CN101408314B - 高炉热风炉燃烧过程的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高炉热风炉燃烧过程的自动控制系统，属于高炉热风炉自动燃烧控制技术领域。系统首先按照规定的条件对本炉历史燃烧数据自学习，确定本炉最佳的煤气和空气流量及调节阀初始最佳开度，作为下一个燃烧周期初始参数。在正常燃烧阶段，采用模糊控制与自寻优控制相结合的控制方法，以拱顶温度最快的上升为目标，根据燃烧室温度变化，快速寻优空燃比例系数。同时，采用非无差自适应单闭环控制系统，结合模糊控制，自学习和脉冲驱动等方法，有效控制调节阀动作，实现流量的精确快速调节与控制。系统根据废气温度的趋势变化，采用模糊控制算法，控制燃烧节奏。同时，系统全面总结手动燃烧经验，实现整个燃烧过程无人值守的全自动控制。

Description

高炉热风炉燃烧过程的自动控制系统

技术领域

本发明属于高炉热风炉自动燃烧控制领域，特别涉及一套基于自学习和模糊控制相结合的热风炉燃烧全自动控制的专用控制方法。

背景技术

热风炉是高炉冶炼系统重要的组成部分，它承担着为高炉提供热风的重要任务。由于热风炉燃烧过程的复杂性以及工艺设备的局限性，热风炉的全自动控制一直没有得到解决。

热风炉的控制过程主要包括换炉控制和燃烧控制，换炉控制技术已经非常成熟，且在生产实际中已经得到了非常广泛的应用。热风炉的燃烧控制包括整个燃烧过程的自动控制和燃烧过程中燃烧配比寻优，拱顶温度恒温控制，燃烧周期控制几个关键的控制技术。

现有的高炉热风炉的自动控制方法主要是解决的问题是空燃比的寻优。主要的解决方法有基于数学模型的和基于人工智能的方法。基于人工智能的控制方法主要包括：

●基于模糊控制的最佳空燃比控制；

●基于专家系统的空燃比设定控制方法；

●通过废气残氧量的控制；

●通过废气温度的控制；

黄兆军等提出的最佳空燃比模糊控制方法，参见冶金自动化2002年第四期38-40页，它分别根据拱顶温度的上升期和稳定期按照不同的模糊控制规则调整空燃比。同时在拱顶温度的稳定期，根据废气温度的上升速度修正煤气流量的大小，从而实现燃烧速度的控制。

马竹语提出的基于专家系统的燃烧控制方法，参见控制工程2002年第四期57-62页，它的核心控制思想是根据预先总结的热风炉燃烧的控制规则，分段设定燃烧过程的煤气流量和空气流量，同时，通过废气温度上升速度的计算和剩余燃烧时间来控制燃料供给的大小，调节燃烧的速度。

姜立秋等提出的废气残氧量的自组织模糊控制方法，参见钢铁研究学报1999年第六期64-68页，它的核心控制思想是根据废气残氧量的检测，通过模糊控制的方法，控制空气的过剩系数，使其保持在合理的区间，从而实现合理的燃烧过程控制。

孙进生等提出的基于实例库的一种热风炉协调控制方法，参见发明专利申请公开书申请号200510127964.3，它的核心思想是根据实例预测当前送风热风炉还可以送风的时间，以此来确定当前燃烧的热风炉的燃烧时间，并据此调节燃料的大小，将原来的固定周期燃烧变为可变周期燃烧。

以上这些控制方法都是按照一定的策略寻找最优的空燃比，根据废气温度的变化调整燃烧速度。而寻找最优空燃比的依据主要是一定的控制规则，或者依赖于废气残氧量的检测。而控制规则的总结首要的问题就是规则的完整性和科学性，制约了系统的适应性。基于实例库的调整燃烧周期的方法面临着工艺情况变化复杂，实例库的完整性和代表性很难保证等问题。同时，上述控制方法仅仅关注于空燃比的寻优，燃烧速度的控制，而没有涉及燃烧过程的自动联锁控制等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一套应用于高炉热风炉燃烧过程的自动控制系统。本系统从解决燃烧过程的全自动控制，实现无人干预入手，采用自学习和模糊控制相结合的方法，实现热风炉燃烧过程的全自动控制。

