電爐及轉(zhuǎn)爐用EFSOP專家系統(tǒng)

意大利TGI公司開發(fā)一種通過爐子煙氣實時監(jiān)控爐子系統(tǒng)運行最佳化的專家系統(tǒng)，簡稱EFSOP系統(tǒng)。該項技術(shù)經(jīng)廣泛應用證明性能好、效果高，截至目前已順利完成20萬爐次的監(jiān)控。EFSOP系統(tǒng)除監(jiān)控電爐煙氣，使燃燒最佳化外，還可用于BOF轉(zhuǎn)爐這方面的實時動態(tài)控制。EFSOP系統(tǒng)的關(guān)鍵器件包括：獲得專利的水冷探測器（傳感器），獨特結(jié)構(gòu)的爐子煙氣分析裝置，數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控計算機（SCAD計算機）。

精心設計獲得專利的水冷探測傳感器能在鋼廠苛刻條件下正常連續(xù)工作，近100%探測傳感器使用壽命都在1年以上。此傳感器是裝在爐子煙道水冷彎頭下端煙氣入口中，足以保證從二次燃燒區(qū)中央取樣，不受燃燒縫口竄入空氣的影響。

傳感器壽命延長及很少需要維護，是因為它附有獨特水冷系統(tǒng)以及用內(nèi)部過濾器過濾煙氣試樣濾去灰塵，用氮氣進行高壓吹洗。

用大排量氣泵經(jīng)專用煙道將煙氣試樣抽送至煙氣分析裝置，將煙氣試樣所含水蒸汽冷凝降至最低。在煙氣分析裝置中用調(diào)理系統(tǒng)（附加過濾及冷凝系統(tǒng)）進一步凈化煙氣試樣及使水蒸汽完全冷凝。然后用可靠技術(shù)手段對干燥、潔凈的煙氣試樣進行分析，用紅外線傳感器分析其中的CO及CO2，用導熱率分析H2，用電化學法分析O2。所得數(shù)據(jù)變換成4~20mA信號，發(fā)送給PLC。取樣當中還用自動氮氣吹洗法凈化分析裝置上的過濾器及高溫煙氣試樣管道。要提及的是，分析裝置經(jīng)特別設計及多年改進擁有新研制獨特元件40多種。

EFSOP系統(tǒng)的SCADA計算機讀取及登計PLC發(fā)來的各種過程數(shù)據(jù)，進行控制運算，然后將過程設定值回送給PLC。EFSOP用人機接口顯示一爐鋼冶煉中的EFSOP系統(tǒng)狀態(tài)，爐子煙氣趨勢及其它相關(guān)過程信息。

經(jīng)大量實踐證明，EFSOP是一種極其可靠的系統(tǒng)。煙氣檢測可靠性及閉環(huán)控制正常運行時間普遍超過90%，保證這樣可靠性所需維護也很少，每周僅需1~2h的檢查及修整，其中包括過濾器的更換，分析裝置的校準及一般的觀察。

目前已有加拿大、美國、日本、墨西哥、韓國、意大利、英國、西班牙9個國家在電爐上裝用整套EFSOP系統(tǒng)24套。此外，還有7套系統(tǒng)正在進行安裝及調(diào)試，預計2007年投產(chǎn)運行。所有用戶都反應EFSOP使煉鋼操作中的推測成分減到最少，使無法檢測的因素得到確切認識。

EFSOP系統(tǒng)基于節(jié)能、高產(chǎn)以及安全和環(huán)境佳效，投資回報快，每噸小方坯產(chǎn)品節(jié)省金額平均達2.5美元。

近5年來，通過與加拿大可持續(xù)發(fā)展公司（SDTC公司）的多年合作，TGI公司在其它方面推廣了EFSOP系統(tǒng)，包括BOF轉(zhuǎn)爐，水泥回轉(zhuǎn)窯、發(fā)電站等。SDTC這方面資助的范圍包括研制及試用萃取及光學為基礎的前沿傳感器，準確、可靠監(jiān)控這些行業(yè)爐窯系統(tǒng)的運行，使之最佳化。BOF轉(zhuǎn)爐與電爐相似，是一種操作復雜、能耗很高的生產(chǎn)工藝。對BOF關(guān)鍵工藝參數(shù)實施精確實時監(jiān)控，既能提高生產(chǎn)率及收得率，又可減少GHG（溫室氣體）排放及加大安全性。全世界現(xiàn)有BOF

