第5期 陈杉杉等：基于数值模拟的热风炉燃烧模型 ·631· 温度约束值1669K,其优化结果为增加空燃比，即 节约煤气用量2.2%，拱顶温度还仍然保持在约束 适当的减少煤气流量以及增加空气流量，优化后可 值的范围内 表3热风炉操作参数优化 Table 3 Optimization of operating parameters for the hot blast stove 空气流量/ 空气预热 拱顶 煤气中C0 拱顶温度 烟气中C0 煤气流量/ 数据类型 (m2h-) 温度/K 温度K 质量分数 计算值/℃ 质量分数 (m3.h-) 实际数据 44400.32 908 1669.98 0.21 1660.89 0.021 74701.88 优化数据 47000.00 908 1669.98 0.21 1668.39 0.019 73000.00 1 5 结论 (湛腾西，张国云，胡文静.基于模糊满意度的热风炉空燃比优 化方法.治金自动化，2008,32(6)：1) (1)采用数值模拟的方法求解出不同操作条件 [6] Wang G Y,Wang Z Y,Zhang L,et al.Fuzzy controller used in 下拱顶温度以及燃烧效率，通过分析归纳空气预热 combustion system of hot-blast stove.J Iron Steel Res,2004,16 温度、煤气流量、空燃比及煤气成分与拱顶温度、燃 (5):71 烧效率之间的关系，建立了热风炉燃烧模型，即拱顶 (汪光阳，王志英，张雷，等.用于热风炉燃烧系统的模糊控制 温度模型和燃烧效率模型 器.钢铁研究学报，2004,16(5)：71) (2)拱顶温度模型与经验公式相比，能够更加 [] Cui Y X,Sun T,Sun J K.Research of hotblast stove system based on fuzzy neural network control.Electr Drive Autom,1996, 准确地反映实际拱顶温度的变化，计算值与实际值 18(2):49 偏差为6.74K (崔益煊，孙铁，孙家昆.基于模糊神经网络的热风炉控制系统 (3)通过燃烧效率模型优化热风炉操作参数， 研究.电气传动自动化，1996,18(2)：49) 在确定拱顶温度约束值条件下，能够求解出最佳煤 ⑧] Xu Y H,Wu M,Cao W H,et al.Burning control method of hot 气流量和空燃比，优化后可节约煤气用量2.2%. blast stove based on case and rule reasoning and its application. Comput Meas Control,2008,16(1):62 参考文献 (许永华，吴敏，曹卫华，等.基于案例与规则推理的热风炉燃 [1]Muske K R,Howse J W,Hansen G A,et al.Hot blast stove 烧控制方法与应用.计算机测量与控制，2008,16(1)：62) process model and model-based controller.fron Steel Eng,1999, 9] Ma Z W,Bai F S,Zhuang B,et al.Flow set and control expert 76(6):56 system of hot stoves for blast furnace.Metall Ind Autom,2002 1 Nose K,Takemura M,Morita T.Systems engineering approach to (5):11 the optimization of hot blast stoves//IFAC Proceedings Series.Ox- (马竹梧，白风双，庄斌，等.高炉热风炉流量设定及控制专家 ford,1984:47 系统.治金自动化，2002(5)：11) B] Matoba Y,Otsuka K,Ueno Y.Mathematical model and automatic [o] Derycke J,Bekaert R,Cousein P,et al.Automation of hot blast control system of a hot-blast stove//Automation in Mining Mineral stove operation at Sidmar:control and optimisation of energy con- and Metal Processing.Oxford,1986:42 sumption.Ironmaking Steelmaking,1990,17(2):135 4 Guan Z G,Jin Y L.Li J.Calculation and analysis of exergy bal- 1] Boonacker R,Van Den Bemt J.Pulsations in hot blast stove ance of hot blast stove in Baosteel.Iron Steel,2009,44(9):90 bumners.EC0S,2000,4:2079 (关志刚，金永龙，李军.宝钢高炉热风炉平衡计算与分析.钢 [12]Lauder B E,Spalding D B.The numerical computations of turbu- 铁，2009,44(9)：90) lent flow.Comput Methods Appl Mech Eng,1973.3:269 [5]Zhan T X.Zhang G Y,Hu W J.Air-fuel ratio optimization for [03] Veynante D,Vervisch L.Turbulent combustion modeling.Prog blast stove based on fuzzy SSP.Metall Ind Autom,2008,32(6): Energy Combust Sci,2002,28:193第 5 期 陈杉杉等: 基于数值模拟的热风炉燃烧模型 温度约束值 1 669 K，其优化结果为增加空燃比，即 适当的减少煤气流量以及增加空气流量，优化后可 节约煤气用量 2. 