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1、热 风 炉 操 作 的 优 点对热风炉系统的要求是在稳定的高风温条件下，向高炉提供规定的连续的热风。从热风炉操作来看，这种解释是比较满意的。但从全厂的能源战略考虑，则还有第二个要求，即以最低的成本来满足高炉的要求。本文将不根据工厂能源政策讨论热风炉系统的特性，仅限于对局部热风炉的能量研究，但也兼顾全厂能源管理的需要。本文将通过讨论热风炉操作中的最重要特性热平衡及相应的热风炉最低热量值。包括热量输入/输出的计算和热风炉效率问题，燃烧期的控制特性，特别是炉顶温度控制及相应的计算。为了控制热风温度和风量的变化，必须进行热量的动态控制。在计算机的应用方面将灵敏的适应这些变化，将评述自动控制的结果，指出
2、这有助与提高热效率和经济效益，有助与操作人员简化控制，稳定操作并延长热风炉的寿命。热风炉的操作热风炉是一种换热转换器，外壳是钢板，内有大量的耐火材料。在燃烧期，耐火材料吸收由内燃式或外燃式燃烧器产生的热量。在鼓风期，燃烧期间吸收的热量与冷空气进行交换，从而把热风吹入高炉（见图1）。在燃烧期间，不的中断向高炉鼓入热风，因此，热风炉系统由几座热风炉组成，一般是34座。热风温度一般为1000 1300C。为了使鼓入高炉的热风温度尽量保持稳定，所以在热风中混入一定量的冷风。混风可以用冷风支管，也可以用两座热风炉（不同温度）的热风混合来实现。与上述混风操作相对应的操作模式分别称为周期式和并列式（见图2和
3、图3）。2座热风炉系统只能以周期式工作。对于3座热风炉系统，虽然有2座热风炉是并联式，但是实际生产中还限于周期式。对4座热风炉系统来说，既可有用周期式也可用并联式，这取决于实际条件。应用交叉并联模式的4座热风炉系统的一套典型数值见表1。 表1 交叉并联模式的4座热风炉系统的一套典型数值所需热风量热风温度（最高）鼓风时间（单炉） 燃烧时间（单炉）煤气量（单炉）3000 m/min1200C60min40 min40000 m/h由于以下原因，应优先采用交叉并联式： l 提供较高热风温度的能力；l 燃烧时间长，单炉耗气低：l 废气温度低，热效率高。 为使热风炉从一种状态转换到另一种状态必须遵循热风
4、炉的操作程序。这需要做一系列的动作，如关/开阀门，平衡压力。半自动控制转换，就是手动启动后所有的操作程序由逻辑控制元件完成，而全自动控制转换，启动是由计算机完成。过去，转换程序是手动完成的，现在大部分实现了半自动化或全自动化。热风炉系统的可能自动换炉程序为：闷炉鼓风；鼓风闷炉；闷炉燃烧；燃烧闷炉。从闷炉到鼓风换炉是在检查了热风炉的状态和可能存在的矛盾指令后完成的。热风炉通过打开冷风阀后充压。当压力平衡后，冷风阀关闭，热风阀开启，然后，热风炉通过再次开启冷风阀而鼓风。从鼓风到闷炉的换炉，也是从检查热风炉状态和可能存在的矛盾指令开始。然后冷风阀和热风阀依次关闭，利用减压阀减压。闷炉过程完成。从闷炉
5、到燃烧转换时，如需要，在检查其状态和可能存在的矛盾指令后，热风炉就减压。启动辅助烧嘴以备燃烧。完成一系列安全检查程序后，助燃空气阀和煤气阀开启，热风炉转入燃烧期。如果安全检查不满足要求，就会发出相应的警报。从燃烧到闷炉的转换也从检查状态和发出指令开始，然后关闭煤气控制阀，放散助燃空气，残存的煤气在一定时间内烧完。之后，关闭各阀及风机，包括辅助烧嘴。在闷炉期转入鼓风过程靠手动操作，高炉煤气经过风口在热风系统中燃烧掉。热平衡热风炉良好操作的主要问题是在燃烧期怎样获得足够的热量，以满足下一鼓风期所需温度的热风量。热风炉总热量变化的典型分布见图4。图4表明，在整个期间内，热风炉中保持一定量，即余热。在
6、鼓风期间，与周期式操作的热风炉系统相比，交叉并联操作的热风炉余热也相应低的多。 热平衡的保持鼓风期内，高炉所需的热量由下式计算：Q =Vt（SHTSHTeps（HH） （1）式中： eps 实测的冷风温度； H 冷风热函； H 热风热函； Q 热风炉所需总热量； SH 冷风比热； SH 热风比热； T 热风围管的设定温度； T 实测的冷风温度； t 设定鼓风时间； V 预测鼓风量。考虑喷吹燃料及其附加的冷空气，热风围管的设定风温一般要比高炉所需风温高（约40C。在其后的燃烧期内，所需热量受热风炉效率的影响，计算如下：Q=（QQ）/RQ (2)式中： Q 供热，剩余热或追加热量； Q 燃烧期所需
