1  前言

   傳(chuan)統(tong)的(de)完(wan)善(shan)的(de)高(gao)爐(lu)熱(re)風(feng)爐(lu)燃(ran)燒(shao)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)都(dou)是(shi)具(ju)有(you)完(wan)善(shan)的(de)基(ji)礎(chu)自(zi)動(dong)化(hua)和(he)使(shi)用(yong)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)計(ji)算(suan)所(suo)需(xu)的(de)加(jia)熱(re)煤(mei)氣(qi)流(liu)量(liang)和(he)助(zhu)燃(ran)空(kong)氣(qi)流(liu)量(liang)
，並(bing)對(dui)基(ji)礎(chu)自(zi)動(dong)化(hua)的(de)熱(re)風(feng)爐(lu)燃(ran)燒(shao)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)有(you)關(guan)的(de)設(she)定(ding)。完善的基礎自動化對於燃燒混合煤氣或燃燒預熱的高爐煤氣和預熱空氣的熱風爐來說包括：煤氣流量控製、空氣流量控製、空燃比控製、拱頂溫度控製和廢氣溫度控製。如圖1所示
，在熱風爐燃燒初期是以較大的煤氣量和合適的空燃比（最好還設有燃燒廢氣成分分析，按殘氧量來修正空燃比），yishixingkuaisujiare
，shigongdingwenduxunsudadaoguidingzhi，ranhouzhubuzengjiakongqiliangyibaochigongdingwenduweiguidingzhi，dangdadaofeiqiwenduguanliqi，jiwendudadaomouyiguidingzhishi，xuyaojianshaomeiqijikongqiliangyiweichifeiqiwenduweishedingzhi。duiyuranshaogaolumeiqihejiaolumeiqijuyousanyanranshaoqiderefenglulaishuo，youyugaolumeiqihejiaolumeiqifenbiesongru
，xufenbieshezhiqiliuliangkongzhi，gailiuliangbilikongzhihekongranbiyaofenbieshiyinggaolumeiqihejiaolumeiqixuyao，yincishixitonghuilugengduo、更(geng)複(fu)雜(za)。熱(re)風(feng)爐(lu)流(liu)量(liang)設(she)定(ding)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)是(shi)使(shi)燃(ran)燒(shao)時(shi)熱(re)風(feng)爐(lu)格(ge)子(zi)磚(zhuan)的(de)蓄(xu)熱(re)量(liang)適(shi)合(he)於(yu)加(jia)熱(re)鼓(gu)風(feng)到(dao)生(sheng)產(chan)所(suo)需(xu)的(de)熱(re)風(feng)溫(wen)度(du)和(he)流(liu)量(liang)而(er)需(xu)要(yao)的(de)熱(re)量(liang)。除(chu)了(le)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)相(xiang)當(dang)複(fu)雜(za)外(wai)，更(geng)需(xu)設(she)置(zhi)自(zi)動(dong)分(fen)析(xi)加(jia)熱(re)煤(mei)氣(qi)的(de)各(ge)種(zhong)成(cheng)分(fen)的(de)分(fen)析(xi)器(qi)，這(zhe)種(zhong)儀(yi)器(qi)不(bu)僅(jin)昂(ang)貴(gui)，還(hai)需(xu)良(liang)好(hao)的(de)維(wei)護(hu)，此(ci)外(wai)要(yao)使(shi)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)有(you)效(xiao)，必(bi)須(xu)依(yi)靠(kao)完(wan)善(shan)的(de)基(ji)礎(chu)自(zi)動(dong)化(hua)。因(yin)此(ci)，在(zai)國(guo)內(nei)除(chu)寶(bao)鋼(gang)以(yi)外(wai)，很(hen)少(shao)被(bei)采(cai)用(yong)。

   在國外，已經使用人工智能的方式來代替數學模型，如日本川崎鋼鐵公司就開發了模糊控製係統取代數學模型。日本鋼鐵公司（新日鐵）也使用專家係統來取代數學模型。

   由you於yu上shang述shu完wan善shan的de基ji礎chu自zi動dong化hua所suo設she的de儀yi表biao和he控kong製zhi回hui路lu較jiao多duo

