热风炉自动燃烧
自动控制在热风炉燃烧系统中的应用研究
自动控制在热风炉燃烧系统中的应用研究摘要]：高温热风热量是高炉生产的主要热源之一。
因此提高风温对于强化冶炼，降低焦比有着十分重要的意义。
而满足其高风温条件下实现热风炉系统的全部自动化则尤为关键。
为了达到这个目的，需要设置各种必要的自动化仪表检测和控制系统。
结合这几年的钢厂高炉热风炉的施工经验，短浅研究分析一下自动化控制在高炉热风炉燃烧系统的应用。
[关键词]：高温热风炉自动控制监测一般高炉的热风炉系统由三座内燃式热风炉组成，燃料为高炉煤气和焦炉煤气混合后的混合煤气，助燃空气由两台助燃风机（一备一用）集中提供。
为节能和提高送风温度，采用了烟气余热回收装置，对助燃空气和混合煤气分别进行预热。
热风炉系统的主要工艺阀门采用液压驱动。
高温热风热量是高炉生产的主要热源之一。
因此提高风温对于强化冶炼，降低焦比有着十分重要的意义。
而满足其高风温条件下实现热风炉系统的全部自动化则尤为关键。
为了达到这个目的，需要设置各种必要的自动化仪表检测和控制系统。
一、系统硬件配置热风炉控制系统设有1套具有冗余功能的PLC控制系统和2台服务器操作站。
控制系统采用西门子公司容错可编程逻辑控制器S7-400H系列PLC, 该系统能满足对最先进可编程逻辑控制器在有效性，智能度和分布式方面的高要求，系统提供了在采集以及准备过程数据所需的所有功能。
当前，对应用越来越广泛的故障安全可编程逻辑控制器的需求日益突出，只有采用高度自动化，才能使所有工业部门实现经济、节省资源和低污染的生产活动。
同时，西门子的冗余可编程逻辑控制器已经在实践中证明了其有效性。
二、系统监控软件系统监控软件采用citect软件，该监控系统具有人机交互、通讯、显示及存储、打印等功能，主要用于数据、图形显示，机组状态监控，机组数据输入，信息存储等各种有关操作的功能画面。
操作的功能画面主要有两类，一是显示操作画面:本画面一方面显示数据，显示方式为数字、曲线、棒图、历史趋势等。
另一方面，具有功能软开关、软按钮等供操作人员进行操作。
热风炉自动点火装置故障分析及解决方法
第25卷 第1期2018年1月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONEIC Vol.252018 No.1收稿日期：2017-08-04作者简介：袁富康（1985-），男，宁夏固原人，本科，工程师，从事 GSP气化装置仪表应用与研究。
热风炉自动点火装置故障分析及解决方法袁富康，毛旭涛，陈佳元（神华宁夏煤业集团有限责任公司 煤制油分公司 仪表管理中心，银川 750411）摘 要：本文以实际工作经验为依据，对热风炉自动点火装置进行故障分析，提出了解决相关问题的方法，对构建安全自动点火和同行开发研究具有参考价值。
关键词：热风炉；自动点火；分析；实践中图分类号：TF578 文献标志码：AThe Fault Analysis and Solution of Hot Blast StoveAutomatic Ignition DeviceYuan Fukang, Mao Xutao, Chen Jiayuan(Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co.,LTD., Coal Oil Branch Instrument Management Center, Yinchuan, 750411, China)Abstract：Based on the practical work experience, this paper analyzes the failure of the automatic ignition device of hot blast stove, and puts forward some methods to solve the problem, which has