模糊控制在高爐爐溫控制中的應(yīng)用

王文雙

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243003)

1 前言

高爐主要是鋼鐵冶煉的設(shè)備，而其中的熱風(fēng)爐主要是為高爐提供熱風(fēng)的燃燒設(shè)備。熱風(fēng)爐主要就是燃燒并送風(fēng)給高爐。在熱風(fēng)爐燃燒階段，高爐的燃燒氣體在熱風(fēng)爐內(nèi)燃燒，并產(chǎn)生熱氣，熱氣在經(jīng)過蓄熱室的時(shí)候?qū)π顭崾业男顭岽u加熱，使之溫度升高并至某一臨界值;在送風(fēng)的過程中，蓄熱室在將冷風(fēng)加熱后將之輸送到高爐，降低高爐的能耗。由于熱風(fēng)爐在燃燒過程中需要消耗巨大的能量，因此控制熱風(fēng)爐的燃燒狀況對(duì)于高爐爐溫的控制是至關(guān)重要的。但是在目前的發(fā)展?fàn)顩r表明，國內(nèi)的控制技術(shù)相對(duì)落后，部分廠家的技術(shù)仍舊停留在手動(dòng)控制，依靠操作工人的經(jīng)驗(yàn)來改變煤氣和空氣的比例控制熱風(fēng)爐的燃燒。但由于控制的復(fù)雜性，很難最優(yōu)化控制煤氣和空氣的比例，因此浪費(fèi)了資源，影響冶煉的效率和質(zhì)量。

因此，熱風(fēng)爐爐溫控制的研究越來越受到重視:如何控制熱風(fēng)爐的燃燒過程，并能使熱風(fēng)爐保持熱量，保證高爐送風(fēng)的時(shí)間長度和溫度，保證熱風(fēng)爐的溫度，并能減少資源損耗，提高燃燒效率。

在熱風(fēng)爐的控制方面，傳統(tǒng)的控制都是建立在明確的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上。但是熱風(fēng)爐溫控系統(tǒng)具有非線性，時(shí)變性，較大滯后性的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制方法對(duì)于高爐爐溫控制系統(tǒng)無法做出有效的調(diào)整，很難適應(yīng)熱風(fēng)爐溫度的控制這樣復(fù)雜的控制對(duì)象。因此控制效果一直不甚理想。而在目前的控制方法中，模糊控制在爐溫控制中最受研究者的重視。

2 高爐燃燒過程分析

一般高爐的燃燒過程中，所用燃料品類，質(zhì)量和送風(fēng)量，以及壓力等各類因素都會(huì)影響高爐燃燒的狀況，從而影響高爐爐溫。

熱風(fēng)爐是高爐的附屬設(shè)備，通過給高爐供給熱風(fēng)來達(dá)到功能。我們要控制高爐的爐溫，很大程度上依賴于熱風(fēng)爐燃燒的效率，因此對(duì)熱風(fēng)爐的燃燒進(jìn)行控制是很有必要的，并提高熱風(fēng)爐的送風(fēng)效率。

現(xiàn)在模糊控制的策略在于通過在安裝傳感器，分析空氣中氧氣的含量。并通過鼓風(fēng)機(jī)線性改變?nèi)硷L(fēng)量，通過氧氣含量來改變?nèi)伙L(fēng)量?，F(xiàn)在熱風(fēng)爐的燃燒過程分為燃燒期與送風(fēng)期，燃燒期就是要以最快的速度燃燒，加熱爐子，使溫度達(dá)到某臨界值。在送風(fēng)階段，要保證送風(fēng)溫度，并要調(diào)節(jié)爐內(nèi)煤氣量與空燃比，保證熱風(fēng)爐內(nèi)溫度，并使高爐溫度得到維持。

2.1 燃燒期溫度控制

根據(jù)以往文章，燃燒期熱風(fēng)爐的中氧氣體積在0.3～0.7%時(shí)熱風(fēng)爐燃燒情況會(huì)很好。因此可以把控制目標(biāo)定為煙氣中氧氣體積為0.5 時(shí)，氧氣含量在0.4～0.6%時(shí)為穩(wěn)態(tài)控制范圍，在這個(gè)范圍不進(jìn)行改變控制。

