CN102686946A

CN102686946A - 用于校正一组燃烧室的燃烧调节的方法和实施该方法的设备

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Publication number: CN102686946A
Application number: CN2010800540527A
Authority: CN
Inventors: P·吉罗
Original assignee: Stein Heurtey SA
Current assignee: Fives Stein SA
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: KR20120106965A; CN102686946B; WO2011064752A1; BR112012013060A2; US20120291679A1; FR2953280B1; EP2507551B1; FR2953280A1; EP2507551A1

Abstract

对一组热燃烧室（2，2i）进行实时和连续调节的方法，所述热燃烧室具有相近特征、通过相同的助燃剂（8）和燃料（9）网络进行供给，其特征在于：燃烧室之一（2i）被作为基准燃烧室使用；在基准燃烧室的出口的烟气中测量（7）燃烧参数；并且所有燃烧室（2）的调节参数根据在基准燃烧室（2i）出口测量的燃烧参数，特别地根据在助燃剂和燃料和/或助燃剂的成分和/或燃料的成分之间的比例进行校正。

Description

用于校正一组燃烧室的燃烧调节的方法和实施该方法的设备

技术领域

本发明涉及一种用于调节用其属性可变的助燃剂和燃料进行供给的一组燃烧室的供给装置的调节方法。本发明允许考虑这些属性的可能波动，以保持所期望的燃烧质量。

背景技术

许多工业加热设备由一组分开的燃烧室组成，这些燃烧室通过共用的供给装置被供给助燃剂和燃料。例如，在钢铁工业，加热设备是用于配有辐射管的金属带钢的连续处理线的炉子。

在许多情形中，所使用的助燃剂或燃料具有随着时间可变的属性。例如，在使用富氧空气或贫氧空气时，或在使用在现场共生的燃料时，如炼焦气体、炼钢气体、气体混合物或甚至可选的燃料，如生物气或瓦斯。

存在许多根据燃料的属性对炉子的调节进行校正的方法。这些方法允许校正燃料的主要参数之一的波动，例如热值PCI、可燃能（pouvoir comburivore）、燃烧指数或沃伯指数。

这些方法并不能完全考虑到燃料和助燃剂的属性，这是因为，在大部分情形中，采样会改变燃料和助燃剂的属性。这些方法还具有这样的弊端：响应时间相对长和需要在受保护地点布置测量装置。

一种具体方法通过文献FR2712961提出。根据该方法，通过提取给定流量的燃料，执行对烧嘴的调节，在专门的燃烧室中用一定流量的空气——如引起过量空气燃烧的空气——燃烧该燃料，和在燃料的完全燃烧的烟气中测量反应化学计量差值的一量值。该量值继而用于确定表示烧嘴的助燃空气流量的调节系数的值。该燃烧计装置由一燃烧隧道窑、一烧嘴和一些合适的测量部件组成。

该系统具有在特别构造的小型炉中实施的弊端，在小型炉中焚烧比例调整过的空气/燃料混合物，以具有过量空气。该小型炉消耗燃料和需要以过量空气运行。燃烧在该小型炉中在一运行点上实施，该运行点可远离要调节的设备的运行点，例如就烧嘴的功率、空气/气体比例、炉子温度、和火焰的密闭性（confinement）而言。对结果的处理从而需要使用数学校正公式。

该系统还具有只考虑燃料的属性变化的弊端。该系统不考虑助燃剂的属性变化，也不考虑受控设备的自身燃烧参数，即未燃率或氮氧化物NOx排放率。

发明内容

本发明的目的尤其在于对参与制造工艺的一组燃烧室的燃烧调节进行改进；特别地，本发明旨在对金属带钢的连续处理线的一组辐射管的调节进行改进。

这些燃烧室具有相同的属性。每个燃烧室的功率是可变的，不过所实施的技术是相似的。在这些燃烧室之间的可能差异对期望控制的燃烧参数没有影响。

为了保证对所有辐射管的燃烧进行调节，使用安装在炉室中的这些辐射管之一作为基准辐射管。该辐射管如所有其它辐射管一样参与对带钢的加热。该辐射管的构造与其它辐射管的构造相似和以代表参与加热的其它辐射管的运行的方式起作用。

在辐射管出口的燃烧产物通过参与炉子的加热工艺进行冷却。在该基准辐射管的出口，安装一测量装置，测量装置提供关于辐射管下游的燃烧产物的状态的信息。其一般涉及气体分析仪，特别地允许例如知晓过量空气和/或未燃尽物。