本发明所采用的技术方案是：高炉热风炉燃烧过程的自动控制系统，可应用于高炉内燃式或者顶燃式热风炉，包括燃烧前最佳燃烧参数的确定和正常燃烧过程控制两个阶段，燃烧前最佳燃烧参数的确定阶段包括以下步骤：

(1)自学习热风炉燃烧过程的历史数据，来确定下一个燃烧过程初始的煤气流量和空气流量，即初始的空燃配比，同时，确定下一个燃烧过程初始的煤气调节阀和空气调节阀的阀位设定值；

(2)根据工艺实际状况确定废气终点温度和燃烧周期的设定值；

(3)根据工艺特点确定调节阀修正阀位的上下限，煤气流量和空气流量修正值的上下限，废气温度控制加减流量的上下限；

正常燃烧过程控制阶段包含以下步骤：

(4)根据热风炉当前工艺状态满足“燃烧”的前提，以自学习算法确定的煤气流量，煤气调节阀阀位，空气流量和空气调节阀阀位为初始值，按照工艺的要求，进行点火的操作；

(5)点火步骤完成后，等待燃烧进入稳定状态，系统选择拱顶温度作为寻优空燃比的依据，根据拱顶温度的实际变化情况，启动寻优空燃比过程；

(6)在燃烧过程进入稳定状态后，系统开始热风炉燃烧节奏的控制，采用模糊控制的方法，根据废气温度在采样周期内的实际上升值与初始计算的标准上升值的差值的大小和变化率，快速修正燃料供给；

(7)流量的控制采取非无差自适应单闭环控制系统，煤气流量和空气流量的闭环自适应调节控制采用非简单负反馈方式控制，而是参考煤气压力的变化速度，变化方向，变化趋势，煤气流量变化的幅度和趋势，采用智能判断算法；

(8)当流量的设定值和实际值产生的偏差超过系统设定的死区范围时，激活调节阀动作，系统采用以大脉冲触发调节阀动作，再以正常值结束的调节阀控制策略，并采用模糊控制器控制调节阀触发阀位脉冲的宽度和高度，将每次驱动调节阀动作的信号发出后，实际流量达到设定值的时间作为输入变量，根据时间的长短，自动修正触发脉冲宽度和高度，同时，系统根据流量的偏差大小，方向自寻优调节阀的动作的周期和调节阀动作的动作幅度；

(9)当自动燃烧系统投入后，系统按照点火过程，燃烧过程，停烧过程三个阶段的不同联锁要求和工艺特点，进行整体燃烧过程的联锁控制；

(10)当发生单双炉燃烧变化时，系统根据此阶段燃烧过程的特点，自动修正煤气和空气的流量和定值和调节阀阀位；

(11)当发生调节阀阀位处于极限位置，而实际的流量仍然没有达到设定值时，系统自动按照标准的空燃配比对流量进行重新折算，保证燃烧过程稳定，当异常状态消除后，则自动恢复正常的燃烧状态。

其中步骤(1)中的自学习热风炉燃烧的历史燃烧数据的步骤包括：

①首先根据实际的工艺要求，判断自学习历史燃烧数据的前提条件是否满足；

②当自学习条件成立时，系统启动寻优计算周期，采集拱顶温度，废气温度，煤气流量和空气流量；

③对煤气流量和空气流量进行与计算周期相同时间长度的平均值计算；

④在计算周期结束的同时，计算当前周期的拱顶温度的绝对上升温度值和煤气流量和空气流量的平均值；

⑤在每一个计算周期结束时，对拱顶温度的上升温度值进行比较运算，如果大于上一个周期，则刷新存贮的煤气流量和空气流量数据，如果小于等于上一个周期的上升值，则保留当前的寻优数据；

⑥调节阀阀位设定值给定后，开始记录时间；

⑦当在规定的时间内，流量的设定值与过程值得偏差在允许范围，则保留当前的阀位值，如果流量的设定值与过程值偏差为正较大，则增加当前的阀位设定值，并刷新保存值，当偏差为负偏差较大时，则减小当前的阀位设定值，并刷新保存值。

