CN105734264A - 一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控*** - Google Patents

一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，针对传统加热炉只对烟道内残氧量检测的方式，造成加热炉不同区段燃烧气氛难以独立控制，燃烧效率低，钢坯氧化烧损过多等问题。本发明通过将氧分析仪安装在加热炉顶部每个区段的燃烧气体出口处，在线测量炉内不同区段燃烧气氛的氧含量，然后基于此氧含量测量值，对相应区段的空气过剩系数进行在线调整，实现加热炉不同区段燃烧气氛中氧含量的精确控制。本发明能够帮助操作人员自动将加热炉燃烧状况运行在要求范围内，实现不同区段燃烧状况精确测控，对于提升加热炉的燃烧效率、减少钢坯氧化烧损，提高产品的性能及成材率，具有重要的工程应用推广价值。

Description

一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控***
技术领域
本发明涉及加热炉燃烧控制领域，特别是涉及一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，针对传统加热炉只对烟道内残氧量检测的方式，造成加热炉不同区段燃烧气氛难以独立控制，燃烧效率低，钢坯氧化烧损过多等问题。
技术背景
加热炉是轧钢企业最大的能耗设备，轧钢厂能耗60~70%用于加热炉，控制燃烧气氛实现高效燃烧具有巨大的节能空间。另外，如燃烧气氛控制不好，钢坯表面会在加热过程中产生大量氧化烧损，严重影响产品的成材率及性能。因此，加热炉内精确的燃烧状况测量与控制具有重要的现实意义。
燃料以化学反应式中的空气量完成燃烧时，其空气消耗量称为理论空气消耗量。为了保证空气与燃料的充分混合，需要通入一定过剩的空气量，理论空气量加上过剩空气量即为实际空气量，实际空气量与理论空气量的比称为空气过剩系数。长期以来，通入的过剩空气量一直依赖经验，导致加热炉燃烧工况波动较大。过剩空气系数过大会产生过多的烟气导致排烟损失，过剩空气系数过小则会燃烧不充分导致燃烧效率下降。燃烧气氛中的氧含量是表征燃烧状况的重要指标，部分加热炉对烟道内残氧量进行了检测，并不能描述不同区段的燃烧情况，其反应的只是加热炉内所有区段总体燃烧状况，通过该检测值进行加热炉内不同区段的燃烧控制显然是不合理的。
针对上述问题，本专利提出一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，在加热炉内预热段、加热段和均热段配置氧含量检测装置，在线测量炉内不同区段燃烧气氛中的氧含量，并对相应的空气过剩系数在线调整，实现不同区段燃烧状况在线精确测量与独立控制，从而提升加热炉的燃烧效率，减少氧化烧损，提高产品的性能及成材率。
发明内容
本发明针对现有加热炉测量控制方法存在的问题，提供了一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，在线测量加热炉内不同区段燃烧气氛的氧含量，并对相应的空气过剩系数在线调整，可以实现不同区段燃烧状况在线精确测量与独立控制。
为了实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：
一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将氧分析仪安装在加热炉每个区段预热段、加热段和均热段的顶部；
（2）通过步骤（1）中的氧分析仪在线测量加热炉预热段、加热段和均热段燃烧气氛的含氧量，并将测量信息通过数据处理单元转换后传送给可编程逻辑控制器；
（3）将步骤（2）所述的不同区段燃烧气氛含氧量测量值与设定值进行对比分析，通过所述可编程逻辑控制器对相应区段的空气过剩系数进行在线调整，实现加热炉不同区段预热段、加热段和均热段的燃烧气氛中氧含量的精确控制。
步骤（1）所述的氧分析仪选用COMTEC6000直插型氧分析仪，并安装在加热炉预热段、加热段和均热段燃烧气体出口处的顶部，分析仪检测探头位于燃烧气体出口处，高度应避开钢坯，防止钢坯移动碰撞损坏探头。
步骤（2）所述的数据处理单元为任一种工业中常用的模拟量/数字量转换模块，数据处理单元将氧分析仪采集的模拟电信号转换为数字信号后发送给可编程逻辑控制器。
步骤（2）所述的可编程逻辑控制器选用SINMENS的S7-200系列，可编程逻辑控制器根据氧分析仪采集的信息实现加热炉燃烧状况的动态监控和实时控制。
步骤（3）中的编程逻辑控制器根据氧含量实际值与设定值的差值来调整相应区段的空气供给流量，从而实现不同区段的燃烧气氛中空气过剩系数的在线调整。
步骤（3）中的加热炉根据实际需求将不同区段燃烧气氛中氧含量控制在不同的设定范围；如果钢坯表面质量差需要增加氧化烧损，可编程逻辑控制器通过调整空气供给流量将高温区段，包括加热段和均热段，燃烧气氛中氧含量保持在较高水平；如果要减少氧化烧损，可编程逻辑控制器通过调整空气供给流量将高温区段，包括加热段和均热段，燃烧气氛中氧含量保持在较低水平；低温区段，即预热区段，燃烧气氛中氧含量则应始终保持在合适的水平，实现燃烧气体在排到烟道前完全燃烧，保证加热炉整体燃烧效率。
上述的一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法：本专利以燃烧气氛中氧含量可以表征燃烧状况，具体实施时可根据不同的实际需要，选择燃烧气氛中其他气体含量来表征不同的燃烧状况，从而构成相应的燃烧状况在线测控***。
本发明与传统的加热炉燃烧气氛控制方法相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步：实时检测加热炉内不同区段的燃烧气氛氧含量，对相应的空气过剩系数在线调整，可以实现不同区段燃烧状况在线精确测量与独立控制，帮助操作人员自动将加热炉燃烧状况运行在要求范围内。这种方法优于根据燃料流量和经验空燃比查询表来设定空气流量的方法，不需考虑燃气成分、燃气空气混合或空气温度、密度和湿度的变化。该方法也明显优于利用烟道内残氧量检测，进行加热炉内不同区段燃烧控制的方法。