a reference value for the construction of safety automatic ignition and peer development.Key words：hot blast stove；ignition device；fault analysis；solutionDOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2018.01.014文章编号：1671-1041(2018)01-0050-030 引言某项目备煤装置的热风炉的主要作用是将来自燃料气管网的燃料气和来自燃烧空气风机的燃烧空气在热风炉进行燃烧产生热气体，热气体与循环风机返回的循环气在热风炉进行混合，调配控制混合气在250℃～320℃，使之成为含氧量低于8%的惰性气体，用作磨煤干燥工序的干燥热风源。
燃气热风炉原理
燃气热风炉原理
燃气热风炉是一种利用燃气作为燃料的加热设备，它采用燃烧室中的燃气与空气进行混合燃烧，产生的高温燃烧气体通过热交换器传热给待加热物体，从而实现加热的目的。
燃气热风炉的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 燃气供应：燃气热风炉通过燃气管道将燃气引入燃烧室。
在进入燃烧室之前，燃气需要在燃气阀门和调节器的控制下进行压力和流量的调节。
2. 燃气燃烧：在燃烧室内，燃气与空气按燃气和空气的比例进行混合，并通过点火装置点燃。
燃气的燃烧产生的高温燃烧气体包括烟气和过剩空气中的氧气。
3. 热交换：燃烧室内的燃烧气体通过热交换器与待加热物体进行热量传递。
燃烧气体在热交换器内部流动，同时与热交换器外表面接触，使燃烧气体的热量传递给待加热物体。
4. 排放废气：经过热交换后，燃烧气体中的热量被传递给待加热物体，燃烧气体中的烟气和过剩的空气则被冷却，变为废气。
废气需要通过烟囱排放到大气中，以确保燃烧过程的顺利进行。
总体来说，燃气热风炉通过控制燃气和空气的混合比例和点火装置的点火来实现燃气的燃烧，并通过热交换器将产生的热量传递给待加热物体，达到加热的目的。
同时，通过排放废气保证燃烧过程的安全和环保。
热风炉自动点火装置故障分析及解决方法
第25卷 第1期2018年1月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONEIC Vol.252018 No.1收稿日期：2017-08-04作者简介：袁富康（1985-），男，宁夏固原人，本科，工程师，从事 GSP气化装置仪表应用与研究。
热风炉自动点火装置故障分析及解决方法袁富康，毛旭涛，陈佳元（神华宁夏煤业集团有限责任公司 煤制油分公司 仪表管理中心，银川 750411）摘 要：本文以实际工作经验为依据，对热风炉自动点火装置进行故障分析，提出了解决相关问题的方法，对构建安全自动点火和同行开发研究具有参考价值。
关键词：热风炉；自动点火；分析；实践中图分类号：TF578 文献标志码：AThe Fault Analysis and Solution of Hot Blast StoveAutomatic Ignition DeviceYuan Fukang, Mao Xutao, Chen Jiayuan(Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co.,LTD., Coal Oil Branch Instrument Management Center, Yinchuan, 750411, China)Abstract：Based on the practical work experience, this paper analyzes the failure of the automatic ignition device of hot blast stove, and puts