[发明专利]一种热风炉空燃比自动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及热风炉自动化控制领域，尤其涉及一种热风炉空燃比自动控制 方法。

背景技术

热风炉是炼铁工序中的一个重要环节，经过其加热的热风为高炉中焦炭和 喷煤提供了燃烧的温度和氧气，提高风温可以有效降低焦比，减少喷煤量，并 提高生铁产量。据生产统计，每提高100℃的风温，可以降低焦比2.5％～3.5％， 产量提高2.5～3.5％。同时热风炉又是炼铁工序甚至整个钢铁流程中最主要的 煤气消耗环节，在保证高风温的前提下，尽可能减小热风炉煤气的消耗，是钢 铁产业节能降耗的重要一环。

空燃比，即通入热风炉内燃烧的空气与燃气(主要成分为高炉煤气)的体 积比值。当空燃比偏小，空气中的氧气量小于燃气完全燃烧所需氧气时，煤气 不完全燃烧，燃烧效率低且不环保；逐步增大空燃比，使空气中的氧气量刚好 等于燃气完全燃烧所需氧气时，煤气完全燃烧，此时煤气利用率和燃烧效率最 大，能够迅速提升热风炉拱顶温度，该空燃比为最佳空燃比；继续增大空燃比， 使空气中的氧气量大于燃气完全燃烧所需氧气量，煤气虽完全燃烧，但由于空 气偏多，燃烧升温效果较差，热风炉拱顶温度上升速度减慢甚至导致拱顶温度 下降。在空燃比较大且燃气量不变的情况下，由于通入气体的总体积增大，能 够将热风炉拱顶热量迅速带到炉底格子砖，增强炉底格子砖蓄热量，提高废气 温度。所以在热风炉燃烧加热的各个阶段，需要对空燃比进行相应的精准控制， 以确保热风炉向高炉正常供热输氧，保障高炉高效节能生产。

热风炉燃烧过程分为两个阶段，第一阶段为拱顶温度管理阶段，该阶段迅 速将拱顶温度烧到目标拱顶温度，此时空燃比要求是最佳空燃比；第二阶段为 废气温度管理阶段，在保持拱顶温度为目标温度的前提下，将废气温度提升至 目标废气温度，此时空燃比偏大，大于最佳空燃比。

在拱顶温度管理阶段，烧炉空燃比必须以最佳空燃比燃烧条件下，才能提 供最高的燃烧温度。因为受到高炉生产原料、原料配方、炉况等因素影响，高 炉煤气热值是经常波动的，最佳空燃比也需要相应调整，而如何有效实时获取 最佳空燃比，大致可以分为以下几种：

(1)根据热值仪测得的煤气热值，来确定空燃比。很多高炉都配置有热值 仪，但因为滞后、维护、误差等因素影响，实际应用都不太理想，只能作为一 个大概的参考。

(2)改变当前烧炉空气量，利用拱顶温度的变化速率，间接确定空燃比。 在一定的煤气量下，处于最佳空燃比的火焰温度最高，相应拱顶温度上升的也 最快(或拱顶达到的温度最高)，该方法最为简易，无需其他设备辅助，但也 因为温度上升和空燃比存在滞后现象、温度测量存在误差等因素影响，实际应 用也不太理想。

在废气温度管理阶段，拱顶温度必须稳定在目标拱顶温度附近，且不能超 过拱顶温度安全上限。在该阶段中，空燃比跟踪拱顶温度，但又要保证煤气充 分燃烧，直至烧炉结束。

一般的热风炉燃烧空燃比控制程序难以同时实现烧炉过程中的点火阶段、 拱顶温度管理阶段和废气温度管理阶段这三个阶段不同的要求，并保证煤气燃 烧的高效节能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中难以准确控制热风炉内多 个阶段的空燃比的缺陷，提供一种保证煤气高效燃烧，且能分三个阶段精确控 制空燃比的热风炉空燃比自动控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种热风炉空燃比自动控制方法，包括以下步骤：

S1、点火阶段：热风炉控制系统在收到燃烧信号后，按照最佳空燃比向热 风炉中输入空气和燃气；

S2、收到热风炉点火完成信号后，启动空燃比双PID控制器，包括残氧量 PID和拱顶温度PID，并输出两个PID控制结果的最大值；

S3、收到热风炉焖炉信号后，热风炉控制系统停止工作。

进一步地，本发明的步骤S2中空燃比双PID控制器的控制方法具体为：

残氧量PID根据采集到的废气残氧量，控制输出最佳空燃比A1；

拱顶温度PID根据采集到的拱顶温度，调控拱顶温度并稳定在设定温度 下，输出稳温空燃比A2；

比较残氧量PID输出的最佳空燃比A1和拱顶温度PID的稳温空燃比A2， 将两者的最大值作为双PID控制器的输出。

进一步地，本发明的该方法还包括：