[发明专利]一种基于预测控制的蓄热式冶金熔炼炉安全节能方法

说明书

本发明涉及一种基于预测控制的蓄热式冶金熔炼炉安全节能方法，包括以下步骤：分别通过预测控制器对炉膛温度、燃烧效率和炉膛安全进行控制，实现冶金熔炼炉的安全节能控制。本发明利用预测控制技术在保障铝合金熔炼炉矩阵蓄热式燃烧系统安全生产前提下：优化了空燃比，降低了混合气体氧含量，保证燃烧效率最大化；实现了炉膛温度快速、稳定调节，并保证了燃气用料最小化，从而为燃烧系统安全节能；并且实现了全自动大小火状态切换，减少人工干预，降低了操作人员操作强度，为企业节省了生产运营成本。

技术领域

本发明所涉及技术领域为冶金行业的矩阵蓄热式铝合金熔炼炉燃烧控制。

背景技术

本专利应用的对象为冶金行业铝合金熔炼炉，熔炼设备采用了矩形蓄热式燃烧系统，该燃烧系统的炉组包含三台熔炉，A熔化炉+B/C合金炉组合使用(一拖二)。其中A双室炉为熔化炉，用于连续熔化废料，提供半成品铝液(原料)给B和C炉；B和C炉为合金炉，接收一部分A转来的铝液原料，另单独熔化一部分原材料，最终精炼成合格铝合金成品铝液，浇铸成锭。

A双室炉容积90吨，有两个熔池，主熔池保温，副熔池加料熔化。熔池内保持2/3的铝液，通过不断加入原料，实现低温铝液浸没式熔化原料。上料方式有三种：①通过副室炉口加大块料(铝锭、废锭)、②通过回转窑1加铝屑、③通过回转窑2加废杂铝。铝液熔化到设计液面时，检测当前铝液成分，根据下炉元素含量不超标的最大需求，转出一部分铝液(10-30吨)给下炉(B或C炉)，作为部分原料。

B/C熔化一部分固态原料，然后接收一部分A炉转来的铝液原料，混合均匀后检测成分，再添加其他辅料，调整成分至合格，精炼(除渣除气)后出炉，浇铸成锭。工艺流程图如图1。

针对该类熔炼炉设备的燃烧系统，业界普遍采用PLC控制系统进行控制，PLC控制系统能够实现大小火两种生产工艺条件，同时PLC控制系统具备较为完善的联锁及报警功能，能够帮助企业实现安全生产。硬件架构图如图2所示。

目前的控制流程如下：

1)针对一批新料进行来料加工时，由现场生产人员开启点火开关，PLC控制程序切换至大火状态，将天燃气进气阀开至40％开度，一次风阀门100％开度，助燃风机转速为40Hz(变频)，同时将引风机转速调整35Hz(变频)。加热炉开始燃烧，将炉膛温度加热升温至1000℃，融化铝料。待铝料加工完成后，又生产人员关闭点火开关，切换至灭火状态。

2)针对需要连续加工多批铝料，则在完成一批来料加工后，由生产人员切换至小火状态，进行炉膛保温，避免重复点火，造成能耗损失。小火状态下：天然气进气阀保持20％开度，一次风机仍旧保持100％全开状态，助燃风机转速为25Hz(变频)，同时将引风机转速调整20Hz(变频)。

现有技术方案缺点：

1)仅存在大火/小火/灭火生产三种工艺状态，且不论大火状态或者小火状态，均采用固定的燃气/空气配比，没有保证最佳的空燃比，会造成燃气浪费。

2)现有技术方案使用大火/小火两种生产过程状态，经常造成炉膛过烧，易导致铝叶切片温度过高，缩短铝叶切片使用寿命，同时还会缩短炉膛的使用寿命，增加企业运营成本，甚至造成生产安全事故。

3)采用固定转速的引风机进行烟气排放，没有依据燃烧过程的实际情况进行自动调整，若引风机转速过高，可能导致热量被过度抽出，造成热量损失；若引风机转速过低，可能导致排烟不够及时，炉膛内二氧化碳浓度过高，无法保证最佳的燃烧效率。

4)大小火状态切换依赖于人工判断，需要由人通过综合火焰硬度、炉膛温度等因素进行综合判断，然后手工切换大火/小火状态，自动化程度不够，增加企业的生产运营成本。

发明内容