吳劍雯 周文華 周本勝

摘 要：熱風(fēng)爐操作的智能燃燒系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制具有提高風(fēng)溫，節(jié)約煤氣，熱風(fēng)爐壽命長(zhǎng)、減排低碳環(huán)保和操作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)試驗(yàn)表明：通常情況下，采用智能控制燃燒系統(tǒng)可提高風(fēng)溫10℃以上，節(jié)約煤氣2.6-5.0%。

關(guān)鍵詞：燃燒控制；自動(dòng)化；熱風(fēng)爐

引言

鋼鐵工業(yè)是國(guó)家最重要的材料和基礎(chǔ)工業(yè)，擔(dān)負(fù)著國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和國(guó)防安全所需鋼鐵材料的生產(chǎn)重任。隨著當(dāng)前鐵礦石和焦炭?jī)r(jià)格的飆升，煉鐵原燃料消耗所占煉鐵制造成本大幅度地增長(zhǎng)，高爐熱風(fēng)溫度和噴煤工序的降耗作用愈加突顯。提高熱風(fēng)溫度和節(jié)約煤氣資源實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)不再是工藝技術(shù)的“細(xì)節(jié)”問(wèn)題，已轉(zhuǎn)化成為提升鋼鐵企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的主角。為了應(yīng)對(duì)煉鐵工序高成本的壓力和進(jìn)一步研究探討未來(lái)我國(guó)煉鐵工作的發(fā)展方向，全國(guó)煉鐵企業(yè)關(guān)注節(jié)能減排新工藝、新技術(shù)，并實(shí)際應(yīng)用于降低成本、降低工序能耗和環(huán)境友好，實(shí)現(xiàn)我國(guó)煉鐵生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。

丹東屹欣高爐熱風(fēng)爐智能控制燃燒系統(tǒng)目的在于實(shí)現(xiàn)鋼廠煉鐵高爐熱風(fēng)爐提高風(fēng)溫、縮短燒爐有效時(shí)間，平穩(wěn)燒爐過(guò)程溫度的高低波動(dòng)、節(jié)約燃?xì)?、減少殘氧排放量以實(shí)現(xiàn)低碳生產(chǎn)、延長(zhǎng)熱風(fēng)爐的使用壽命、減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度等功能及指標(biāo)。旨在對(duì)現(xiàn)有鋼廠的高爐熱風(fēng)爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行控制技術(shù)優(yōu)化并提升企業(yè)設(shè)備的技術(shù)功能和操作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，已成為降低成本和增加經(jīng)濟(jì)效益的深受歡迎的項(xiàng)目之一。該技術(shù)已成功的運(yùn)用在國(guó)內(nèi)諸多鋼鐵企業(yè)中。

1 高爐熱風(fēng)爐智能控制燃燒系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)與特點(diǎn)

高爐熱風(fēng)爐智能控制燃燒系統(tǒng)技術(shù)是改造現(xiàn)有高爐熱風(fēng)爐的燒爐方式，采用外加一套智能控制燃燒系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)燒爐過(guò)程的自動(dòng)化。從而達(dá)到提高風(fēng)溫、節(jié)約煤氣以及自動(dòng)燒爐的目的。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及技術(shù)方法

高爐熱風(fēng)爐智能控制燃燒系統(tǒng)包括測(cè)量單元、調(diào)節(jié)單元和執(zhí)行單元三個(gè)部分。測(cè)量單元和執(zhí)行單元即為現(xiàn)場(chǎng)儀表和模擬量輸出調(diào)節(jié)控制的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器。調(diào)節(jié)單元指本系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊技術(shù)和遺傳算法三大信息科技有機(jī)的集合起來(lái)。本系統(tǒng)硬件的高可靠性和軟件的靈活性相結(jié)合，再在分析上控制對(duì)象的基礎(chǔ)上采用智能協(xié)調(diào)解耦控制方案實(shí)現(xiàn)了模糊規(guī)則的在線修改和隸屬函數(shù)的自動(dòng)更新，使模糊控制具有自學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，在控制上保證了系統(tǒng)穩(wěn)定的工作在工藝要求范圍內(nèi)。

1.2 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

1.2.1 實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐燃燒過(guò)程的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)分階段自動(dòng)調(diào)節(jié)熱風(fēng)爐燃燒的空燃比，使熱風(fēng)爐燃燒的煤氣流量和空氣流量均盡量處于最佳配比狀態(tài)，整個(gè)燃燒過(guò)程自動(dòng)完成。

1.2.2 能夠根據(jù)外網(wǎng)煤氣壓力波動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制方案。

1.2.3 可使熱風(fēng)爐無(wú)論在快速加熱期還是在保溫期都能保證大部分時(shí)間處于最佳配比狀態(tài)，穩(wěn)定拱頂溫度，延長(zhǎng)熱風(fēng)爐的使用壽命。

1.2.4 可協(xié)助熱風(fēng)爐所提供給高爐的熱風(fēng)溫度達(dá)到高爐生產(chǎn)的要求，提高高爐產(chǎn)量，減少原材料浪費(fèi)，增加經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.5 可節(jié)約高爐煤氣的消耗量，降低煉鐵工序的能耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.2.6 能大大地降低對(duì)熱風(fēng)爐操作工人燒爐的技術(shù)要求，減輕其勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果及經(jīng)濟(jì)效益分析

