[发明专利]一种优化控制高炉顶燃式热风炉燃烧换向周期的模型

说明书

技术领域

本发明属于工业炉窑燃烧技术领域，特别提供了一种优化控制高炉热风炉燃烧换向周期的模型，应用于高炉顶燃式热风炉燃烧制度优化控制。

技术背景

热风炉是高炉高风温的载体。热风炉良好操作的主要问题是在燃烧期怎样获得足够的热量，以满足下一步送风期所需温度的热风量。在热风炉操作中，煤气压力、流量、热值的波动以及空气湿度、空气温度、流量等都会影响热风炉燃烧的好坏。

目前热风炉操作存在以下不足：

一是热风炉燃烧时空气、煤气配比调节是在煤气量一定的情况下，依据烟道中氧气含量的中间值确定是否调节和调节多少助燃空气量。这种操作方法带来的弊端是由于反馈信号滞后，操作被动，热风炉内的燃烧状态主要靠操作人员的实际经验和温度检测等仪表显示数据，较难实现热风炉的合理燃烧，造成煤气不足或煤气浪费情况。

二是目前多数顶燃式热风炉燃烧、送风周期的确定是沿用最初的操作制度，尚未建立一种科学有效的方法确定热风炉的操作周期。

三是热风炉自动控制系统的建立是由自动控制专业人员研发出来的，在热工理论方面没有更多的考虑，尚未建立热负荷一定的条件下，蓄热体传热量与燃烧时间、送风时间的定量关系，不利于风温的进一步提高和耐火材料使用寿命的延长。

因此，为了获得顶燃式热风炉操作的最佳周期，需要建立科学的方定量确定热风炉燃烧时间、送风时间，进行热风炉操作制度优化，更好地提高热风炉的实际控制水平。达到降低燃料消耗，提高热风炉热效率，同时提高热风炉内部耐火材料的使用寿命的目的。节能、减污、增效。

首钢京唐钢铁联合有限责任公司(简称京唐公司)2号高炉(5500m³)热风炉于2010年6月投产以来，基本满足了高炉高风温需求。为了进一步提高京唐公司高炉BSK顶燃热风炉操作控制的技术水平，发明一种优化控制大型高炉顶燃式热风炉燃烧换向周期的模型，提高热风炉热效率、延长热风炉的使用寿命，进一步提高热风温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种优化控制高炉顶燃式热风炉燃烧换向周期的模型，在保证高炉送风温度的前提下，合理确定热风炉的燃烧时间、送风时间，不仅有利于提高风温，减少烟气带走的热量损失，同时有利于提高热风炉耐火材料的使用寿命，满足高炉高风温需求，提高热风炉热效率，降低能耗，同时减少污染气体的排放，具有较大的社会价值。

本发明根据煤气成分变化预知煤气燃烧时的最高理论燃烧温度，并确定热风炉燃烧期、送风期内换热系数变化及单位面积传热量，在热交换充分的前提下优化热风炉操作参数，得出热风炉最佳燃烧时间、送风时间，热量得到充分利用，提高热风炉热效率，在降低燃料消耗的同时提高耐火材料的使用寿命。

本发明将优化控制模型用于高炉热风炉燃烧、送风周期的优化，分别确定热风炉最佳燃烧时间、送风时间。

本发明的模型包括热风炉热平衡计算模块、传热模拟计算模块以及燃烧换向周期优化模块三部分。

热平衡计算模块是输入热风炉所用燃料成分％(m³/m³)、煤气流量Q_煤等参数，经过该模块计算，输出最高热风炉理论燃烧温度t_理、煤气完全燃烧时所需要的空气流量Q_空，输出热风炉热平衡图。利用该模块可以计算出热风炉作业条件，设定每座热风炉必须投入的热量、混合煤气和拱顶温度，便于操作人员及时、定量掌握热风炉操作过程中的热量利用情况。

传热模拟计算模块是模拟计算热风炉蓄热室在燃烧期和送风期的温度场，冷风、烟气在燃烧期、送风期的温度场，以及交错并联送风时热风炉混风量变化情况。利用该计算模块，首先输入热风炉以及热风炉结构参数(如：高度、直径等)、冷风和蓄热体初始温度t_0冷、t_0蓄数值，利用该模块进行迭代计算，计算得出燃烧期综合换热系数α1、送风期综合换热系数α2以及单位面积传热量(Q_传)。迭代的判定条件是蓄热体各部位同一时刻的平均温度与上一次循环的平均值相差不超过设定的精度cha，cha＝0.1，保证模拟计算进入稳定状态，此时确定为模拟的温度场曲线达到稳定的收敛状态，迭代结束，输出蓄热室内温度场变化曲线，退出传热模拟计算模块。