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圖1  熱風爐燃燒控制原理圖

    由于人工控制難以在預熱煤氣和空氣溫度變化時、高爐所需鼓風溫度和流量變化時、助燃空氣壓力變化時、熱風爐蓄熱量尚有富裕時，修正熱風爐加熱的煤氣和空氣量，因而達不到節能和優化熱風爐操作的目的。下面介紹的高爐熱風爐流量設定及控制的專家系統，可以解決上述問題，實現了熱風爐燃燒控制的全自動化，并可為高爐提高風溫創造條件。

2  系統原理

系統是考慮以下幾點來構成的：

    ①  根據工藝要求；

    ②  根據工廠的實踐；

    ③  參考國外流量設定數學模型的出發點；

    ④  考慮熱風爐的加熱和送風的熱傳導、熱交換等工藝理論；

    ⑤  考慮節能和可為提高風溫創造條件的各種影響因素；

    ⑥  考慮減輕勞動強度而需采用全自動化控制。

    國內熱風爐燃燒（又稱燒爐）大都采用快速燒爐方法。即在燃燒初期用最大的煤氣量與小的超量空氣系數相配合，進行強化加熱，在最短時間內，使拱頂溫度迅速升到規定值，這一階段燒爐稱為加熱期。此后逐步改變超量空氣系數以小的煤氣量維持拱頂溫度，逐步提高煙道溫度至界限值，使整個熱風爐充分蓄熱，這一階段稱為保溫蓄熱期。根據不同的設備條件實現快速燒爐有三種方法：

    ① 固定煤氣調節助燃空氣量。它一直是使用最大煤氣量，當拱頂溫度迅速升到規定值后，增加助燃空氣量，因而廢氣量增加，流速增大，有利于對流傳熱，從而強化熱風爐中、下部的熱交換作用，它適用于助燃風機有余力的熱風爐

    ② 固定空氣量調節煤氣量。它在保溫蓄熱期減少煤氣量，因而不如第一種好，但調節方便，適用于助燃風機無余力的熱風爐；

    ③ 煤氣量與助燃空氣量都不固定。它在加熱期用最大的煤氣量與小的超量空氣系數相配合，進行強化加熱，當拱頂溫度達到規定值后，同時減少煤氣量與助燃空氣量，在拱頂溫度不變的情況下來加熱熱風爐中、下部，這種方法難以掌握兩者同時變化的比例，故除了煤氣壓力波動大的熱風爐和用以控制廢氣溫度外，很少采用。此外還利用廢氣分析和火焰來判斷合理的燃燒溫度。后者是適合于沒有在線廢氣分析的中小高爐的熱風爐，主要是靠觀察火焰顏色來判斷。

    一般高爐設有三座或四座熱風爐，兩爐燃燒，單爐送風或兩爐并聯，燃燒所用煤氣有混合煤氣或高爐煤氣，并利用煙氣余熱的預熱器來預熱煤氣和空氣。目前國內高爐熱風爐的儀表及自動化的狀況為：除少數工廠外，基礎自動化不完善或雖有如圖1所示的自動化系統，但為了滿足高爐高風溫的要求，往往盡量燃燒而不限制拱頂溫度，結果只使用煤氣流量和空氣流量控制。考慮這種情況，可按如圖2所示進行系統的開發。即按5段時間進行預設定所需的煤氣流量和空氣流量。其中t1是到達規定拱頂溫度的時間，t2、t3、t4、t5分別為逐步要減小的煤氣和空氣量，它由熱風爐操作員憑自己或他人的豐富經驗進行設定，使沒有經驗的操作員也可達到專家水平，設定后熱風爐即自動按此流量進行燒爐。

圖2  熱風爐燒爐流量設定原理圖

    按工藝要求，當煙氣溫度達到熱風爐格子磚支承的金屬允許的上限時，應恰好到達規定的燃燒時間。如圖3所示，如果煙氣溫度到達規定允許的上限（假設為350℃）而尚未到達燃燒終點，即尚有剩余時間才到達規定的燃燒時間，這就意味著廢氣溫度太高，導致熱效率下降，格子磚支承的金屬被燒損，故需進行校正，即到達校正點時，計算是否如虛線所示到達燃燒終點尚有剩余時間，如果有剩余時間則需減少煤氣及空氣流量，以改變煙氣溫度上升速度，使燃燒終點與規定的燃燒時間重合。剩余時間ts計算公式為：

1―不控制時預測溫度；2―控制后預測溫度

圖3  煙氣控制溫度圖

t_s = t_r