2.1 項(xiàng)目應(yīng)用及其效果

到目前為止，以應(yīng)用于大小高爐熱風(fēng)爐130余座，軋鋼加熱爐數(shù)座。凡采用智能控制燃燒系統(tǒng)的鋼鐵廠高爐熱風(fēng)爐在提高風(fēng)溫、節(jié)約煤氣方面效果十分顯著，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

在維持原有生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)值不變的情況下，即日產(chǎn)量不變的基礎(chǔ)上，采用智能控制燃燒系統(tǒng)比原有手動(dòng)調(diào)控?zé)隣t的生產(chǎn)方式，可達(dá)到提高風(fēng)溫，節(jié)約煤氣，熱風(fēng)爐壽命長(zhǎng)、減排低碳環(huán)保和操作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

2.2.1 計(jì)算依據(jù)

某高爐為1360m3高爐，三座熱風(fēng)爐。項(xiàng)目實(shí)施后，由于燒爐采用智能控制燃燒，能在現(xiàn)有燃燒條件基礎(chǔ)上，將平均風(fēng)溫提高10℃。按提高100℃風(fēng)溫噸鐵節(jié)約焦炭15kg/t，則提高10℃風(fēng)溫噸鐵可降低焦比1.5kg/t，按照每噸焦炭平均價(jià)格1500元/t、日生產(chǎn)鐵3500t/d、全年工作355d計(jì)算。

熱風(fēng)爐每小時(shí)煤氣使用量約為12萬(wàn)m3，如果采用自動(dòng)燒爐的方式生產(chǎn)，煤氣節(jié)約量約為2～5%，取下限值2%，即小時(shí)節(jié)約量為2400m3。按日兩座爐燃燒時(shí)間22h，按1m3煤氣0.09元計(jì)算。

2.2.2 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

（1）降低焦比：該高爐每年節(jié)焦可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為：

1.5×3500×1500÷1000×355=279.56萬(wàn)元

（2）節(jié)約煤氣：此項(xiàng)目投產(chǎn)后一年可以節(jié)省的煤氣量為2.0%，即2400Nm3/h。每年可節(jié)省煤氣的經(jīng)濟(jì)效益：

2400×22×355×0.09=168.70萬(wàn)元

即年總收益：448.25萬(wàn)元。

2.2.3 社會(huì)效益

熱風(fēng)爐為全天候24小時(shí)工作制，因此熱風(fēng)爐操作工需長(zhǎng)時(shí)間面對(duì)操作站的顯示屏，而操作最頻繁的就是熱風(fēng)爐的燃燒過(guò)程控制。采用智能控制燃燒系統(tǒng)降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)一致性，實(shí)現(xiàn)低碳清潔生產(chǎn)。熱風(fēng)爐燒爐的基本是“三勤一快”，其中最需要操作工“勤調(diào)節(jié)”。但是，即使是非常勤勞而且經(jīng)驗(yàn)豐富的操作工在長(zhǎng)時(shí)間面對(duì)電腦的情況下也會(huì)疲勞，那么就有可能影響燒爐的效果。而經(jīng)驗(yàn)不足的操作工更是有可能因?yàn)榕袛嗍д`或者其他因素影響而導(dǎo)致燒爐效果不理想。而自動(dòng)燒爐系統(tǒng)的投入則可以大大降低操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，而且對(duì)新人學(xué)習(xí)燒爐可以起指導(dǎo)作用。自動(dòng)燒爐系統(tǒng)投入使用后，工人可以減少調(diào)節(jié)的操作，而將精力集中到對(duì)燃燒過(guò)程的監(jiān)控中。

同時(shí)，由于可以節(jié)約煤氣的使用量，自然就減少了煤氣的浪費(fèi)，則污染性廢氣排放量也隨之減少，這與環(huán)保節(jié)能生產(chǎn)目標(biāo)也相吻合，有利于實(shí)現(xiàn)低碳清潔生產(chǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）智能控制燃燒就是利用機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)等組合的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證熱風(fēng)爐在燃燒的過(guò)程中達(dá)到空氣、煤氣配合比時(shí)刻處于最佳；爐頂溫度在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最高值；廢氣中氧氣含量適中，一氧化碳量為零。使熱風(fēng)爐燃燒更加合理，即在最大限度地節(jié)約燃料的前提下，充分發(fā)揮熱風(fēng)爐的蓄熱能力，提供最高的風(fēng)溫，使燃燒控制更科學(xué)、可靠、省力又不受條件限制，是今后的發(fā)展方向。

（2）屹欣高爐熱風(fēng)爐智能控制燃燒系統(tǒng)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，符合國(guó)家大力扶持高科技產(chǎn)業(yè)的政策。系統(tǒng)投放市場(chǎng)，將受到廣大用戶的歡迎，可使國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)受益，為國(guó)家節(jié)省大量能源，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)情節(jié)地毯生產(chǎn)，并減少環(huán)境污染。

（3）工業(yè)試驗(yàn)表明：通常情況下，采用智能控制燃燒系統(tǒng)可提高風(fēng)溫10℃以上，節(jié)約煤氣2.6-5.0%。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：吳劍雯（1986-），女，山東省海洋市，丹東屹欣科技有限公司，助理工程師，大學(xué)本科，工學(xué)學(xué)士，主要研究工藝自動(dòng)控制。