李繼鋒，劉 曉

（萊蕪鋼鐵集團銀山型鋼有限公司，山東 濟南 271104）

1 萊鋼銀山型鋼煉鐵廠概況

山東鋼鐵集團萊蕪分公司銀山型鋼煉鐵廠建有2座1 880 m3和1座3 200 m3高爐，配套熱風爐共10座。每座1 880 m3高爐配備3座熱風爐，燒爐制度不固定，正常情況下一燒一燜一送，特殊情況為一燒兩送或兩燒一送，送風量4 100～4 250 m3/min。3 200 m3高爐配備4座熱風爐，燒爐制度為兩燒兩送，送風量6 250～6 350 m3/min。

2 熱風爐生產(chǎn)現(xiàn)狀

3座高爐的熱風爐均采用人工手動燒爐操作工藝，穩(wěn)定性差、能耗高。3座高爐獨立運行，熱風爐生產(chǎn)信息沒有共享，操作人員無法及時、高效地溝通。3座高爐存在熱風爐換爐時間或同時燒爐時間重疊現(xiàn)象，導致煤氣管網(wǎng)壓力波動較大（波動范圍6～12 kPa），不僅對熱風爐燒爐造成不利影響，同時對整個煤氣管網(wǎng)下的各類燃燒裝置都有不利影響。

基于當前現(xiàn)狀，亟需提高熱風爐自動化控制水平，實現(xiàn)熱風爐優(yōu)化燒爐及多座熱風爐協(xié)調(diào)換爐，確保煤氣系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行。

3 群控應(yīng)用方案

群控技術(shù)是一種成熟完善、可行性良好的優(yōu)化控制手段，其應(yīng)用已覆蓋到燃氣鍋爐、加熱爐、回轉(zhuǎn)窯等十幾種燃燒裝置上[1]。通過論證，群控技術(shù)適用于熱風爐當前生產(chǎn)實際，高爐熱風爐優(yōu)化控制及群控系統(tǒng)改造分兩個階段實施。

第一階段為高爐熱風爐單體優(yōu)化控制[2]，立足于高爐熱風爐最基本的測控儀表，與原控制系統(tǒng)通過OPC/MODBUS通訊方式連接，實現(xiàn)長期可靠的全自動優(yōu)化燒爐。這是目前國內(nèi)熱風爐普遍采取的燒爐工藝，為應(yīng)用群控技術(shù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

第二階段為高爐熱風爐區(qū)域群控系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)10座熱風爐集中控制。通過設(shè)置一臺熱風爐信息集成系統(tǒng)服務(wù)器作為群控優(yōu)化站，通過工業(yè)防火墻與1號、2號、3號高爐熱風爐優(yōu)化控制站相連。群控優(yōu)化站采集到10座熱風爐實時運行數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行分析處理，預測潛在的換爐時機重疊情況并進行拆解，形成換爐協(xié)調(diào)指令。換爐協(xié)調(diào)指令最終會傳輸?shù)礁鳠犸L爐單體優(yōu)化系統(tǒng)，單體優(yōu)化系統(tǒng)根據(jù)換爐協(xié)調(diào)指令控制各熱風爐適當提前或延遲完成燒爐操作，最大限度避免熱風爐換爐時間重疊。同時，群控服務(wù)器會從群控優(yōu)化站實時獲取各熱風爐運行數(shù)據(jù)，并以Web發(fā)布形式向局域網(wǎng)用戶發(fā)布熱風爐實時運行數(shù)據(jù)及各種統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，熱風爐各級管理人員可通過訪問群控服務(wù)器了解各熱風爐生產(chǎn)信息。

4 協(xié)調(diào)換爐原理

正常情況下，熱風爐同時在網(wǎng)設(shè)備數(shù)量應(yīng)為3～4個，但是在實際生產(chǎn)中，高爐休風等特殊工況破壞了熱風爐正常的生產(chǎn)節(jié)奏，不可避免地人工介入對換爐與燒爐時間進行調(diào)整，如3號高爐熱風爐雙燒及1號、2號高爐熱風爐換爐重疊時，熱風爐同時在網(wǎng)設(shè)備將達到6個，煤氣管網(wǎng)壓力急劇波動。

為解決上述生產(chǎn)問題，熱風爐專家提出了建立高爐熱風爐換爐時機協(xié)調(diào)模塊的解決方案，如下頁圖1所示，目標是在不影響熱風爐正常燒爐與送風的前提下，徹底避免熱風爐同時換爐。換爐時機協(xié)調(diào)是在3座高爐狀態(tài)信息互通，綜合彼此燒爐時間、送風時間和換爐周期的基礎(chǔ)上，結(jié)合單體燒爐可調(diào)整空間，協(xié)調(diào)各熱風爐換爐時機，最終使在網(wǎng)熱風爐設(shè)備數(shù)保持基本穩(wěn)定的一種方法。

