一种高炉热风炉煤气流量优化控制系统

摘要

本发明涉及高炉热风炉优化控制技术领域，公开了一种高炉热风炉煤气流量优化控制系统，其特征在于设有基本煤气流量模型、拱顶温度保护模型、优先烧炉煤气流量修正模型、单烧煤气流量修正模型和煤气流量调节器，有效解决了因热风炉工况变化和煤气不足而导致的热风炉煤气流量分配不合理问题，实现了热风炉煤气流量根据实时工况浮动调节，使煤气更为高效的利用，以获得更高的送风温度，极大降低了高炉炼铁成本。

说明书

技术领域

本发明涉及高炉热风炉优化控制技术领域，尤其涉及一种高炉热风炉煤气流量优化控制系统。

背景技术

目前冶金行业整体环境比较严峻，企业通过各种渠道进行节能降耗。就三座式热风炉而言，总管煤气不足时，两烧一送的现场常存在如下问题：初始烧炉的热风炉煤气流量较小，以便满足即将送风的热风炉的煤气流量需要，从而导致新烧的炉子拱顶温度较低，在换炉的时候，废气温度过低；而当两座热风炉同时烧炉时，因煤气支管调节阀基本全开状态，导致废气温度难以控制，送风温度波动较大。同时，现场采用操作工电话联系的方式对煤气流量进行干预，以保证煤气总管压力稳定，由此造成烧炉难度大、控制不及时和燃烧状态不稳定等问题。

综上所述，高炉热风炉运行过程中需要根据实际工况实时调整煤气流量以保证热风炉正常经济运行，但现有技术无法解决这一问题，因此开发本系统。

发明内容

为了解决高炉热风炉总管煤气不足时各热风炉分配煤气量不合理问题，本发明设计了一种高炉热风炉煤气流量优化控制系统，其在高炉热风炉燃烧过程，实时根据热风炉运行数据对煤气流量进行调整，实现热风炉所需煤气的高效利用，获得更高的热风炉温度，极大降低高炉炼铁成本。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高炉热风炉煤气流量优化控制系统，其特征在于设有基本煤气流量模型、拱顶温度保护模型、优先烧炉煤气流量修正模型、单烧煤气流量修正模型和煤气流量调节器。

基本煤气流量模型

通过数据统计器按最佳工况要求将烧炉开始一段时间内的平均煤气流量值、烧炉时间、拱顶温度、废气温度、总管煤气压力、总管煤气流量和总管煤气温度进行统计后作为一条知识存入热风炉关系数据库中，再次烧炉时，根据当前热风炉运行实时工况查询热风炉关系数据库之匹配的知识条，通过基本煤气流量模型计算获得基本煤气流量。

拱顶温度保护模型

拱顶温度保护模型输入为拱顶温度设定值和测量值，其输出为风煤比增量和煤气流量增量，该模型运算规则采用预测控制和模糊控制算法，根据拱顶温度测量值和拱顶温度变化趋势进行实时计算，与拱顶温度设定值进行对比，高于给定区间下限时输出与之对应的风煤比增量，高于给定区间上限时输出与之对应的煤气流量增量，分别作用于风煤比和基本煤气流量。

优先烧炉煤气流量修正模型

优先烧炉煤气流量修正模型输入为两座热风炉的煤气流量、烧炉时间、煤气阀位、废气温度和预测废气温度，其输出为优先烧炉煤气流量修正增量，分别作用于所述两座热风炉，烧炉时间短者为负增量，烧炉时间长者为正增量，其中，优先烧炉煤气流量修正模型的启用条件为所述统计的两座热风炉烧炉时间较长的热风炉预测废气温度未达废气温度设定值，煤气阀位开度大于设定开度，并且煤气流量低于设定煤气流量持续设定时间。

单烧煤气流量修正模型

单烧煤气流量修正模型输入为单烧使能信号、废气温度、煤气流量和热风炉关系数据库，其输出为煤气流量修正增量，其中，单烧使能信号条件为热风炉烧炉由两座变为一座；单烧煤气流量修正模型通过对单烧的热风炉单烧时的煤气流量、废气温度与热风炉关系数库进行数据分析和处理，计算得到煤气流量修正增量，并在单烧期间根据煤气热值、送风温度和冷风流量对该煤气流量修正增量进行实时修正。

