燃烧优化控制技术在冶金加热炉上的应用

501 编辑：中冶有色技术网来源：龚鑫成

2024-03-05 16:24:59

摘要：在我国目前的冶金工业发展过程中，加热炉主要是将钢坯通过加热技术轧制成锻造温度的设备，如果与轧钢工序进行对比可以发现，加热炉锻造工艺的耗能量几乎可以占据轧钢总体耗能量的50%以上，由此可见，研究和分析如何通过有效的手段实现加热炉节能作业对于提升整体的热效率具有重要意义。文章以此为出发点研究了燃烧优化控制技术在冶金加热炉上的技术应用，首先从基本的燃烧优化控制技术原理分析入手,在此基础之上研究了燃烧优化控制技术实现方法与节能运行情况,最后针对性的总结了燃烧优化控制技术在冶金加热炉上的技术应用。

关键词：燃烧优化控制技术,冶金加热炉,应用

中图分类号：TG307 文献标志码：A 文章编号：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 operDcabpUv1R9Mw4BBHhJNwG36MFAcaYcQRJRxHvrXAEfY=ation 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

现阶段，加热炉燃烧系统的主要功能和作用在于长时间保持加热炉的温度恒定，加热炉炉膛内的温度可以持续在标准的设定范围内，这是实现钢坯在加热过程中受热均匀，同时保持温度符合钢坯轧制标准的重要基础条件,此外，加热炉燃烧系统可以让炉内的燃烧达到合理的空燃比，避免由于炉内的空燃比过高进而出现钢坯的过度氧化问题，防止出现空燃比过低诱发的燃料燃烧不充分问题，减少钢坯轧制过程中的燃料和能源浪费。

1 燃烧优化控制技术原理（BCS）

1.1 BCS概述

BCS也就是“燃烧优化控制技术的简称（以下均用简称）。BCS基本的测控仪表为基础，综合采用了多种不同技术，其中包含多变量解耦技术、软测量技术、故障诊断分析技术、过程优化控制技术、智能调节技术、数据分析统计技术等。

1.2 BCS技术优势

BCS技术具有通用优化的特性，可以适应不同的燃气锅炉、负荷链条炉、煤粉炉、燃油炉等等。该种技术的原理主要是通过降低燃料的整体消耗，其中链条炉可以最高降低到10%左右，煤粉炉和CFB可以最高降低到3%左右，进一步实现NOX以及SOX的整体排放量。BCS技术利用热效率和热量平衡理论作为整体的技术支持。其中燃料的气体热平衡和热效率保持在固定范围内，将煤气带入到燃烧装置后可以保持热量均衡，排出的烟气热量也可以最大限度缩減，减低了气体在燃烧不完全条件下的热量损失和热散损失。通过生产时间也可以发现，在空气过量的影响下，为实现加热炉热效率最大化和热损失最小化，应用BCS技术具有明显作用。

1.3 BCS核心技术设计方案

BCS核心技术设计方案包含了以下几项技术。首先是有限条件正确相关技术，该技术主要通过正确关联的仪表测控信号处理，以此为基础构建一个燃烧效果的自动优化模型。可以通过各类数据监测保证最佳的冶金燃烧状态,其次是燃烧效果软测量技术，通过燃烧变量控制及时反馈燃烧变化规律,第三，“自寻优滚动优化技术，该技术是通过多维度梯级操控极值的方法搜索燃烧效果的最佳变量，控制最佳的风燃比和水位情况，通过滚动优化的方式可以实现燃烧装置的最佳状态持续保持,第四，故障诊断与容错控制技术，该技术顾名思义是完成在线的工艺技术故障分析和操控,第五，智能调节观测控制技术，通过非线性控制和预测控制的结合实现智能识别和决策。