步骤(4)中的进行点火的操作步骤包括：

①根据实际的工艺要求，判断初始点火操作的前提条件；

②取寻优的空气流量值和阀位值作为初始的空气流量设定值和调节阀的开度设定值，打开空气调节阀；

③当空气流量的实际值达到工艺规定的标准值，确认空气调节阀已经打开，则取寻优的煤气流量值和阀位值作为初始的煤气流量设定值和调节阀的开度设定值，打开煤气调节阀；

④根据煤气流量和空气流量的设定值和实际值的偏差，系统快速修正调节阀阀位，保证初始的空燃配比；

⑤燃烧过程进入稳定状态，根据拱顶温度实际的变化趋势，进入自动寻优空燃比过程。

步骤(5)中的燃烧过程进入稳定状态，则启动实时的空燃比的寻优过程步骤包括：

①判断满足启动空燃比的寻优过程的前提条件；

②当前提条件满足，拱顶温度出现小于当前燃烧的最高温度，则启动寻优空燃比周期；

③在修正周期开始的同时，根据实际的流量设定值的范围按照固定的百分比计算修正流量的大小；

④修正的过程采取主调煤气副调空气的修正模式，系统按照先修正煤气流量，根据实际效果，再修正空气流量的方法；

⑤修正后根据拱顶温度的变化趋势，确定新的空然配比关系，重新进入正常燃烧过程；

⑥根据拱顶温度的变化，满足条件启动下一次的修正。

步骤(6)中的燃烧过程进入稳定状态，系统开始采用模糊控制的方法当前热风炉燃烧速度的控制过程步骤包括：

①读取投入自动燃烧时计算出的此次燃烧废气温度需要满足的上升速率；

②判断当前的工况，满足条件则计算废气温度实际的上升速率；

③以废气温度在采样周期内的实际上升值与初始计算的标准上升值的差值的大小和变化率为输入参数，输入废气温度上废气温度上升速度模糊控制器；

④根据废气温度的上升速度偏离正常值得大小，快速修正燃料。

本发明的有益效果：

本发明是一套应用于高炉热风炉燃烧过程的自动控制系统，是以煤气和空气流量的非无差自适应单闭环自动调节控制系统为基础的，以拱顶温度最快，最大的上升速率为目标的，模糊控制与自寻优控制相结合的自动燃烧控制系统。本系统从解决燃烧过程的全自动联锁控制，实现无人干预入手，最终实现热风炉燃烧过程的全自动控制。

系统始终关注热风炉燃烧室温度的变化，参考历史燃烧情况，又结合当前的高炉的风温，风量等实际情况，按照当前的燃烧要求，精确的确定参与燃烧的煤气流量和空气流量的合理范围，确定燃烧的合理配比。并以此为基础，按照热风炉燃烧过程当中不同阶段的特点，采取不同的控制策略，分别实现不同阶段的控制目标，实现燃烧过程初始燃烧室温度快速升温，蓄热期蓄热量最大化的目标。

另外，系统采用脉冲驱动的控制策略，精确，快速控制调节阀动作，克服高炉煤气压力波动对燃烧过程的影响。同时实现燃料修正过程的快速准确控制。

本发明方法不依赖于热风炉废气中残氧成分的监测数据和计算繁琐的数据模型，在抓住解决燃烧过程的几个关键问题的同时，重点解决燃烧过程的全自动控制，最大限度避免人为的干预，减轻操作人员的工作强度。

