龔鑫成

摘 要：在我國目前的冶金工業(yè)發(fā)展過程中，加熱爐主要是將鋼坯通過加熱技術(shù)軋制成鍛造溫度的設(shè)備，如果與軋鋼工序進行對比可以發(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，研究和分析如何通過有效的手段實現(xiàn)加熱爐節(jié)能作業(yè)對于提升整體的熱效率具有重要意義。文章以此為出發(fā)點研究了燃燒優(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)實現(xiàn)方法與節(jié)能運行情況；最后針對性的總結(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：TG307 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：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時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)準的設(shè)定范圍內(nèi)，這是實現(xiàn)鋼坯在加熱過程中受熱均勻，同時保持溫度符合鋼坯軋制標(biāo)準的重要基礎(chǔ)條件；此外，加熱爐燃燒系統(tǒng)可以讓爐內(nèi)的燃燒達到合理的空燃比，避免由于爐內(nèi)的空燃比過高進而出現(xiàn)鋼坯的過度氧化問題，防止出現(xiàn)空燃比過低誘發(fā)的燃料燃燒不充分問題，減少鋼坯軋制過程中的燃料和能源浪費。

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)”的簡稱（以下均用簡稱）。BCS基本的測控儀表為基礎(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)、軟測量技術(shù)、故障診斷分析技術(shù)、過程優(yōu)化控制技術(shù)、智能調(diào)節(jié)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計技術(shù)等。

1.2 BCS技術(shù)優(yōu)勢

BCS技術(shù)具有通用優(yōu)化的特性，可以適應(yīng)不同的燃氣鍋爐、負荷鏈條爐、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，進一步實現(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。通過生產(chǎn)時間也可以發(fā)現(xiàn)，在空氣過量的影響下，為實現(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)計方案

BCS核心技術(shù)設(shè)計方案包含了以下幾項技術(shù)。首先是有限條件正確相關(guān)技術(shù)，該技術(shù)主要通過正確關(guān)聯(lián)的儀表測控信號處理，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建一個燃燒效果的自動優(yōu)化模型?？梢酝ㄟ^各類數(shù)據(jù)監(jiān)測保證最佳的冶金燃燒狀態(tài)；其次是燃燒效果軟測量技術(shù)，通過燃燒變量控制及時反饋燃燒變化規(guī)律；第三，“自尋優(yōu)”滾動優(yōu)化技術(shù)，該技術(shù)是通過多維度梯級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，通過滾動優(yōu)化的方式可以實現(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)觀測控制技術(shù)，通過非線性控制和預(yù)測控制的結(jié)合實現(xiàn)智能識別和決策。

2 燃燒優(yōu)化控制技術(shù)實現(xiàn)方法與節(jié)能運行分析

2.1 BCS燃燒優(yōu)化控制技術(shù)實現(xiàn)方法

BCS燃燒優(yōu)化控制技術(shù)的實現(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、換熱器保護控制等幾個模型[1]。其中，針對溫度的調(diào)節(jié)控制主要是在規(guī)定的溫度控制點范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，可以有效提高溫度控制的穩(wěn)定性與精準度；其次是空氣量優(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、時機控制等模型，可以計算出最佳的空燃比，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。在冶金作業(yè)過程中，當(dāng)燃料揮發(fā)份、含水、低位發(fā)熱值等產(chǎn)生變化時，BCS始終都在尋找最佳的助燃風(fēng)量匹配值，以此來減少能量的消耗。BCS的自動控制回路可以實現(xiàn)全自動控制和優(yōu)化運行，長期可以將自動控制效率維持在98%左右。通過冶金加熱爐的全自動化控制和穩(wěn)定運行，可以極大的降低運行操作者的勞動工作強度。

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)過程中，燃燒效率直接體現(xiàn)了經(jīng)濟效益情況。在冶金生產(chǎn)過程中，不同的燃燒器械運行都基本符合相同原理?？諝饬颗c燃燒效率有直接關(guān)系，空氣量的不足會導(dǎo)致燃燒不充分進而降低燃燒效率；但是空氣量過多也會導(dǎo)致隨煙氣排出的熱量過多增加，降低經(jīng)濟效益。通用燃燒機理就是燃燒效率與空氣量之間的關(guān)系模型，通過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)驗的人員可以依據(jù)個人經(jīng)驗和現(xiàn)有的條件來判斷冶金加熱爐內(nèi)溫度的變化趨勢，并以此為依據(jù)設(shè)計規(guī)范的操作內(nèi)容，逐步將燃燒狀態(tài)控制到最佳點是可以有效提升燃燒效率，降低能耗。即便偶爾可能會超過燃燒最高點但是也可以快速調(diào)整。但是如果操作人員實際工作狀況波動較大，自然很難憑借個人經(jīng)驗來隨時調(diào)整冶金加熱爐。無法滿足長期的加熱爐運行最佳狀態(tài)的目標(biāo)。該模型具有兩個突出特點，首先是智能化特征明顯，無論起始狀態(tài)的最大值如何波動，都可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)優(yōu)化整合；其次，可以達到任意的尋優(yōu)精準度標(biāo)準。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)量的控制點問題，保證在經(jīng)驗配比狀態(tài)下基本風(fēng)量可以長期保持穩(wěn)定，更新的過程中可以以最佳的風(fēng)煤比為依據(jù)；其次，在全自動控制的狀態(tài)下也需要通過適當(dāng)?shù)娜斯じ深A(yù)來進行風(fēng)量調(diào)節(jié)；最后是來自于優(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。在正式啟動風(fēng)量優(yōu)化后，可以進一步減少助燃風(fēng)量的操作步驟，以優(yōu)化模型為依據(jù)判斷最佳的優(yōu)化時機，有利于系統(tǒng)自動風(fēng)量優(yōu)化作業(yè)的完成，當(dāng)然也可以通過人工啟動完成優(yōu)化。

4 結(jié)束語

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，提升了整體的自動化控制水平，有利于降低能耗，提升整體的經(jīng)濟效益。該技術(shù)在冶金生產(chǎn)過程中的應(yīng)用凸顯了技術(shù)合理性，保障了冶金加熱爐運行的可靠和穩(wěn)定，通過完備的監(jiān)測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)用前景和實用價值。

參考文獻：

[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.