鋼鐵爐窯自動燃燒及節能優化技術

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鋼鐵爐窯自動燃燒及節能優化技術工業爐窯是鋼鐵各工序中耗能大戶，如熱風爐消耗的高爐煤氣為高爐自產煤氣總量的 40%以上，加熱爐的能耗占到了熱軋工序總能耗的一半，發電鍋爐如果能夠利用更少的煤氣發更多的電可以有效提高企業利潤，項目的投用可以有效減少操作定員，減輕操作人員勞動強度，降低燃料消耗，減少溫室氣體排放，提高智能化控制水平，降低生產成本，提高發電效率，實現經濟效益和社會效益並重。

目錄

技術原理與路線

本項目包含高爐熱風爐節能優化、熱軋加熱爐節能優化、燃氣鍋爐節能優化等三個課題，主要通過分析不同的爐窯特點，通過CAE 仿真、優化模型、智能控制、自動尋優等技術實現爐窯的自動化運行和節能優化的目的。

（1）熱風爐節能燃燒優化技術

通過仿真獲取燒爐效率最佳的方法，從而研發燒爐模型，並建立如自動點火、拱頂溫度控制、空燃比控制等各種自動燒爐模塊，從而實現熱風爐的自動優化燃燒。

技術路線∶建立熱風爐格子磚（蓄熱體）單孔模型-獲得以何種燒爐方式，蓄熱效率最高-換爐模式的確定-根據熱風爐的操作要求，確定燒爐可能的所有模式，然後根據劃分的模式，進行燒爐剩餘時間的研發-按送風溫度換爐剩餘送風時間計算模型的研發-剩餘燒爐時間計算

模型的研發-廢氣終點溫度計算模塊的研發-煤氣量設定模型計算模型的研發-拱頂溫度控制模塊的研發-最佳空燃比的確定-軟件編程實現-實例工程的應用。

（2）加熱爐節能燃燒優化技術原理

通過燃料使用最小原則，通過傳熱計算出各種鋼坯的最佳升溫曲線，並根據該曲線進行爐溫設定，並根據實際爐溫計算的鋼坯溫度，實時調整各段爐溫，從而實現爐溫設定；同時通過自動燒爐模型，根據爐溫設定值實現爐溫和空燃比的自動控制。

技術路線∶建立最佳升溫曲線模型-建立爐溫及鋼坯的傳熱計算模型-建立鋼坯跟蹤模型-建立爐溫設定模型-建立各段爐溫控制模型-建立爐壓控制模型-建立各段煙溫控制模型-軟件編程實現-實例工程應用。

（3）燃氣鍋爐自動運行及節能優化技術原理

根據鍋爐運行的大數據分析，建立燒嘴自動調整模型，實現各燒嘴的均勻燃燒，建立主汽壓力、煤氣熱值變化等前饋模型，實現燃燒強度及空燃比的優化控制，根據對鍋爐水位、主汽壓力、主汽溫度的前饋精確控制，實現鍋爐的平穩運行，從而保證汽機處於最佳運行狀態。

技術路線∶鍋爐對象特性及先進控制方法的理論研究-實際運行鍋爐運行參數的大數據分析及建模-干擾因素的模擬及數字模型的仿真，及其結果的評價-分析樣例工程收集的數據，確定各模型的參數。

技術內容

（1）熱風爐節能燃燒優化技術

①自動燒爐∶當熱風爐進入燃燒狀態後，系統接管了從點火、煤氣/空氣量給定、高熱值煤氣配比、拱頂溫度調節、燒爐撤出等燒爐全過程，燒爐完成後發出燜爐信號。

②燒爐強度的自動計算∶通過對燒爐時的廢氣溫度和帶入的熱量、送風帶走的熱量及送風溫度實時監控，通過模型計算出送風時間和燃燒時間，並根據燃燒模型，計算出最優的煤氣流量，使燒爐整個過程都處於最佳的燃燒狀態，從而達到節能減排的目的。

（2）加熱爐節能燃燒優化技術

①各段爐溫的自動設定∶根據鑄坯鋼種、鑄坯尺寸、入爐溫度、生產節奏、各段的實時爐溫等條件，按照最優的鑄坯升溫曲線，實時計算並給出各段設定溫度。

②實現燒爐的自動化∶通過自動化控制模型，完成各控制單元的爐溫、爐壓、煙溫的控制，溫控控制模型使各段溫度控制在設定值的較小範圍內，通過對蓄熱式加熱爐的煙溫和爐壓的協調模塊，對燒嘴蓄熱量進行優化，使爐壓和煙溫控制在合理範圍內，從而實現節能燃燒、降低氧化燒損。

（3）燃氣鍋爐自動運行及節能優化

①燃燒系統的優化運行∶根據煤氣調度指令，自動控制鍋爐燃燒強度，調整各燒嘴熱量供給均勻性，優化空燃比例，使燃燒處於最優燒爐狀態。

②汽水系統的優化運行∶自動調節鍋爐水位、主汽溫度、主汽壓力等主要參數，保證各參數穩定在最佳的工作狀態，有效提高汽機的運行效率，從而提高發電量。

技術特點

（1）投入後可實現爐窯控制的自動化、無人化，有效減少操作定員;

（2）實現模塊化、產品化設計，根據各應用爐窯的不同特點，通過參數配置，實現各種功能，提高了系統的適應性、穩定性，保證了節能效果;能夠根據歷史數據，對各配置參數進行自動優化，從而進一步提高了系統的自適應性；

（3）可以實現送風溫度、鋼坯出爐溫度、發電效率的穩定性，降低鋼坯的氧化燒損；（4）可以對空燃比、燃燒溫度、主汽溫度、主汽壓力等參數進行實時、準確、快速調節；

二、技術應用情況

熱風爐節能燃燒優化系統於2016年1月份在湘潭鋼鐵1"高爐進行了示範應用，取得了良好的應用效果，節能率達 4.79%，為企業創造經濟效益 700 多萬元;加熱爐節能燃燒優化系統於2017年5月份在唐山天柱鋼鐵型鋼加熱爐進行了示範應用，節能率≥5.6%，為企業創造經濟效益 300 多萬元;燃氣鍋爐自動運行及節能優化系統軟件基本完成，馬上在合作單位的發電項目上應用。