7、热量； Q 剩余热量调节所需热量；R 热风炉效率。方程（1）和（2）适用于周期式热风炉。并联式热风炉需略作修改。热量的计算和存储，每分钟一次。 热效率计算热风炉系统的热效率方程为： R=（QQQ）/Q （3）式中 Q 煤气热量；Q 干热风量；Q 水分热量；Q 蒸汽热量。（3）式中的变量由下式计算：Q=V（TSHTSH） （4）Q=W（T SHTSH） （5）Q=W（ TSHTSH） （6）Q=Vcv （7）式中 cv 测量的煤气热值；SH 冷风蒸汽比热；SH 热风蒸汽比热；T 测量的热风围管风温；T 热风蒸汽温度；T 冷风蒸汽温度；V 干冷风量；V 测量煤气量；W 水分重量；W 喷吹蒸汽重量。
8、包括给定温度的线形方程式，用于计算比热。热风炉加热控制 下面讨论的方程仅适用于周期式操作的热风炉系统。炉顶温度控制 为了使热风炉操作稳定，在燃烧期内需要向热风炉输入准确的热量。燃烧过程控制包括可燃气体和空气的适当混合，以达到所需的热值，其结果是得到设定的火焰温度。在燃烧期开始时，必须特别控制火焰温度，因为过高的温度会使耐火材料在热应力作用下产生裂纹。因此，由于炉顶温度被用作热风炉的加热设定值，该设定值随时间的推移而增大，并符合图5所示的曲线变化。曲线方程如下： T=（TT）1exp(t/t)T (8)式中： T 初始火焰温度； T 最终炉顶温度设定值； T 炉顶温度瞬时值； t 恒温时间； t
9、 燃烧时间。 初始火焰温度T由下式计算：T=（TT）/3T （9）式中： T 为实测炉顶温度 。实际算法是控制火焰温度和实测炉顶温度的差值：T=TC (10)式中： C 火焰温度修正因子；T 计算所需的炉顶温度值。同时：CCK（TT）于C联立 （11）式中K为引入的C的修正参数。方程（10）和（11）含有通过修正火焰温度得到的T和T的追加方程。当达到了所需的最高炉顶温度后，火焰温度由下式计算： T（n）= T（n1）（KK）（TT）（n）K（TT）（n1） (12)式中K和K为火焰温度控制的修正因子。热值和气体参数计算：在给定的任一瞬时，按上述方程计算出火焰温度后，所需的可燃气体热值cv由下式
10、推导：T=F（cv，T，E） （13）式中： E 所需的额外可燃气体；T 可燃气体温度测量值。由于F含有cv的二次方程，所以cv的求解相对来说较简单。为了计算所需的煤气量，其热值可以测得的高炉煤气量，富化煤气量及其成分，特别是H和CO来计算。热值的平均测量值cv可用所需的煤气量算得： V（QQ(n)）/tQ60/ cv (14)式中： Q 助燃空气的物理热；Q(n) n分钟后存储的热量；t 燃烧进行时间；V 所需煤气量。同时 Q(n)= Q(n1)QQ （15）t= tt （16）式中：t为标准燃烧时间， Q=V（T30）SH/60 （17）式中： SH 可燃气体比热； V 可燃气体量。Q=V
11、cv/60 (18)SH是T的已知线形函数。另外，计算出的煤气量不得超过其最下值和最大值，并限制在快速变化范围内。之后，煤气量计算值用于控制系统，并且，仅仅在煤气燃烧不充分或废气温度过高时才无效。方程（14）包含燃烧期煤气量的计算。这样具有使热量保持在热风炉上部的优点，由于废气温度较低，所以热效率较高。第二个优点理论上去掉了闷炉时间（即热风炉即不是鼓风期，也不是燃烧期的时间），从而提高热风炉效率。可燃气体富化和空气/煤气比值 可燃气体富化和空气/煤气比值V/V可由下式计算： V/V=（cvcv）/(cvcv) (19)式中： cv 贫煤气比热；cv 富煤气比热；V 贫煤气量；V 富煤气量。富，
12、贫煤气量由比值V/V计算。而后求出空气/煤气比值A/G，包含过剩空气量，它可能是固定值，或者随废气中CO的测量值变化（如果可以用的话）为了防止富煤气量低于其最低值，且火焰温度保持较高，火焰用过剩空气冷却，相应的空气/煤气值增大： （TT）f （20）式中：f 为比例增益系数。休风时间较长后的燃烧期内，炉顶温度将会明显降低。此时，燃烧的控制过程将与上述系统不同，用计算机实现特殊程序的仔细升温。 动态加热控制对风温或风量的需求迅速增长说明了计算机控制的重要性。必须向热风炉提供附加加热量，使之有较高的热储备，这将使燃烧期和鼓风期缩短。离线模型试验表明，增加风量比提高风温对剩余热量的影响小。在热筹备特别低的情况下，鼓风期缩短，相应的燃烧期
