高炉热风炉交错热并联送风自动控制数字液压系统

节能减排
 
 创新驱动  巨大经济效益  节能减排技术  炼铁绿色生产

 

高炉稳定的高风温是提高利用系数、降低焦比、提高喷煤量和稳定高炉炉况的直接措施。1200~1300℃风温是21世纪现代化高炉的重要标志。我国高炉风温长期徘徊在1050~1150℃左右,近几年风温虽有所提高,但与国外相比,还是处在较低的风温水平,这种风温状况已成为进一步提高喷煤量、改善高炉指标的最主要障碍。因此,提高高炉风温具有很大的迫切性和必要性。

大型高炉热风炉交错热并联送风自动控制数字液压系统是一项具有高商业价值的自动化控制技术,其在不改变热风炉燃烧条件前提下,有效提高风温50℃(武钢5号高炉),大幅度降低焦炭的使用量,可大幅度降低生产成本,产生巨大经济效益。

 

█ 提高送风温度,降低生产成本;

█ 送风总管温度降低且稳定;

█ 大幅降低二氧化碳排放量;

█ 换炉时的风压波动大幅降低;

█ 。。。。。。

 

参考文献:

 

三座热风炉采用“一烧两送热并联”创新工艺.pdf

高炉热风炉交错热并联创新工艺.pdf

热风炉交错热并联新工艺应用总结.pdf

高炉热风炉交错热并联送风自动控制系统介绍.pdf

 

 

技术原理

 

 

为了使高炉得到稳定的热风温度,通过调节热风炉系统混风调节阀使得高温风降低并稳定在一个需要值上,这是目前国内高炉热风炉风温控制的常用方法。但这种方式由于需要混入冷风来配比高温热风,因此从送风总热值上降低了,风量确定下,风温也就自然低了。

“交错热并联”送风方式不是通过混风调节阀混入冷风来控制送入高炉的风温,而是通过先行炉较低的风温混合后行炉较高的风温,通过不同风量的配比最终得到稳定的需要温度。由于采用交错热并联方式时的先行炉风温远远高于现有送风方式通过混风阀送入冷风的风温,因此交错热并联送风总热值高于现有送风方式的总热值,送风量相同时,送风温度自然就要高于现有的送风温度。

通过武汉钢铁公司5号高炉交错并联送风自动控制系统使用情况看,在原有年平均风温1150℃、不改变热风炉烧炉总热值情况下,通过采用交错并联送风自动控制,可有效稳定提高送风温度50℃,且无论是在正常送风抑或是换炉时,风温均可以稳定在+/-5~10℃范围内。无论是节能降耗还是稳定高炉生产,热风炉交错并联送风自动控制系统都表现优异。

交错冷并联与热并联送风方式的不同:采用常规“交错冷并联”送风工艺时,四座热风炉两烧两送,两座送风热风炉都分成前半周期和后半周期两段时间,在送风时间上交错半个周期并联送风。例如:当No.1热风炉后半周期与No.2热风炉前半周期并联送风,各送50%热风,当No.1热风炉终止送风转到燃烧,No.2热风炉后半周期与No.3热风炉前半周期并联送风,各送50%热风。随着热风炉格子砖蓄热量的减少,在整个并联送风周期中,进入高炉的风温始终在逐渐降低。国内外绝大部分大中型高炉为了让进入高炉的风温保持基本恒定,都采用兑入冷风的方法来满足这一要求。在每一个送风周期开始时,由于两座热风炉的混合风温较高,要多兑冷风,随着混合风温逐渐降低相应减少兑入冷风,到了单炉送风周期到达终点时停止兑入冷风。不兑冷风这一点的风温就成了进入高炉的相对恒定风温。采用这种常规工艺,必然使得整个送风周期内都在将已经得到的风温进行兑冷降温使用,只是降温程度前后不同而已。

