[发明专利]一种工业炉窑燃烧工况监测新方法

说明书

技术领域

本发明专利属于热工检测技术领域。

背景技术

工业炉窑是通过把燃料转化为热能，并把物料加热到需要温度的热工设备。具体包括玻璃行业的玻璃窑、陶瓷行业的隧道窑、钢铁行业的工业炉等。在工业炉窑中燃料转化为热能的过程需通过燃烧实现，燃烧需要空气中的氧作为助燃剂，在燃烧过程中加入合适的氧量非常关键，氧量不足会造成燃烧不完全，燃料烧不完，排到大气造成能源损失和环境污染。氧量加入过度造成物料发生氧化反应，例如钢铁行业加热的坯料，加热后在高温下会生成氧化铁皮，其危害一是产生损耗，二是造成板坯在后续加工中的产品质量。

因此在燃烧的工程中控制加入氧量非常关键，氧量加入量的合适与否可通过空气过剩系数来反映，理论上最佳的空气过剩系数是1，但是在实际的燃烧过程中，受炉型结构、燃气种类和压力、助燃空气预热温度等多因素影响，存在一个大于1的最佳空气过剩系数，将燃烧控制在最佳空气过剩系数的范围内，就可以实现最佳燃烧，实现最少的燃耗、最少的污染。理论的空气过剩系数可以根据燃料的组份或热值计算确定。但是在根据此理论值配置出相应的燃气、空气量后却不能保证能实现最佳燃烧，主要原因是工业炉在加热的过程中是一个动态的过程，无论是煤气压力的波动，助燃空气温度的变化，都会影响空气过程系数的变化，使其偏离原来设定的最佳空气过剩系数。空气消耗系数是一个需要不停调整的参数。如何能随时知道炉内的实际空气过剩系数是解决问题的关键。

以往的技术采用在工业炉窑出口处烟道中检测低温烟气中的残氧量的办法，来推测工业炉窑中的残氧量，进而对设定的空气过剩系数进行修正。如专利“工业炉高温直插式氧化锆氧量计”(专利公开号：CN85100958)介绍了一种适用于工业炉高温处氧量测量的氧化锆氧量计，检测温度为600-1000℃。该办法的主要问题是由于检测出的是烟道中的残氧量，不是工业炉窑中的残氧量，而燃烧是发生在工业炉窑中，而不是在烟道中，所以即使测得了烟道中全炉的总残氧量，也无法知道发生燃烧的工业炉窑中每个炉段的空气过剩系数到底是多少？正因如此使得该方法目前基本被放弃使用。

针对以上情况，开发一种可以直接获得发生燃烧的各炉段空气过剩系数的方法非常有必要，该系数实时反应了煤气压力波动、助燃空气温度等对空气过剩系数的影响，因此对于手动操作的炉子，可以供操作人员用于对燃烧系统的空气量、煤气量进行调节，使空气过剩系数保持在最优空气过剩系数的范围，实现最佳燃烧，对于配置有燃烧自动控制的炉窑也可以作为输入量加入控制系统，作为各炉段空燃比控制的反馈量，实现优化燃烧。

发明内容

本发明专利的目的就是为了直接诊断出工业炉窑各炉段的气氛(氧化性或还原性)，通过将炉子的空气过剩系数控制在最佳燃烧区而实现炉窑最佳燃烧，实现节能、减少污染。

本发明专利的目的可以通过如下的技术方案实现：

可以在一座对工业炉窑上不同炉段分别安装氧探头，氧探头必须带有耐高温的保护套管，能保证在炉温1400～1600℃下使用，氧探头的安装位置可以是炉子上原有的热电偶检测孔或另外开孔，但要保证具体的位置没有明火焰，燃烧基本完成，以高温烟气为主的区域，根据烧嘴的布置情况，对于炉宽较长，炉段内气体分布不均的炉窑，可以在同一个炉段内安装不止一个氧探头，氧探头采用的是氧化锆氧传感器，氧探头采用陶瓷保护管，解决了以往的技术首先由于测氧仪器的不耐高温，无法在超过1000℃的高温炉气中使用，导致无法监控炉内的气氛。直插式结构，参比用气通过泵吸入，信号通过变送器送出。

测得的各炉段残氧量送往计算模块，同时输出各炉段的燃气量和空气量，计算模块中安装有对应不同燃料的残氧量-空气过剩系数对应图表，知道烟气含氧量后可以从图表中查出空气过剩系数，也可由以下常规公式计算获得，此即为实际空气过剩系数，模块中安装有判断模块，可以根据该空气过剩系数判断出炉子是中性还是氧化性气氛，是否处于最佳燃烧区，如果不在最佳燃烧区就报警，并由计算机输出实际空气过剩系数，操作人员或控制系统对空气，燃气量进行调整，再次对各炉段的残氧量进行检测，形成系统的闭环控制，使系统能始终保持在最佳燃烧控制区。

图为工业炉燃烧工况检测流程图

下面结合图对本发明专利做进一步说明。