风炉工艺确定最佳案例的判断条件,以及案例管理算法。

1.4自寻优模型,
实现模仿操作工热风炉操作控制空燃比最优。

其中关键性技术(问题)外界条件不断变化下最佳空燃比的确定的解决方法(技术手段)是通过时间序列法与热风炉操作工烧炉经验总结出自寻优模型算法,根据算法确定出最佳空燃比,并且应用于自动燃烧控制中。

1.5拱顶温度控制模型
实现拱顶温度控制在目标温度范围内。

其中关键性技术(问题)煤气质量影响拱顶温度高低的解决方法(技术手段)是通过寻找到最佳空燃比,根据热风炉操作工操作经验控制拱顶温度在目标范围之内。

2锅炉燃烧自动化技术应用的必要性
2.1保证蒸汽管道的安全稳定
通过在工业锅炉中应用燃烧自动化技术能够有效维持住蒸汽管道的压力，并且由于蒸汽压力能够平衡锅炉的负荷，因此从锅炉蒸汽产量的变化就能够直接体现出锅炉运行状态。

一旦燃料的供应量发生变化，就会改变锅炉的发热量，因此通过自动化技术的应用能够快速恢复蒸汽压力，实现蒸汽管道压力的有效维护。

此外，通过控制气压的稳定性，还能够有效提高锅炉整体的安全、稳定性。

2.2保证炉膛压力的安全稳定
应用了锅炉燃烧自动化技术能够通过平衡引风量和送风量的方式，稳定炉膛压力，并且保证锅炉燃烧的稳定性、安全性以及经济型。

大多数情况下，我们将炉膛的负压控制在-40～-20Pa的范围内，如果压力过小，则容易导致炉膛喷火，继而影响到锅炉燃烧环境，严重影响周边作业人员的人身安全与健康；如果压力过大，则会造成炉膛风量增加，在消耗大量电力驱动引风机的同时，损失大量的热量，因此说，我们需要通过锅炉燃烧自动化技术的应用保证膛内压力。

2.3提升锅炉燃烧的经济指标
在锅炉燃烧的整个过程中，我们需要严格保证经济性指标，这样才能够从根本上实现节能降耗的目的，我们通常采用烟气中含氧量与送风量的比值作为重要的经济性指标。

如果能够合理控制比值，不仅会降低热量的无谓损失，还能够在一定程度上提高燃烧效率；反之，如果出现锅炉燃烧过程中燃料并未完全燃烧的情况也会造成大量的浪费。

此外，如果锅炉燃烧过程中内部空气含量过大，也会造成热量的大量损失，降低锅炉的工作效率。

并产生严重的空气污染。

因此说，我们应通过使用锅炉自动化技术的方式，在改变燃料量时应恰当调整锅炉的送风量，保证燃料的充分燃烧。

3锅炉燃烧系统自动控制基本控制策略
3.1燃料量的控制
由于燃料量控制系统的任务是维持锅炉主汽压力的稳定，避免汽压过高、过低或者急剧变化。

我们采用将多模态切换控制技术应用于锅炉燃料量控制，建立锅炉暂态、稳态、外扰、内扰四种运行模态的在线辨识方法、控制策略及各种运行模态下不同控制策略的自适应切换原则，以实现锅炉负荷在70%-110%范围内快速波动时，燃料量自动控制系统能快速稳定主蒸汽压力，确保燃烧连续自动运行。

3.2送、引风协调控制
锅炉运行过程中，引风必须与送风协调，本项目采用的送、引风协调控制的基本思想如下：炉膛漏风引起炉膛负压—烟气氧量震荡时，送风系统暂停调节，引风系统采取过阻尼控制策略，并选择FUZZY控制器，使炉膛负压逐渐恢复稳定，同时避免调节过量引起超调。

