热风炉自动寻优燃烧智能控制方法技术

本发明专利技术提供了一种热风炉自动寻优燃烧智能控制方法，它基于总供热量计算，通过设定燃烧拱顶温度及废气温度目标值，空燃比模糊控制器在燃烧周期内实时寻优最佳空燃比系数，对助燃空气流量及混合煤气流量实时调节；助燃空气流量的控制由废气温度调节器、供热量调节器及助燃空气调节器完成；混合煤气流量的控制由拱顶温度调节器和混合煤气调节器完成；空燃比控制由空燃比模糊控制器完成。本发明专利技术能提高热风炉的燃烧控制水平，燃烧效率高，能源利用充分，蓄热能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术用于冶金行业炼铁高炉热风炉系统燃烧控制。
技术介绍
热风炉是高炉炼铁生产过程中的重要配套设备，其主要作用就是把鼓风加热到要 求的温度，向高炉提供高温热风。高炉一般由3 4座热风炉交替送风，每座热风炉的工作 过程是燃烧、送风的重复过程。煤气和助燃空气在燃烧器内混合后，在燃烧室里燃烧，产生 高温烟气。蓄热室的格子砖是热量传递的载体，它在燃烧期间吸收热量，送风期间又将热量 传递给冷空气，从而加热冷空气。为了节约能源、实现热风炉稳定的最佳化操作，需要提高热风炉的燃烧控制水平。 实现煤气的合理燃烧，才能将其能量充分利用，热风炉才有可能在消耗同样煤气量情况下， 蓄到更多的热量，为提高送风温度创造条件。由于高炉的操作或炉况等种种原因，造成煤气 压力不稳定，煤气热值也往往存在波动，因而热风炉燃烧控制是热风炉最难、最关键的控制 环节之一，燃烧控制得好坏将直接影响到热风炉的拱顶温度及燃烧的热效率。传统的热风炉燃烧控制方法有比例极值调节法、烟气含氧量串级比例控制法等。 比例极值调节法不能在煤气热值变化时及时改变空燃比，不容易实现热风炉的最佳燃烧。 烟气氧含量串级比例控制法是以比例调节作为粗调，以烟气中氧气含量反馈控制作为细 调，对空气、煤气量进行控制，该法能够实现热风炉的较合理的燃烧，但由于测氧仪表寿命 有限，加上管理及维护的不到位，很多企业的测氧仪表不能长期稳定的工作，因此，这种方 法应用效果不太理想。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，本 专利技术能提高热风炉的燃烧控制水平，燃烧效率高，能源利用充分，蓄热能力强。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是基于总供热量计算，通过设定燃烧拱 顶温度及废气温度目标值，空燃比模糊控制器在燃烧周期内实时寻优最佳空燃比系数，对 助燃空气流量及混合煤气流量实时调节；助燃空气流量的控制由废气温度调节器、供热量 调节器及助燃空气调节器完成；混合煤气流量的控制由拱顶温度调节器和混合煤气调节器 完成；空燃比控制由空燃比模糊控制器完成；整个燃烧控制流程包括三个阶段第一阶段燃烧过程刚开始，总供热量的计算值作为供热量调节器(QX-102)的设 定值，混合煤气流量为一常数，助燃空气流量根据空燃比系数确定；第二阶段热风炉的废气温度仍偏离设定值较远，总供热量的设定值也保持不变； 随着拱顶温度的不断上升，混合煤气流量需逐渐减少，但为了使废气温度不断升高，必须保 持一定的供热量；第三阶段热风炉的废气温度已上升至设定置，应使供热量的设定值逐渐减少，助燃空气流量和混合煤气流量均减少。本专利技术具有以下主要的优点本专利技术能提高热风炉的燃烧控制水平，燃烧效率高， 能源利用充分，蓄热能力强。附图说明图1是控制系统结构框图。图2是燃烧初期最佳空燃比模糊控制器示意图。图3是拱顶温度管理期最佳空燃比模糊控制器。控制系统主要包括以下五个调节器及一个模糊控制器，如图1所示 供热量调节器QX-102·混合煤气流量调节器FIC-101·助燃空气流量调节器FIC-102 拱顶温度调节器TIC-101·废气温度调节器TIC-102·空燃比模糊控制器具体实施例方式助燃空气与混合煤气之比(即空燃比)是热风炉燃烧过程中的重要参数。如果混 合煤气过量，则燃烧不充分，多余的煤气随燃烧废气排放到大气中，既是一种浪费，也是对 大气的一种污染；如果混合煤气不足，又无法保证热风炉炉顶温度达到设定值，即热风炉储 蓄的热量不足，无法满足高炉正常生产。因此，如何在保证高炉正常生产的前提下，最大限 度地提高煤气的燃烧率有着巨大的意义，这就要求最佳空燃比控制。但无论什么情况下都 不能使煤气过量。换言之，达到最佳空燃比时的空气仍然是过量的。初期拱顶温度的上升速率和进入拱顶温度管理期废气温度的上升速率，主要取决 于燃烧过程的空燃比和煤气流量，同时还受煤气、空气质量波动和压力波动的影响。