圖1 高爐熱風爐換爐時機協(xié)調(diào)模塊功能示意圖

換爐時機協(xié)調(diào)模塊可預測每座高爐熱風爐的換爐時間，當2座或多座熱風爐換爐時間重合時，系統(tǒng)會自動調(diào)整相應(yīng)熱風爐的燒爐時間及燒爐強度，進而錯開這些熱風爐的換爐時間，模塊也可自動判斷當前處于送風狀態(tài)熱風爐的送風能力，并優(yōu)先安排送風能力已經(jīng)較弱的熱風爐提前換爐，這一過程無需人工干預。

通過以下操作，高爐熱風爐換爐時機協(xié)調(diào)模塊可在盡可能保證換爐協(xié)調(diào)不影響正常單體燒爐的情況下，最大限度減少重疊換爐時間，使在網(wǎng)設(shè)備數(shù)量保持穩(wěn)定，緩解由于高爐熱風爐內(nèi)部使用煤氣量波動較大引起的煤氣管網(wǎng)壓力波動。

1）通訊檢測。檢測由熱風爐單體傳入的數(shù)據(jù)是否正常，正常則執(zhí)行下一步。

2）數(shù)據(jù)采集?；緮?shù)據(jù)計算及預處理：包含讀取各表信息、計算當前設(shè)備常量、實際在網(wǎng)設(shè)備數(shù)，做出決策判斷管網(wǎng)此時用煤氣設(shè)備數(shù)量是否符合設(shè)計預期等。

3）燒爐中期通過廢氣溫升、3號高爐熱風爐歷史峰谷值預測當前爐（1號或2號高爐熱風爐）廢氣燒到目標溫度值后，3號高爐熱風爐的燒爐狀態(tài)是單燒還是雙燒，并據(jù)此計算出燒爐時間長度是延長還是縮短，進而修正燒爐強度。

4）在1號或2號高爐熱風爐燒爐末期，根據(jù)當前3號高爐燒爐設(shè)備數(shù)，判斷是否可以立即送風。若換爐時間重疊，應(yīng)在工藝允許的廢氣溫度下限和上限之間重新確定本次燒爐終點廢氣溫度值，以避開3號高爐熱風爐換爐時間，同時為下一次換爐進行正確的燒爐時間移位。

高爐熱風爐協(xié)調(diào)換爐控制邏輯[3]如圖2所示。

圖2 高爐熱風爐協(xié)調(diào)換爐控制邏輯

正常情況下，熱風爐同時在網(wǎng)設(shè)備數(shù)量應(yīng)為3～4個（即應(yīng)有3座或4座熱風爐處于燒爐狀態(tài)）。但當3號高爐熱風爐雙燒、1號和2號高爐熱風爐換爐重疊時，熱風爐同時在網(wǎng)設(shè)備將達到6個。當3號高爐熱風爐雙燒、1號或2號高爐熱風爐進行換爐操作，或當3號高爐熱風爐單燒時、1號和2號高爐熱風爐進行換爐操作，熱風爐同時在網(wǎng)設(shè)備將達到5個。對2019年8月24—27日，群控系統(tǒng)投用前熱風爐現(xiàn)場實際運行情況進行統(tǒng)計，如圖3所示，在網(wǎng)熱風爐數(shù)量變化頻繁，大量出現(xiàn)5座熱風爐處于燒爐狀態(tài)的情況，即使是6座熱風爐處于燒爐狀態(tài)的極端情況也偶有發(fā)生。

圖3 群控系統(tǒng)投用前熱風爐在網(wǎng)設(shè)備數(shù)72 h統(tǒng)計

群控系統(tǒng)于2019年11月12日上線運行，運行效果良好，基本避免了同時換爐現(xiàn)象的發(fā)生，由系統(tǒng)自動生成的熱風爐在網(wǎng)設(shè)備數(shù)統(tǒng)計圖，如圖4所示。群控系統(tǒng)投用后在網(wǎng)熱風爐數(shù)量更加穩(wěn)定，完全避免了6座熱風爐處于燒爐狀態(tài)的極端情況發(fā)生，出現(xiàn)5座熱風爐處于燒爐狀態(tài)的情況也大幅減少。

圖4 群控系統(tǒng)投用后熱風爐在網(wǎng)設(shè)備數(shù)72 h統(tǒng)計

5 結(jié)語

通過應(yīng)用高爐熱風爐優(yōu)化控制及群控系統(tǒng)，熱風爐管理水平提高，實現(xiàn)了熱風爐系統(tǒng)集中監(jiān)控、自動分析、Web發(fā)布和生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享等功能。實現(xiàn)長期可靠的全自動優(yōu)化燒爐，長期自控率達到90%以上，同等送風溫度下節(jié)省煤氣2%以上，預期投資回收期僅為10.8個月。

通過實現(xiàn)熱風爐群控控制，熱風爐的運行更加穩(wěn)定，燒爐設(shè)備數(shù)大部分時間可以穩(wěn)定在3～4座之間，避免換爐時間重疊，減少因同時換爐導致的煤氣壓力波動，具有很好的推廣價值。