津西股份煉鐵廠3# 高爐智能燃燒系統(tǒng)應(yīng)用

王德春

（河北津西鋼鐵集團(tuán)股份有限公司煉鋼一廠，河北 津西063000）

1 概述

河北津西鋼鐵煉鐵廠高爐熱風(fēng)爐為人工控制燒爐，風(fēng)溫低，煤氣消耗大，為實(shí)現(xiàn)高爐熱風(fēng)爐智能控制燃燒，提高風(fēng)溫、降低燃耗，我公司引進(jìn)丹東屹欣科技有限公司生產(chǎn)的高爐熱風(fēng)爐智能控制燃燒系統(tǒng)，對(duì)3# 高爐熱風(fēng)爐進(jìn)行試用。

2 智能燒爐系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成屹欣高爐熱風(fēng)爐智能燃燒系統(tǒng)包括二個(gè)部分：基礎(chǔ)自動(dòng)化和自動(dòng)燒爐過(guò)程自動(dòng)化，是一個(gè)典型的二級(jí)自動(dòng)化架構(gòu)。

基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)之間采用了西門子標(biāo)準(zhǔn)的MPI 連接方式，進(jìn)行測(cè)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。基礎(chǔ)自動(dòng)化部分主設(shè)備采用西門子的S7－300PLC，軟件采用Step－7 V5.4編程，其可靠性高，易維護(hù)；過(guò)程自動(dòng)化部分采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，軟件采用西門子軟件WinCC6.2 進(jìn)行組態(tài)編程。其控制軟件是在通用監(jiān)控組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上，采用專為熱風(fēng)爐智能燃燒而開發(fā)的專用軟件。其豐富的算法功能可任意控制數(shù)據(jù)流，能按照用戶的要求，隨意地構(gòu)造控制方案，滿足用戶對(duì)最復(fù)雜控制方案的控制算法的要求。

2.2 工作原理

屹欣高爐熱風(fēng)爐智能燃燒系統(tǒng)，以靈敏度極高的拱頂設(shè)定溫度為目標(biāo)值，采用熱風(fēng)爐燃燒過(guò)程數(shù)學(xué)模型，結(jié)合人工模糊、專家系統(tǒng)等現(xiàn)代控制理論和經(jīng)典控制理論，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐燃燒智能控制，能自動(dòng)控制煤氣調(diào)節(jié)閥及空氣調(diào)節(jié)閥，使供熱風(fēng)爐燃燒的煤氣流量和空氣流量大部分時(shí)間都處于最佳配比狀態(tài)，使熱風(fēng)爐不論在強(qiáng)化燃燒期或蓄熱燃燒期都能保證大部分時(shí)間都處于最佳配比燃燒狀態(tài)，保證了高爐要求的送風(fēng)溫度，提高了高爐的生產(chǎn)效率。

3 系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

3.1 全自動(dòng)的燒爐控制策略，整個(gè)燒爐過(guò)程自動(dòng)完成。

3.2 實(shí)現(xiàn)了熱風(fēng)爐的燒爐過(guò)程的自動(dòng)控制，分階段自動(dòng)調(diào)整熱風(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盡量處于最佳配比狀態(tài)。

3.3 可使熱風(fēng)爐不論在強(qiáng)化燃燒期或蓄熱燃燒期都能保證80%以上時(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。

3.4 可確保熱風(fēng)爐提供給高爐的送風(fēng)溫度達(dá)到高爐生產(chǎn)的要求，提高高爐的生產(chǎn)效率，降低能耗，增加經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 可節(jié)約高爐煤氣消耗量，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。

3.6 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。

3.7 能夠與原控制系統(tǒng)做到無(wú)擾動(dòng)切換、互為備用；安裝調(diào)試階段，不影響正常生產(chǎn)。

4 系統(tǒng)配置

4.1 系統(tǒng)配置的內(nèi)容和范圍

4.1.1 自動(dòng)燒爐控制系統(tǒng)：主要包括上位機(jī)、顯示器、PLC 柜（含PLC）和系統(tǒng)平臺(tái)軟件等硬件設(shè)備以及自動(dòng)燒爐控制和過(guò)程控制的軟件。

4.1.2 控制功能：完成燒爐的自動(dòng)控制及過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)、報(bào)警及調(diào)節(jié)回路的連續(xù)控制和邏輯控制，對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史趨勢(shì)記錄等。

4.1.3 高爐熱風(fēng)爐智能燃燒系統(tǒng)：對(duì)熱風(fēng)爐各支管煤氣、助燃空氣流量的自動(dòng)控制及調(diào)節(jié)，熱風(fēng)爐操作方式的轉(zhuǎn)換控制等。

4.1.4 熱風(fēng)爐燒爐畫面以及相關(guān)溫度、壓力及流量的顯示、報(bào)警、記錄。

4.2 系統(tǒng)說(shuō)明及PLC 模塊簡(jiǎn)介

4.2.1 系統(tǒng)配置說(shuō)明：

系統(tǒng)操作配置一臺(tái)工控機(jī)為操作站作為人機(jī)界面運(yùn)行控制。通過(guò)鍵盤和鼠標(biāo)操作，主要完成以下功能：

1）輸入熱風(fēng)爐自動(dòng)燒爐要求的工藝參數(shù)設(shè)定值

2）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)燒爐畫面及流程顯示

3）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)燒爐和手動(dòng)燒爐的切換

4）人機(jī)對(duì)話管理

5）歷史數(shù)據(jù)查詢

6）報(bào)警

4.2.2 系統(tǒng)日常操作：

操作工在每個(gè)熱風(fēng)爐開始燒爐時(shí)，在系統(tǒng)的監(jiān)控操作畫面上，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下該熱風(fēng)爐操作畫面的"自動(dòng)燒爐"按鍵，即開始自動(dòng)燒爐，直至送風(fēng)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊"停燒"即完成整個(gè)燒爐控制，整個(gè)操作控制界面非常友好，易于掌握。