，特te別bie是shi要yao在zai三san座zuo或huo四si座zuo熱re風feng爐lu都dou設she置zhi，故gu投tou資zi相xiang當dang大da。此ci外wai，這zhe種zhong隻zhi有you基ji礎chu自zi動dong化hua的de係xi統tong
，在zai實shi際ji操cao作zuo中zhong還hai需xu人ren工gong對dui熱re風feng爐lu的de流liu量liang進jin行xing設she定ding
，而er且qie目mu前qian由you於yu耐nai火huo材cai料liao的de進jin步bu
，耐nai溫wen增zeng高gao


，熱re風feng爐lu拱gong頂ding不bu易yi燒shao壞huai，故gu拱gong頂ding沒mei有you限xian溫wen的de必bi要yao，故gu這zhe種zhong基ji礎chu自zi動dong化hua並bing不bu適shi用yong，許xu多duo工gong廠chang，包bao括kuo如ru鞍an鋼gang10#高爐那樣的大型高爐大都使用較簡單的係統，即隻有煤氣總管壓力控製、煤氣及空氣流量或閥位自動控製，然後人工控製流量或閥位的設定值或開度。

圖1  熱風爐燃燒控製原理圖

   由於人工控製難以在預熱煤氣和空氣溫度變化時
、高爐所需鼓風溫度和流量變化時、助燃空氣壓力變化時
、refengluxureliangshangyoufuyushi，xiuzhengrefenglujiaredemeiqihekongqiliang，yinerdabudaojienengheyouhuarefenglucaozuodemude。xiamianjieshaodegaolurefengluliuliangshedingjikongzhidezhuanjiaxitong，keyijiejueshangshuwenti，shixianlerefengluranshaokongzhidequanzidonghua，bingkeweigaolutigaofengwenchuangzaotiaojian。

2  係統原理

係統是考慮以下幾點來構成的：

   ①  根據工藝要求；

   ②  根據工廠的實踐；

   ③  參考國外流量設定數學模型的出發點；

   ④  考慮熱風爐的加熱和送風的熱傳導
、熱交換等工藝理論
；

   ⑤  考慮節能和可為提高風溫創造條件的各種影響因素；

   ⑥  考慮減輕勞動強度而需采用全自動化控製。

   國內熱風爐燃燒（又稱燒爐）大da都dou采cai用yong快kuai速su燒shao爐lu方fang法fa。即ji在zai燃ran燒shao初chu期qi用yong最zui大da的de煤mei氣qi量liang與yu小xiao的de超chao量liang空kong氣qi係xi數shu相xiang配pei合he
，進jin行xing強qiang化hua加jia熱re，在zai最zui短duan時shi間jian內nei
，使shi拱gong頂ding溫wen度du迅xun速su升sheng到dao規gui定ding值zhi，這zhe一yi階jie段duan燒shao爐lu稱cheng為wei加jia熱re期qi。此ci後hou逐zhu步bu改gai變bian超chao量liang空kong氣qi係xi數shu以yi小xiao的de煤mei氣qi量liang維wei持chi拱gong頂ding溫wen度du
，逐zhu步bu提ti高gao煙yan道dao溫wen度du至zhi界jie限xian值zhi
，使shi整zheng個ge熱re風feng爐lu充chong分fen蓄xu熱re，這zhe一yi階jie段duan稱cheng為wei保bao溫wen蓄xu熱re期qi。根gen據ju不bu同tong的de設she備bei條tiao件jian實shi現xian快kuai速su燒shao爐lu有you三san種zhong方fang法fa：

   ① 固(gu)定(ding)煤(mei)氣(qi)調(tiao)節(jie)助(zhu)燃(ran)空(kong)氣(qi)量(liang)。它(ta)一(yi)直(zhi)是(shi)使(shi)用(yong)最(zui)大(da)煤(mei)氣(qi)量(liang)
，當(dang)拱(gong)頂(ding)溫(wen)度(du)迅(xun)速(su)升(sheng)到(dao)規(gui)定(ding)值(zhi)後(hou)，增(zeng)加(jia)助(zhu)燃(ran)空(kong)氣(qi)量(liang)