采用交错热并联新工艺,同样也是两座热风炉交错并联送风,不同的是两座热风炉的送风量都不是固定在50%,同一时间,处在前半周期的热风炉送风温度较高,处在后半周期的热风炉送风温度较低。通过高精度液压调节阀控制冷风阀开度,采用改变两座热风炉送风量比值的方法来保持进入高炉的风温相对恒定。处在前半周期热风炉的风量从0%逐渐增加到100%,同时,处在后半周期热风炉风量从100%逐渐减少到0%,任何时间两座热风炉送风量相加都是100%,采用调节两座热风炉通过风量比例的方法同样可以达到进入高炉风温的相对恒定的目的,就因为不兑冷风,所以取得了提高风温的效果。

 

亿美博交错热并联系统构成

热风炉加错热并联系统

 

亿美博交错热并联原理

热风炉交错热并联送风专家模型

 

亿美博交错热并联原理

冷风调节阀控制时序及调节控制

 

 

 

 

 

参考文献:

 

三座热风炉采用“一烧两送热并联”创新工艺.pdf

高炉热风炉交错热并联创新工艺.pdf

热风炉交错热并联新工艺应用总结.pdf

高炉热风炉交错热并联送风自动控制系统介绍.pdf

 

 

系统构成

神经元网络及专家知识库自适应智能调节控制

 

多变量参数热风炉数字模型

热风炉是一个很大的惯性和滞后系统,而影响蓄热和送风的因素又众多,它们包括:炉容、蓄热体、燃烧器、煤气热值、煤气量、煤气预热温度、送风量、空气湿度、管道热损失、等等众多因素,因此要想稳定精确的控制送风温度,我们需要通过建立准确的、多变量参数的热风炉数字模型对蓄热和送风趋势进行预测,根据预测结果,借助神经元矩阵模型推演,获得对燃烧和送风以及换炉等步骤的控制决策依据。亿美博借助多年来在军工、冶金、能源等领域中积累的大量经验,结合国内最具实力的国家级仿真控制研究中心,共同构建了一套具有响应快速、数据自动更新和优化、结果准确的热风炉数字模型。该模型已经在武钢5高炉交错并联送风温度自动控制系统实施中得到验证。

 

 

多变量参数模型

热风炉多变量数字模型

 

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神经元矩阵模型推演机

建立了多变量参数热风炉数字模型后,将各个变量送入载有模型的高速计算机(工作站或小型机),通过神经元矩阵模型推演算法,获得有关于热风炉燃烧、送风和换炉等过程的预知量,该预知量再送入具有专家知识库的热风炉自适应智能调节算法,以实现精确的风温控制。

据有专家知识库的自适应智能调节算法

通过对模型实施的神经元矩阵推演计算后得出的决策参数并不能完全精确的体现热风炉长期使用后的状况,还需要进一步精细化处理和计算方可对最终的风温进行精确控制,同时这些精细化处理和计算后的数据同时反馈至前端的多变量参数热风炉数字模型,用以对模型的实施优化和修正。亿美博在构建专家知识库时,不仅收纳了国内知名的工程院院士、炼铁工艺、设计专家等的丰富知识外,还吸收了宝贵的现场工艺专家、操作使用人员的广泛经验,结合亿美博多年冶金领域卓越的控制技术水平,构建了一套国际先进水平的控制算法。

   

 

数字式高精度冷风流量调节阀

因为冷风阀不但直径大、惯性大,而且在全行程中严重非线性,在两头开和关小角度时非常不灵敏,而在中部时又太过灵敏,因而必须能够精确微动阀门翻板实现微调,为此我们采用能够精确微调冷风调节阀开度的大力量数字液压油缸作为执行元件,与精密冷风调节阀共同组合成为数字式高精度冷风流量调节阀,不仅其高精度的定位能力保证了阀门的精度,其大力量的输出更是可靠性的重要保证,另由于液压油缸驱动避免了电动机带动减速机驱动时的机械旷量,其微动精度极高,这是高精度稳定风温的根本保障。

 

 

 