因此，根据本发明，对具有相近特征、通过相同的助燃剂和燃料网络进行供给的一组热燃烧室进行实时和连续调节的方法的特征在于：

-燃烧室之一被作为基准燃烧室使用，

-在基准燃烧室的出口的烟气中测量燃烧参数，

-所有燃烧室的调节参数根据在基准燃烧室的出口测量的燃烧参数，特别地根据在助燃剂和燃料和/或助燃剂的成分和/或燃料的成分之间的比例进行校正。

在基准燃烧室的出口的烟气中测量的燃烧参数可由至少氧气浓度、和/或二氧化碳浓度、和/或氢气浓度、和/或氮氧化物浓度和/或未燃尽率组成。

过量空气可根据在基准燃烧室的出口的烟气中的氧气或二氧化碳浓度来确定。空气不足可通过在基准燃烧室的出口的烟气中的一氧化碳浓度或氢气浓度、或未燃尽物浓度来确定。

有利地，对所有燃烧室的调节参数进行校正，以获得所期望的过量空气和/或未燃尽率。可对所有燃烧室的调节参数进行校正，以获得所期望的空气不足，和/或未燃尽率。

氮氧化物浓度可通过对助燃剂的成分和/或燃料的成分进行校正，特别地通过用燃烧产物稀释来调节。

热燃烧室可由用与基准燃烧室的气体比例不同的气体比例来进行供给的辐射管组成。

本发明还涉及用于实施如前文所定义的方法的一种设备，所述设备包括一组热燃烧室，这些热燃烧室具有相近的特征、通过相同的助燃剂和燃料网络进行供给，其特征在于：

-燃烧室之一被作为基准燃烧室使用，

-用于测量燃烧参数的测量部件安装在基准燃烧室的出口，以在出口的烟气中测量这些燃烧参数，

-设置调节部件以根据在基准燃烧室的出口执行的测量，特别地根据在助燃剂和燃料和/或助燃剂的成分和/或燃料的成分之间的比例对所有燃烧室的调节参数进行校正。

热燃烧室可由辐射管组成，一基准辐射管可以与其它辐射管共用的方式被供给，调节构件布置在与所有辐射管共用的供给管路上。

根据另一可能性，辐射管以与基准辐射管相区别的方式被供给，和在不同的供给管路上布置有与基准辐射管的调节构件不同的调节构件，辐射管的调节构件被操控以使得这些辐射管以与基准辐射管相同的气体比例进行供给。根据另一可能性，辐射管的调节构件可被操控以使得这些辐射管以与基准辐射管的气体比例不同的气体比例进行供给，特别地以不同的过量空气。

相对于根据现有技术所使用的设备，根据本发明，使用与其它设备相似的一标准设备作为燃烧室，该设备参与所述方法和对该设备的调节完全代表所有设备的运行。特别地，该设备允许对取决于装置组的运行模式的参数进行控制。

一般地，主参数是通过氧气浓度测量的过量空气。不过，可对其它参数进行控制，例如，当炉子是冷的时的未燃尽物，或可被调节的NOx排放，例如根据助燃剂和/或燃料的属性的变化。

根据本发明的方法还允许对以无空气运行的设备进行调节。在此情形下，受控的参数可以是表示气体之一——其代表该燃烧模式，在烟气中大量存在——的一种成分。这可例如涉及一氧化碳CO。

基准辐射管通过助燃剂和燃料供给管路进行供给，供给管路配有允许对助燃剂和燃料的比例进行调节的调节构件。基准辐射管还可通过附加管路进行供给，例如通过燃烧烟气或氧气的附加管路进行供给。

考虑在基准辐射管的出口的燃烧产物上所执行的分析，以对供给管路的调节构件进行操控，以达到所期望的燃烧质量。

当基准辐射管以与其它辐射管共用的方式进行供给时，即当调节构件布置在与所有辐射管——包括基准辐射管——共用的供给管路上时，其它的辐射管获益该同一调节。

当辐射管以与基准辐射管不同的方式进行供给时，即辐射管在不同的供给管路上布置有调节构件，这些调节构件被操控以使得这些辐射管以与基准辐射管相同的气体比例进行供给，或以不同的气体比例进行供给。

如果两组辐射管被设计以具有相同的被调节参数，例如用于不同的运行功率的相同的供给压力，同时保留相同的气体比例，再得出基准辐射管的被调节参数用于第二组辐射管的供给管路的调节构件。

如果两组辐射管被设计以具有不同的被调节参数，例如不同的供给压力，同时保留相同的气体比例，基准辐射管的被调节参数被校正以用于第二组辐射管的供给管路的调节构件。该校正取决于测量值的物理定律，例如根据差压平方的变化的流量变化。