forward some methods to solve the problem, which has a reference value for the construction of safety automatic ignition and peer development.Key words：hot blast stove；ignition device；fault analysis；solutionDOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2018.01.014文章编号：1671-1041(2018)01-0050-030 引言某项目备煤装置的热风炉的主要作用是将来自燃料气管网的燃料气和来自燃烧空气风机的燃烧空气在热风炉进行燃烧产生热气体，热气体与循环风机返回的循环气在热风炉进行混合，调配控制混合气在250℃～320℃，使之成为含氧量低于8%的惰性气体，用作磨煤干燥工序的干燥热风源。
热风炉工作原理及使用操作说明
热风炉工作原理及使用操作说明1热风炉工作原理循环气体从侧面切向进入燃烧室外层夹套，然后从燃烧室顶部边缘均布的孔中旋流喷出和燃料燃烧的高温烟气进行混合。
合成气燃料燃烧的中心温度约为1600℃，惰性循环气体的温度约为80～105℃（最高110℃），当与合成气燃烧烟气量成一定比例的循环气体掺混到燃烧室高温烟气中后，可使燃烧室烟气平均温度降到1000℃以下。
由于这部分低温循环气体的流动路线靠近燃烧室内衬，对炉膛衬里形成屏蔽，起到保护内衬的作用。
燃烧室设置外层夹套，一方面使循环气体流动均匀并预热，达到预热节能效果，另一方面也可起到惰性气体保温作用，达到减薄炉膛内衬，降低炉壳外表面温度的效果。
在夹套壳体内浇注一层轻质保温材料，可保证炉壳外表面温度低于60℃。
混合室的旋流结构可提高混合速度。
大部分循环气体从热风炉夹套旋转进入混合段，其旋转的方向和燃烧室高温烟气的旋转方向相反，这样使得混合速度加快。
旋转气流使得循环气体流动趋于均匀，并能在较短时间里与高温烟气相混合，这样一来，不仅保证了烟气炉出口烟温的均匀性，也使得热风炉的总体尺寸有所减小。
助燃空气通过燃烧空气鼓风机送入炉顶的燃烧器，空气管线上设有调节阀，可根据炉子的热负荷调节空气的供给量：采用液化石油气点燃点火枪，利用点火枪点燃柴油烧嘴，当气化产合成气时切换合成气烧嘴。
燃烧产生的高温烟气与循环惰性气体均匀混合后作为干燥剂通入磨煤机，干燥煤粉中的水分。
2热风炉使用和操作说明2.1、热风炉本体基本参数炉本体结构形式为卧式圆筒炉，燃烧器采用1个中心油气联合主烧嘴+1个环型辅助烧嘴的方案，炉体全部密封设计，正压操作。
热风炉基本参数表（炉膛容积不同热负荷不同）2.2、燃烧器热风炉燃烧器主要部件包括调风器、中心油气联合喷嘴、环管气枪喷嘴和稳焰器。
本燃烧器采用平流调风器、轴流式弯曲叶片稳焰器。
采用轴流式弯曲叶片目的在于增大旋流强度，提高火焰燃烧的稳定性。
采用中心油气联合喷嘴与环管气枪的优越性在于既可以单独使用中心油气联合喷嘴或环管气枪，也可以两者同时使用，这样不但调节方便，而且使燃烧器的负荷调节比增大，保证各种工况下燃烧器能稳定运行，该型燃烧器火焰分布均匀，燃料与风混合好，燃烧完全。
热风炉的原理
热风炉的原理热风炉是一种常用的燃烧设备，用于加热空气，提供热风。
热风炉的原理主要包括燃烧、空气供给、热风产生和热风输送等过程。
首先，热风炉需要燃料进行燃烧，常用的燃料包括煤、油、天然气等。
燃烧是燃料与空气在一定条件下发生氧化反应的过程，在燃料燃烧时，产生的热能主要来自燃料本身的化学能，即燃料与氧气反应产生的热值。
其次，燃料燃烧需要空气供给。
热风炉通过风机或风扇将空气送入炉内与燃料进行充分混合。
空气中的氧气是燃烧过程中必不可少的，它与燃料反应生成燃烧产物，释放出热量。
空气中的其他成分，如氮气、水蒸气等也会参与燃烧过程，并影响燃料的燃烧效果。
