热风炉定风温控制系统技术方案

一种热风炉定风温控制系统，包括热风炉（２）、检测元件、调节阀、数据采集器（１）和计算机（２６），包括流体参数和阀位信号检测、数据采集、数据传输、数据对比、数据修正和控制调节过程；管道安装检测元件和调节阀，炉体表面安装测温装置，动态计算燃烧过程格子砖蓄热量、温升率和理论风温等参数，在线调整助燃空气和煤气流量、预热温度等参数，以格子砖、炉顶和烟气最高设定温度控制热风炉换向，在送风期内，以热风温度控制为目标，确定送风曲线和送风时间。该方法建立在热风炉在线能量的动平衡的计算基础上，有效控制热风炉格子砖蓄热量，调整送风量和送风时间，保证热风炉风温的稳定输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢铁工业炼铁高炉热风炉控制
，特别是涉及一种风温控制系统，在高炉使用稳定风温的情况下使用。
技术介绍
热风炉是高炉的附属设备，其作用是为高炉提供稳定的风温。热风炉的运行参数很多，有温度、压力、流量等参数，同时，热风炉包括燃烧、换炉和送风等过程，如何进行有效的热风炉的运行参数控制和过程控制是热风炉控制的关键。目前，关于热风炉的控制主要有以下方式，按照控制方式分，可分为一级控制、二级控制等，其中一级控制为基础的逻辑控制如仪表、PLC等监控，二级控制为过程控制如自动燃烧控制和专家系统等，三级和四级控制为生产控制级和生产管理级，如企业的ERP系统。目前的热风炉系统自动化控制技术主要涉及一级控制、二级控制。关于热风炉的二级控制，目前主要有基于数学模型的自动燃烧控制系统，其特征是以燃烧的最佳空燃比为基础进行热风炉运行参数和过程的调节，可以有效解决热风炉的燃烧效率和优化问题，但是存在无法有效控制风温的稳定和恒定问题。为保证高炉使用稳定风温，经常采用混风调节，而且混风阀门开度的不稳定变化导致高炉使用风温的不稳定。范程飞提出热风炉自动控制方法，参见《山西冶金》2008年4期51-55页，主要以拱顶温度为目标，保持高炉煤气流量不变，设定焦炉煤气与高炉煤气比值的下降率，以减少焦炉煤气流量，达到热风炉燃烧中COG的控制。专利技术专利200410000677.1，马竹梧等提出一种混合式高炉热风炉优化控制方法，采用计算机系统、开发工具，功能模块包括数据采集、物理模型、人工智能模型、混合模型、输出控制等模块，实现对热风炉加热的输入的燃料量及空气量进行优化控制。专利技术专利200510127964.3，孙进生等提出一种高炉热风炉系统协调控制方法，根据实例预测热风炉送风的时间，以此来确定当前燃烧的热风炉的燃烧时间，并据此调节燃料的大小，将原来的固定周期燃烧变为可变周期燃烧。专利技术专利200810102200.2，王自亭等提出的高炉热风炉燃烧过程的自动控制系统，从解决燃烧过程的全自动控制，实现无人干预入手，采用自学习和模糊控制相结合的方法，实现热风炉燃烧过程的全自动控制。以上方法侧重热风炉的燃烧自动控制，均无法实现风温的稳定控制。专利技术专利96105254.6，周耀昌提出了热风炉操作离线控制方法，采用蓄热室格子砖的热平衡计算，采用近似计算蓄热室热传导系数，该方法仅离线为热风炉操作提供依据，由于实际蓄热室热传导系数的变化的，故无法实现在线风温的稳定控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于风温控制为基础的热风炉控制系统，采用控制热风炉不同部位温度的方法，在炉顶、格子砖和尾部烟气等温度的监控基础上，通过热风炉热-->平衡原理确定恒定风温下的空煤气、冷热风流量、温度等参数，并通过在线调节，实现热风炉风温的稳定控制。克服目前热风炉风温不稳定的缺陷，改进热风炉的风温自动控制系统，在使用过程与热风炉自动燃烧或专家系统等部分先进控制技术相结合，达到热风炉风温稳定的控制。一种热风炉定风温控制系统，包括热风炉、煤气管道、助燃空气管道、冷风管道、热风管道、烟道、数据采集器和计算机，其特征在于：控制过程包括流体参数和阀位信号检测、数据采集、数据传输、数据对比、数据修正和控制调节过程，包含以下步骤：(1)根据燃烧期检测的煤气参数、助燃空气参数、烟气参数计算格子砖蓄热量、温升率和理论风温，其中参数包括温度、压力和流量；(2)根据送风期检测的实际出口风温与设定风温进行比较，修正超出设定范围的理论风温的计算，调整燃烧期的煤气参数、助燃空气参数、烟气参数；(3)根据检测的炉顶、格子砖和排烟温度分别与计算机设定的最高值比较，超过设定的炉顶、格子砖和排烟温度最高值，控制热风炉换向；(4)根据送风期检测的冷风和热风参数，计算温降率、送风量和送风时间，根据设定风温调整冷风、热风流量；(5)采用交叉半并联模式控制热风炉组换炉。