煤气流量调节器

煤气流量调节器输入为煤气流量设定值和煤气流量测量值，其中煤气流量设定值由基本煤气流量、拱顶温度保护煤气流量增量、优先烧炉煤气流量修正增量和单烧煤气流量修正增量组成，煤气流量调节器输出为煤气流量调节阀，煤气流量调节器采用PID控制算法或神经网络控制算法或模糊控制算法。

本发明具有的有益效果是：基本煤气流量模型实现了热风炉烧炉开始阶段煤气流量根据热风炉实时工况的浮动调节功能，更好的适应工况变化，拱顶温度保护模型实现了热风炉拱顶温度在安全幅度内进行调整，优先烧炉煤气流量修正模型在煤气不足时燃烧热风炉实现相互协调功能，保证了送风温度和热风炉运行的稳定，单烧煤气流量修正模型解决了因热风炉工况变化而引起的本炉烧炉煤气流量异常的问题。

通过以上技术手段，本发明有效解决了因热风炉工况变化和煤气不足而导致的热风炉煤气流量分配不合理问题，使热风炉燃烧更为合理，送风温度更为稳定，自动烧炉系统能更好适应因煤气热值、煤气总管压力等波动工况。

附图说明

附图1为一种高炉热风炉煤气流量优化控制系统总体框图。

附图2为高炉热风炉优先烧炉煤气流量修正模型框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

基本煤气流量模型

根据当前总管煤气压力、总管煤气流量和总管煤气温度从热风炉关系数据库中寻找满足上述三个参数相关关系高于0.95的最佳工况知识条不多于三条进行加权获得当前基本煤气流量。

拱顶温度保护模型

拱顶温度通过预测控制算法获得N分钟后拱顶预测温度T_YC，该拱顶预测温度T_YC与拱顶温度设定值T_SD通过模糊控制算法输出风煤比增量E_FMB和煤气流量增量E_JBMQL，该模糊控制算法规则为

如果T_YC-T_SD>E_L而且IF T_YC-T_SD<E_H，则E_FMB=M；

如果T_YC-T_SD>E_H，则E_JBMQL=Q；

其中，E_H和E_L分别为给定区间上下限，M和Q分别为给定风煤比增量和煤气流量增量。

优先烧炉煤气流量修正模型

如图2所示，对热风炉1而言，通过烧炉时间判断该热风炉是否即将送风，若不为即将送风热风炉，则热风炉2为即将送风热风炉，否则热风炉1为即将送风，此时再判断预测废气温度是否达到废气温度设定值，若达标，则按目前状态烧炉即可满足送风，否则说明该热风炉煤气流量偏小，需要进行煤气流量增加，若此时煤气阀位低于设定开度90%，则继续增加煤气阀位开度，否则需要通过对热风炉2进行关煤气调节阀操作，以实现热风炉1的煤气流量的增加。

单烧煤气流量修正模型

单烧使能信号为两座正在燃烧期热风炉的其中一座热风炉转为闷炉时所述单烧使能信号触发为真；单烧煤气流量修正模型根据单烧使能信号为真时的煤气流量和废气温度及废气温度趋势通过热风炉关系数据库分析获得此时刻煤气流量修正增量，在单烧期间，根据煤气热值、送风温度和冷风流量对该煤气流量修正增量进行实时调整，其中，单烧煤气流量修正增量调整范围为5000～15000m³/h。

煤气流量调节器

煤气流量调节器输入为煤气流量设定值和煤气流量测量值，其中煤气流量设定值由基本煤气流量、拱顶温度保护煤气流量增量、优先烧炉煤气流量修正增量和单烧煤气流量修正增量组成，煤气流量调节器输出为煤气流量调节阀，煤气流量调节器采用PID控制算法，其中比例常数P取值范围200～300，积分常数I取值范围30～50，微分D取值0～5。