由于原PLC 系統(tǒng)作為后備操作，閥位控制采用轉(zhuǎn)換開關(guān)送來(lái)，當(dāng)系統(tǒng)投入" 自動(dòng)燒爐"時(shí)，不影響原系統(tǒng)。而當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)切回原系統(tǒng)的信號(hào)連接，則與原系統(tǒng)的模式完全一樣，因此，兩系統(tǒng)是互為備用，同時(shí)監(jiān)控。

5 實(shí)施的具體內(nèi)容

津西煉鐵廠將智能控制燃燒系統(tǒng)所需的熱風(fēng)爐煤氣、空氣流量、溫度、壓力、閥位反饋信號(hào)、閥位控制等信號(hào)提供給智能控制燃燒系統(tǒng)，在屹欣智能燃燒系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)學(xué)模型處理，在人機(jī)交互界面中，以數(shù)值、曲線及動(dòng)畫等形式顯示熱風(fēng)爐的各項(xiàng)工藝參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)；輸入熱風(fēng)爐燃燒的工藝參數(shù)設(shè)定值，主要包括拱頂溫度、起始空燃比等參數(shù)設(shè)定；選擇熱風(fēng)爐燃燒控制的工作方式。通過(guò)熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)進(jìn)行處理后，輸出煤氣支管調(diào)節(jié)閥開度給定；空氣支管調(diào)節(jié)閥開度給定，煤氣總管壓力開度給定等控制信號(hào)，精確控制閥門的開度，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。

6 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

6.1 在原有基礎(chǔ)上提高風(fēng)溫10℃；

6.2 克服煤氣壓力波動(dòng)的時(shí)間≤25 秒；

6.3 快速燒拱頂時(shí)間約20 分鐘之內(nèi)；

6.4 系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單界面友好。

7 應(yīng)用效果分析

7.1 數(shù)據(jù)對(duì)比

煉鐵一廠3# 高爐熱風(fēng)爐智能控制燃燒系統(tǒng)于2012 年3 月1 日正式投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)近一個(gè)月時(shí)間的數(shù)據(jù)跟蹤統(tǒng)計(jì)，該系統(tǒng)實(shí)施后，提高了熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度，節(jié)約了煤氣消耗，具體情況對(duì)比如下：

2 月7 日-2 月29 日：3# 高爐熱風(fēng)爐平均風(fēng)溫：1190.3℃

平均日用氣量：119.4692 萬(wàn)m3

3 月1 日-4 月1 日：3# 高爐熱風(fēng)爐平均風(fēng)溫：1205.6℃

平均日用氣量：115.3009 萬(wàn)m3

每天平均風(fēng)溫提高：1205.6 -1190.3 =15.3℃

每天平均節(jié)約煤氣量：119.4692 -115.3009=4.1683 萬(wàn)m3，約節(jié)約3.48%

7.2 效益分析7.2.1 降低焦比

系統(tǒng)投入使用后，日平均風(fēng)溫提高了15.3℃，按理論計(jì)算（風(fēng)溫提高100℃，噸鐵降低焦比13Kg），噸鐵可降焦比1.98Kg，按照每噸焦炭0.2 萬(wàn)元，日產(chǎn)生鐵1700 噸，全年350天計(jì)算，每年可增效：

1.98 Kg÷1000 Kg×1700 噸×0.2 萬(wàn)元×350天=235.62 萬(wàn)元。

7.2.2 節(jié)約煤氣

智能燒爐系統(tǒng)能夠精確配比空燃比，合理調(diào)整閥門開度，使熱風(fēng)爐的燃燒效率顯著提高，按日平均節(jié)約煤氣用量3.48%計(jì)算，即每天節(jié)約4.1683 萬(wàn)m3，每4m?煤氣發(fā)一度電計(jì)算，則每天可發(fā)電10420.75 度，每度電0.53 元，年可增效：10420.75 度/天×0.53 元×350 天÷10000 元=193.3 萬(wàn)元。

全年綜合創(chuàng)效：235.62＋193.3=428.92 萬(wàn)元

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)3# 高爐熱風(fēng)爐智能控制燃燒系統(tǒng)投入運(yùn)行后數(shù)據(jù)分析，已實(shí)現(xiàn)了燃燒過(guò)程的智能控制，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定，日平均風(fēng)溫提高了15.3℃，日節(jié)約煤氣4.1683萬(wàn)m3，年綜合創(chuàng)效約為428.92 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯，經(jīng)公司研究決定，盡快推進(jìn)其它高爐熱風(fēng)爐該技術(shù)的引進(jìn)。

[1]林慶霖，翁春水.2010 年全國(guó)煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會(huì)議暨煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)文集（上）[A].天碩熱風(fēng)爐自動(dòng)優(yōu)化燒爐專家系統(tǒng)[C].2009

[2]孫進(jìn)生;劉利平.高爐熱風(fēng)爐燃燒CBR 智能控制系[J].大連民族學(xué)院學(xué)報(bào)，2008