热风炉的第三个原理是热风产生。
在燃烧过程中，燃料燃烧释放的热能被传递给了炉膛内的传热介质，如水或空气。
热风炉中，通常使用空气作为传热介质。
燃料燃烧释放的热能被传热给通过炉内管道流动的空气，使其温度升高。
空气在炉内不断循环流动，通过与燃料燃烧产生的高温烟气交换热量，使其温度升高，形成热风。
最后，热风炉需要将热风输送到需要加热的设备或场所。
热风炉通过风机将热风输送到设备或场所。
风机产生的气流将热风从热风炉推送到目标地点，实现了热风的传递。
在输送过程中，热风炉可以通过管道、风道等形式进行布局，以保证热风顺利到达目标地点，并确保传递的热风能够满足加热需求。
综上所述，热风炉的原理主要包括燃烧、空气供给、热风产生和热风输送等过程。
热风炉通过燃烧燃料产生热量，将空气进行加热形成热风，并通过风机将热风输送到需要加热的设备或场所。
热风炉的应用广泛，可以用于工业生产中的多种加热场所，如锅炉、烘干设备、熔炼炉等，为生产提供所需的热能。
同时，在使用热风炉时需要注意燃料的选择、空气供给的合理控制等因素，以保证热风炉的效能和安全性。
《热风炉燃烧自动控制系统设计》范文
《热风炉燃烧自动控制系统设计》篇一一、引言热风炉是工业生产中常用的设备之一，其燃烧控制系统的设计直接关系到能源的利用效率、环境保护以及生产安全。
随着自动化技术的不断发展，热风炉燃烧自动控制系统已成为现代工业发展的必要技术。
本文将探讨热风炉燃烧自动控制系统的设计原则、关键技术和实现方案，以期望在确保高效、安全、环保的燃烧过程中，提升工业生产效率。
二、系统设计原则1. 高效性：系统应能实现精确控制，使热风炉在最佳状态下运行，以获得最高的热效率。
2. 安全性：系统应具备故障诊断和保护功能，确保设备在异常情况下能够及时停机，防止事故发生。
3. 环保性：系统应减少污染物排放，符合国家环保标准。
4. 自动化：系统应具备高度的自动化程度，减少人工干预，提高生产效率。
三、关键技术1. 燃烧控制技术：采用先进的燃烧控制算法，实现精确的空气燃料比控制，保证燃烧的稳定性和效率。
2. 传感器技术：采用高精度的温度、压力、流量等传感器，实时监测热风炉的工作状态。
3. 数据通信技术：系统应具备强大的数据通信能力，实现与上位机的数据交互，方便远程监控和操作。
4. 故障诊断与保护技术：系统应具备智能故障诊断功能，当设备出现异常时，能够及时报警并采取保护措施。
四、系统实现方案1. 硬件设计：包括PLC控制器、传感器、执行器等设备的选型和配置。
PLC控制器作为核心部件，应具备强大的数据处理能力和通信能力。
传感器应选择高精度、高稳定性的产品，确保数据的准确性。
执行器应具备快速响应和精确控制的特点。
2. 软件设计：包括控制算法、人机界面等的设计。
控制算法应采用先进的控制理论，实现精确的燃烧控制。
人机界面应具备友好的操作界面和丰富的功能，方便操作人员进行监控和操作。
3. 系统集成：将硬件和软件进行集成，实现系统的整体功能。
在系统调试过程中，应对各项功能进行测试，确保系统的稳定性和可靠性。
五、系统应用与效果热风炉燃烧自动控制系统在实际应用中，可以实现对燃烧过程的精确控制，提高热效率，降低能耗。
热风炉的运行与故障排除
热风炉的运行与故障排除热风炉是一种常用的供热设备，广泛应用于工业生产中。
它能够提供高温热风，为各种加热工艺提供热源。
然而，在热风炉的运行过程中，有时会出现一些故障问题，影响其正常工作。
本文将介绍热风炉的运行原理、常见故障及其排除方法，以帮助读者更好地理解和使用热风炉。
1. 热风炉的运行原理热风炉通过燃料的燃烧产生高温烟气，并通过烟气与空气的混合来提供热风。
热风炉主要由燃烧器、炉膛、烟道、换热器等组成。
当燃烧器点火后，燃料开始燃烧，产生烟气。
烟气进入炉膛后与空气混合燃烧，产生高温热风。
热风通过换热器与冷却介质接触，传递热量，然后排出烟道。
2. 热风炉的常见故障及排除方法2.1 燃烧不稳定燃烧不稳定是热风炉常见的故障之一。
