[发明专利]一种蓄热式加热炉残氧含量自动控制系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于加热炉燃烧控制技术领域，特别涉及一种蓄热式加热炉炉膛内残氧含量自动控制系统及其方法，一种基于氧化锆分析仪和热值仪结合计算空燃比来实现炉膛内残氧含量最优的控制方法。

背景技术

加热炉是热轧生产线中重要的组成部分，其控制系统承担着为轧机提供合适温度钢坯的重要任务。由于加热炉燃烧过程的复杂性、滞后性以及工艺设备的局限性，目前，加热炉燃烧方式多采用蓄热式，其自动燃烧控制系统一直处于精度不高的状态。在提高加热炉温度控制的精度时，炉膛内的残氧含量也相应的会受到影响，残氧含量过多会增加氧化铁皮的比例，过少会使燃烧不充分，容易造成生产安全和大气污染。炉膛内残氧含量的范围受到煤气热值、空燃比、炉膛压力和生产节奏等多种参数和工艺因素的影响，实际残氧含量的范围是加热炉燃烧系统应用效果的一个重要指标。

对于加热炉燃烧这种大滞后的控制系统，目前最常用的方法是采用PID调节器来实现，空燃比是燃烧系统的主要参数，空燃比的设定是通过人工实现的，通常也可以使用烟道中的一个残氧值来修正空燃比，利用该空燃比来实现煤气和空气的合理使用，从而实现对加热炉温度的控制作用。其空燃比的设定值是通过对煤气的采样计算得出，由设计和工艺提出的。这种方法适用于用在热值较稳定的加热条件下，而实际上钢铁企业的煤气热值波动较大，给工程上实际应用带来很大的难度，实际效果并不理想。在这种条件下，生产需要的实际使用空燃比应该是实时变化的，同时由于温度控制系统的大滞后性，目前常用空燃比的确定方法也需要进行一定的改善。

顾向涛同志提出的“蓄热式少氧化加热炉”专利主要讲述了蓄热式加热炉的一种少氧工艺，其主要内容是设备和安装工艺，“少氧”工艺的实现主要是依靠烧嘴分层、喷嘴位置和氢气气体保护等，该专利是依靠工艺设备来实现的。其主要目的是实现炉膛内的残氧含量尽量少。本文提出利用氧化锆和热值分析仪，结合理论空燃比和实际空燃比的一些算法来实现炉膛内残氧含量的最优控制，是保证炉膛内的残氧含量在工艺允许的范围内，控制功能主要是依靠软件来实现的。与顾向涛同志提出的上述通过工艺设备实现的专利有明显区别，在发明内容上有明显的不同之处。

发明内容

本发明的内容在于提供一种如何实现蓄热式加热炉炉膛内残氧含量最优的一种控制系统及其方法。蓄热式加热炉残氧含量自动控制系统，系统包括：PLC控制模块、氧化锆分析仪7、热值仪4、加热炉、流量传感器2、温度传感器6、压力传感器1和调节阀。所述的调节阀由煤气调节阀3和空气调节阀5组成；每个煤气调节阀3和空气调节阀5均与流量传感器2相连接。加热炉分为预热段、第一加热段、第二加热段和均热段。第一加热段、第二加热段和均热段各安装氧化锆分析仪7、热值仪4、流量传感器2、温度传感器6、压力传感器1；第一加热段、第二加热段和均热段的上下部分各安装一套调节阀。第一加热段、第二加热段和均热段的上下部分各安装一个温度传感器6。PLC控制模块通过网络与氧化锆分析仪7、热值仪4、温度传感器6、压力传感器1及调节阀相连接。PLC控制模块通过氧化锆分析仪7和热值仪4反馈的残氧含量信号、热值信号，以及各段煤气、空气的实际流量与炉膛各段的实际温度等参数，对调节阀进行控制，以达到合理的煤氧配比。

蓄热式加热炉残氧含量自动控制方法，包括如下步骤：

步骤一、对加热炉中每组煤气和空气调节阀的调节阀人工设定一个煤气流量；

步骤二、加热开始后，各传感器及氧化锆分析仪、热值仪向PLC控制模块发送实时数据；

步骤三、PLC控制模块通过理论空燃比计算、烟气量计算、过剩空气系数计算和实际使用空燃比计算，得出每组煤气与空气比例，并将煤气与空气控制流量数据发送给每组调节阀；

所述的理论空燃比计算：根据热值分析仪实际测量得出燃气的成分及比例，利用测量的各成分与氧气反应的化学反应式，计算得出理论空燃比；

所述的烟气量计算：根据热值分析仪实际测量得出燃气的成分及比例，利用化学反应公式计算得出理论烟气量和煤气流量的关系，根据烟气量实现炉膛压力的串级控制；

所述的过剩空气系数计算：μ＝μ₀+Δμ+μo₂；其中μ₀是理论过剩空气系数，Δμ是小流量过剩空气系数补偿，μo₂是残氧修正量；

空燃比计算：A＝A_o×μ；其中A₀是理论空燃比，μ是过剩空气系数；