热风炉控制模型

功地替代了一级人工燃烧控制，从此结束了我国无自主知识 产权热风炉控制模型的历史。
投用至今，该模型运行良好，烧炉过程稳定可靠，方便
易用，大幅度提高了控制精度，废气残氧量控制小于0.2%， 减少人工干预，达到了较好的效果，深得用户好评。
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4. 应用效果
2013年5月由攀钢西昌炼铁厂和中冶京诚工程技术有限公 司炼铁、自动化专业专家组成联合考核验收小组，自2013年5 月5日至5月16日，对1号高炉热风炉控制模型进行了为期12天 的现场考核。
热风炉控制模型达到以下效果：
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4. 应用效果 （1）一级（L1）系统由电气、仪表控制系统组成基 础自动化级，具有高可靠性、高性能、功能分配合理、系 统构成简捷、易于扩展等特点； （2）控制系统可完成两地（集中、机旁）6种操作方 式，即在集中操作室HMI上全自动、单炉自动、联锁手动 、非联锁手动、休止和在机旁操作箱上的机旁手动操作； （3）实现热风炉生产监控一体化和管控一体化，电 仪控制设备满足高炉各种工艺控制要求，控制模型运行稳 定可靠；
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2、模型介绍
主要技术参数
可提高风温5~8℃； 热风炉热效率提高1 %~3 %； 减少CO2排放1 %~3 %； 废气残氧量控制小于0.2%；
掺烧高热值煤气时，可减少高热值煤气使用量50%~70% ，或同等高热值煤气量条件下达到更高热风温度，热风温度 ≥1300℃；
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3.技术特色 产品特点 采用数学模型+专家系统的控制模式，运行稳定、适用性强；
或同等高热值煤气量条件下达到更高热风温度；
谢谢！
热风炉控制数学模型介绍
目
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录
1. 概述 2. 模型介绍 3.技术特色 4. 应用效果 5.经济效益
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1、概 述
热风炉是高炉炼铁的重要热工设备，其能耗约占高炉工序
能耗的20%。据国外公司报道，使用热风炉控制数学模型后， 热风炉热效率可提高1 % ～3 %，风温可提高5 ～ 8 ℃，因 此，提高热风炉控制精确度是提高风温、降低燃料消耗的重要 手段，也是保证热风炉使用寿命和减轻工人劳动强度的有效措 施。
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模型系统配置 模型计算机 时配工业控制计算机
视频显示
网络接口 操作系统 数据库 网络协议
21’’TFT
Ethernet adapters WindowsXP Oracle(SQL Server 2000) TCP/IP
烟气残氧分析仪 ZrO型
热风炉燃烧控制模型系统结构图如下：
蓄热量计算模型 BFG（高炉煤气）支管流量计算模型 COG（焦炉煤气）支管流量计算模型 空气支管流量计算模型
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2、模型介绍 （2)拱顶温度控制模型 拱顶温度控制是把从燃烧开始到燃烧结束的期间分成四
个阶段进行的。各阶段采用不同的控制模型。从功能上拱顶 温度控制模型可分为三个子模型。
热风炉数学模型控制是热风炉关键技术之一。长期以来， 我国绝大大多数热风炉采用传统模拟控制，与国外先进控制技 术存在很大差距，研发具有自主知识产权的热风炉数学模型控 制系统，对提高我国热风炉控制水平具有非常重要的意义。
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1、概 述
现在热风炉燃烧控制方式大体分成模型控制、寻优控制、传 统的串级控制等几种，其中体流量的调节使温度达到设定值，而 热风温度的控制只能通过模型控制方法具有更大的优势。寻优控 制、串级控制等主要只是针对热风炉拱顶、废气温度的控制，通 过气混入冷风来实现，有时拱顶温度过高，不但浪费燃料，还缩 短热风炉炉龄。 燃烧控制模型通过需要的热风温度来确定热风炉的蓄热量， 从而确定所需的拱顶温度，拱顶温度不一定要设定到特别高，这 样既能满足高炉对风温又能节省煤气等燃料，而且可以在一定程 度上延长炉龄。 模型计算出各气体流量后，通过以太网传送给L1级PLC，实 现燃烧控制，并能保证模型与L1级的无扰切换。同时，本系统还 能够实现报表生成、历史数据记录、蓄热量曲线显示等功能。
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5.经济效益 热风炉热效率提高1 %~3 %，即节省高炉煤气1 %~3 %。按 平均1.5%计算，年节约高炉煤气约100000*24*355*1.5%=127.8 万m3/年，合计价值127.8万m3/年*0.1元/ m3 =128万元/年； 提高风温5~8℃, 按5℃计算，每年可节约焦炭约860t/年，合 计价值69万。 减少CO2排放1 %~3 %； 掺烧高热值煤气时，可减少高热值煤气使用量50%~70%，
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1、概 述