燃烧不稳定可能导致炉膛温度波动大，影响热风的供应，并可能造成烟道积垢。
燃烧不稳定的原因通常包括燃料质量差、燃烧风量不均匀、炉膛结构问题等。
对于燃烧不稳定的故障，可以通过以下方法进行排除：- 检查燃料质量，确保燃料符合要求；- 调整燃烧器的调焰器和风门开度，使燃料和空气供应均匀；- 检查炉膛结构，修复或更换有问题的部件。
2.2 炉壁结渣炉壁结渣是热风炉经常遇到的故障之一。
在高温环境下，燃烧产生的灰尘和颗粒物会沉积在炉壁上，形成结渣。
结渣会导致炉壁温度升高，甚至可能引发火灾。
针对炉壁结渣的故障，可以采取以下措施：- 定期对炉壁进行清理，移除积灰和结渣；- 调整燃烧器的燃烧条件，适当减少灰尘和颗粒物的产生；- 使用耐高温材料制作炉壁，提高其抗渣能力。
2.3 烟气中的污染物排放超标烟气中的污染物排放超标是热风炉运行过程中的一个重要问题。
烟气中可能含有二氧化硫、氮氧化物等有害物质，超标排放会对环境造成污染。
烟气中污染物排放超标的原因可以是燃烧过程不完全或燃料质量差等。
对于烟气中污染物排放超标的故障，应采取以下措施进行治理：- 优化燃烧过程，提高燃烧效率，减少污染物的产生；- 改善燃料质量，使用低污染的燃料；- 安装烟气脱硫、脱硝设备，减少二氧化硫和氮氧化物的排放。
生物颗粒热风炉工作原理
生物颗粒热风炉工作原理
生物颗粒热风炉是一种利用生物质颗粒作为燃料，通过燃烧产生的热能来加热空气或气体的热能设备。
其工作原理如下：
1. 加料和点火：首先将生物颗粒燃料加入炉膛，并通过点火装置点火。
点火后，燃料开始燃烧。
2. 燃烧过程：随着燃烧的进行，燃料中的可燃物质与氧气发生化学反应，产生热能和燃烧产物，主要有火焰、燃烧气体、烟气等。
3. 层流运动：燃料燃烧产生的高温烟气在炉膛内经过层流运动，形成一个高热能的燃烧区域。
4. 热交换：炉膛内的烟气与炉体外的空气或气体进行热交换。
在燃烧过程中，燃烧产能向炉壁传递，然后再通过炉壁向空气或气体传递。
5. 烟气处理：经过热交换后，烟气中的一部分热能已经传递给了空气或气体，但烟气中仍含有一些污染物，需要进行处理以达到排放标准。
烟气处理一般包括除尘、脱硫、脱氮等步骤。
6. 余热回收：烟气处理后，还有一部分热能没有被利用，为了提高能源利用效率，可以通过余热回收装置将这部分热能回收利用。
综上所述，生物颗粒热风炉通过生物颗粒燃料的燃烧产生的热
能来加热空气或气体，在烟气处理后，可以获得可用的热能，并实现能源的综合利用。
高炉热风炉燃烧智能控制系统的优势
北方钒钛2019年第1期高炉热风炉燃烧智能控制系统的优势魏金辉姜海罡李艳昌（自动化中心)0引言热风炉的燃烧控制问题是世界性难题，很多公司为此进行过长期的研究，国外普遍基于物料平衡和能量平衡的复杂数学模型，而我国基本思路是采用先进的控制理论技术作为实现控制的方法。
但由于控制思想和数学模型复杂、实施难度大、对现场条件要求苛刻和严重偏离现场实际情况等原因，很难使燃烧系统运行达到最佳。
燃烧控制基本依靠操作人员经验手工操作，由于操作员控制水平参差不齐，造成热风炉煤气消耗增大，热风炉拱侧温度不高且不稳定，使高炉风温达不到最高，这种情况至今没有得到有效解决，对高炉的稳定生产是非常不利的。
研究一种适合国情、易于实施的热风炉控制系统及控制方法，具有重大的现实意义。
从2002年开始，为了解决高炉风温低(当时1100-1130℃，平均1119℃)、热风炉燃烧控制为手动控制、煤气消耗大、空气过剩系数大(当时为1.84)，不能完全燃烧、等一系列问题，开始对高炉热风炉的燃烧控制这一难题进行研究，2003年研制成功第一代燃烧智能控制系统，使风温提高到1146-1170℃，平均1165℃，提高了46℃，空气过剩系数降为1.05以下。
经过10余年的研究，目前已达到热风炉燃烧控制智能化、远程诊断、远程维护、调节控制高精度化(可以达到0.1%)，现在高炉平均风温达到1190-1200℃，又提高风温20℃，降低煤气消耗3%，空气过剩系数1.05以下，我公司所有高炉均应用了热风炉智能控制系统。
