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1、热风炉控制数学模型介绍,2020/10/14,2,目 录,1. 概述 2. 模型介绍 3.技术特色 4. 应用效果 5.经济效益,3,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。 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
2、具有非常重要的意义。,1、概 述,2020/10/14,4,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，
3、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。,1、概 述,2020/10/14,5,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。,1、概 述,2020/10/14,6,模型结构
4、,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。,2020/10/14,7,模型系统配置 模型计算机 时配工业控制计算机 视频显示 21TFT 网络接口 Ethernet adapters 操作系统 WindowsXP 数据库 Oracle(SQL Server 2000) 网络协议
5、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：,2020/10/14,8,模型结构,2020/10/14,9,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。 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,2、模型介绍,2020/10/14,10,（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
6、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。 （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，从功能上废气温度控制模型可分为两个子模型。,2、模型介绍,2020/10/14,11,2、模型介绍,（4）高热值煤气分时燃烧控制模型,2020/10/14,12,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。 系统维护功
7、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。,2、模型介绍,2020/10/14,13,2、模型介绍,2020/10/14,14,2、模型介绍,2020/10/14,15,2020/10/14,16,主要技术参数 可提高风温58； 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；,2、模型介绍,2020/10/14
8、,17,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； 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。,3.技术特色,2020/10/14,18,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
9、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。,3.技术特色,2020/10/14,19,创新点之三：该数学模型不仅具备全过程显示、
10、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。,3.技术特色,2020/10/14,20,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。
11、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。,4. 应用效果,2020/10/14,21,4. 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：,2020/10/14,22,（1
12、）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； （4）一级（L1）控制系统与模型控制系统无缝切换。,4. 应用效果,2020/10/14,23,（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.
13、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1216104Nm3/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。,4. 应用效果,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58, 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%，或同等高热值煤气量条件下达到更高热风温度；,谢谢！,