热风炉燃烧控制模型的基本功能是根据热风炉温度及流量 等在线过程数据动态计算各热风炉所需的空气及煤气流量，控 制热风炉的燃烧。模型要求热风炉燃烧方式是旋切顶燃式的燃 烧器，高炉煤气和焦炉煤气的混合方式，在热风炉烧炉过程中 ，根据热风温度、拱顶温度、废气温度等的变化，动态计算空 气、煤气等气体的流量，使热风炉达到所要的拱顶温度，减轻 操作人员劳动强度，提高控制精度，保障热风炉安全，从而确 保热风温度满足高炉的要求，且节约能耗。
（4）一级（L1）控制系统与模型控制系统无缝切换
。
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4. 应用效果 （5）控制模型功能完善，实现无人工干预全自动烧 炉，烧炉过程平稳，控制精度提高，烧炉时间误差±3min 以内，烟气残氧含量在0.20%以下，热风温度±4℃以内 。减少了煤气成分、压力波动造成煤气过剩或不足，煤气 燃烧更完全。 （6）经折算，1750高炉热风炉平均单位鼓风煤气消 耗量投用模型比未投用模型减少1.13%，一座高炉每天减 少煤气消耗34254Nm3/d，每年减少煤气消耗约 1216×104Nm3/a，煤气价格按0.09元/ Nm3计算，每年节 省煤气价值人民币110万元/年。
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3.技术特色
技术创新点
中冶京诚自主研发的热风炉控制数学模型具有鲜明的创新特 点，不仅在国内填补了技术空白，而且在国际上也处于相对领先 的水平。 创新点之一：采用“数学模型+专家系统”的控制模式，针对 热风炉控制大滞后、非线性以及复杂性的特点，采取了以热焓控 制及温度曲线趋势控制与专家系统相结合的控制方法，使控制系 统工作稳定，不至于波动及过调。通过建立数据库、编制各种规 则，在检测数据不完善或检测设备故障情况下，也能保证系统运 行，提高了模型的稳定性、可靠性和适应性。 创新点之二：植入高热值煤气分时燃烧控制模型（专利技术 ），可降低高热值煤气使用量50%~70%，或者在同等高热值煤气 量条件下达到更高热风温度。从而缓解钢铁企业高热值煤气供应 紧张的局面。
系统维护功能:温度设定值、送风模式、模型参数、设备 参数的管理等
离线数据显示功能：对烧炉历史过程的回放，以图表和数
字形式动态显示气体流量、温度、蓄热量等计算结果，方便 分析生产情况。
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2、模型介绍
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3.技术特色
创新点之三：该数学模型不仅具备全过程显示、长时间数 据采集与分析、图像及曲线实时绘制等常规功能，还具备一 定管理功能，可以对一定周期内的热风炉风温波动水平、热 风炉热效率水平等进行评价，供管理人员对热风炉操作进行 评估，这些功能是其他控制系统所不具备的。
创新点之四：设计了在全厂煤气供应不足时使用的优化烧
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模型结构
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2、模型介绍 模型组成 本热风炉燃烧模型中包含气体流量计算模型，拱顶温度控制 模型，废气温度控制模型，高热值煤气分时燃烧控制模型。 （1）气体流量计算模型
把从燃烧开始到燃烧结束分成几个阶段，在不同阶段使用不 同的模型。从功能来看可分成如下四个子模型。
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模型结构 热风炉动态控制由热风炉控制模型工作站结合L1级PLC完成
。 通过各切断阀和调节阀实现热风炉燃烧、换炉及送风控制。 热风炉采用电仪一体化控制系统， 一级（L1）系统由电气、仪 表控制系统组成基础自动化级，二级（L2）由热风炉控制模型工 作站结合L1级控制系统完成热风炉动态控制。 控制系统置于热风炉电气室，HMI置于高炉中控室，集中在 高炉中控室内进行监视、操作和控制。
（3）废气温度控制模型
废气温度控制是把从燃烧开始到燃烧结束的期间分成三 个阶段进行的。各阶段采用不同的控制模型，从功能上废气4-4-23
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2、模型介绍 （4）高热值煤气分时燃烧控制模型
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2、模型介绍 模型平台软件功能 模型功能: 气体流量计算、拱顶温度控制模型、废气温度 控制模型、高热值煤气分时燃烧控制模型。 数据通信:完成模型计算机与L2服务器之间的通信和进程 管理。 显示功能: 监测和计算数据的画面显示；燃烧模型相关的 报警管理。
掺烧高热值煤气时，可减少高热值煤气使用量50%~70%，或同 等高热值煤气量条件下达到更高热风温度；
具备全过程显示、长时间数据采集与分析、图像及曲线实时绘 制等常规功能和基本管理功能，可评价周期内热风炉风温波动水 平、热风炉热效率水平； 优化烧炉，提高烧炉效果，减少管网煤气流量波动。 实现自动燃烧控制，全程热焓监控及拱顶温度、废气温度管理 ，成功地替代了一级人工燃烧控制。
炉模型，可提高烧炉效果，减少管网煤气流量波动，提高废 气温度。
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4. 应用效果 攀钢西昌热风炉控制数学模型应用情况 西昌钒钛资源综合利用项目共建设3座1750m3高炉，每座 高炉配置3座中冶京诚旋切式顶燃热风炉。 1号高炉于2012年3月投产，相配套的热风炉L1级部分同 步投入运行，2012年11月L2级系统正式投入运行。实现了自 动燃烧控制，全程热焓监控及拱顶温度、废气温度管理，成