1燃烧智能控制系统组成[1]热风炉智能控制系统包括煤气管道、煤气流量测量装置、煤气流量调节装置、煤气压力测量装置、煤气温度测量装置、助燃风管道、助燃风流量测量装置、助燃风流量调节装置、助燃风压力测量装置、助燃风温度测量装置、拱测温度测量装置、烟道温度测量装置、烟道含氧量测量装置和煤气成分测量装置；还包括由输入模件、输出模件、电源模件、CPU 控制器件、接口模件、总线底板模件和显示器件所组成的PLC或DCS控制系统。
热风炉的工作原理和流程
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热风炉的工作原理及应用
热风炉的工作原理及应用热风炉的工作原理热风炉是一种利用燃烧产生的热风进行加热的设备。
它通过燃烧燃料产生高温烟气，然后利用烟气的热量将空气进行加热，将加热后的热空气送入需要加热的环境中。
热风炉主要由燃烧室、烟气道、热风发生器和排烟风机等组成。
燃烧室燃烧室是热风炉中进行燃烧的地方。
燃烧室通常分为上下两层，上层用于燃烧燃料，下层则是用来控制燃烧过程中的空气量。
燃料经过预处理后，通过燃烧室燃烧，产生高温烟气。
烟气道烟气道用来引导燃烧过程中产生的烟气。
烟气道一般分为主烟道和副烟道两部分。
主烟道是用来引导烟气向外排放的通道，而副烟道则是用来回收烟气中的余热。
热风发生器热风发生器是热风炉中用来产生热风的装置。
当烟气通过热风发生器时，其热量会被传递给通过热风发生器的空气，使空气被加热。
排烟风机排烟风机主要用来排放燃烧后产生的烟气。
它通过产生强风，将烟气从热风炉中抽出，从而保持燃烧过程的正常进行。
热风炉的应用热风炉由于其高效率、节能、环保等特点，在多个领域得到了广泛的应用。
工业领域热风炉在工业领域中被广泛应用于各种加热过程，如烘干、涂装、喷涂、焊接、热处理等。
它可以为这些工艺提供所需的高温热风，从而提高生产效率，减少能源消耗。
冶金领域热风炉在冶金领域中也扮演着重要的角色。
它被用于冶炼、熔炼、退火等过程中的热处理。
通过提供高温热风，热风炉可以为冶金工艺提供所需的热能，使冶金反应能够顺利进行。
建筑领域在建筑领域，热风炉被用于加热建筑物、供暖等。
通过将热风送入建筑物内部，热风炉可以为建筑物提供所需的暖气，为居民创造一个舒适的生活环境。
农业领域热风炉在农业领域也有应用。
比如，热风炉可以用于农作物的烘干，降低农作物的水分含量，从而增强农作物的储存性能。
此外，热风炉还可以用于农业温室，为温室提供所需的暖气。
总结热风炉以其高效率、节能、环保等特点，广泛应用于工业、冶金、建筑和农业等领域。
通过燃烧燃料产生热风，热风炉能够为各种加热过程提供所需的热能，从而提高生产效率，减少能源消耗。
低氮燃烧热风炉原理
低氮燃烧热风炉原理
低氮燃烧热风炉是一种采用低氮燃烧技术的新型热能设备。
低氮燃烧技术是指通过控制燃烧空气中的氮氧化物含量，使燃烧过程中产生的氮氧化物排放量减少，达到环保减排的目的。
热风炉则是一种将热能转换为工业用热的设备，其工作原理是将燃料燃烧后产生的热能传递给介质，一般是空气或水，使介质的温度升高，从而达到加热或干燥的效果。
低氮燃烧热风炉的工作原理与普通热风炉类似，其主要区别在于燃烧过程中使用了低氮燃烧技术。
在该技术下，燃烧室内使用较低的氧气含量燃烧燃料，从而使得燃料燃烧时产生的氮气排放量降低。
此外，在燃烧空气中加入一定量的还原剂，如乙醇、甲醛等，能够使产生的氮氧化物进一步被还原和去除。
低氮燃烧热风炉还采用了多级燃烧技术。
燃烧器采用双级调节的结构，燃料和空气分别经过两段燃烧，使得燃烧更加充分，同时也能够减少产生的氮氧化物的数量。
此外还采用了NOx减排技术，NOx是燃料燃烧过程中产生的氮氧化物，采用消减技术将NOx转化为更为稳定的氮气，从而达到降低排放量的效果。
低氮燃烧热风炉在使用过程中还采用了高效的余热回收技术。
