我国冶金行业的冶金燃气资源的余热综合利用发电技术已经兴起，采用燃气轮机装置进行冶金燃气资源的余热利用在国内已经有案例www.cechina.cn，但是燃烧低热值煤气的燃汽轮机燃烧器装置需要采用特殊制造工艺。采用蒸汽轮机组发电装置的高炉煤气资源的余热利用，国内也有成功的工程业绩，投资相对低廉。
冶金轧钢生产流程的三种煤气余热资源综合发电供热利用，余热体系既要满足冶金主体生产过程的能量平衡，也要满足余热煤气的发电供热生产过程的能量平衡。其工艺发电过程能量平衡及控制原理的研究，对冶金行业综合环保、余热利用、能源优化、经济效益等方面均有很大的社会意义。
一、能量平衡体系与可控边界的分析
   冶金行业生产工艺流程是大规模的连续性生产过程。高炉、焦炉、转炉煤气的生成有很多不确定性，无论煤气种类、气量、热值均会随生产流程的变化而变化。自备电厂的电负荷和热负荷的需求也随冶金生产过程变化而变化。靠工人操作控制，来不及跟踪流程的煤气种类、压力、流量、热值的波动以及负荷多种变量实时变化。
该生产过程是一个非常复杂的多变量对象，自动调配这个庞大的能量平衡体系，自动维系整个能量体

系的输入和输出能量平衡控制工程网版权所有，没有一个成熟地、简单地控制方法可以直接解决这个体系的平衡。

    根据能量平衡原理，采用DCS的自动控制系统

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，首先要界定DCS可调范围概念：正常工况的产气量、热值均会随生产流程在一定允许范围内变化，其发电供热段生产也与之相应，是DCS可调整范围；在特殊情况下气量和热值量会超出变化允许范围，DCS进入报警保护阶段；在冶金工艺生产方式发生变化.会导致电厂的生产方式的变化，不属于自动调整范畴。
例如，停掉一台高炉，工艺流程的冶金燃气就会明显减少，减少的煤气量超出锅炉负荷可调节范围，同时又没有足够的焦炉煤气和转炉煤气的补充，就要考虑停掉一台锅炉。电热负荷点的负荷减少，要停掉一台汽轮机。
最大化利用余热，燃气资源要最大化被利用发电、供热www.cechina.cn，要优先企业内部电、热负荷需求。明确自动控制方案时，首先要确定燃气、发电、需求侧各工艺段调控边界，分析如下：
1)冶金生产流程运行方式变化：主体流程运行方式变化是事前变量，要通过调度指令

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，调整电厂的运行方式。
2)需求侧负荷点的大设备的投入、退出：根据工艺生产需要，用电、用热设备的增减控制工程网版权所有，会影响电厂的电、热负荷的输出，也要通过调度指令

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，调整电厂的运行方式。
3)主体流程出现故障：由于设有储气罐，在第一时间内，不会波及电厂的燃料层供应，出现故障信息后，电厂要有相应的故障保护措施。调度中心要根据可恢复故障、或不可恢复故障程度迅速发出指令，指导、调整电厂的生
产运行方式。

    4)发电设备的投退或故障：发电厂的锅炉汽轮机设备的启停和运行方式操作，以值长指令为依据。
如上图所示，根据总体系能量平衡关系www.cechina.cn，为了便于各段的能量平衡调节控制，我们把这个大体系分成4段相对独立相互关联的子能量平衡体系。
工艺三种煤气的生成，与电厂锅炉燃料消耗平衡，全部煤气送入锅炉；
4台燃气锅炉的入炉燃料，与送到母管蒸汽能量平衡，保证母管压力稳定；
母管蒸汽能量www.cechina.cn，与各电负荷点的电负荷平衡，内部负荷优先；
母管蒸汽能量www.cechina.cn，与热网的热负荷平衡，维系热网压力稳定，不影响供电；
要维系主体流程煤气与电厂的大热力体系平衡，在热力体系的可调整范围内，各子段热力体系平衡层面调控原则是：
1)以气定汽：最大化利用炼钢炉的所产生的可燃煤气，把全部生成煤气送入锅炉转化成为蒸汽；
2)气量、含量互补：3种煤气的生成量，以及3种煤气中的热值含量均在一定范围内变化，3种煤气能够自动互补产"气"。即如果测量出某煤气的CO含量偏低，自动增加煤气流量补偿含量的不足，或者通过另外两路煤气，自动跟进补充总热值。确保输入锅炉的总热量。
输出总热量=锅炉效率x输入总热量
3)以汽定电：锅炉所产生的蒸汽，要最大化的用于发电，发电优先平衡内部电负荷，电量不够或多余靠电网平衡。冷凝机组专职发电。抽汽机组选择"以电定热"，优先保证电负荷，同时维持供热。
4)以热定电、以电定热：抽汽机可以"以热定电或以电定热"方式运行，选择"以热定电"，以提供热负荷为主，靠调整汽轮机的调压器，改变所提供的热负荷量，同时提供电负荷。抽汽机组也可以"以电定热"，要看哪种负荷对工艺更重要CONTROL ENGINEERING China版权所有，和更有后备保障系统支持来确定。
5)供热网平衡：在机组抽汽负荷可调范围内CONTROL ENGINEERING China版权所有，靠机组调压器调节供热负荷，确保热网压力稳定。超出机组调压可调范围，需要靠减温减压器调节热网负荷。或者靠其它汽源保证。
实现大热力体系的自动化控制，根据DCS中常规PID控制规律的控制域，一定要进行专家解偶一个层面一个回路的进行热力平衡控制。负荷优化分配，包括煤气资源的优化分配，不