附图说明：

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图1为本发明具体实施方式的自动燃烧系统功能模块关系图；

图2为本发明具体实施方式的初始投入燃烧过程的总体流程图；

图3为本发明具体实施方式的寻优最佳配比的控制流程图；

图4为本发明具体实施方式的燃烧速度调节的控制流程图；

图5为本发明具体实施方式的调节阀控制的流程图。

具体实施方式：

本发明提出的一套应用于高炉热风炉燃烧过程的全自动控制系统，采用自学习和模糊控制相结合的控制方法，结合附图和实例详细说明如下：

下面以一个具体的高炉热风炉为实施例详细说明对其进行自动燃烧控制的全过程。本实施例选用的高炉热风炉的主要参数为：

高炉容积：2650m³

热风炉个数：4个

燃烧制度：两烧两送

热风炉类型：顶燃式

燃料类型：高炉煤气，焦炉煤气混合

燃烧周期：120min

废气温度的最高值：350℃

本实施例高炉热风炉的燃烧控制方法可以分为燃烧前最佳燃烧参数的确定阶段和正常燃烧过程控制阶段两个阶段。总体控制的流程图如图1所示。

燃烧前最佳燃烧参数的确定阶段包括以下步骤：

(1)自学习热风炉燃烧过程的历史数据，来确定下一个燃烧过程初始的煤气流量和空气流量，即初始的空燃配比，同时，确定下一个燃烧过程初始的煤气调节阀和空气调节阀的阀位设定值；

(2)根据工艺实际状况确定废气终点温度和燃烧周期的设定值；

(3)根据工艺特点确定调节阀修正阀位的上下限，煤气流量和空气流量修正值的上下限，废气温度控制加减流量的上下限；

正常燃烧过程控制阶段包含以下步骤：

(4)根据热风炉当前工艺状态满足“燃烧”的前提，以自学习算法确定的煤气流量，煤气调节阀阀位，空气流量和空气调节阀阀位为初始值，按照工艺的要求，进行点火的操作；

(5)点火步骤完成后，等待燃烧进入稳定状态，系统选择拱顶温度作为寻优空燃比的依据，根据拱顶温度的实际变化情况，启动寻优空燃比过程；

(6)在燃烧过程进入稳定状态后，系统开始热风炉燃烧节奏的控制，采用模糊控制的方法，根据废气温度在采样周期内的实际上升值与初始计算的标准上升值的差值的大小和变化率，快速修正燃料供给；

(7)流量的控制采取非无差自适应单闭环控制系统，煤气流量和空气流量的闭环自适应调节控制采用非简单负反馈方式控制，而是参考煤气压力的变化速度，变化方向，变化趋势，煤气流量变化的幅度和趋势，采用智能判断算法；

(8)当流量的设定值和实际值产生的偏差超过系统设定的死区范围时，激活调节阀动作，系统采用以大脉冲触发调节阀动作，再以正常值结束的调节阀控制策略，并采用模糊控制器控制调节阀触发阀位脉冲的宽度和高度，将每次驱动调节阀动作的信号发出后，实际流量达到设定值的时间作为输入变量，根据时间的长短，自动修正触发脉冲宽度和高度，同时，系统根据流量的偏差大小，方向自寻优调节阀的动作的周期和调节阀动作的动作幅度；

(9)当自动燃烧系统投入后，系统按照点火过程，燃烧过程，停烧过程三个阶段的不同联锁要求和工艺特点，进行整体燃烧过程的联锁控制；

(10)当发生单双炉燃烧变化时，系统根据此阶段燃烧过程的特点，自动修正煤气和空气的流量和定值和调节阀阀位；

(11)当发生调节阀阀位处于极限位置，而实际的流量仍然没有达到设定值时，系统自动按照标准的空燃配比对流量进行重新折算，保证燃烧过程稳定，当异常状态消除后，则自动恢复正常的燃烧状态。

上述燃烧前最佳燃烧参数的确定阶段步骤(1)本实例中确定的初始燃烧的最佳煤气流量和空气流量的设定值的具体步骤如下：

①首先根据实际的工艺要求，判断自学习历史燃烧数据的前提条件是否满足；

●当前热风炉的工作模式是双炉正常燃烧；

●当前燃烧的热风炉已经进入稳定的燃烧状态，本实施例中判定的标准是燃烧时间≥10min，且非单炉燃烧状态；

●当前的煤气压力处于正常的压力范围，在本实例中高炉煤气压力的正常范围为500kPa-1300kPa；

●当前的煤气流量和空气流量处于正常的范围，本实施例中煤气流量的正常范围为30000m³/min-100000m³/min，空气流量的正常范围为25000m³/min-70000m³/min；

