我國冶金行業的冶金燃氣資源的余熱綜合利用發電技術已經興起，采用燃氣輪機裝置進行冶金燃氣資源的余熱利用在國內已經有案例，但是燃燒低熱值煤氣的燃汽輪機燃燒器裝置需要采用特殊制造工藝。采用蒸汽輪機組發電裝置的高爐煤氣資源的余熱利用，國內也有成功的工程業績，投資相對低廉。
冶金軋鋼生產流程的三種煤氣余熱資源綜合發電供熱利用，余熱體系既要滿足冶金主體生產過程的能量平衡，也要滿足余熱煤氣的發電供熱生產過程的能量平衡。其工藝發電過程能量平衡及控制原理的研究，對冶金行業綜合環保、余熱利用、能源優化、經濟效益等方面均有很大的社會意義。
一、能量平衡體系與可控邊界的分析
冶金行業生產工藝流程是大規模的連續性生產過程。高爐、焦爐、轉爐煤氣的生成有很多不確定性，無論煤氣種類、氣量、熱值均會隨生產流程的變化而變化。自備電廠的電負荷和熱負荷的需求也隨冶金生產過程變化而變化。靠工人操作控制，來不及跟蹤流程的煤氣種類、壓力、流量、熱值的波動以及負荷多種變量實時變化。
該生產過程是一個非常復雜的多變量對象，自動調配這個龐大的能量平衡體系，自動維系整個能量體系的輸入和輸出能量平衡，沒有一個成熟地、簡單地控制方法可以直接解決這個體系的平衡。
根據能量平衡原理，采用DCS的自動控制系統，首先要界定DCS可調范圍概念：正常工況的產氣量、熱值均會隨生產流程在一定允許范圍內變化，其發電供熱段生產也與之相應，是DCS可調整范圍；在特殊情況下氣量和熱值量會超出變化允許范圍，DCS進入報警保護階段；在冶金工藝生產方式發生變化.會導致電廠的生產方式的變化，不屬于自動調整范疇。
例如，停掉一臺高爐，工藝流程的冶金燃氣就會明顯減少，減少的煤氣量超出鍋爐負荷可調節范圍，同時又沒有足夠的焦爐煤氣和轉爐煤氣的補充，就要考慮停掉一臺鍋爐。電熱負荷點的負荷減少，要停掉一臺汽輪機。
zui大化利用余熱，燃氣資源要zui大化被利用發電、供熱，要優先企業內部電、熱負荷需求。明確自動控制方案時，首先要確定燃氣、發電、需求側各工藝段調控邊界，分析如下：
1）冶金生產流程運行方式變化：主體流程運行方式變化是事前變量，要通過調度指令，調整電廠的運行方式。
2）需求側負荷點的大設備的投入、退出：根據工藝生產需要，用電、用熱設備的增減，會影響電廠的電、熱負荷的輸出，也要通過調度指令，調整電廠的運行方式。
3）主體流程出現故障：由于設有儲氣罐，在*時間內，不會波及電廠的燃料層供應，出現故障信息后，電廠要有相應的故障保護措施。調度中心要根據可恢復故障、或不可恢復故障程度迅速發出指令，指導、調整電廠的生產運行方式。
4）發電設備的投退或故障：發電廠的鍋爐汽輪機設備的啟停和運行方式操作，以值長指令為依據。
如上圖所示，根據總體系能量平衡關系，為了便于各段的能量平衡調節控制，我們把這個大體系分成4段相對獨立相互關聯的子能量平衡體系。
工藝三種煤氣的生成，與電廠鍋爐燃料消耗平衡，全部煤氣送入鍋爐；
4臺燃氣鍋爐的入爐燃料，與送到母管蒸汽能量平衡，保證母管壓力穩定；
母管蒸汽能量，與各電負荷點的電負荷平衡，內部負荷優先；
母管蒸汽能量，與熱網的熱負荷平衡，維系熱網壓力穩定，不影響供電；
要維系主體流程煤氣與電廠的大熱力體系平衡，在熱力體系的可調整范圍內，各子段熱力體系平衡層面調控原則是：
