热风炉控制系统设计研究

曹元鹏

(莱芜钢铁集团设备检修中心山东莱芜271100)

摘要：众所周知，热风炉是我国高炉炼铁工艺中必不可少的设备之一，对生产和节能两方面都有着不可小觑的意义。热风炉的控制系统能够有效控制炉内燃烧，保证高炉炼铁所需要的风温和燃烧效率，对热风炉自动控制系统进行分析，找出研究设计中存在的问题迫在眉睫。

关键词：高炉炼铁；热风炉；控制系统；自动；效率

引言

分析了热风炉的特点，阐述了对热风炉控制系统进行虚拟设计的意义，指出优化我国的高炉炼铁工艺流程，对热风炉研究具备很重要的现实意义。

1热风炉的特点分析

1）节约能耗，保护环境。高炉炼铁工艺中的热风炉设备是整个炼铁过程中十分重要的“角色”之一，光是热风炉自己消耗掉的能耗就占整个高炉炼铁流程的百分之十左右，这对于炼铁工业来说是很大的一部分消耗，因此，热风炉的节能环保对整个工艺来说具有很大的现实意义。2）使用寿命长。现阶段，国内大多数高炉炼铁使用的都是高温蓄热性热风炉，这种类型的热风炉在加热、燃烧的时间与燃料的控制上相比之下都比较科学合理，其材质的选择也偏于实际，热风炉的操作手段、拱顶温度、烘炉、冷炉以及维修护理方法等因素都是极具实用性的，工作人员在设计热风炉之初是必须将使用寿命的长短因素考虑进去的。3）热风输送的高效性。保持送风的高效率能够为高炉炼铁提供不间断的稳定高温风，保证炼铁过程的顺利和连续。送风的高效性能够在一定程度上借助减少送风时间、增加送风量等方法来实现。

2热风炉控制系统设计中存在的问题

热风炉控制系统在设计上的缺陷。现阶段，我国炼铁工业中的热风炉控制系统普遍上都是通过编程控制系统与过程控制系统二者的结合，来达到最终想要的控制效果。但是，不论是从理论上还是从实践上来说，编程控制系统和过程控制系统都是两种各有自己的运作形式和运作特点的独立的系统体系，若要将二者在同一个工作过程中变得融合统一起来，不得不耗费精力提前将两大系统的各方面数据都设置完好，对两大系统所需的各种软件进行配套设置，甚至还要重新编程，这一过程浪费了极大的物力财力，是热风炉控制系统在设计上的根本缺陷。热风炉控制系统对燃烧控制的缺陷。热风炉控制系统对燃烧进程的控制主要体现在对燃烧相关数据的计算，即根据煤气流量和燃烧的空气量建立起数学模型，使每一次燃烧都按照数学模型中的数据来分配，以达到最好的燃烧效果，获取最高的经济效益。但是，从实际上来说，热风炉控制系统所监测的是整个高炉内燃料燃烧的过程，而这个过程充满着各式各样的变量，导致整个过程充满着不稳定性，因此，数学模型无法随时随地满足变量产生的变化，不能以最终测量出来的数据作为以后燃烧用量的标准，除此以外，对于使用三眼燃烧器的热风炉控制系统来说，高炉煤气与焦炉煤气的分别送入要求必须对其分别进行即时监测，这就更加否定了数学模型的作用。

