熱風爐智能燒爐系統改造工程

邵長青

1 前言

熱風爐是高爐煉鐵過程中的重要環節，其提供的風溫是降低高爐煉鐵固體燃料消耗的重要手段。濰坊特鋼集團有限公司煉鐵廠熱風爐燒爐操作工藝原有系統燒爐過程較為傳統，主要以人工控制為主，由現場司爐監控燒爐數據給出調節。通過改造升級，熱風爐智能燒爐系統生產工藝實現自動建模、智能伺服控制、拱頂恒溫控制、尾氣干預控制等智能控制策略，較原有系統更加便捷高效。

2 熱風爐智能燒爐系統的控制原理

由于受生產場地、生產機組的生命周期因素的制約，該系統通過“機組附加機器人”方式進行改造升級。其控制原理如下：

1）采用智能控制取代人工控制。由系統內核主導控制具有實時性和標準的一致性，杜絕了人工控制的隨意性、疏漏性，從而保證溫度得到實時控制。

2）以燃燒氣氛氧濃度變化為依據，適時配平風煤比例。在實際生產中，熱風爐在加熱期及保溫期內若發生風煤比例失調，就會產生溫升速度慢或降溫的情況發生。智能系統以燃燒氣氛中的氧濃度為依據及時糾正因燃氣壓力、空氣壓力或燃氣熱值變化所造成的風煤比失調現象，從而來保證拱頂溫度的穩定性和持續性。

3）將燃料熱值、鼓入空氣溫度、鼓入燃氣溫度、鼓入空氣的絕對濕度等變量作為預判條件。在系統模型的指導下，通過對輸出量的提前調整來保證溫度的穩定或穩定上升。

4）在燃氣及空氣狀態不是最佳的情況下，令系統以最快的方式找到供求的最佳匹配，按照供需能力調節燒爐強度，可避免極端運行。從根本上杜絕風煤比失調、氣體倒灌、壓力驟減等狀況。

5）在計算機監控下，按照適合的蓄熱特性制定燒爐曲線。在滿足蓄熱吸收曲線同時，盡可能不采用高強度的燒制方式，既保證風溫，又節約燃料。

6）尾氣溫度的控制。智能系統將在熱風爐煙道尾端安裝流量干預閥，流量干預閥干預范圍為煙道內徑的0%～20%。系統運行過程中，流量干預閥與系統空煤氣注入量及爐壓連鎖，在穩定爐壓的同時適當干預煙道廢氣的排出，使廢氣在爐內停留時間加長，進而使更多的熱量儲存在蓄熱體內，提高燃料的熱量利用率（流量干預閥不取代切斷閥，兩者獨立工作，互不干擾）。

7）高爐熱風爐在燒爐過程中經常會出現一些非人為的不利因素，給熱風爐燒爐帶來了不利影響，甚至是安全隱患。例如：煤氣壓力或空氣壓力波動大、閥門調節存在死區、閥門調節慣性大，煤氣或空氣經常出現倒灌現象等。針對以上各種現象，智能系統中設有56種特殊功能性模型模塊，對熱風爐在燒爐過程中出現的各種不利影響及因素，智能系統內核皆給出了完美且快速、有效、精準的解決方案，把燒爐過程中出現的各種問題進行規避，使得熱風爐始終在健康狀態下以控制模型數據庫中的燒爐模型進行燒爐。

3 熱風爐智能燒爐系統的優勢

機組附加機器人控制后，機器人將取代人工對機組進行管控，對生產活動形成本質上的改變。其優勢具體表現在：1）機器人可作為局部信息交互中心，納入無限量的傳感器信息、工藝信息、相關生產鏈條信息，依據信息給出唯一正確的控制指令。2）機器人對機組的管理無疏漏，對機組的控制可以做到無時無刻，對任何偏離工藝要求的運行狀態都會即時糾正。3）機組附加機器人后，相關機組之間可以互動，使控制精度再次提高。4）取代人員操作，降低生產成本。

4 改造后經濟效益

4.1 直接經濟效益

現1#高爐改造已完成，2#高爐正在改造。系統運行后，在燒爐曲線控制下，結合蓄熱格子磚熱傳遞特性，調節空氣和燃氣的鼓入強度，將熱積累區域總體上移，可以在保障風溫的前提下，減少煤氣消耗；如煤氣供應不足，在消耗同等煤氣的同時提高風溫，測算時將提升的風溫換算為煤氣量進行測算，可實現燃氣消耗量減少7%以上，提高風溫14℃以上。

以節約煤氣量7%計算，1#高爐已實現效益718萬元，2#高爐預計可實現效益769萬元；以高壓蒸汽計算發電效益（計算），1#高爐已實現效益1 231萬元，2#高爐預計可實現效益1 374萬元，高爐經濟指標見表1。

4.2 間接經濟效益

1）由于機組附加機器人控制系統能夠維持不間斷地優化并穩定燒爐過程，能夠減少人工燒爐中不同操作人員的操作水平等不良因素干擾，又在一定程度上延長熱風爐的使用壽命。同時，煙道排煙溫度的降低還可在一定程度上提高爐箅子的使用壽命。

2）平穩的燒爐控制可以減少煤氣管網壓力波動，有利于煤氣管網上各相關用戶的使用。

3）提高熱風爐自動化程度，降低操作人員的勞動強度，減少2、3名操作工崗位配置。

4）由于系統空氣和煤氣配比隨時處于最佳狀態，煤氣燃燒充分從而減少有害氣體排放，更加有利于企業環保指標的提升。

表1 改造后高爐經濟指標

5 結語

濰坊特鋼集團有限公司智能燒爐系統投入運行后，在燒爐期無需人工干預（只需監視），自控率≥95%，實現燃氣消耗量減少7%以上，提高風溫14℃以上。預計兩座高爐共計可實現效益4 092余萬元。同時可實現節能減排等間接效益，對降低生產成本、提高環境質量發揮出積極作用。