700余座，每年生產(chǎn)鋼約7.11億t。BOF是GHG重要排放源，也是大型鋼廠生產(chǎn)成本的主宰。

2006年，TGI在哈密爾頓鋼廠安裝及投產(chǎn)其最早一套BOF上的EFSOP系統(tǒng)。此套系統(tǒng)包括煙氣試樣萃取傳感器，EFSOP煙流檢測裝置，EFSOP煙流溫度探頭1及2，以及EFSOP可靠性極高的CO、CO2、O2、H2分析裝置。這些器件向EFSOP計算機提供相關(guān)信息，計算機用過程模擬法及優(yōu)選法控制O2槍高度、O2流量及傾爐時間。

工作一開始就將命中終點的監(jiān)控作為哈鋼的最大目標。終點溫度及終點碳的準確測定能減少傾爐次數(shù)，從而提高產(chǎn)量并可縮短冶煉周期，提高生產(chǎn)率及減少GHG排放。目前TGI正在BOF行業(yè)物色另一合作伙伴。BOF上的第2套系統(tǒng)將通過煙氣的實時化學成分對雙孔O2槍一次及二次燃燒中氧流進行動態(tài)控制。經(jīng)EFSOP系統(tǒng)分析，使燃燒控制最佳。在EFSOP促使二次燃燒最佳后，可提高BOF裝爐廢鋼對鐵水的用量比例，預計會降低生產(chǎn)成本及提高產(chǎn)量。

SDTC資助項目的第二階段是將EFSOP應用于水泥回轉(zhuǎn)窯行業(yè)。據(jù)計算，全世界現(xiàn)有水泥回轉(zhuǎn)窯2100多座，每年生產(chǎn)水泥20億t左右。現(xiàn)代水泥回轉(zhuǎn)窯的單位能耗約為4.64GJ/t水泥熟料。煤已成為該行業(yè)首選燃料，而現(xiàn)代水泥回轉(zhuǎn)窯每生產(chǎn)1t水泥熟料平均用煤165kg，也就是說，每座水泥窯每年平均產(chǎn)生GHG約52萬t。此外在生產(chǎn)水泥燒塊的高溫下，還排放其它污染氣體，尤其是NOx及SOx。TGI會同SDTC已在加拿大的瑪麗水泥廠啟動這項工程，首要任務是開發(fā)高檔萃取及光學實用技術(shù)監(jiān)控水泥生產(chǎn)當中燃燒，使爐窯過程最佳化。屆時將用高水平傳感器檢測CO、CO2、O2、H2、N2O、NOx、SOx及NH，為控制燃燒及其最佳化反饋連續(xù)的過程信號。要達到的主要目標是提高燃燒效率，減少GHG排放。

SOTC資助的項目第3階段是與加拿大電業(yè)公司聯(lián)手，開發(fā)燃煤發(fā)電廠用的EFSOP系統(tǒng)。目前燒礦物燃料仍是世界各國生產(chǎn)電力的主要方法。北美70%以上的電力是靠燒煤、石油、天然氣，用熱的方法生產(chǎn)。僅北美，生產(chǎn)熱能及電能產(chǎn)生的GHG就達600萬t/a。只要注意到中國目前建設的熱電站有500多座這一事實，就可斷言，熱電站供電這一能源主流方向不會很快改變。

TGI在電業(yè)領域的目標是開發(fā)控制鍋爐燃燒器控制用的光學數(shù)據(jù)成象傳感器。鍋爐全燃燒過程將用傳統(tǒng)EFSOP系統(tǒng)的萃取技術(shù)進行監(jiān)控。由于能夠?qū)崟r監(jiān)控燃燒性能，所以能保證燃燒器按最佳要求進行燃燒，因而能節(jié)省燃料，降低生產(chǎn)戊醇及減少GHG及NOx等的排放。只要提高燃煤發(fā)電廠燃燒效率1%，每年就可減少6萬tGHG的排放。