3热风炉控制系统设计要点

3.1热风炉智能控制系统之燃烧控制

热风炉燃烧主要使用的材料为高炉煤气,助燃空气通过集中性方式进行送风操作,再经换热器进行预热准备;煤气的使用量和助燃空气的使用量都是由各自的调节阀控制的。热风炉燃烧控制主要通过调节煤气和助燃空气流量以及两者之间的比值来实现。要想达到燃烧的智能控制,需要的条件有:热风炉拱顶的温度、高炉煤气支管流量、助燃空气支管流量、助燃空气支管调节阀、热风炉废气温度、高煤气支管调节阀等。燃烧控制程序要根据实际情况进行,在实现煤气、空气支管流量的单独手动、自动调节控制时,还要对废气温度、拱顶温度同空燃比串级进行智能控制,这样做才能提供稳定的热风温度,从而达到高效率、低耗能的效果。当废气的温度小于或等于设定值时,空气、煤气能够进行自动、手动、串级操作,在煤气串级状态下,煤气调节的输出量不变;在热风炉燃烧初级阶段,煤气流量根据设定值进行调节。依据设定的空燃比,再根据煤气设定值计算出所需要的空气量,然后调节助燃空气量。当废气温度大于或等于设定值并且拱顶温度小于等于设定值时,煤气流量用预先设置的经验值,根据这些进行智能化控制调节;空气串级状态是废气温度的管理期,根据预先设定的降低率来减少煤气量,选用恰当的空燃比来减少空气量,达到减慢废气温度上升的速度的目的。当废气温度大于设定值并且拱顶温度大于设定值时,废气会自动转为自动状态。若空气选择串级状态,空气设定值计算为:废气调节单元输出经运算单元转换为对应煤气量然后乘以合适的空燃比。这个时候是废气温度和拱顶温度的管理期,所以要依次减少空气流量、煤气流量,防止废气和拱顶温度超出最大限度情况的发生。

3.2混风温度控制

要保证送风过程中温度的稳定，尽量使风的温度处于1000度上下，防止出现温度偏差过大的现象，以防高炉内的温度受到影响。手动回路的设置上，要从大的开度入手，尽可能多的输入大量冷空气，当温度达到一定程度时，可转换为PID自动温度调节模式。送风时，第一座热风炉完成送风任务后，会受到冷空气的影响，这时要及时在第一座热风炉开始燃烧进程让第二座热风炉负责风的运输，以保证混风在温度稳定的情况下不间断输送。

3.3热风炉虚拟器设计

由于VB语言是世界范围内使用最普遍的计算机语言，它具备的多种特点能够满足热风炉模拟器设计的要求，因此，我们采用VB语言作为基础，创建热风炉的虚拟机程序。数据库应用环节采用的数据访问技术，也可以由VB来提供，ADO作为一个专为微软的数据访问接口，能够为模拟器的建立提供强大的数据访问接口，用它来实行数据访问，可以给热风炉控制系统模拟器打开强大的数据库。

3.4热风炉智能控制相关软件的设计

对于热风炉智能控制相关软件的设计，主要是针对燃烧、风温以及换炉电气三大环节进行软件设计，采用CFC编辑程序就能够实现各个参数的分配以及功能块的相连。在结构设计上，将软件结构分成不同的层次级别，主控制层掌管几座主要的热风炉，次控制层掌管单炉热风炉，最后一层则负责热风炉阀门的控制工作。

3.5热风炉控制系统的硬件开发

PLC作为强大的控制系统在热风炉控制系统的研发过程中也发挥了不小的作用。在设计的过程中，设计人员必须充分结合国内外的相关资料和实例，深入作业现场考察勘探，考虑各种开关量的控制，保证热风炉PLC的模型能够适应控制系统整体，要以控制系统的安全可靠性为首，采用系统集成的方法，在保证经济效益的前提下将效用集中化。在总控制系统的结构设计上，以内燃式热风炉为模拟设备，将控制总体结构分成现场设备、基础和控制三个级别的结构开展设计。

结语

高炉项目中热风炉系统的设计与运用,创造了完全智能控制的运行模式。热风炉作为高炉项目的重要组成部分,燃烧控制好坏与否直接关系着风温的高低。在此次系统的运行中,依靠自动化半智能控制方式,热风炉周期缩短近1个小时,风温提高60℃,效率提高了70%,高炉煤气量也得到了节省,节省量达到了50%。总而言之,该系统不仅保证了设备的运作安全,还满足了低能耗、高效率的安全生产需求,为日后的高炉项目提供了可供借鉴的生成模式。

参考文献:

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