1）以氣定汽：zui大化利用煉鋼爐的所產生的可燃煤氣，把全部生成煤氣送入鍋爐轉化成為蒸汽；
2）氣量、含量互補：3種煤氣的生成量，以及3種煤氣中的熱值含量均在一定范圍內變化，3種煤氣能夠自動互補產"氣"。即如果測量出某煤氣的CO含量偏低，自動增加煤氣流量補償含量的不足，或者通過另外兩路煤氣，自動跟進補充總熱值。確保輸入鍋爐的總熱量。
輸出總熱量=鍋爐效率x輸入總熱量
3）以汽定電：鍋爐所產生的蒸汽，要zui大化的用于發電，發電優先平衡內部電負荷，電量不夠或多余靠電網平衡。冷凝機組專職發電。抽汽機組選擇"以電定熱"，優先保證電負荷，同時維持供熱。
4）以熱定電、以電定熱：抽汽機可以"以熱定電或以電定熱"方式運行，選擇"以熱定電"，以提供熱負荷為主，靠調整汽輪機的調壓器，改變所提供的熱負荷量，同時提供電負荷。抽汽機組也可以"以電定熱"，要看哪種負荷對工藝更重要，和更有后備保障系統支持來確定。
5）供熱網平衡：在機組抽汽負荷可調范圍內，靠機組調壓器調節供熱負荷，確保熱網壓力穩定。超出機組調壓可調范圍，需要靠減溫減壓器調節熱網負荷。或者靠其它汽源保證。
實現大熱力體系的自動化控制，根據DCS中常規PID控制規律的控制域，一定要進行專家解偶一個層面一個回路的進行熱力平衡控制。負荷優化分配，包括煤氣資源的優化分配，不能依靠一個控制回路，完成通過一個指令完成從煤氣的資源的變化到上網負荷的全程控制。有時，熱力體系在輸入輸出平衡的狀態下，克服外部和內部小擾動，有自平衡能力。引入DCS控制，會使得體系無論在小擾動時、或大擾動時獲得及時準確的平衡效果。
在發電設備半熱態或冷態，不能夠自動投運鍋爐汽機，這時的主體工藝的煤氣過剩，就要采用儲備或短期放空方式。鋼廠主體生產方式的搭配需要調度中心去優化，緊急狀況下，維護安全生產比余熱利用更重要。
總之，特殊工況不能夠列入自動調控范疇，只有在大熱力體系相對平衡確定的前提下，即主體過程會產生大約有XXX大卡煤氣量，有XXX電負荷、熱負荷需求，電廠要投入X臺鍋爐，啟動X汽輪機。在一定的范圍內，通過DCS實現煤氣負荷優化分配、自動調節電，熱負荷。
二、燃氣燃料優化的兩次分配原理
三種可燃煤氣：冶金燃氣、轉爐煤氣和焦爐煤氣。冶金燃氣熱值zui低，焦爐煤氣熱值zui高。熱值低的煤氣著火點低，容易熄火，不利于穩定燃燒。而鍋爐在燃燒時有負荷越高，燃燒越穩定；負荷越低，燃燒就不穩定的特點。
*次分配：燃料分配要防止鍋爐低負荷熄火，確保每臺鍋爐在50％以上負荷運行，燃料*次分配初步要滿足維持每臺鍋爐50％以上負荷的煤氣燃料來源。鍋爐50％負荷熱值，由鍋爐廠的熱力計算提供。
總熱量公式：R（aG×COG×QG）＋（aJ×COJ×QJ）＋（az×COz×QJ）
R——三種煤氣母管中總熱值；
aG——CO含量與熱值的平均換算系數；
COG——冶金燃氣的實時CO含量；
QG——鍋爐煤氣實時流量；
把能源調度中心下達各類煤氣總量，用各類煤氣母管CO含量，初步自動計算，相加，除以一臺鍋爐的50％額定負荷耗熱量（見鍋爐廠熱力計算），決定需要投入幾臺鍋爐參與運行調控。三種煤氣總量由調度中心下達指令，電廠的運行方式由值長決定。DCS可以自動根據三種煤氣測量總量進行*次分配計算。