附图说明
图1是本发明的***结构图。
图2是本发明的氧含量控制参数设定界面。
图3是本发明的空气过剩系数调整量与氧含量偏差值的关系图。
图4是本发明投入前后加热段燃烧气氛中氧含量对比图。
具体实施方式
下面通过结合附图和优选实施例，对本发明技术方案做进一步的详细描述。
实施例一：
参见图1，本轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将氧分析仪（1）安装在加热炉（2）预热段、加热段和均热段的顶部。
2）通过步骤1）中的氧分析仪（1）在线测量加热炉（2）预热段、加热段和均热段燃烧气氛的含氧量，并将测量信息通过数据处理单元（3）转换后传送给可编程逻辑控制器（4）。
3）将步骤2）所述的不同区段燃烧气氛含氧量测量值与设定值进行对比分析，通过可编程逻辑控制器（4）对相应区段的空气过剩系数进行在线调整，实现加热炉（2）预热段、加热段和均热段燃烧气氛中氧含量的精确控制。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述的一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，其特征在于：
步骤1）所述的氧分析仪（1）选用COMTEC6000直插型氧分析仪，该分析仪具有耐高温的保护套管，可在1200℃以上1800℃以下的温度条件下精确可靠实时地采集燃烧气氛中的氧含量数据。步骤1）所述的氧分析仪（1）安装在加热炉（2）预热段、加热段和均热段的顶部，检测探头位于燃烧气体出口处，高度应避开钢坯，防止钢坯移动碰撞损坏探头。
步骤2）所述的数据处理单元（3）为任一种工业中常用的模拟量/数字量转换模块，数据处理单元（3）将氧分析仪（1）采集的模拟电信号转换为数字信号后发送给可编程逻辑控制器（4）。
步骤2）所述的可编程逻辑控制器（4）选用SINMENS的S7-200系列，可编程逻辑控制器（4）根据氧分析仪（1）采集的信息实现加热炉燃烧状况的动态监控和实时控制。
步骤3）中的编程逻辑控制器（4）根据氧含量实际值与设定值的差值来调整相应区段的空气供给流量，从而实现不同区段的燃烧气氛中空气过剩系数的在线调整。
步骤3）中的加热炉（2）根据实际需求将不同区段燃烧气氛中氧含量控制在不同的设定范围。如果钢坯表面质量差需要增加氧化烧损，可编程逻辑控制器（4）通过调整空气供给流量将高温区段，包括加热段和均热段，燃烧气氛中氧含量保持在较高水平；如果要减少氧化烧损，可编程逻辑控制器（4）通过调整空气供给流量将高温区段，包括加热段和均热段，燃烧气氛中氧含量保持在较低水平；低温区段，即预热区段燃烧气氛中氧含量则应始终保持在合适的水平，实现燃烧气体在排到烟道前完全燃烧，保证加热炉（2）整体燃烧效率。
实施例三：
如图1所示，本轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，该方法采用设备包括氧分析仪（1），加热炉（2），数据处理单元（3）以及可编程逻辑控制器（4）。
在钢坯受热温度升高的移动过程中，依次经过的加热炉（2）的预热段、加热段和均热段，而燃烧气体的流动方向与之相反。本专利一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，在预热段、加热段和均热段三个区段的燃烧气体出口处配置与安装COMTEC6000直插型氧分析仪（1），在线测量炉内不同区段燃烧气氛中的氧含量，然后基于此氧含量测量值，对相应区段的空气过剩系数进行在线调整，实现加热炉不同区段的燃烧气氛中氧含量的精确控制。
具体的调整方法如图2与图3所示。图2为本发明的氧含量设定值与控制参数设定界面，图3为与图2相应的空气过剩系数调整量与氧含量偏差值的分段线性关系图，图中横坐标为氧含量设定值减去氧含量实际值所得差值，纵坐标为空气过剩系数调整量（正号表示增加，负号表示减小）。当氧含量设定值大于氧含量实际值时，从图3得出一个符号为正的空气过剩系数调整量，加上1后得到一个大于1的比例系数，空气过剩系数乘以该比例系数后得到放大，控制***会增大空气供给流量，进而增大燃烧气氛中的氧含量至设定值。反之亦然。
以加热段燃烧气氛中氧含量为例，实例实施过程中本专利测控方法投入前后各3个小时内加热段燃烧气氛中氧含量对比图如图4所示，本专利测控方法投入前后各1个月内氧含量均值与方差统计数据对比如表1所示，对比图4与表1可得，本专利测控方法投入后加热段的氧含量控制精度大幅提升（其中，本专利测控方法投入前后氧含量的设定值均为3.5%）。
针对加热炉各区段燃烧气氛需求不同的实际状况，对不同区段燃烧气氛中氧含量控制在不同的设定范围。如果钢坯表面质量差需要增加氧化烧损，可编程逻辑控制器通过调整空气供给流量将高温区段，包括加热段和均热段，燃烧气氛中氧含量保持在较高水平；如果要减少氧化烧损，可编程逻辑控制器通过调整空气供给流量将高温区段，包括加热段和均热段，燃烧气氛中氧含量保持在较低水平；低温区段，即预热区段燃烧气氛中氧含量则应始终保持在合适的水平，实现燃烧气体在排到烟道前完全燃烧，保证加热炉整体燃烧效率。
综上所述，一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，在各区段燃烧气体出口处增设氧分析仪，在线测量炉内不同区段燃烧气氛的氧含量，然后基于此氧含量测量值，对相应区段的空气过剩系数进行在线调整，实现加热炉不同区段燃烧气氛中氧含量的精确控制。项目实施结果表明，本专利测控方法可以实现不同区段燃烧状况精确测控，对于提升加热炉的燃烧效率、减少氧化烧损以及提高产品的性能及成材率，具有重要的工程应用推广价值。

