营口钢厂热风炉自动燃烧控制方案

营口钢厂热风炉自动燃烧控制方案热风炉作为高炉炼铁的关键设备，其燃烧过程的稳定性直接影响风温输出、煤气能耗及环保指标。针对营口钢厂现有内燃式热风炉运行特点（炉容3200m³，设计风温1250℃，使用高炉煤气与焦炉煤气混合燃料），自动燃烧控制方案需实现燃烧过程的精准调节，重点解决传统人工操作中存在的风温波动大（±30℃）、煤气单耗高（1.2GJ/℃·t）、烟气氧含量不稳定（3%8%）等问题。系统核心控制目标为：风温波动范围≤±15℃，煤气单耗降低至1.0GJ/℃·t以下，烟气氧含量稳定在2%3%（过剩空气系数1.051.1）。关键控制参数选取拱顶温度（目标值13501400℃）、废气温度（≤350℃）、煤气流量（Q_g）、助燃空气流量（Q_a）、煤气压力（P_g≥3kPa）、空气压力（P_a≥5kPa）、烟气含氧量（O₂）作为反馈变量，其中拱顶温度通过红外双波长测温仪（精度±1℃）实时监测，废气温度采用铠装热电偶（响应时间＜2s），流量测量选用插入式超声波流量计（带温度压力补偿），压力信号通过扩散硅压力变送器（量程010kPa，精度0.1%）采集。控制策略采用分阶段动态调节模式：1.燃烧初期（030min）：以快速提升拱顶温度为目标，采用“流量前馈+温度PID”复合控制。根据当前炉况（如前一周期废气温度、高炉需风流量）计算初始煤气流量设定值Q_g0=K1×(T_拱顶目标T_拱顶初始)，同时空气流量按初始空燃比λ0=1.2（经验值）同步调节，避免因空气不足导致不完全燃烧。此阶段PID控制器输出以温度偏差为主（比例系数Kp=2.5，积分时间Ti=60s），快速缩小拱顶温度与目标值的差距。2.燃烧中期（3090min）：转入稳定燃烧阶段，重点控制烟气氧含量与废气温度上升速率。通过烟气在线分析仪表（激光式O₂分析仪，响应时间＜1s）实时检测O₂浓度，采用氧含量闭环控制调整空燃比：λ=λ0+K2×(O₂设定值O₂实测值)，其中K2=0.05（自适应调整系数）。同时限制废气温度上升速率≤5℃/min（通过煤气流量变化率限制实现，ΔQ_g/Δt≤200m³/h·min），防止炉篦子过热。3.燃烧末期（90120min）：以“蓄热最大化”为目标，采用废气温度拱顶温度差值控制。当拱顶温度达到上限（1400℃）后，逐步降低煤气流量，同时调整空燃比至λ=1.05（经济燃烧值），使废气温度接近但不超过350℃。控制逻辑为：Q_g=Q_g当前值K3×(T_废气当前T_废气目标)，其中K3=0.1（根据历史数据拟合的衰减系数），确保蓄热室格子砖充分蓄热，为送风阶段提供稳定热源。系统硬件架构采用“PLC+智能仪表”分布式控制，主控制器选用西门子S71500（处理周期＜100ms），配置AI模块（16位精度，支持420mA/热电阻信号）、AO模块（12位精度，控制调节阀）及通信模块（Profinet接口，与高炉主控室DCS系统通信）。执行机构方面，煤气与空气流量调节选用电动调节阀（公称通径DN300，流量特性为等百分比，可调比100:1，全行程时间＜15s），快切阀采用气动蝶阀（响应时间＜0.5s，泄漏等级Ⅵ级），确保紧急情况下快速切断燃料。数据处理环节，所有传感器信号经PLC预处理：流量信号通过温压补偿公式Q=Q_标况×(P实测×273)/(P标况×(273+T实测))修正（P标况=101.325kPa，T标况=20℃）；温度信号采用滑动平均滤波（窗口5点）消除干扰；压力信号设置死区（±0.1kPa）避免调节阀频繁动作。关键数据（拱顶温度、废气温度、O₂含量、煤气/空气流量）以1s周期存入实时数据库（InfluxDB），供历史趋势分析与控制参数优化。安全保护机制包括三级联锁：一级为煤气/空气压力低联锁（P_g＜2kPa或P_a＜4kPa时，触发快切阀关闭，同时发出声光报警）；二级为超温联锁（拱顶温度＞1450℃或废气温度＞380℃时，自动减小煤气流量至50%额定值）；三级为熄火保护（煤气流量＞500m³/h且O₂含量＞8%持续30s，判定为熄火，切断燃料并通入氮气吹扫）。所有联锁逻辑通过PLC硬接线实现，确保响应时间＜200ms。现场调试阶段需完成三方面工作：一是PID参数整定，通过阶跃响应法测试温度控制回路（给定阶跃10℃，调整Kp=2.0、Ti=45s、Td=10s，使超调量＜5%，调节时间＜5min）；二是燃烧曲线拟合，根据不同工况（高炉风量50006000m³/min、煤气热值78MJ/m³）建立煤气流量空气流量风温的映射关系表；三是动态响应测试，模拟煤气压力波动（±1kPa）、空气流量突变（±10%）等场景，验证系统抗干扰能力（风温波动应≤±10℃）。通过上述方案实