燃燒優(yōu)化控制技術(shù)在冶金加熱爐上的應(yīng)用

龔鑫成

摘 要：在我國(guó)目前的冶金工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，加熱爐主要是將鋼坯通過(guò)加熱技術(shù)軋制成鍛造溫度的設(shè)備，如果與軋鋼工序進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，加熱爐鍛造工藝的耗能量幾乎可以占據(jù)軋鋼總體耗能量的50%以上，由此可見(jiàn)，研究和分析如何通過(guò)有效的手段實(shí)現(xiàn)加熱爐節(jié)能作業(yè)對(duì)于提升整體的熱效率具有重要意義。文章以此為出發(fā)點(diǎn)研究了燃燒優(yōu)化控制技術(shù)在冶金加熱爐上的技術(shù)應(yīng)用，首先從基本的燃燒優(yōu)化控制技術(shù)原理分析入手；在此基礎(chǔ)之上研究了燃燒優(yōu)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法與節(jié)能運(yùn)行情況；最后針對(duì)性的總結(jié)了燃燒優(yōu)化控制技術(shù)在冶金加熱爐上的技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：燃燒優(yōu)化控制技術(shù)；冶金加熱爐；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG307 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）03-0155-02

Abstract： In the present development of metallurgical industry in our country， the reheating furnace is mainly the equipment for rolling billet into forging temperature by means of heating technology. Comparing with the rolling process， it can be found that the energy consumption of heating furnace forging process can account for more than 50% of the total energy consumption of steel rolling. Therefore， it is of great significance to study and analyze how to realize the energy-saving operation of reheating furnace through effective means to enhance the overall thermal efficiency. Taking this as a starting point， this paper studies the technical application of combustion optimization control technology in metallurgical reheating furnace. Firstly， the basic principle of combustion optimization control technology is analyzed. On this basis， the realization method and energy-saving operation of combustion optimization control technology are studied. Finally， the technical application of combustion optimization control technology in metallurgical furnace is summarized.

Keywords： combustion optimization control technology； metallurgical heating furnace； application

現(xiàn)階段，加熱爐燃燒系統(tǒng)的主要功能和作用在于長(zhǎng)時(shí)間保持加熱爐的溫度恒定，加熱爐爐膛內(nèi)的溫度可以持續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定范圍內(nèi)，這是實(shí)現(xiàn)鋼坯在加熱過(guò)程中受熱均勻，同時(shí)保持溫度符合鋼坯軋制標(biāo)準(zhǔn)的重要基礎(chǔ)條件；此外，加熱爐燃燒系統(tǒng)可以讓爐內(nèi)的燃燒達(dá)到合理的空燃比，避免由于爐內(nèi)的空燃比過(guò)高進(jìn)而出現(xiàn)鋼坯的過(guò)度氧化問(wèn)題，防止出現(xiàn)空燃比過(guò)低誘發(fā)的燃料燃燒不充分問(wèn)題，減少鋼坯軋制過(guò)程中的燃料和能源浪費(fèi)。

1 燃燒優(yōu)化控制技術(shù)原理（BCS）

1.1 BCS概述

BCS也就是“燃燒優(yōu)化控制技術(shù)”的簡(jiǎn)稱（以下均用簡(jiǎn)稱）。BCS基本的測(cè)控儀表為基礎(chǔ)，綜合采用了多種不同技術(shù)，其中包含多變量解耦技術(shù)、軟測(cè)量技術(shù)、故障診斷分析技術(shù)、過(guò)程優(yōu)化控制技術(shù)、智能調(diào)節(jié)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)技術(shù)等。

