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钢铁炉窑自动燃烧及节能优化技术工业炉窑是钢铁各工序中耗能大户，如热风炉消耗的高炉煤气为高炉自产煤气总量的 40%以上，加热炉的能耗占到了热轧工序总能耗的一半，发电锅炉如果能够利用更少的煤气发更多的电可以有效提高企业利润，项目的投用可以有效减少操作定员，减轻操作人员劳动强度，降低燃料消耗，减少温室气体排放，提高智能化控制水平，降低生产成本，提高发电效率，实现经济效益和社会效益并重。

技术原理与路线

本项目包含高炉热风炉节能优化、热轧加热炉节能优化、燃气锅炉节能优化等三个课题，主要通过分析不同的炉窑特点，通过CAE 仿真、优化模型、智能控制、自动寻优等技术实现炉窑的自动化运行和节能优化的目的。

（1）热风炉节能燃烧优化技术

通过仿真获取烧炉效率最佳的方法，从而研发烧炉模型，并建立如自动点火、拱顶温度控制、空燃比控制等各种自动烧炉模块，从而实现热风炉的自动优化燃烧。

技术路线∶建立热风炉格子砖（蓄热体）单孔模型-获得以何种烧炉方式，蓄热效率最高-换炉模式的确定-根据热风炉的操作要求，确定烧炉可能的所有模式，然后根据划分的模式，进行烧炉剩余时间的研发-按送风温度换炉剩余送风时间计算模型的研发-剩余烧炉时间计算

模型的研发-废气终点温度计算模块的研发-煤气量设定模型计算模型的研发-拱顶温度控制模块的研发-最佳空燃比的确定-软件编程实现-实例工程的应用。

（2）加热炉节能燃烧优化技术原理

通过燃料使用最小原则，通过传热计算出各种钢坯的最佳升温曲线，并根据该曲线进行炉温设定，并根据实际炉温计算的钢坯温度，实时调整各段炉温，从而实现炉温设定；同时通过自动烧炉模型，根据炉温设定值实现炉温和空燃比的自动控制。

技术路线∶建立最佳升温曲线模型-建立炉温及钢坯的传热计算模型-建立钢坯跟踪模型-建立炉温设定模型-建立各段炉温控制模型-建立炉压控制模型-建立各段烟温控制模型-软件编程实现-实例工程应用。

（3）燃气锅炉自动运行及节能优化技术原理

根据锅炉运行的大数据分析，建立烧嘴自动调整模型，实现各烧嘴的均匀燃烧，建立主汽压力、煤气热值变化等前馈模型，实现燃烧强度及空燃比的优化控制，根据对锅炉水位、主汽压力、主汽温度的前馈精确控制，实现锅炉的平稳运行，从而保证汽机处于最佳运行状态。

技术路线∶锅炉对象特性及先进控制方法的理论研究-实际运行锅炉运行参数的大数据分析及建模-干扰因素的模拟及数字模型的仿真，及其结果的评价-分析样例工程收集的数据，确定各模型的参数。

技术内容

（1）热风炉节能燃烧优化技术

①自动烧炉∶当热风炉进入燃烧状态后，系统接管了从点火、煤气/空气量给定、高热值煤气配比、拱顶温度调节、烧炉撤出等烧炉全过程，烧炉完成后发出焖炉信号。

②烧炉强度的自动计算∶通过对烧炉时的废气温度和带入的热量、送风带走的热量及送风温度实时监控，通过模型计算出送风时间和燃烧时间，并根据燃烧模型，计算出最优的煤气流量，使烧炉整个过程都处于最佳的燃烧状态，从而达到节能减排的目的。

（2）加热炉节能燃烧优化技术

①各段炉温的自动设定∶根据铸坯钢种、铸坯尺寸、入炉温度、生产节奏、各段的实时炉温等条件，按照最优的铸坯升温曲线，实时计算并给出各段设定温度。

②实现烧炉的自动化∶通过自动化控制模型，完成各控制单元的炉温、炉压、烟温的控制，温控控制模型使各段温度控制在设定值的较小范围内，通过对蓄热式加热炉的烟温和炉压的协调模块，对烧嘴蓄热量进行优化，使炉压和烟温控制在合理范围内，从而实现节能燃烧、降低氧化烧损。

（3）燃气锅炉自动运行及节能优化

①燃烧系统的优化运行∶根据煤气调度指令，自动控制锅炉燃烧强度，调整各烧嘴热量供给均匀性，优化空燃比例，使燃烧处于最优烧炉状态。

②汽水系统的优化运行∶自动调节锅炉水位、主汽温度、主汽压力等主要参数，保证各参数稳定在最佳的工作状态，有效提高汽机的运行效率，从而提高发电量。

技术特点

（1）投入后可实现炉窑控制的自动化、无人化，有效减少操作定员;

（2）实现模块化、产品化设计，根据各应用炉窑的不同特点，通过参数配置，实现各种功能，提高了系统的适应性、稳定性，保证了节能效果;能够根据历史数据，对各配置参数进行自动优化，从而进一步提高了系统的自适应性；

（3）可以实现送风温度、钢坯出炉温度、发电效率的稳定性，降低钢坯的氧化烧损；（4）可以对空燃比、燃烧温度、主汽温度、主汽压力等参数进行实时、准确、快速调节；

二、技术应用情况

热风炉节能燃烧优化系统于2016年1月份在湘潭钢铁1"高炉进行了示范应用，取得了良好的应用效果，节能率达 4.79%，为企业创造经济效益 700 多万元;加热炉节能燃烧优化系统于2017年5月份在唐山天柱钢铁型钢加热炉进行了示范应用，节能率≥5.6%，为企业创造经济效益 300 多万元;燃气锅炉自动运行及节能优化系统软件基本完成，马上在合作单位的发电项目上应用。