，因(yin)而(er)廢(fei)氣(qi)量(liang)增(zeng)加(jia)
，流(liu)速(su)增(zeng)大(da)，有(you)利(li)於(yu)對(dui)流(liu)傳(chuan)熱(re)
，從(cong)而(er)強(qiang)化(hua)熱(re)風(feng)爐(lu)中(zhong)
、下部的熱交換作用，它適用於助燃風機有餘力的熱風爐

   ② 固定空氣量調節煤氣量。它在保溫蓄熱期減少煤氣量，因而不如第一種好
，但調節方便，適用於助燃風機無餘力的熱風爐
；

   ③ meiqiliangyuzhurankongqiliangdoubuguding。tazaijiareqiyongzuidademeiqiliangyuxiaodechaoliangkongqixishuxiangpeihe
，jinxingqianghuajiare，danggongdingwendudadaoguidingzhihou，tongshijianshaomeiqiliangyuzhurankongqiliang，zaigongdingwendububiandeqingkuangxialaijiarerefengluzhong、下xia部bu
，這zhe種zhong方fang法fa難nan以yi掌zhang握wo兩liang者zhe同tong時shi變bian化hua的de比bi例li，故gu除chu了le煤mei氣qi壓ya力li波bo動dong大da的de熱re風feng爐lu和he用yong以yi控kong製zhi廢fei氣qi溫wen度du外wai，很hen少shao采cai用yong。此ci外wai還hai利li用yong廢fei氣qi分fen析xi和he火huo焰yan來lai判pan斷duan合he理li的de燃ran燒shao溫wen度du。後hou者zhe是shi適shi合he於yu沒mei有you在zai線xian廢fei氣qi分fen析xi的de中zhong小xiao高gao爐lu的de熱re風feng爐lu，主zhu要yao是shi靠kao觀guan察cha火huo焰yan顏yan色se來lai判pan斷duan。

   一yi般ban高gao爐lu設she有you三san座zuo或huo四si座zuo熱re風feng爐lu，兩liang爐lu燃ran燒shao，單dan爐lu送song風feng或huo兩liang爐lu並bing聯lian，燃ran燒shao所suo用yong煤mei氣qi有you混hun合he煤mei氣qi或huo高gao爐lu煤mei氣qi
，並bing利li用yong煙yan氣qi餘yu熱re的de預yu熱re器qi來lai預yu熱re煤mei氣qi和he空kong氣qi。目mu前qian國guo內nei高gao爐lu熱re風feng爐lu的de儀yi表biao及ji自zi動dong化hua的de狀zhuang況kuang為wei：除少數工廠外，基礎自動化不完善或雖有如圖1所(suo)示(shi)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)，但(dan)為(wei)了(le)滿(man)足(zu)高(gao)爐(lu)高(gao)風(feng)溫(wen)的(de)要(yao)求(qiu)，往(wang)往(wang)盡(jin)量(liang)燃(ran)燒(shao)而(er)不(bu)限(xian)製(zhi)拱(gong)頂(ding)溫(wen)度(du)
，結(jie)果(guo)隻(zhi)使(shi)用(yong)煤(mei)氣(qi)流(liu)量(liang)和(he)空(kong)氣(qi)流(liu)量(liang)控(kong)製(zhi)。考(kao)慮(lv)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)

，可(ke)按(an)如(ru)圖(tu)2所示進行係統的開發。即按5段時間進行預設定所需的煤氣流量和空氣流量。其中t1是到達規定拱頂溫度的時間，t2、t3
、t4、t5分fen別bie為wei逐zhu步bu要yao減jian小xiao的de煤mei氣qi和he空kong氣qi量liang
，它ta由you熱re風feng爐lu操cao作zuo員yuan憑ping自zi己ji或huo他ta人ren的de豐feng富fu經jing驗yan進jin行xing設she定ding，使shi沒mei有you經jing驗yan的de操cao作zuo員yuan也ye可ke達da到dao專zhuan家jia水shui平ping