1.2 BCS技術(shù)優(yōu)勢(shì)

BCS技術(shù)具有通用優(yōu)化的特性，可以適應(yīng)不同的燃?xì)忮仩t、負(fù)荷鏈條爐、煤粉爐、燃油爐等等。該種技術(shù)的原理主要是通過(guò)降低燃料的整體消耗，其中鏈條爐可以最高降低到10%左右，煤粉爐和CFB可以最高降低到3%左右，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)NOX以及SOX的整體排放量。BCS技術(shù)利用熱效率和熱量平衡理論作為整體的技術(shù)支持。其中燃料的氣體熱平衡和熱效率保持在固定范圍內(nèi)，將煤氣帶入到燃燒裝置后可以保持熱量均衡，排出的煙氣熱量也可以最大限度縮減，減低了氣體在燃燒不完全條件下的熱量損失和熱散損失。通過(guò)生產(chǎn)時(shí)間也可以發(fā)現(xiàn)，在空氣過(guò)量的影響下，為實(shí)現(xiàn)加熱爐熱效率最大化和熱損失最小化，應(yīng)用BCS技術(shù)具有明顯作用。

1.3 BCS核心技術(shù)設(shè)計(jì)方案

BCS核心技術(shù)設(shè)計(jì)方案包含了以下幾項(xiàng)技術(shù)。首先是有限條件正確相關(guān)技術(shù)，該技術(shù)主要通過(guò)正確關(guān)聯(lián)的儀表測(cè)控信號(hào)處理，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建一個(gè)燃燒效果的自動(dòng)優(yōu)化模型?？梢酝ㄟ^(guò)各類數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)保證最佳的冶金燃燒狀態(tài)；其次是燃燒效果軟測(cè)量技術(shù)，通過(guò)燃燒變量控制及時(shí)反饋燃燒變化規(guī)律；第三，“自尋優(yōu)”滾動(dòng)優(yōu)化技術(shù)，該技術(shù)是通過(guò)多維度梯級(jí)操控極值的方法搜索燃燒效果的最佳變量，控制最佳的風(fēng)燃比和水位情況，通過(guò)滾動(dòng)優(yōu)化的方式可以實(shí)現(xiàn)燃燒裝置的最佳狀態(tài)持續(xù)保持；第四，故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)，該技術(shù)顧名思義是完成在線的工藝技術(shù)故障分析和操控；第五，智能調(diào)節(jié)觀測(cè)控制技術(shù)，通過(guò)非線性控制和預(yù)測(cè)控制的結(jié)合實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別和決策。

2 燃燒優(yōu)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法與節(jié)能運(yùn)行分析

2.1 BCS燃燒優(yōu)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法

BCS燃燒優(yōu)化控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法包含以下兩種，首先是多變量爐溫控制系統(tǒng)，分段形式的溫度調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制主要采用了節(jié)能模型、煤氣的優(yōu)化控制、溫度控制算法、換熱器保護(hù)控制等幾個(gè)模型[1]。其中，針對(duì)溫度的調(diào)節(jié)控制主要是在規(guī)定的溫度控制點(diǎn)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，可以有效提高溫度控制的穩(wěn)定性與精準(zhǔn)度；其次是空氣量?jī)?yōu)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了比值控制算法回路，在回路中綜合包含了風(fēng)量的優(yōu)化、空燃比控制、時(shí)機(jī)控制等模型，可以計(jì)算出最佳的空燃比，繼而調(diào)節(jié)空氣閥門。

2.2 BCS燃燒優(yōu)化控制技術(shù)節(jié)能運(yùn)行分析

BCS的多維優(yōu)化控制具有良好的節(jié)能效果，可以在保障燃燒裝置穩(wěn)定的情況下維持輸出負(fù)荷穩(wěn)定，因此BCS始終都是以燃燒能耗合理控制為基礎(chǔ)，最大限度提升燃燒效率，減少能源浪費(fèi)。在冶金作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)燃料揮發(fā)份、含水、低位發(fā)熱值等產(chǎn)生變化時(shí)，BCS始終都在尋找最佳的助燃風(fēng)量匹配值，以此來(lái)減少能量的消耗。BCS的自動(dòng)控制回路可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制和優(yōu)化運(yùn)行，長(zhǎng)期可以將自動(dòng)控制效率維持在98%左右。通過(guò)冶金加熱爐的全自動(dòng)化控制和穩(wěn)定運(yùn)行，可以極大的降低運(yùn)行操作者的勞動(dòng)工作強(qiáng)度。