②当自学习条件成立时，系统启动寻优计算周期，采集拱顶温度，废气温度，煤气流量和空气流量，在本实施例中寻优的计算周期为15min；

③对煤气流量和空气流量进行与计算周期相同的平均值计算，在本实施例中寻优的计算周期为15min；

④在计算周期结束的同时，计算当前周期的拱顶温度的绝对上升温度值和煤气流量和空气流量的平均值；

⑤在每一个计算周期结束时，对拱顶温度的上升温度值进行比较运算，如果大于上一个周期，则刷新存贮的煤气流量和空气流量数据；如果小于等于上一个周期的上升值，则保留当前的寻优数据。

上述燃烧前最佳燃烧参数的确定阶段步骤(1)中确定的系统自学习初始调节阀阀位所确定的最佳的下一个燃烧过程的初始煤气调节阀阀位和空气调节阀阀位的初始设定值的具体步骤如下：

①投入自动燃烧，系统以上一次确定的调节阀的初始阀位进行点火过程。同时，系统开始计时；

②煤气流量的过程值进入偏差死区的时间在1min以内，我们认为快速达到了煤气设定值，则相应的减小当前的调节阀阀位的初始设定值，在本实施例中减小当前调节阀阀位的范围为1％-5％；

③煤气流量的过程值进入偏差死区的时间在2min以内，我们认为达到了煤气设定值的时间较长，则相应的增加当前的调节阀阀位的初始设定值，在本实施例中减小当前调节阀阀位的范围为1％-5％；

④将最新的调节阀阀位的寻优值进行保存，作为下一个燃烧周期开始的初始设定值。

上述在线运行阶段步骤(4)中本实施例进行点火的操作如图2所示，具体步骤如下：

①根据实际的工艺要求，判断初始点火操作的前提条件，前提条件包括：

●当前的热风炉的切断阀处于“燃烧”的状态，即所有的切断阀均满足“燃烧”的状态要求；

●调节阀的初始阀位分别为空气调节阀为5％以内，煤气调节阀阀位为0％；

●当前的燃烧周期时间和终点废气温度的设定值已经设完成，具体本应用实例中燃烧周期的设定周期为120分钟，废气温度的最该温度为350℃；

②取寻优的空气流量值和阀位值作为初始的空气流量设定值和调节阀的开度设定值，打开空气调节阀，此时，空气流量开始增加；

③当空气流量的实际值达到工艺规定的标准值，具体本应用实例中为30000m³/min的时候，确认空气调节阀已经打开，则取寻优的煤气流量值和阀位值作为初始的煤气流量设定值和调节阀的开度设定值，打开煤气调节阀。

④根据煤气流量和空气流量的设定值和实际值的偏差，系统快速修正调节阀阀位，具体本应用实例中系统修正的频率为15秒/次，此时的控制精度要求高，为1500m³/min以内，以保证初始的空燃配比。