第二次分配：根據"以氣定汽"原則：要zui大的利用工藝產生的各種煤氣資源，我們只有維持爐前煤氣壓力略高于爐膛壓力，zui大限度的把產生的煤氣送入鍋爐。采用各爐前煤氣母管壓力PG/PJ/PZ，作為一次控制量，設三種煤氣管壓力控回路，維持PG點壓力整定略高于鍋膛壓力，這樣保證入爐煤氣燃半是衡流源，不管鍋爐的吃入的煤氣量多少，只要一次分配合理，就能夠把爐前的煤氣燃料可靠穩定。一旦PG點壓力有變化，煤氣壓力調節器就會自動調整調門開度，保持PG點壓力不變。稱為燃料第二次分配。
由于事先確定了投運鍋爐的數量，為了防止某臺鍋爐搶氣源，幾臺爐前的同類煤氣壓力設值要一致，就能夠自動準確完成第二次燃料分配任務。第二次分配對鍋爐穩定燃燒非常重要。
PG01＝PG02＝PG04
PJ01＝PJ02PJ03＝PJ04
Pz01＝Pz02Pz03＝Pz04
通過DCS可以自動根據三種煤氣測量總熱量，和負荷點的電熱負荷測量參數，采用熱力計算公式，統一換算成為熱量進行運算。DCS完成實計算與輸入輸出能量平衡控制。
△N1＃爐＝（R-（aeNe總＋aR總N總）/4
△N＃凝汽機＝Rpo/4-aeNe1
△N#1抽汽機＝Rpo/4（aeNe1＋aRNR1）
式中：R--煤氣母管總熱量；Rpo——蒸汽母管總熱值；
ae——電熱轉換平均系數；aR——熱蒸汽與煤汽熱轉換平均系統；
Ne1——1＃機電負荷量；Ne總——電廠總電負荷量；
NR1——1＃機熱負荷量；NR總——電廠總熱負荷量；
生成實時負荷曲經，增減產量曲線、發電量曲線、供熱量曲線。
三、燃氣鍋爐母管制控制原理
蒸汽母管壓力恒定是表征鍋爐供汽量與汽機耗汽量平衡的標志。運行中維持蒸汽母管壓力恒定不變。母管制并列運行的四臺鍋爐要響應母管壓力的變化，共同維持母管壓力的穩定。如果1臺鍋爐承擔變負荷運行不夠，可以采用2臺鍋爐承擔，其余鍋爐帶固定負荷運行。
鍋爐實測熱量信號作為燃料主控的被調量，煤氣母管COG的變化量作為前饋修正量。配風量，與燃料量經過小值比較選擇器，取較小者作為燃料主控器的給定值，以保證動態過程中，燃料量小于風量。
四、燃氣鍋爐燃燒主控調節要點
雖然煤氣流量可以測量，但煤氣的熱值成份是在一定范圍內變化，不能準確的反映鍋爐真實的燃料量信號，采用熱量信號Q代替煤氣量信號，以適應煤氣成份的變化。
Q＝D＋ＣdPb/dt
式中：D為鍋爐蒸汽流量。
C為鍋爐的蓄熱能力。
Pb為汽包壓力。
Q代表鍋爐實際負荷的熱量。
鍋爐主控調節器接受鍋爐負荷指令信號后，與熱量信號Q進行比較，送出一個燃料開度命令，由開度命令來決定各煤氣閥門的開度。
三種氣體燃燒值差異影響會調節品質，鍋爐的燃料來自冶金燃氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣，各種氣體的熱值差異較大，如果用同一個PID控制，達不到滿意品質，對每一臺鍋爐的每種煤氣設置了一套燃燒調節器。為了使鍋爐然燒的燃料擾動zui小化，進行負荷調整時，只讓一種煤氣調節器在投入自動狀態。
如果鍋爐出力達上限，此時閉鎖壓力增高煤氣總調節閥，其他三臺爐將分配多余的冶金燃氣。如果鍋爐負荷〈50％，報警，此時閉鎖減高鍋煤氣總調節閥，維持負荷不再降低，確保鍋爐不熄火。
燃氣鍋爐送風調節，根據三種氣體的比例關系，算出一個風量修正系數。氧量較正調節與一氧化碳進行微調，均是要對送風進行修正。