，設she定ding後hou熱re風feng爐lu即ji自zi動dong按an此ci流liu量liang進jin行xing燒shao爐lu。

圖2  熱風爐燒爐流量設定原理圖

   按工藝要求
，當煙氣溫度達到熱風爐格子磚支承的金屬允許的上限時

，應恰好到達規定的燃燒時間。如圖3所示

，如果煙氣溫度到達規定允許的上限（假設為350℃）而(er)尚(shang)未(wei)到(dao)達(da)燃(ran)燒(shao)終(zhong)點(dian)
，即(ji)尚(shang)有(you)剩(sheng)餘(yu)時(shi)間(jian)才(cai)到(dao)達(da)規(gui)定(ding)的(de)燃(ran)燒(shao)時(shi)間(jian)，這(zhe)就(jiu)意(yi)味(wei)著(zhe)廢(fei)氣(qi)溫(wen)度(du)太(tai)高(gao)，導(dao)致(zhi)熱(re)效(xiao)率(lv)下(xia)降(jiang)，格(ge)子(zi)磚(zhuan)支(zhi)承(cheng)的(de)金(jin)屬(shu)被(bei)燒(shao)損(sun)

，故(gu)需(xu)進(jin)行(xing)校(xiao)正(zheng)，即(ji)到(dao)達(da)校(xiao)正(zheng)點(dian)時(shi)
，計(ji)算(suan)是(shi)否(fou)如(ru)虛(xu)線(xian)所(suo)示(shi)到(dao)達(da)燃(ran)燒(shao)終(zhong)點(dian)尚(shang)有(you)剩(sheng)餘(yu)時(shi)間(jian)，如(ru)果(guo)有(you)剩(sheng)餘(yu)時(shi)間(jian)則(ze)需(xu)減(jian)少(shao)煤(mei)氣(qi)及(ji)空(kong)氣(qi)流(liu)量(liang)
，以(yi)改(gai)變(bian)煙(yan)氣(qi)溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng)速(su)度(du)
，使(shi)燃(ran)燒(shao)終(zhong)點(dian)與(yu)規(gui)定(ding)的(de)燃(ran)燒(shao)時(shi)間(jian)重(zhong)合(he)。剩(sheng)餘(yu)時(shi)間(jian)ts計算公式為：

1—不控製時預測溫度；2—控製後預測溫度

圖3  煙氣控製溫度圖

ts = tr – tj – ( 350℃-T1) /煙氣升溫速度         (1)

   tj為已燃燒時間；tr為燃燒終止時間
；T1為校正點溫度。

   為使剩餘時間為零，應減少煤氣及空氣流量。

   減少煤氣流量QT1計算公式為：

QT1 = KG×ts                             (2)

   減少空氣流量VT1計算公式為：

VT1 = KA×ts                             (3)

   式中KG為煤氣流量減少係數；KA為空氣流量減少係數。

   由於輸入熱風爐的能量，即所需的蓄熱量
，除了與輸入煤氣流量有關外
，還與高爐所需的鼓風流量Q熱風和溫度T熱風及使用的燃燒時間t燃燒有關。煤氣燃燒所帶入的熱量還與煤氣熱值K熱值、預熱後煤氣溫度T煤氣和預熱後空氣溫度T空氣有關，所需煤氣量可用下式表示：

   Q實際需要量 = f（Q煤
，Q空，T煤氣，T空氣，K熱值
，K空燃比，Q熱風，t燃燒，T熱風……）                    (4)