⑤燃烧过程进入稳定状态，具体本应用实例中判定的标准时间为10min。根据拱顶温度实际的变化趋势，进入自动寻优空燃比过程；

上述在线运行阶段步骤(5)中本实施例进行实时的空燃比的寻优过程的操作具体步骤如下：

①判定启动空燃比的寻优过程的前提条件是否成立，具体条件在本实例中包括：

●热风炉正常点火，且进入稳定燃烧期，在本实例中判定的时间标准为10min；

●当前燃烧的煤气流量和空气流量与设定值的偏差在允许的范围之内，在本实例中判定的标准为煤气流量和空气流量的设定值与过程值之间的偏差小于1500m³/min；

●当前的高炉煤气压力处于正常的压力范围，在本实例中高炉煤气压力的正常范围为500Pa-1300kPa；

●当前热风炉燃烧流量的修正状态处于自动状态；

●当前热风炉的燃烧过程没有出现手动加减烧，手动修改流量过程；

②满足前提条件，当拱顶温度出现小于当前燃烧的拱顶温度的最高温度，则启动寻优空燃比周期，本实施例中空燃比的寻优周期为3min-5min；

③修正周期开始的同时，计算相关的参数，并做好相关原始数据的保存工作。

在本实例中，计算的相关参数包括：

●根据实际的流量设定值的范围按照固定的百分比计算修正流量的大小，相关的计算结果如表1所示。

表1不同流量对应的流量修正数据

●实际的阀位是否处于阀位的保护位置，在本实例中，根据流量的大小确定的保护阀位位置如表2所示。

表2不同流量对应的保护阀位数据

●在本实例中，需要保存的数据包括：当前的拱顶温度，当前的煤气流量和空气流量设定值。

④修正的过程采取煤气为主修正，空气为副修正的修正模式。修正的过程如图3所示，具体步骤如下：

●发生配比不合理，出现当前拱顶温度超过一定的时间没有上升则启动修正过程，本实例中根据拱顶温度的高低，对应的时间周期为5min和2min。

●启动增加煤气流量过程，置优先修正煤气流量标志。等待实际的煤气流量达到要求的设定值；

●观察修正的效果，如果拱顶温度上升，则本次修正过程正确有效，则返回正常过程，结束本次修正；

●如果拱顶温度没有上升，则本次修正过程无效，则恢复煤气流量的原值，转而增加空气流量，同时结束本次修正；

●下一个修正周期则根据煤气流量优先修正的标志，启动减少煤气流量过程。等待实际的煤气流量达到要求的设定值；

●观察修正的效果，如果拱顶温度上升，则本次修正过程正确有效，则返回正常过程，结束本次修正；

●如果拱顶温度没有上升，则本次修正过程无效，则恢复煤气流量的原值，转而减少空气流量，同时结束本次修正；

⑤修正后系统则按照新的空燃配比关系进入新的稳定燃烧状态；

⑥根据拱顶温度的变化，满足条件启动下一次的修正；

上述在线运行阶段步骤(6)在本实施例中采用模糊控制的方法控制燃烧速度的过程如图4所示，具体步骤包括：

①启动燃烧节奏控制功能的前提条件在本实例中具体包括：

●煤气流量和空气流量的控制方式为自动；

●燃烧的总时间大于15分钟；

●不是单炉燃烧状态，目前为双炉正常燃烧状态；

●当前的拱顶温度与目标值的差≥15℃；

②读取投入自动燃烧时计算出的此次燃烧废气温度需要满足的上升速率；

③修正周期启动开始，则计算当前一个阶段实际的废气温度的上升速率，以及实际废气温度的上升速率与标准上升速率之间的偏差，在本实施例中计算的周期为15min；

④以废气温度在采样周期内的实际上升值与初始计算的标准上升值的差值的大小和变化率为输入参数，输入废气温度上废气温度上升速度模糊控制器；

⑤根据废气温度的上升速度偏离正常值的大小，快速修正燃料，本实施例中煤气流量的修正范围为60000m³/min-85000m³/min，空气流量的修正范围为45000m³/min-65000m³/min；

⑥当采样周期内废气温度上升的趋势较大时，减小燃料的供给，相反则增加燃料的供给，依此来调整废气温度的上升速率。

上述在线运行阶段步骤(8)在本实施例中采取了对调节阀特殊的控制方法，具体的控制步骤如图5所示，本发明较好的解决了大直径，大滞后调节阀的精确快速控制，下面结合本实例的具体说明控制步骤：

①按照流量设定值与过程值的偏差大小对调节阀的修正阀位进行分类，如表3所示；

②按照流量偏差的性质分别定义不同的调节阀调节的周期，如表4所示。同时考虑初始点火和手动修改设定值或者手动减烧的情况，调节阀以20秒的快速周期调节。但是为了安全上的考虑，快速的连续动作次数不超过3次，③设计了调节阀初始动作时的脉冲触发动作策略，即初始动作以较大的脉冲驱动调节阀，当调节阀已经动作后，再以正常的修正阀位结束。此方法克服了调节阀动作滞后大的问题，提高调节阀动作的灵敏度。在本实施例调节阀的脉冲高度范围为5％-10％，调节阀的宽度范围为2s-5s；

