邵長青

1 前言

熱風爐是高爐煉鐵過程中的重要環(huán)節(jié)，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(tǒng)燒爐過程較為傳統(tǒng)，主要以人工控制為主，由現(xiàn)場司爐監(jiān)控燒爐數(shù)據(jù)給出調(diào)節(jié)。通過改造升級，熱風爐智能燒爐系統(tǒng)生產(chǎn)工藝實現(xiàn)自動建模、智能伺服控制、拱頂恒溫控制、尾氣干預(yù)控制等智能控制策略，較原有系統(tǒng)更加便捷高效。

2 熱風爐智能燒爐系統(tǒng)的控制原理

由于受生產(chǎn)場地、生產(chǎn)機組的生命周期因素的制約，該系統(tǒng)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(tǒng)內(nèi)核主導(dǎo)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(jù)，適時配平風煤比例。在實際生產(chǎn)中，熱風爐在加熱期及保溫期內(nèi)若發(fā)生風煤比例失調(diào)，就會產(chǎn)生溫升速度慢或降溫的情況發(fā)生。智能系統(tǒng)以燃燒氣氛中的氧濃度為依據(jù)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(diào)現(xiàn)象，從而來保證拱頂溫度的穩(wěn)定性和持續(xù)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(yù)判條件。在系統(tǒng)模型的指導(dǎo)下，通過對輸出量的提前調(diào)整來保證溫度的穩(wěn)定或穩(wěn)定上升。

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

5）在計算機監(jiān)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(jié)約燃料。

6）尾氣溫度的控制。智能系統(tǒng)將在熱風爐煙道尾端安裝流量干預(yù)閥，流量干預(yù)閥干預(yù)范圍為煙道內(nèi)徑的0%～20%。系統(tǒng)運行過程中，流量干預(yù)閥與系統(tǒng)空煤氣注入量及爐壓連鎖，在穩(wěn)定爐壓的同時適當干預(yù)煙道廢氣的排出，使廢氣在爐內(nèi)停留時間加長，進而使更多的熱量儲存在蓄熱體內(nèi)，提高燃料的熱量利用率（流量干預(yù)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(jīng)常會出現(xiàn)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(diào)節(jié)存在死區(qū)、閥門調(diào)節(jié)慣性大，煤氣或空氣經(jīng)常出現(xiàn)倒灌現(xiàn)象等。針對以上各種現(xiàn)象，智能系統(tǒng)中設(shè)有56種特殊功能性模型模塊，對熱風爐在燒爐過程中出現(xiàn)的各種不利影響及因素，智能系統(tǒng)內(nèi)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(xiàn)的各種問題進行規(guī)避，使得熱風爐始終在健康狀態(tài)下以控制模型數(shù)據(jù)庫中的燒爐模型進行燒爐。

3 熱風爐智能燒爐系統(tǒng)的優(yōu)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(chǎn)活動形成本質(zhì)上的改變。其優(yōu)勢具體表現(xiàn)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(guān)生產(chǎn)鏈條信息，依據(jù)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(tài)都會即時糾正。3）機組附加機器人后，相關(guān)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(chǎn)成本。

4 改造后經(jīng)濟效益

4.1 直接經(jīng)濟效益

現(xiàn)1#高爐改造已完成，2#高爐正在改造。系統(tǒng)運行后，在燒爐曲線控制下，結(jié)合蓄熱格子磚熱傳遞特性，調(diào)節(jié)空氣和燃氣的鼓入強度，將熱積累區(qū)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(yīng)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(xiàn)燃氣消耗量減少7%以上，提高風溫14℃以上。

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

4.2 間接經(jīng)濟效益

1）由于機組附加機器人控制系統(tǒng)能夠維持不間斷地優(yōu)化并穩(wěn)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(wěn)的燒爐控制可以減少煤氣管網(wǎng)壓力波動，有利于煤氣管網(wǎng)上各相關(guān)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(tǒng)空氣和煤氣配比隨時處于最佳狀態(tài)，煤氣燃燒充分從而減少有害氣體排放，更加有利于企業(yè)環(huán)保指標的提升。

表1 改造后高爐經(jīng)濟指標

5 結(jié)語

濰坊特鋼集團有限公司智能燒爐系統(tǒng)投入運行后，在燒爐期無需人工干預(yù)（只需監(jiān)視），自控率≥95%，實現(xiàn)燃氣消耗量減少7%以上，提高風溫14℃以上。預(yù)計兩座高爐共計可實現(xiàn)效益4 092余萬元。同時可實現(xiàn)節(jié)能減排等間接效益，對降低生產(chǎn)成本、提高環(huán)境質(zhì)量發(fā)揮出積極作用。