余热是指燃料燃烧时产生的热能，通常会被浪费掉。
但是，低氮燃烧热风炉采用余热回收技术，能够将烟气中的余热回收，再次利用到加热介质的过程中，从而提高能量利用率，降低能源消耗。
总的来说，低氮燃烧热风炉是一种通过采用低氮燃烧技术、多级燃烧技术、NOx减排技术和余热回收技术等多种先进技术来实现节能环保的高效热能设备。
其原理简单，结构可靠，无论是在工业生产中还是在日常生活中都具有广泛的应用前景。
基于热平衡原理的热风炉燃烧控制模型
基于热平衡原理的热风炉燃烧控制模型随着国内钢铁产能过剩，钢铁价格持续低迷，钢铁企业对热风炉系统节能减排的要求逐渐提高，文章提出了一种基于热平衡原理的燃烧控制模型，可以降低能耗、提高风温，从而降低生铁成本。
标签：热风炉；数学模型；燃烧控制热风炉作为高炉炼铁的重要子系统，其作用是向高炉提供稳定的热量。
热风炉系统有燃烧、焖炉和送风三个阶段。
在当前钢铁行业利润大幅度下降的大环境下，节能增效已经成为其必然的发展出路，因此建立一套行之有效的燃烧控制策略对整个炼铁生产必将具有极大的意义。
1 燃烧控制原理热风炉的烧炉过程从本质上说就是蓄热过程。
对于燃烧高炉煤气和助燃空气的热风炉来说，完整的热风炉燃烧控制包含空燃比控制（煤气流量及助燃空气流量调节）、拱顶温度控制以及废气温度控制，具体如图1所示：烧炉过程可分为三个阶段。
以顶燃式热风炉为例，在烧炉初期，拱顶蓄热室的温度很低，废气的热量绝大部分被拱顶蓄热室吸收，蓄热室顶部的温度迅速上升，蓄热室中下部温度则上升缓慢，因此燃烧初期拱顶温度的上升速率是主要控制对象。
此时最佳的控制策略是以较大量的煤气与合适的空燃比对拱顶蓄热室进行快速加热，使拱顶温度快速达到设定值。
当拱顶温度上升到设定值附近，就进入了拱頂温度管理期。
这时，再逐步增大空燃比，适当减小煤气流量以保持拱顶温度维持在设定值基本不变，提高并稳定废气的升温速率。
此时热风炉拱顶蓄热室不再吸收废气的热量，废气热量主要被蓄热室中下部所吸收。
当从废气管道排出的废气温度较低时，热风炉的热交换效率较高，反之则热交换效率较低，因此在拱顶温度管理期，废气的温度上升速率是主要控制对象。
在烧炉末期，热风炉的废气温度已上升至设定值。
在热风炉操作未下达换炉指令前，应全面减少对热风炉的供热量以防止拱顶温度或废气温度超高影响热风炉寿命。
此时的控制策略是助燃空气流量和煤气流量均逐渐减少并维持在较低的水平。
2 数学模型的建立数学模型建立在热平衡原理的基础上，即根据送风期带走的总热量QA等于燃烧期积蓄的总热量QB，建立数学模型及推导方法如下。
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营口钢厂热风炉自动燃烧控制的方案
一、背景说明：
热风炉是高炉炼铁生产过程中的重要设备之一，是提供高炉热风热量的，其提供的热量约占高炉炼铁生产耗热的25%左右，热风温度对高炉炼铁生产产量和节能至关重要，热风炉风温对提高高炉炼铁的许多经济技术指标非常明显，其主要表现在：降低焦比、提高煤比、提高产量。
热风炉的主要作用是把鼓风机站供来的冷风加热到高炉要求的温度，供高炉生产用，热风炉是一种利用蓄热原理工作的换热设备，其工作原理决定它的工作方式是循环周期性的。
需要多座（通常是3到4座）交替循环工作，才能满足高炉连续生产的需要。
每座热风炉工作又分燃烧阶段和送风阶段。
燃烧阶段：将热风炉内的蓄热体加热，先将冷风阀关闭，煤气和助燃空气按一定的空燃比燃烧，烟气通过烟道排出。
送风阶段：鼓风机站送来冷风进入热风炉与蓄热体充分热交换，达到一定温度时由热风管道送入高炉。
对每一座热风炉是一种序批式生产过程。
不同的送风制式有：两烧一送，交错并联，两烧两送，半并联方式。
这种序批式生产过程是对燃烧阶段和送风阶段在相对时间内互相
衔接切换，只有燃烧自动化的实现，才有可能实现燃烧阶段和送风阶段相互按照管理要求切换，达到最大节能效果。
实现热风炉优化操作。