所以， 实现热风炉燃烧过程自动控制的关键是随着煤气、空气压力和质量的波动，并根据热风炉 不同的燃烧状态进行煤气流量和空气流量的实时调整，即对空燃比的调整。因此，在燃烧初 期，我们以最大煤气量进行加热，并调整合适的空燃比，迅速提高拱顶温度；到达拱顶温度 管理期，适当减小煤气流量，并调整合适的空燃比，保证拱顶温度不变的情况下，提高废气 的升温速率。燃烧终点由废气温度确定，当废气温度上升到上限时，停止加热。燃烧过程就是蓄热室的蓄热过程，它分为两个基本阶段。燃烧初期，蓄热室拱顶的 温度很低，废气的热量大部分被拱顶吸收，拱顶的温度上升较快，蓄热室中、下部的温度则 上升很慢；随着拱顶温度的升高，拱顶与废气的温差逐渐减小。当拱顶温度上升到一定值 后，其温度几乎不再上升，废气所带的热量主要被蓄热室中、下部吸收，使蓄热室中、下部格 子砖的温度迅速上升。在整个燃烧期，蓄热室上部格子砖的传热方式是以一种不稳定的热 流进行传热，热流速率随时间的增加而降低。中、下部格子砖几乎以一种稳定的热流传热， 温差几乎不变化。因此，要强化中、下部的热交换，就需要尽快提高上部的温度。只有通过 热交换，使中、下部转变为稳定的热流传热时，经过中、下部的废气温度才能提高，从而相应 提高这部分的温差，强化与格子砖的传热。排放的蓄热室废气(烟气)的温度随时间的延长而增加。废气温度低时说明炉内热交换的能力强，废气温度超过规定温度时，说明炉内热 交换能力减弱。因此，为保证热交换的效率，废气温度不能长期保持在380°C以上，否则将造 成热量的浪费；该温度值亦不可超过400°C，否则会烧坏耐火砖。故拱顶温度达到一定范围 后，废气的升温速率是个很重要的因素。本控制系统基于热风炉燃烧控制模型及模糊控制理论。控制模型在全炉热平衡计 算基础上建立，符合生产实际，能够对燃烧速率进行控制，大大地提高了热风炉燃烧效率。 热风炉是一个具有本质非线性、大滞后、慢时变特性的复杂被控对象，随着燃烧工作环境的 变化其特性也在不断发生变化，要准确地掌握热风炉的运行状态是很困难的。模糊控制的 优点是不必建立被控系统的数学模型，它能将操作者或专家的控制经验和知识表示成语言 变量描述的控制规则，然后用这些规则去控制系统，给出短期的控制信号，具有较强的鲁棒 性。两者结合，能够有效的提高热风炉燃烧效率，稳定热风炉燃烧过程。下面结合附图详述本专利技术，但不限定本专利技术。如图1所示，基于热风炉热平衡燃烧控制模型及模糊控制理论，本专利技术的控制 系统包括混合煤气流量调节器FIC-101、拱顶温度调节器TIC-101、助燃空气流量调节器 FIC-102、供热量调节器QX-102、废气温度调节器TIC-102和空燃比模糊控制器；它们之 间的连接关系是热风炉上设置有煤气调节阀和空气调节阀，煤气调节阀通过混合煤气流 量调节器FIC-101进行控制，混合煤气流量调节器FIC-101接收煤气流量的反馈信号和 计算器一的控制信号，计算器一接收拱顶温度调节器TIC-101的控制信号、空燃比模糊控 制器的控制信号和空气流量的反馈信号，拱顶温度调节器TIC-101接收拱顶温度的设定 值和反馈信号；空气调节阀由助燃空气流量调节器FIC-102进行控制，助燃空气流量调 节器FIC-102接收供热量调节器QX-102的控制信号和空气流量的反馈信号，供热量调节 器QX-102接收计算器二、三的控制信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
热风炉自动寻优燃烧智能控制方法，其特征在于：基于总供热量计算，通过设定燃烧拱顶温度及废气温度目标值，空燃比模糊控制器在燃烧周期内实时寻优最佳空燃比系数，对助燃空气流量及混合煤气流量实时调节；助燃空气流量的控制由废气温度调节器、供热量调节器及助燃空气调节器完成；混合煤气流量的控制由拱顶温度调节器和混合煤气调节器完成；空燃比控制由空燃比模糊控制器完成；整个燃烧控制流程包括三个阶段：第一阶段：燃烧过程刚开始，总供热量的计算值作为供热量调节器（ＱＸ－１０２）的设定值，混合煤气流量为一常数，助燃空气流量根据空燃比系数确定；第二阶段：热风炉的废气温度仍偏离设定值较远，总供热量的设定值也保持不变；随着拱顶温度的不断上升，混合煤气流量需逐渐减少，但为了使废气温度不断升高，必须保持一定的供热量；第三阶段：热风炉的废气温度已上升至设定置，应使供热量的设定值逐渐减少，助燃空气流量和混合煤气流量均减少。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：周磊，马智慧，
申请(专利权)人：中冶南方工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]