3 燃燒優(yōu)化控制技術(shù)在冶金加熱爐上的應(yīng)用

3.1 通用燃燒機(jī)理分析

燃燒效率高低直接反應(yīng)了能量與物質(zhì)轉(zhuǎn)化的整體水平，在冶金生產(chǎn)加工作業(yè)過(guò)程中，燃燒效率直接體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益情況。在冶金生產(chǎn)過(guò)程中，不同的燃燒器械運(yùn)行都基本符合相同原理。空氣量與燃燒效率有直接關(guān)系，空氣量的不足會(huì)導(dǎo)致燃燒不充分進(jìn)而降低燃燒效率；但是空氣量過(guò)多也會(huì)導(dǎo)致隨煙氣排出的熱量過(guò)多增加，降低經(jīng)濟(jì)效益。通用燃燒機(jī)理就是燃燒效率與空氣量之間的關(guān)系模型，通過(guò)尋找最佳的空氣量并始終維持在該水平范圍內(nèi)，可以保證燃燒效率最佳。

3.2 加熱爐優(yōu)化燃燒控制模型

部分具有較為豐富操作經(jīng)驗(yàn)的人員可以依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有的條件來(lái)判斷冶金加熱爐內(nèi)溫度的變化趨勢(shì)，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的操作內(nèi)容，逐步將燃燒狀態(tài)控制到最佳點(diǎn)是可以有效提升燃燒效率，降低能耗。即便偶爾可能會(huì)超過(guò)燃燒最高點(diǎn)但是也可以快速調(diào)整。但是如果操作人員實(shí)際工作狀況波動(dòng)較大，自然很難憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)隨時(shí)調(diào)整冶金加熱爐。無(wú)法滿足長(zhǎng)期的加熱爐運(yùn)行最佳狀態(tài)的目標(biāo)。該模型具有兩個(gè)突出特點(diǎn)，首先是智能化特征明顯，無(wú)論起始狀態(tài)的最大值如何波動(dòng)，都可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化整合；其次，可以達(dá)到任意的尋優(yōu)精準(zhǔn)度標(biāo)準(zhǔn)。BCS模塊如圖1所示。

3.3 基于自尋優(yōu)算法的燃燒優(yōu)化控制方案

BCS基于自尋優(yōu)算法的燃燒優(yōu)化控制方案應(yīng)該關(guān)注風(fēng)量的控制點(diǎn)問(wèn)題，保證在經(jīng)驗(yàn)配比狀態(tài)下基本風(fēng)量可以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，更新的過(guò)程中可以以最佳的風(fēng)煤比為依據(jù)；其次，在全自動(dòng)控制的狀態(tài)下也需要通過(guò)適當(dāng)?shù)娜斯じ深A(yù)來(lái)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)；最后是來(lái)自于優(yōu)化風(fēng)量控制的要求，也就是可以在任意條件下完成最佳的工況操作方案。在正式啟動(dòng)風(fēng)量?jī)?yōu)化后，可以進(jìn)一步減少助燃風(fēng)量的操作步驟，以優(yōu)化模型為依據(jù)判斷最佳的優(yōu)化時(shí)機(jī)，有利于系統(tǒng)自動(dòng)風(fēng)量?jī)?yōu)化作業(yè)的完成，當(dāng)然也可以通過(guò)人工啟動(dòng)完成優(yōu)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，燃燒優(yōu)化控制技術(shù)應(yīng)用于冶金加熱爐大大提升了燃燒效率，提升了整體的自動(dòng)化控制水平，有利于降低能耗，提升整體的經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)在冶金生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用凸顯了技術(shù)合理性，保障了冶金加熱爐運(yùn)行的可靠和穩(wěn)定，通過(guò)完備的監(jiān)測(cè)手段提升了燃燒控制方法的科學(xué)性，可以完全滿足軋鋼生產(chǎn)的日常需要。該技術(shù)的應(yīng)用具有廣泛的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]董曉軍，王安龍.BCS燃燒優(yōu)化控制技術(shù)在蓄熱式加熱爐上的應(yīng)用[J].軋鋼，2017，34（03）：92-94.