2 燃烧优化控制技术实现方法与节能运行分析

2.1 BCS燃烧优化控制技术实现方法

BCS燃烧优化控制技术的实现方法包含以下两种，首先是多变量炉温控制系统，分段形式的温度调节和优化控制主要采用了节能模型、煤气的优化控制、温度控制算法、换热器保护控制等几个模型[1]。其中，针对温度的调节控制主要是在规定的温度控制点范围内调节，可以有效提高温度控制的稳定性与精准度,其次是空气量优化控制系统，该系统采用了比值控制算法回路，在回路中综合包含了风量的优化、空燃比控制、时机控制等模型，可以计算出最佳的空燃比，继而调节空气阀门。

2.2 BCS燃烧优化控制技术节能运行分析

BCS的多维优化控制具有良好的节能效果，可以在保障燃烧装置稳定的情况下维持输出负荷稳定，因此BCS始终都是以燃烧能耗合理控制为基础，最大限度提升燃烧效率，减少能源浪费。在冶金作业过程中，当燃料挥发份、含水、低位发热值等产生变化时，BCS始终都在寻找最佳的助燃风量匹配值，以此来减少能量的消耗。BCS的自动控制回路可以实现全自动控制和优化运行，长期可以将自动控制效率维持在98%左右。通过冶金加热炉的全自动化控制和稳定运行，可以极大的降低运行操作者的劳动工作强度。

3 燃烧优化控制技术在冶金加热炉上的应用

3.1 通用燃烧机理分析

燃烧效率高低直接反应了能量与物质转化的整体水平，在冶金生产加工作业过程中，燃烧效率直接体现了经济效益情况。在冶金生产过程中，不同的燃烧器械运行都基本符合相同原理。空气量与燃烧效率有直接关系，空气量的不足会导致燃烧不充分进而降低燃烧效率,但是空气量过多也会导致随烟气排出的热量过多增加，降低经济效益。通用燃烧机理就是燃烧效率与空气量之间的关系模型，通过寻找最佳的空氣量并始终维持在该水平范围内，可以保证燃烧效率最佳。

3.2 加热炉优化燃烧控制模型

部分具有较为丰富操作经验的人员可以依据个人经验和现有的条件来判断冶金加热炉内温度的变化趋势，并以此为依据设计规范的操作内容，逐步将燃烧状态控制到最佳点是可以有效提升燃烧效率，降低能耗。即便偶尔可能会超过燃烧最高点但是也可以快速调整。但是如果操作人员实际工作状况波动较大，自然很难凭借个人经验来随时调整冶金加热炉。无法满足长期的加热炉运行最佳状态的目标。该模型具有两个突出特点，首先是智能化特征明显，无论起始状态的最大值如何波动，都可以在短时间内实现优化整合,其次，可以达到任意的寻优精准度标准。BCS模块如图1所示。

3.3 基于自寻优算法的燃烧优化控制方案

BCS基于自寻优算法的燃烧优化控制方案应该关注风量的控制点问题，保证在经验配比状态下基本风量可以长期保持稳定，更新的过程中可以以最佳的风煤比为依据,其次，在全自动控制的状态下也需要通过适当的人工干预来进行风量调节,最后是来自于优化风量控制的要求，也就是可以在任意条件下完成最佳的工况操作方案。在正式启动风量优化后，可以进一步减少助燃风量的操作步骤，以优化模型为依据判断最佳的优化时机，有利于系统自动风量优化作业的完成，当然也可以通过人工启动完成优化。

4 结束语

综上所述，燃烧优化控制技术应用于冶金加热炉大大提升了燃烧效率，提升了整体的自动化控制水平，有利于降低能耗，提升整体的经济效益。该技术在冶金生产过程中的应用凸显了技术合理性，保障了冶金加热炉运行的可靠和稳定，通过完备的监测手段提升了燃烧控制方法的科学性，可以完全满足轧钢生产的日常需要。该技术的应用具有广泛的应用前景和实用价值。

参考文献：

[1]董晓军，王安龙.BCS燃烧优化控制技术在蓄热式加热炉上的应用[J].轧钢，2017，34（03）：92-94.

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