炉膛负压在稳态情况下偏差过大时，为避免炉膛漏风引起负压—氧量震荡，送风也暂停调节，但引风采用PID快速控制，使炉膛负压快速稳
定到给定值。

制粉系统启停、锅炉大负荷调整、风烟系统设备故障等扰动情况下，送风、引风自动调节系统均进入暂态调节过程，快速恢复风烟系统稳定。

送风、引风协调控制及其在引风自动控制回路中采用PID与FUZZY相结合的控制策略，克服了因炉膛漏风变化引起的送、引风系统难以控制问题，实现了送风、引风系统的长期、稳定自动运行。

3.3、锅炉燃烧配风的优化
本项目全面研究了一次风、二次风、三次风的作用机理和相互关系、并提出了相应的控制方法。

对一次风的控制策略是维持一次风压为恒定值，达到控制火焰中心稳定燃烧的效果。

在二次风控制方面，依据实时分析锅炉火焰状态、制粉系统运行状态的基础上，利用燃烧控制的专家知识和现场熟练操作人员的经验，开发了一套“二次风控制技术”专家系统，实现运行参数、运行模态，对锅炉二次风进行优化控制，使火燃中心处于炉膛的中心线上，且垂直方向的稳定，从而使锅炉燃烧效率保持最佳状态，确保锅炉燃烧系统的经济、安全和稳定地运行。

而对三次风在锅炉运行过程中，采用由制粉系统运行的状态决定三次风大小的策略，实现三次风的稳定配风。

一次风、二次风、三次风自动控制技术的配合使用，使系统能够根据锅炉的燃烧情况适时调（下转第392页）
整送风策略，保持了锅炉火焰中心在负荷变化过程中的稳定，解决了安全送粉与经济燃烧的矛盾，从而提高了锅炉的安全性与经济性。

锅炉燃烧系统自动控制基本控制策略在我单位#7锅炉改造时得以实施，#7锅炉锅炉燃烧系统自动控制通过采用多模态控制策略及自适应切换技术的配合使用，使中储式燃煤锅炉负荷在70%-110%范围内快速波动时，燃料量自动控制系统能快速稳定主蒸汽压力，确保燃烧系统连续自动运行。

4系统创新
4.1系统独立、功能清晰
本系统与现有热风炉PLC系统之间功能独立,PLC系统保持现有换炉逻辑控制不变,而本系统则负责自动烧炉状态下煤气、空气的阀门调节量设定计算,并下发PLC系统控制执行。

4.2技术先进、效果显著
采用专家系统和模糊控制技术,实现燃烧状态和外界波动动态识别,通过空燃比快速寻优,确保系统始终(包括强化燃烧期、蓄热期)处于最佳配比燃烧状态,即最佳烧炉状态。

4.3操作方便、界面友好
本系统自动获知烧炉信号后,即可根据烧炉目标(目标拱顶温度、目标废气温度和目标换炉周期)实现烧炉全过程的煤气阀和空气阀的自动调节,全过程无需人工干预。

4.4无扰动系统投运
本系统能在正常生产过程中完成安装部署,并利用热风炉换炉间隙实现系统投运,安装调试操作对正常生产无不良影响。

即使发生特殊情况,可借助“控制权切换”操作,切换到原有控制系统和控制模式。

5结论
近年来热风炉自动燃烧控制系统在钢铁企业得到应用,但是大多数热风炉自动燃烧系统都需要依靠残氧量的测量参数,本项目研发的热风炉自动燃烧系统不依靠残氧量参数,只需要常规的流量、压力参数就能实现自动燃烧,所以,本项目研发的热风炉自动燃烧控制系统能广泛地应用在钢铁企业中的热风炉控制中,具有很好的市场前景和应用前景。

参考文献：
1]牛玉广.基于多元统计过程监控的锅炉过程故障检测[J].动力工程学报,2017(10):54-56.
[2]周慎学,沈奇.基于在线支持向量机的锅炉燃烧系统动态建模[J].自动化仪表,2017(10):24-26.。