本专利技术所述的热风炉定风温控制系统，煤气管道安装煤气参数检测元件和煤气调节阀，助燃空气管道安装助燃空气参数检测元件和助燃空气调节阀，冷风管道安装冷风参数检测元件和冷风调节阀，烟道安装烟气参数检测元件和烟道调节阀，热风管道安装热风参数检测元件和热风调节阀，热风炉炉顶安装炉顶红外测温装置和格子砖顶部安装格子砖顶部红外测温装置，格子砖底部安装热电偶测温装置，热风炉炉体表面安装表面无线测温装置；其中，煤气参数检测元件、助燃空气参数检测元件、冷风参数检测元件、烟气参数检测元件、热风参数检测元件包括流量、压力和温度传感器；煤气参数检测元件、煤气调节阀、助燃空气参数检测元件、助燃空气调节阀、冷风参数检测元件、冷风调节阀、烟气参数检测元件、烟道调节阀、热风参数检测元件、热风调节阀、炉顶红外测温装置、格子砖顶部红外测温装置、热电偶测温装置、表面无线测温装置通过有线或无线数据传送线与数据采集器相连，数据采集器汇总检测信号传送计算机进行热风炉的燃烧和送风过程监控。本专利技术所述的热风炉定风温控制系统，在燃烧期内，由煤气参数检测元件、助燃空气参数检测元件、烟气参数检测元件检测的流量、温度、压力和由炉顶红外测温装置、格子砖顶部红外测温装置、热电偶测温装置、表面无线测温装置检测的炉顶温度、格子砖温度和炉体表面温度，经计算机在线软件计算出格子砖蓄热量、温升率和理论风温，并采用实际出口风温进行修正，通过修正计算风温与设定风温进行对比，对超出设定风温范围的修正计算风温，通过计算机调整煤气调节阀开度和助燃空气调节阀开度和煤气温度和助燃空气预热温度，从而实现煤气流量、煤气温度和助燃空气流量、助燃空气温度的调整；检测的流量、压力和温度参数变化时，应用风温恒定原则，对应调节各检测参数；当燃烧时间、炉顶最高温度、格子砖顶部温度、尾部烟气温度超出设定值时，热风炉换炉；热风炉燃用煤气采用全烧高炉煤气，具体包括以下步骤：(1)煤气流量、煤气压力、煤气温度，助燃空气流量、助燃空气压力、助燃空气温度，烟气流量、尾部烟气温度等参数检测，-->(2)燃烧时间、炉顶最高温度、格子砖顶部温度、废气排烟温度设定，①燃烧时间为40～110min；②炉顶最高温度为1400～1450℃；③格子砖顶部温度为1250～1350℃；④尾部烟气温度为200～400℃；(3)格子砖蓄热量、温升率和理论风温等参数的计算，①格子砖蓄热量计算，Qz=∫0τdCzdMzdTz/dτ]]>式中：Qz-格子砖蓄热量，kJ，Cz-格子砖热容，kJ/(kg.℃)；Mz-格子砖质量，kg；Tz-格子砖温度，℃；τ-时间，s；②格子砖温升率计算，dS=dTzdτ]]>式中：S-温升率，℃/s；③理论风温计算，Tf=Vg(Qdw+CgTg+kCaTa)-QsCfVf]]>式中：Qdw-煤气的低发热值，kJ/m3；Cg-煤气热容，kJ/(m3.℃)；Vg-高炉煤气体积流量，m3/s；Tg-煤气预热温度，℃；Ca-助燃空气热容，kJ/(m3.℃)；Va-助燃空气体积，m3；Ta-助燃空气预热温度，℃；Cf-热风热容，kJ/(m3.℃)；Vf-热风体积流量，m3/s；Tf-理论风温，℃；k-空燃比，0.6～0.7；Qs-热风炉热损失，kJ；(4)根据格子砖温升率估算燃烧时间或根据换炉时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热风炉定风温控制系统，包括热风炉（２）、煤气管道（１１）、助燃空气管道（９）、冷风管道（２１）、热风管道（６）、烟道（２０）、数据采集器（１）和计算机（２６），其特征在于：控制过程包括流体参数和阀位信号检测、数据采集、数据传输、数据对比、数据修正和控制调节过程，包含以下步骤：　　①根据燃烧期检测的煤气参数、助燃空气参数、烟气参数计算格子砖蓄热量、温升率和理论风温，其中参数包括温度、压力和流量；　　②根据送风期检测的实际出口风温与设定风温进行比较，修正超出设定范围的理论风温的计算，调整燃烧期的煤气参数、助燃空气参数、烟气参数；　　③根据检测的炉顶温度、格子砖温度和排烟温度分别与设定的最高值比较，超过设定的炉顶温度、格子砖温度和排烟温度最高值，控制热风炉换向；　　④根据送风期检测的冷风参数和热风参数，计算温降率、送风量和送风时间，根据设定风温调整冷风流量、热风流量；　　⑤采用交叉半并联模式控制热风炉组换炉。