亿美博高精度数字冷风调节阀

数字式精密线性

大型管道流量调节阀

西门子PLC

西门子PLC系统

世界公认的优秀工业控制设备S7-300PLC不仅保证了全套系统的稳定运行,更提供了超大运算和信息吞吐以及可靠的逻辑控制能力。通过工业以太或者Profib-bus网络,系统简单溶入高炉热风炉现有控制系统。

 

   
  

 

 

参考文献:

三座热风炉采用“一烧两送热并联”创新工艺.pdf

高炉热风炉交错热并联创新工艺.pdf

热风炉交错热并联新工艺应用总结.pdf

高炉热风炉交错热并联送风自动控制系统介绍.pdf

 

 

 

采用热并联新工艺技术具体效果

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  • 在不改变原有热风炉参数的条件下(同样的煤气热值和燃烧器能力,同样的拱顶烟气温度和废气温度,同样的格子砖重和送风初温),可以提高热风温度的基本值约为单炉送风温降的25%(例如单炉送风温度降60℃,可提高风温15℃,单炉送风温降100℃,可提高风温25℃以上)。

  • 关闭混风大闸减少漏风,使得送风温度进一步提升约15~25℃。

  • 前、后行炉混风后,风温稳定,降低了送风总管上限温度,减小了送风总管及波纹管损坏的风险。

  • 两座热风炉并联送风,换炉时的风压波动大幅度降低,且降低了冷风管道的阻损,间接提升了鼓风机效率。

  • 采用了高精度的数字液压冷风调节阀、热风炉智能热工模型,结合“神经元矩阵模型推演算法”、具有专家知识库的热风炉自适应智能调节算法、模糊控制系统等,可以将热风温度波动值控制在±5℃以内。

  • 热风炉由燃烧转换为送风时,受充压冷风的影响,炉内初始热风温度降低。采用传统交错并联送风时,两座热风炉各送50%风量不能改变,因此在送风周期开始的2-3分钟内,即使不兑冷风也会产生>50℃的热风降温。采用热并联新工艺后,送风周期开始时,处在前半周期热风炉的风量从0%慢慢增加,短时热风温降可从以前的>50℃降到现在的10℃左右甚至更低。

  • 对于风温已经达到1250-1300℃的高炉来说,可以降低拱顶温度,降低钢板焊缝产生晶间应力腐蚀的危险性。

  • 对于高热值煤气不够用的工厂来说,可以减少高热值煤气的用量。

  • 不提高风温时,可以延长送风时间,减少换炉次数,减少换炉时排放的高压高温风量,节能减排。

  • 新设计不要求最高风温的热风炉时,可以减少格子砖重量节省投资。

  • 交错并联为“两烧两送”,减少了热风炉等待时间,循环更为紧凑合理,减少了热损耗,提高了热效率;

  • 延长单炉送风期,减少换炉次数,提高了热风炉使用效率;

  • 送风开始和终了时,蓄热室格砖的温差大,故单位蓄热室格砖的蓄热能力增加,使风温可以进一步提高,或相同风温时可缩小蓄热面积;

  • 在燃烧期,由于烟气与格砖的温差大,故热交换效率高,热效率也高。试验数据表明,交错并联送风温度效率比单独送风高4%左右;

  • 根据高炉冶炼要求任意设定风温,控制系统自动调节;

  • 不再由混风阀向热风主管混入冷风,有效利用了低风温热风炉余热,降低了能源损耗;

  • 两座热风炉同时送风,降低流道风阻,换炉时风量风压波动更小;

 

 

 

 

4年后用户证明

 

工信部节能司长调研
 

 

工信部节能司司长武钢调研交错热并联

 

武钢使用亿美博交错热并联控制系统截屏
 

 

现场实际使用监控画面

该系统自2009年7月在武钢5号高炉投入生产使用。    
     

 

 

 

参考文献:

三座热风炉采用“一烧两送热并联”创新工艺.pdf

高炉热风炉交错热并联创新工艺.pdf

热风炉交错热并联新工艺应用总结.pdf

高炉热风炉交错热并联送风自动控制系统介绍.pdf

 

 

行业应用

APPLICATION