2.2 送風(fēng)期溫度控制

在保證熱風(fēng)爐爐頂溫度不變的前提下，送風(fēng)期應(yīng)該充分燃燒，得到足夠的煙氣，以保證熱風(fēng)爐的溫度。因此，在送風(fēng)期中，我們需要同時(shí)調(diào)節(jié)煤氣含量和空氣與燃?xì)獾谋壤?。調(diào)節(jié)空氣和燃?xì)獾谋壤?，我們同樣采取上述控制方法，?.1%的氧氣含量為控制指標(biāo)，穩(wěn)態(tài)控制范圍為1.7% ～2.5%。后期的話，控制煤氣輸入量需要根據(jù)煙氣溫度上升的誤差和誤差變化作為模糊控制的輸入變量，而輸出控制變量時(shí)煤氣該變量。通過改變煙氣溫度上升速率來改變煤氣流量。當(dāng)煙氣溫度上升速度過快時(shí)，減少煤氣供給;不然則保持不變，當(dāng)升高速度偏低且可能繼續(xù)減少時(shí)，則須根據(jù)實(shí)際情況增大煤氣量，并實(shí)時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)。

在此我們將煙氣溫度定為350℃，則煙氣升溫速度為V=(350-t1)/(t-t2)

上式中t1為送風(fēng)爐爐頂達(dá)到指定溫度時(shí)煙氣溫度;t2 為送風(fēng)爐爐頂達(dá)到指定溫度時(shí)燃燒時(shí)間;t 為燃燒時(shí)間。

熱風(fēng)爐工作的狀況依賴于高爐的工作情況。當(dāng)高爐的工作情況穩(wěn)定后，依據(jù)送風(fēng)溫度和量來計(jì)算出熱風(fēng)爐的工作標(biāo)準(zhǔn)。通過這樣得出其物理模型。這個(gè)過程需要計(jì)算輸入與輸出量來求得。但是，相關(guān)過程的參量很難測量，因此純粹依靠模型很難計(jì)算出最優(yōu)化燃燒條件。我們?yōu)榱说玫阶顑?yōu)化條件，需要修正，修改計(jì)算過程，這就是模糊控制。

模糊控制通過熱風(fēng)爐內(nèi)的溫度情況和改變其操作條件來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，不同公司由于技術(shù)工藝設(shè)備的不同，在實(shí)際的控制方法略有差別，但的策略是一致的。一般的物理模型是根據(jù)高爐的作業(yè)狀況啟動(dòng)控制，并進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)熱風(fēng)爐對(duì)高爐送風(fēng)完畢時(shí)再反饋給熱風(fēng)爐，對(duì)其下一個(gè)周期的燃燒參數(shù)進(jìn)行修正。模糊控制的模型由幾組規(guī)則組成。一是判定熱風(fēng)爐溫度是否能夠保持，然后輸出一個(gè)表示熱風(fēng)爐溫度狀態(tài)的評(píng)定參數(shù)。二是依據(jù)該評(píng)定參數(shù)和方塊磚的溫度計(jì)算得出最佳的燃燒條件。一般來說方塊磚的溫度越低，溫度范圍越能有效利用熱風(fēng)爐內(nèi)的熱氣，從而提高熱風(fēng)爐的加熱效率，穩(wěn)定高爐溫度。

3 結(jié)論

對(duì)于高爐爐溫控制來說，燃燒控制是至關(guān)重要的一環(huán)。本文所介紹的控制方式模糊控制也是從其他策略總結(jié)演化的來。在引入模糊控制之后，高爐爐溫得到了更為有效的控制，并且很大程度上降低了熱量損耗，自動(dòng)化的控制方式引進(jìn)，避免了人為控制的滯后，實(shí)時(shí)保證高爐爐溫，并使其熱狀態(tài)穩(wěn)定在某一范圍。

一般情況下，根據(jù)高爐爐溫的熱狀態(tài)調(diào)節(jié)其熱風(fēng)爐的工作條件，在下一步工作中，如何能將熱風(fēng)爐的熱控制和高爐爐溫控制緊密結(jié)合起來將是一個(gè)非常重要的課題。

［1］姜立秋，吳鏗，趙繼偉，等.熱風(fēng)爐燃燒模糊控制系統(tǒng)［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，1999，11(6)：64-68.

［2］汪光陽，王志英，張雷，等.熱風(fēng)爐燃燒系統(tǒng)模糊控制參數(shù)優(yōu)化［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，20(4)：349-352.