Claims (6)

1.一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将氧分析仪（1）安装在加热炉（2）预热段、加热段和均热段的顶部；
2）通过步骤1）中的氧分析仪（1）在线测量加热炉（2）预热段、加热段和均热段燃烧气氛的含氧量，并将测量信息通过一个数据处理单元（3）转换后传送给一个可编程逻辑控制器（4）；
3）将步骤2）所述的不同区段燃烧气氛含氧量测量值与设定值进行对比分析，通过所述可编程逻辑控制器（4）对相应区段的空气过剩系数进行在线调整，实现加热炉（2）不同区段预热段、加热段和均热段的燃烧气氛中氧含量的精确控制。
2.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，其特征在于：所述步骤1）中所述的氧分析仪（1）选用COMTEC6000直插型氧分析仪，该分析仪具有耐高温的保护套管，可在1200℃以上1800℃以下的温度条件下精确可靠实时地采集燃烧气氛中的氧含量数据，步骤1）所述的氧分析仪（1）安装在加热炉（2）预热段、加热段和均热段的顶部，检测探头位于燃烧气体出口处，高度应避开钢坯，防止钢坯移动碰撞损坏探头。
3.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，其特征在于：所述步骤2）中所述的数据处理单元（3）为任一种工业中常用的模拟量/数字量转换模块，数据处理单元（3）将氧分析仪（1）采集的模拟电信号转换为数字信号后发送给可编程逻辑控制器（4）。
4.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，其特征在于：所述步骤2）中所述的可编程逻辑控制器（4）选用SINMENS的S7-200系列，可编程逻辑控制器（4）根据氧分析仪（1）采集的信息实现加热炉燃烧状况的动态监控和实时控制。
5.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，其特征在于：所述步骤3）中的编程逻辑控制器（4）根据氧含量实际值与设定值的差值来调整相应区段的空气供给流量，从而实现不同区段的燃烧气氛中空气过剩系数的在线调整。
6.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉燃烧状况在线测控方法，其特征在于：所述步骤3）中的加热炉（2）根据实际需求将不同区段燃烧气氛中氧含量控制在不同的设定范围；如果钢坯表面质量差需要增加氧化烧损，可编程逻辑控制器（4）通过调整空气供给流量将高温区段，包括加热段和均热段，燃烧气氛中氧含量保持在较高水平；如果要减少氧化烧损，可编程逻辑控制器（4）通过调整空气供给流量将高温区段，包括加热段和均热段，燃烧气氛中氧含量保持在较低水平；低温区段，即预热区段，燃烧气氛中氧含量则应始终保持在合适的水平，实现燃烧气体在排到烟道前完全燃烧，保证加热炉（2）整体燃烧效率。
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