高爐熱風爐燃燒過程具有大慣量、長延遲、多變量耦合的特點，傳統PID在換爐和變工況時響應遲緩。本文結合某鋼鐵企業3000立方米高爐項目，闡述MPC方案。

工藝分析與建模

熱風爐燃燒過程為三輸入三輸出系統。基于2年歷史運行數據采用N4SID算法建立MIMO預測模型，預測時域60步，控制時域10步。拱頂溫度一步預測RMSE為2.1度。

MPC控制器設計

目標函數采用帶約束的二次規劃形式，約束包括拱頂溫度1320正負20度、廢氣溫度不超過380度、煙氣O2濃度1%到3%。QP求解單步計算時間小于15ms。

空燃比動態優化

MPC將煙氣O2濃度納入優化框架自動平衡空燃比。穩態期拱頂溫度波動正負3度（PID方案正負15度），廢氣溫度超標率從12%降至1.5%。

工程效果

4座熱風爐全部投用MPC后，平均風溫從1190度提升至1210度，高爐煤氣消耗降低8%（年節約標煤約3600噸），CO排放降低35%，投資回收期約8個月。