2% ，拱顶温度还仍然保持在约束 值的范围内． 表 3 热风炉操作参数优化 Table 3 Optimization of operating parameters for the hot blast stove 数据类型 空气流量/ ( m3 ·h － 1 ) 空气预热 温度/K 拱顶 温度/K 煤气中 CO 质量分数 拱顶温度 计算值/℃ 烟气中 CO 质量分数 煤气流量/ ( m3 ·h － 1 ) 实际数据 44 400. 32 908 1 669. 98 0. 21 1 660. 89 0. 021 74 701. 88 优化数据 47 000. 00 908 1 669. 98 0. 21 1 668. 39 0. 019 73 000. 00 5 结论 ( 1) 采用数值模拟的方法求解出不同操作条件 下拱顶温度以及燃烧效率，通过分析归纳空气预热 温度、煤气流量、空燃比及煤气成分与拱顶温度、燃 烧效率之间的关系，建立了热风炉燃烧模型，即拱顶 温度模型和燃烧效率模型． ( 2) 拱顶温度模型与经验公式相比，能够更加 准确地反映实际拱顶温度的变化，计算值与实际值 偏差为 6. 74 K． ( 3) 通过燃烧效率模型优化热风炉操作参数， 在确定拱顶温度约束值条件下，能够求解出最佳煤 气流量和空燃比，优化后可节约煤气用量 2. 2% ． 参 考 文 献 ［1］ Muske K R，Howse J W，Hansen G A，et al． Hot blast stove process model and model-based controller． Iron Steel Eng，1999 ， 76( 6) : 56 ［2］ Nose K，Takemura M，Morita T． Systems engineering approach to the optimization of hot blast stoves/ /IFAC Proceedings Series． Ox￾ford，1984: 47 ［3］ Matoba Y，Otsuka K，Ueno Y． Mathematical model and automatic control system of a hot-blast stove / /Automation in Mining Mineral and Metal Processing． Oxford，1986: 42 ［4］ Guan Z G，Jin Y L，Li J． Calculation and analysis of exergy bal￾ance of hot blast stove in Baosteel． Iron Steel，2009，44( 9) : 90 ( 关志刚，金永龙，李军． 宝钢高炉热风炉平衡计算与分析． 钢 铁，2009，44( 9) : 90) ［5］ Zhan T X，Zhang G Y，Hu W J． Air-fuel ratio optimization for blast stove based on fuzzy SSP． Metall Ind Autom，2008，32( 6) : 1 ( 湛腾西，张国云，胡文静． 基于模糊满意度的热风炉空燃比优 化方法． 冶金自动化，2008，32( 6) : 1) ［6］ Wang G Y，Wang Z Y，Zhang L，et al． Fuzzy controller used in combustion system of hot-blast stove． J Iron Steel Res，2004，16 ( 5) : 71 ( 汪光阳，王志英，张雷，等． 用于热风炉燃烧系统的模糊控制 器． 钢铁研究学报，2004，16( 5) : 71) ［7］ Cui Y X，Sun T，Sun J K． Research of hot-blast stove system based on fuzzy neural network control． Electr Drive Autom，1996， 18( 2) : 49 ( 崔益煊，孙铁，孙家昆． 基于模糊神经网络的热风炉控制系统 研究． 电气传动自动化，1996，18( 2) : 49) ［8］ Xu Y H，Wu M，Cao W H，et al． Burning control method of hot blast stove based on case and rule reasoning and its application． Comput Meas Control，2008，16( 1) : 62 ( 许永华，吴敏，曹卫华，等． 基于案例与规则推理的热风炉燃 烧控制方法与应用． 计算机测量与控制，2008，16( 1) : 62) ［9］ Ma Z W，Bai F S，Zhuang B，et al． Flow set and control expert system of hot stoves for blast furnace． Metall Ind Autom，2002 ( 5) : 11 ( 马竹梧，白凤双，庄斌，等． 高炉热风炉流量设定及控制专家 系统． 冶金自动化，2002( 5) : 11) ［10］ Derycke J，Bekaert R，Cousein P，et al． Automation of hot blast stove operation at Sidmar: control and optimisation of energy con￾sumption． Ironmaking Steelmaking，1990，17( 2) : 135 ［11］ Boonacker R，Van Den Bemt J． Pulsations in hot blast stove burners． ECOS，2000，4: 2079 ［12］ Lauder B E，Spalding D B． The numerical computations of turbu￾lent flow． Comput Methods Appl Mech Eng，1973，3: 269 ［13］ Veynante D，Vervisch L． Turbulent combustion modeling． Prog Energy Combust Sci，2002，28: 193 ·631·