[发明专利]加热炉内氧量气氛场的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制加热炉内气体氧含量的方法，特别是涉及一种加热炉内氧量气氛场的控制方法。

背景技术

钢坯在高温加热炉中不同温度段加热，除了使被加热的钢坯按照工艺要求达到均匀的温度分布之外，在加热过程中合理的控制空气与燃料的配比也是非常重要的环节。

参与燃烧的空气量通常用空气过剩系数μ来描述。μ为实际空气量与理论空气量的比值。在实际生产过程中μ的取值与燃料种类、燃烧装置形式及燃烧条件等因素相关。按照燃烧产物中过剩氧含量的多少，可区分为强氧化气氛和弱氧化气氛。前者的过剩氧含量为8～10％；后者过剩氧含量为2～5％。

当μ大于1.10时，炉内剩余空气量过高，会在钢坯表面产生大量的氧化铁皮，加剧了烧损。过量的烟气在排放过程中同时造成大量的热能流失。此外，在燃烧过程中，过量的氧与空气中的氮气N2反应生成的二氧化氮NO2、一氧化氮NO等氮氧化物随烟气排放将造成环境污染。吸入过多的氮氧化物可致人神经、皮肤受损。加入的空气量过少则又会使燃料不完全燃烧，产生黑烟尘，生成游离炭及一氧化碳CO气体等，污染空气。

控制炉内各段的氧含量，以最小的过剩空气量达到燃料的充分燃烧、即低氧燃烧可以有效减少烟气量，降低燃料消耗。同时，低氧燃烧还可以减少氮氧化物和黑烟、一氧化碳CO等有害物质的生成。因此，科学、精确地设置空燃比，是达到最佳燃烧控制，提高钢材加热质量，减少大气污染，改善生态环境的重要手段。

目前，在冶金加热炉热工业控制过程中，均采用在炉尾预热段之后的下降烟道附近炉壁或烟道壁上安装一台气体氧含量分析仪，根据在此检测的氧量数据来修正炉内的燃烧空气量。这种控制方法可以在一定程度上能够控制加入的空气总量。但这种方无法精确控制各炉段参与燃烧的空气量，有可能造成炉内不同炉段过氧燃烧和欠氧燃烧同时存在的情形。另外，该种氧量检测存在较大的滞后；同时，常规的控制方法也存在很大的时滞性，无法及时调解加热炉内各段的空气加入量。

发明内容

由于目前采用的调节方法只能控制加热炉内的空气总量，而无法精确地针对各炉段的残氧含量来调节本段参与燃烧的空气量，且氧量检测存在较大的滞后，有可能造成炉内不同炉段过氧燃烧和欠氧燃烧同时存在，从而也有损钢材的加热质量。为解决上述技术问题，本发明提出一种加热炉内氧量气氛场的控制方法。所述技术方案如下：

本发明的一种加热炉内氧量气氛场的控制方法，包括下列步骤：

步骤A：建立加热炉内各段残氧量控制模型和残氧量目标值，同时检测加热炉内各段的实际残氧量；

通过所述加热炉内各段残氧量目标值和所述加热炉内各段的实际残氧量计算出残氧量偏差及其对时间的微分量，并将其输入残氧量模糊控制器；

利用从所述残氧量模糊控制器输出的控制量计算出各段空气过剩率补正值；

步骤B：检测所述加热炉内各段的炉温和炉压，计算出在所述炉温和炉压条件下的设定空气流量和设定燃料流量；

检测所述加热炉内各段的实际空气流量和实际燃料流量；

将设定空气流量与实际空气流量进行比较求出差值，将设定燃料流量和实际燃料流量进行比较，求出差值；

步骤C：根据所述设定空气流量与实际空气流量的差值、设定燃料流量与实际燃料流量的差值以及所述各段空气过剩率补正值计算出需要注入加热炉内各段的空气流量和燃料流量。

本发明的加热炉内氧量气氛场的控制方法，在所述步骤A中，所述残氧量模糊控制器根据加热炉内各段残氧量控制模型建立残氧量与空气过剩率的模糊控制规则，并通过对所述模糊控制规则进行优化后获得模糊控制表。

本发明的加热炉内氧量气氛场的控制方法，在所述步骤C中，利用所述各段空气过剩率补正值调节加热炉各段的空燃比，进而计算出需要注入加热炉各段的空气流量和燃料流量。

本发明的加热炉内氧量气氛场的控制方法，所述方法还包括步骤D：设置加热炉内总残氧量模糊控制器，检测加热炉炉尾的烟气总残氧量及其变化速度，将其输入所述总残氧量模糊控制器，经过计算输出加热炉内总空气过剩率补正值，依据所述加热炉内总空气过剩率补正值及加热炉内总残氧量控制模型得到所述加热炉各段空气过剩率补正值的限幅值，将所述限幅值输入到加热炉各段的残氧量模糊控制器作为其输入约束。

本发明提供的技术方案的有益效果是：由于建立了炉内氧量控制模型，因而精确了不同炉段烟气残氧含量与空气过剩率的量化关系。同时，采用关于氧量偏差及其变化速度的二维模糊控制器对空气过剩率进行调节能显著的改善因氧量检测的滞后带来的控制滞后。