   故在圖2中在各個時間內設定的煤氣量還需按(4)式一一補正為實際需要的煤氣量
，才能有效節能。當然實際需要的空氣量也要補正。

   weileyouxiaoliyongrefengludexureliang


，yinggaishisongfengshicongrefengludaizoudereliangzhenghaodengyushaolushidexureliang。youyuxureliangwufazhijieceliang，gukeyiyonghunfengfakaidujinxingpingjia。lure（即蓄熱量）buzushijiangzaisongfengjieshuqianfamenjiyikaidaoxiaxianzhierwufazaikongzhiwendu。guzaisongfengzhongleqiandadaoxiaxianzhidechengdujiukebiaoshilureshuizhun，ruguoyoufuyujiangkejiangdisuoshedingdemeiqiliang，fanzhi，yingzengjiasuoshedingdemeiqiliang。duiyunaxiehunfengfabutiaojiedegaolu（如鞍鋼10#高爐）
，那就用換爐時熱風爐出口溫度是否有富裕來評價爐熱。

   此外，為了適應實際情況（即適合於隻有簡單的基礎自動化
，便於改造）且使之能全自動控製，係統還包括一些其它控製功能，如煤氣、空氣壓力過低時報警，空氣、煤氣閥門限位，燃燒到時
，煤氣閥門隨空氣閥門開啟等。

3  係統的結構和實現

(1)  總方框圖 如圖4所示。

圖4  熱風爐燒爐流量設定及自控專家係統框圖

(2)  係統組成

   硬件：使用工控機，Pentium-III CPU，內存128MB，硬盤10GB以上。

   軟件：Windows-NT操作係統
，Visual Basic 6.0，MAES-JT專家係統開發工具。

(3)  專家係統 使用MAES-JT專家係統開發工具修改、刪除、增添容易
，且可靠性和可維護性良好
，編製規則容易。它采用產生式規則，即If…Then…Else…形式。本係統共設有80多條規則。由於熱風爐要求實時在線控製
，要求專家係統為確定性輸出（MAES-JT專家係統開發工具的推理有三種方式。即可信度為獨立的、按一定公式綜合的
；可信度為平均的；可信度為“是”或“否”的），為此不能有多個可信度不同的輸出
，而應為單可供控製的輸出，故在規則編製上應在If…項加上某些否定的條件。

   由於本係統除了屬於過程自動化性質的流量設定外，還要適合國內現場情況（隻有簡單的基礎自動化）
，bianyudichengbenyingyongbenxitong，suoyihaifuzezhixingxuduoshuyujichuzidonghuaxingzhidegongneng。yuanzeshangsuoyoujichuzidonghuaxingzhidegongnengdoukeyongguizeshixian，danweijianshaoguizeshuliang、增加實時性

，采用混合係統的方法，即某些簡單功能
，如煤氣或空氣壓力過低時報警是使用常規程序來實現的。

   本專家係統是廣義概念的專家係統，即除了專家係統的功能外，還附有熱風爐操作所需的其他功能，包括技術計算、規程查詢、打印生產報表
、趨勢顯示等，以獲得一個全麵操作的熱風爐自動化係統。

(4)  綜合顯示 為便於熱風爐操作員的操作，提供一個綜合顯示畫麵，如圖5所示，借此監測到熱風爐操作所需的主要信息。

4  結語

   本係統自2001年8月中旬在鞍鋼10#（容積為2500m3）高爐熱風爐投入運行至今，效果良好
，使熱風爐實現全自動燒爐
、在線運行；能有效設定燒爐所需的煤氣空氣量；在煙氣溫度到達管理期時自動計算剩餘到達終點時間並自動修正煤氣空氣量
，使燃燒終點與規定燒爐時間重合
；在預熱煤氣空氣溫度變化時
、熱風溫度和流量變化時自動修正煤氣空氣量；在zai預yu熱re空kong氣qi壓ya力li變bian化hua時shi，自zi動dong補bu償chang空kong氣qi閥fa位wei開kai度du，使shi空kong氣qi量liang維wei持chi不bu變bian。此ci外wai還hai有you其qi它ta基ji礎chu自zi動dong化hua的de功gong能neng等deng，有you關guan節jie能neng等deng實shi際ji數shu字zi由you於yu運yun行xing不bu久jiu，尚shang在zai統tong計ji中zhong。

圖5  熱風爐燒爐流量設定及自動控製專家係統綜合顯示畫麵