高炉热风炉燃烧控制系统

混合煤气与助燃空气各自形成一个闭环回路。正常烧炉情况下,炉顶温度调节(设定值ＳＰ=1400℃)、废气温度调节(设定值ＳＰ=400℃)为固定值。实际炉顶温度、废气温度远远没有达到设定值。此时两温度调节器(Ｉ、Ⅲ)输出为100%。首先控制助燃空气,采用固定空气量调整煤气量,空气量通过比值器Ｉ作用于空气调节器ＩＩ控制空气量的大小,实时空气量经过空燃比(比值器ＩＩ)计算,通过调整比值器ＩＩ来调整空燃比,又作用于煤气量调节器ＩＶ,保证煤气充分燃烧。如此循环往复直至达到动态平衡,也防止了煤气流量阶跃性增加对燃烧过程稳定性的影响和对安全生产的威胁 (见图1)。
当炉顶温度大于设定值1400℃时,或需降低其设定值时,炉顶温度调节器Ⅲ的输出由100%逐步减小作用于比值器ＩＩ,至使煤气调节器Ⅳ的设定值也逐步减小,而使煤气量减小。此时,空气量保持不变,随着时间累积,废气温度将逐渐上升。当废气温度大于设定值400℃时,废气温度调节器Ⅰ输出由100%逐步减小作用于比值器Ｉ,至使调节器ＩＩ设定值也逐步减小,而使空气量减小,通过比值器ＩＩ(空燃比)的作用,煤气量也随之减小。当炉顶温度大于或等于设定值1400℃时,废气温度大于或等于设定值400℃,即说明热风炉烧炉过程结束。此时,空气量、煤气量逐渐减小直至为零。整个烧炉过程结束转为下一道工序。
整个系统遵从了“升温时空气先行,降温时煤气先行”的控制原理,同时也保证了煤气尽可能充分燃烧,达到了预期效果。
另一方面,在实际运行中,炉顶温度,废气温度设定值很少改变,而热风炉的工作方式(两烧一送)变动频繁,且煤气热值也在不断变化。因而多数情况下,对煤气量增加的限幅起着关键作用。正因为煤气流量的波动对燃烧过程的稳定举足轻重,所以还要对煤气流量变化的速率进行自动监控,利用煤气流量调节器,减缓变化率,保证了整个系统稳定运行。此外,根据热值变化,及烟道废气含氧量系数的变化,及时修正空燃比,使燃烧处于最佳状态。
热风炉燃烧优化控制在ＴＰＳ系统中的实现
美国Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司的ＴＰＳ集散控制系统,它具有很强的数据采集和控制功能。在调节控制功能上,它提供了常规控制点、常规ＰＶ处理点、数字组合点、逻辑点、设备控制点、ＣＬ程序点等几种方案。包括了布尔逻辑运算、ＰＩＤ运算、顺序控制、限幅控制、过程量滤波及检查等。其中常规控制算法点提供了各种有关标准控制方案的算法,内置了大量控制功能,使用这些算法,大大简化了复杂多回路控制方案的实现。为热风炉燃烧优化控制的实现提供了条件。再者,考虑到实际生产中炉顶温度及废气温度的信号采集、现场操作工误操作等因素影响控制系统正常运行,为此在集散系统中对热风炉燃烧控制程序作了相应处理。
实现最佳空燃比是热风炉燃烧控制节能降耗的一项重要因素。图中所示热风炉燃烧控制主要有以下三个回路:一是废气温度与助燃空气量组成串级调节回路;二是炉顶温度与煤气流量组成串级调节回路;三是助燃空气量与煤气流量组成的比值回路控制。废气温度与助燃空气量组成串级调节回路(由两个ＰＩＤ回路组成),通过设定助燃空气量将第一个调节器的输出作为助燃空气量调节器的外给定值。炉顶温度与煤气流量组成串级调节回路(由两个ＰＩＤ回路组成),通过设定炉顶温度作为第一个调节器的外给定值,其输出值与助燃空气量作为比值调节器的输入值,比值调节器的输出值作为煤气流量调节器的外给定值,调节器的控制输出调整煤气流量调节阀门的开度,实现助燃空气量和煤气流量最佳配比。
综合上述,系统通过硬件和软件两方面的改进措施,确保了热风炉烧炉过程的稳定性和合理性。首先,考虑到实时煤气量的波动将给烧炉过程带来极大的不稳定因素,我们为此对煤气量变化的速率进行自动监控,利用煤气调节器(如图2调节器Ⅳ),减缓煤气量的变化率,从而保证了烧炉过程的稳定运行。在烧炉程序启动前,考虑安全因素,首先对助燃空气量进行判断。只有当其大于一定值(4000ｍ3/ｈ)时,才允许烧炉程序启动。否则煤气流量调节阀门处于全关位置。当炉顶温度达到设定值(1400℃)时,煤气流量调节阀门逐渐关闭,然后关闭助燃空气量调节阀。使整个系统遵从了“升温时空气先行,降温时煤气先行”的控制原理。另一方面,空燃比(如图2比值器ＩＩ)反映了热风炉燃烧过程的合理性。根据热值变化及废气含氧量的变化及时修正空燃比,使热风炉燃烧处于最合理状态,取得了较好的经济效益。

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