热风炉在其结构上有多种形式，其工作原理是基本相同的，而热风炉的自动化控制也基本相同，主要分为燃烧控制和各设备间的逻辑顺序控制，顺序控制基本能够实现自动。
热风炉自动燃烧控制，据掌握的资料情况和现在的文献看，除引进的高炉外，实现有效的自动燃烧控制很少见，其热风炉的燃烧控制几乎都是在操作站画面上手动（HMI手动），由于手动受人为的因素影响，一人不可能同时操作煤气和助燃空气两个调节阀，就不可避免的出现燃烧状况时好时坏的波动现象。
也不能保证空燃比的恒定，经常造成时而煤气过量不能充分燃烧，时而空气过量温度烧不上来，达不到节省能源效果。
二、具体说明：
利用PLC控制系统控制热风炉自动燃烧的方法：
系统构成除工艺和电气的相关设备外，主要仪表设备包括PLC控制系统及热风炉操作站，热风炉各部位温度检测，煤气总管压力调节阀，助燃空气压力调节阀及助燃风机调节门，每座热风炉煤气流量检
测和流量调节阀、助燃空气流量检测和流量调节阀，热风炉烟道烟气残氧检测仪，构成自动化系统的硬件平台。
在操作站画面上为每一座热风炉设置一套温度调节器来控制该热风炉的煤气流量和空气流量按照设定的空燃比进行燃烧。
基于该燃烧控制器的建立，就能实现根据拱顶温度与烟道烟气温度管理制度进行自动燃烧控制，或者按照工艺提供热风炉燃烧数学模型进行燃烧控制，同时实现热风炉自动燃烧与热风炉自动换炉相互连锁。
热风炉自动燃烧的方法其特征在于控制系统中为每一座热风炉设置一套温度调节器来控制该热风炉的煤气流量和空气流量按照设定的空燃比进行自动燃烧。
减少在操作站画面上操作，减少人为因素（手动分别操作煤气和助燃空气流量）影响燃烧温度波动和能源损耗。
还可根据拱顶温度与烟道烟气温度管理制度进行自动燃烧控制，避免高温过烧和低温燃烧不够现象，通过热风炉炉身温度记录和计算机的自学习功能，来得到热风炉的温度自上而下梯度传导时间，保证热风炉换炉最佳时机就是热风炉燃烧完成时间。
最大效率节约能源。
具体来说：在燃烧开始时，燃烧控制器按照拱顶设定温度燃烧，在t1时段达到设定温度拱顶温度T拱顶SP时，由烟道温度达到换炉设定温度和时间t2来确定烟道温度上升率，从而设定燃烧控制器设定值。
使得t2达到时就是换炉时刻，见附图。
这种利用PLC控制系统控制热风炉自动燃烧的方法，就是设置一套交叉限幅温度调节器来控制该热风炉的煤气流量和空气流量按照设定的空燃比进行燃烧，空燃比通过计算机由高炉煤气气体分析仪提供的检测参数自动进行计算，得到实时理论空燃比。
同时可以通过设置烟道烟气残氧检测仪的数值，计算机实时调整空燃比。
在操作站画面上也可以直接输入空燃比，同时显示实际的空燃比，燃烧效果一目了然。
交叉限幅目的是要升温时先是助燃空气流量开大到限幅值时再开煤气流量使得温度逐步上升至目标值，降温时反之，先是降煤气流量到限幅值时再降助燃空气流量使得温度逐步下降目标值。
三、目的和意义
目的是：提高热风炉燃烧精度、提高热风温度、节约能源、减少环境污染、提高工作效率、减轻劳动强度、能保证炉顶温度不超过一定数值，延长热风炉的寿命。
可实现自动化管理提升生产管理水平。
都有非常大实际意义。
四、系统组成：
系统除了由仪表和PLC硬件组成外。
还包括系统软件，其主要内容是建立系统计算块（计算机自动进行计算空燃比，热风炉燃烧按照拱顶温度与烟道烟气温度管理制度进行自动燃烧）、建立温度及流量等调节器及相互调节关系，实现热风炉自动燃烧。
系统温度压力流量
等参数显示、画面显示说明、烟气氧气含量检测与空燃比调节，重要参数的历史趋势。
五、技术方案具体实施方式。
六、附图及说明
图（1）高炉热风炉检测与控制流程图。
图（2）热风炉燃高炉煤气自动燃烧控制系统图。
图（3）热风炉燃高炉煤气自动燃烧控制框图。
图（4）热风炉拱顶温度与烟道烟气温度管理制度曲线
图（1）高炉热风炉检测与控制流程图
图（2）热风炉燃高炉煤气自动燃烧控制系统图
图（3）热风炉燃高炉煤气自动燃烧控制框图
图（4）热风炉拱顶温度与烟道烟气温度管理制度曲。