表3按照流量设定值与过程值的偏差大小对调节阀的修正阀位进行分类

表4按照流量偏差的性质定义不同的调节周期

④当调节阀动作以后，系统设计了的反向调节策略。调节阀一旦输出调节信号一次，系统马上观察流量的变化效果。如果在一定的时间内，流量变化非常大，说明调节存在过度现象，需要马上反向调节一次，以增加调节阀动作的精确度。

上述在线运行阶段步骤(10-11)在本实施例中对燃烧过程中特殊情况得处理步骤包括：

①单双炉燃烧的自动控制过程

系统对燃烧过程中单双炉燃烧变换过程中煤气压力，助燃风压力和调节阀阀位自动控制，以满足单炉燃烧和双炉燃烧的需要。当双炉燃烧变换为单炉燃烧俄时候，系统自动按照实际焦炉煤气流量的大小和高炉煤气压力，增加燃料的大小。当恢复双炉燃烧的时候，系统自动恢复正常的燃料设定值。

②燃烧过程中自动与手动操作切换过程

控制系统实现燃烧过程手动控制与自动控制的无扰动切换。根据实际的工况，操作人员可以随意在自动燃烧和手动燃烧控制方式下选择，燃烧过程可以实现无扰动的控制。

③异常情况的处理控制过程

控制系统自动处理煤气突然中断，助燃空气突然中断等异常情况的控制。当出现前述的状况时，系统自动实现热风炉停烧控制。

④停烧控制过程

控制系统自动完成停烧过程的控制，当发生停烧条件时，系统自动实现停烧控制，即按照工艺的要求，先关煤气条调节阀，再关空气调节阀。

正是系统对整个燃烧过程的全面地分析，实际燃烧过程所有的现象系统都有相应的进程予以控制，使得系统完全可以替代操作人员对燃烧过程的控制，实现无人参与的自动燃烧。

Claims (4)

1.一种高炉热风炉燃烧过程的自动控制系统，采用自学习和模糊控制相结合，控制过程包括燃烧前最佳燃烧参数的确定和正常燃烧过程控制两个阶段，其特征在于：

燃烧前最佳燃烧参数的确定阶段包括以下步骤：

(1)自学习热风炉燃烧过程的历史数据，来确定下一个燃烧过程初始的煤气流量和空气流量，即初始的空燃配比，同时，确定下一个燃烧过程初始的煤气调节阀和空气调节阀的阀位设定值；

自学习热风炉燃烧的历史燃烧数据的步骤包括：

①首先根据实际的工艺要求，判断自学习历史燃烧数据的前提条件是否满足；

②当自学习条件成立时，系统启动寻优计算周期，采集拱顶温度，废气温度，煤气流量和空气流量；

③对煤气流量和空气流量进行与计算周期相同时间长度的平均值计算；

④在计算周期结束的同时，计算当前周期的拱顶温度的绝对上升温度值和煤气流量和空气流量的平均值；

⑤在每一个计算周期结束时，对拱顶温度的上升温度值进行比较运算，如果大于上一个周期，则刷新存贮的煤气流量和空气流量数据，如果小于等于上一个周期的上升值，则保留当前的寻优数据；

⑥调节阀阀位设定值给定后，开始记录时间；

⑦当在规定的时间内，流量的设定值与过程值得偏差在允许范围，则保留当前的阀位值，如果流量的设定值与过程值偏差为正较大，则增加当前的阀位设定值，并刷新保存值，当偏差为负偏差较大时，则减小当前的阀位设定值，并刷新保存值；

(2)根据工艺实际状况确定废气终点温度和燃烧周期的设定值；

(3)根据工艺特点确定调节阀修正阀位的上下限，煤气流量和空气流量修正值的上下限，废气温度控制加减流量的上下限；

正常燃烧过程控制阶段包含以下步骤：

(4)根据热风炉当前工艺状态满足“燃烧”的前提，以自学习算法确定的煤气流量，煤气调节阀阀位，空气流量和空气调节阀阀位为初始值，按照工艺的要求，进行点火的操作；

(5)点火步骤完成后，等待燃烧进入稳定状态，系统选择拱顶温度作为寻优空燃比的依据，根据拱顶温度的实际变化情况，启动寻优空燃比过程；

(6)在燃烧过程进入稳定状态后，系统开始热风炉燃烧节奏的控制，采用模糊控制的方法，根据废气温度在采样周期内的实际上升值与初始计算的标准上升值的差值的大小和变化率，快速修正燃料供给；