【技术特征摘要】
1.一种热风炉定风温控制系统，包括热风炉(2)、煤气管道(11)、助燃空气管道(9)、冷风管道(21)、热风管道(6)、烟道(20)、数据采集器(1)和计算机(26)，其特征在于：控制过程包括流体参数和阀位信号检测、数据采集、数据传输、数据对比、数据修正和控制调节过程，包含以下步骤：①根据燃烧期检测的煤气参数、助燃空气参数、烟气参数计算格子砖蓄热量、温升率和理论风温，其中参数包括温度、压力和流量；②根据送风期检测的实际出口风温与设定风温进行比较，修正超出设定范围的理论风温的计算，调整燃烧期的煤气参数、助燃空气参数、烟气参数；③根据检测的炉顶温度、格子砖温度和排烟温度分别与设定的最高值比较，超过设定的炉顶温度、格子砖温度和排烟温度最高值，控制热风炉换向；④根据送风期检测的冷风参数和热风参数，计算温降率、送风量和送风时间，根据设定风温调整冷风流量、热风流量；⑤采用交叉半并联模式控制热风炉组换炉。2.根据权利要求1所述的热风炉定风温控制系统，其特征在于，煤气管道(11)安装煤气参数检测元件(12)和煤气调节阀(10)，助燃空气管道(9)安装助燃空气参数检测元件(7)和助燃空气调节阀(8)，冷风管道(21)安装冷风参数检测元件(22)和冷风调节阀(31)，烟道(20)安装烟气参数检测元件(19)和烟道调节阀(18)，热风管道(6)安装热风参数检测元件(5)和热风调节阀(4)，热风炉(2)炉顶安装炉顶红外测温装置(23)和格子砖(15)顶部安装格子砖顶部红外测温装置(25)，格子砖(15)底部安装热电偶测温装置(28)，热风炉(2)炉体表面安装表面无线测温装置(27)；其中，煤气参数检测元件(12)、助燃空气参数检测元件(7)、冷风参数检测元件(22)、烟气参数检测元件(19)、热风参数检测元件(5)包括流量、压力和温度传感器；煤气参数检测元件(12)、煤气调节阀(10)、助燃空气参数检测元件(7)、助燃空气调节阀(8)、冷风参数检测元件(22)、冷风调节阀(31)、烟气参数检测元件(19)、烟道调节阀(18)、热风参数检测元件(5)、热风调节阀(4)、炉顶红外测温装置(23)、格子砖顶部红外测温装置(25)、热电偶测温装置(28)、表面无线测温装置(27)通过有线或无线数据传送线(24)与数据采集器(1)相连，数据采集器(1)汇总检测信号传送计算机(26)。3.根据权利要求1所述的热风炉定风温控制系统，其特征在于，在步骤①、步骤②、步骤③燃烧期内，由煤气参数检测元件(12)、助燃空气参数检测元件(7)、烟气参数检测元件(19)检测的流量、温度、压力和由炉顶红外测温装置(23)、格子砖顶部红外测温装置(25)、热电偶测温装置(28)、表面无线测温装置(27)检测的炉顶温度、格子砖温度和炉体表面温度，经计算机(26)在线软件计算出格子砖蓄热量、温升率和理论风温，并采用实际出口风温进行修正，通过修正计算风温与设定风温进行对比，对超出设定风温范围的修正计算风温，通过计算机(26)调整煤气调节阀(10)开度和助燃空气调节阀(8)开度和煤气温度和助燃空气预热温度，实现煤气流量、煤气温度和助燃空气流量、助燃空气温度的调整；检测的流量、压力和温度参数变化时，应用风温恒定原则，对应调节各检测参数；当燃烧时间、炉顶最高温度、格子砖顶部温度、尾部烟气温度超出设定值时，热风炉换炉；热风炉采用全烧高炉煤气，具体包括以下步骤：(1)煤气流量、煤气压力、煤气温度，助燃空气流量、助燃空气压力、助燃空气温度，烟气流量、尾部烟气温度参数检测，(2)燃烧时间、炉顶最高温度、格子砖顶部温度、废气排烟温度设定，①燃烧时间为40～110min；②炉顶最高温度为1400～1450℃；③格子砖顶部温度为1250～1350℃；④尾部烟气温度为200～400℃；(3)格子砖蓄热量、温升率和理论风温参数的计算，①格子砖蓄热量计算，Qz=∫0τdCzdMzdTz/dτ]]>式中：Qz-格子砖蓄热量，kJ，Cz-格子砖热容，kJ/(kg.℃)；Mz-格子砖质量，kg；Tz-格子砖温度，℃；τ-时间，s；②格子砖温升率计算，d...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠军，万雷，蔡景春，贾文利，贾军民，
申请(专利权)人：首钢总公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]