(7)流量的控制采取非无差自适应单闭环控制系统，煤气流量和空气流量的闭环自适应调节控制采用非简单负反馈方式控制，参考煤气压力的变化速度，变化方向，变化趋势，煤气流量变化的幅度和趋势，采用智能判断算法；

(8)当流量的设定值和实际值产生的偏差超过系统设定的死区范围时，激活调节阀动作，系统采用以大脉冲触发调节阀动作，再以正常值结束的调节阀控制策略，并采用模糊控制器控制调节阀触发阀位脉冲的宽度和高度，将每次驱动调节阀动作的信号发出后，实际流量达到设定值的时间作为输入变量，根据时间的长短，自动修正触发脉冲宽度和高度，同时，系统根据流量的偏差大小，方向自寻优调节阀的动作的周期和调节阀动作的动作幅度；

(9)当自动燃烧系统投入后，系统按照点火过程，燃烧过程，停烧过程三个阶段的不同联锁要求和工艺特点，进行整体燃烧过程的联锁控制；

(10)当发生单双炉燃烧变化时，系统根据此阶段燃烧过程的特点，自动修正煤气和空气的流量和定值和调节阀阀位；

(11)当发生调节阀阀位处于极限位置，而实际的流量仍然没有达到设定值时，系统自动按照标准的空燃配比对流量进行重新折算，保证燃烧过程稳定，当异常状态消除后，则自动恢复正常的燃烧状态。

2.根据权利要求1所述的高炉热风炉燃烧过程的自动控制系统，其特征在于，所述步骤(4)中的进行点火的操作步骤包括：

①根据实际的工艺要求，判断初始点火操作的前提条件；

②取寻优的空气流量值和阀位值作为初始的空气流量设定值和调节阀的开度设定值，打开空气调节阀；

③当空气流量的实际值达到工艺规定的标准值，确认空气调节阀已经打开，则取寻优的煤气流量值和阀位值作为初始的煤气流量设定值和调节阀的开度设定值，打开煤气调节阀；

④根据煤气流量和空气流量的设定值和实际值的偏差，系统快速修正调节阀阀位，保证初始的空燃配比；

⑤燃烧过程进入稳定状态，根据拱顶温度实际的变化趋势，进入自动寻优空燃比过程。

3.根据权利要求1所述高炉热风炉燃烧过程的自动控制系统，其特征在于，所述步骤(5)中的燃烧过程进入稳定状态，则启动实时的空燃比的寻优过程步骤包括：

①判断满足启动空燃比的寻优过程的前提条件；

②当前提条件满足，拱顶温度出现小于当前燃烧的最高温度，则启动寻优空燃比周期；

③在修正周期开始的同时，根据实际的流量设定值的范围按照固定的百分比计算修正流量的大小；

④修正的过程采取主调煤气副调空气的修正模式，系统按照先修正煤气流量，根据实际效果，再修正空气流量的方法；

⑤修正后根据拱顶温度的变化趋势，确定新的空然配比关系，重新进入正常燃烧过程；

⑥根据拱顶温度的变化，满足条件启动下一次的修正。

4.根据权利要求1所述的高炉热风炉燃烧过程的自动控制系统，其特征在于，所述步骤(6)中的燃烧过程进入稳定状态，系统开始采用模糊控制的方法当前热风炉燃烧速度的控制过程步骤包括：

①读取投入自动燃烧时计算出的此次燃烧废气温度需要满足的上升速率；

②判断当前的工况，满足条件则计算废气温度实际的上升速率；

③以废气温度在采样周期内的实际上升值与初始计算的标准上升值的差值的大小和变化率为输入参数，输入废气温度上废气温度上升速度模糊控制器；

④根据废气温度的上升速度偏离正常值得大小，快速修正燃料。

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