根据本发明，当辐射管以与基准辐射管不同的方式进行供给时，辐射管的调节构件可被操控以使得这些辐射管以与基准辐射管的气体比例不同的气体比例进行供给，例如以不同的过量空气进行供给。

对基准辐射管的热量要求的调节可通过流量调整或时间调整来实施。对基准辐射管的热量要求的调节可与对其它辐射管的热量要求的调节相结合，或可以是分开的。

附图说明

除了上文所展示的布置，本发明在于一定数量的其它布置，这些其它布置将在下文中就实施例进行清楚地说明，实施例这里参照附图进行描述，不过这些实施例没有任何限制性。附图中：

-图1是金属带钢的连续处理线的示意图，

-图2是辐射管的示意图，

-图3示出一对辐射管的供给示例，和

-图4是一组辐射管的第二供给示例。

具体实施方式

参照附图的图1，可以看见，示意性地示出一炉子1，炉子配有辐射管2，辐射管保证对在未示出的辊子上行进的金属带钢3进行加热。加热在通常由氮气和氢气混合物组成的保护气氛下实施。在每个辐射管中，燃烧在密闭的、通过辐射管从炉室分开的燃烧室中进行保证。从而具有间接加热。

参照附图的图2，可以看见，示意地示出一U形辐射管2。辐射管可具有其它的形状，例如I、P、双P或W形。一烧嘴4位于辐射管2的一端部。火焰5在辐射管中蔓延和向对炉室和带钢进行加热的辐射管壁释放能量。随着在辐射管中的行进，烟气的热量在辐射管壁上耗尽。在与烧嘴相对的辐射管的端部通常安置有未示出的一换热器，允许对燃烧空气进行预热。在辐射管的出口，部分耗尽的烟气被排向与一烟囱相连接的一收集器6。在辐射管出口下游安置的一分析仪7允许对燃烧产物进行分析。

参照附图的图3，可以看见，示意性地示出一组U形辐射管——其中具有一基准辐射管2r——的助燃剂和燃料供给管路的一实施例。烧嘴4通过具有调节阀FCVc的助燃剂供给系统8和具有调节阀FCVf的燃料供给系统9进行供给。阀的自动调节可通过一自动装置（未显示）来保证，该自动装置在入口接收通过分析仪7在基准辐射管2r的出口测量的燃烧参数的信息。自动装置在与对阀的控制相关联的出口上提供根据入口数据确定的调节指令。

在该实施例中，炉子区域配有辐射管2，辐射管的烧嘴4由共用的助燃剂和燃料网络同时进行供给。热量要求的变化通过烧嘴的运行时间进行管理，即对于每个烧嘴，在给定时间中其助燃剂阀FCVc和其燃料阀FCVf的打开时间比。

每个烧嘴在用于已知的一运行点时通过手动流量限制器10进行预先调节。对于给定的运行点，例如以100%的功率，每个烧嘴通过单个的流量限制装置进行预先调节。在这些条件中，对于炉子区域的给定的整体运行，被选择作为基准辐射管的一辐射管的运行从整体上表示连接在相同供给系统上的所有烧嘴的运行。通过修正对基准辐射管的供给系统——即阀FCVc和阀FCVf——的调节，用以考虑燃料或助燃剂的特征的变化，来对所有辐射管的调节进行修正。

对阀FCVc和阀FCVf的调节引起助燃剂的压力Pc或燃料的压力Pf的变化，允许将气体的比例校正为对于所有辐射管都是相同的。

通过布置在基准辐射管的出口的分析仪7实施的测量例如可限定到两个参数：氧气含量，其表示助燃剂的余量，和未燃尽物的比例，其数量可引起对过量空气的校正，特别是在低温下。

参照附图的图4，可以看见，示意性地示出配有U形辐射管的一炉子。

在该设备上，一组四根辐射管2通过与所有四根辐射管共用的助燃剂8和燃料9网络，通过调节阀FCVc和调节阀FCVf进行供给。在该设备上，一基准辐射管2i单独地用其自身的通过阀FCVci进行调节的助燃剂8i和通过阀FCVfi进行调节的燃料9i供给系统来进行供给。

根据本发明的一优选实施例，在基准辐射管2i和要进行调节的辐射管组2上使用的传感器使用相同的物理定律。例如可使用差压传感器来测量流量。

对于给定的运行点，例如以100%的功率，每个烧嘴，包括基准辐射管的烧嘴，在投入使用时通过单个流量限定装置10进行预先调节，特别地进行手动调节，以在每个烧嘴上获得相同的助燃剂/燃料比例。对于所有的辐射管，该调节在相同的条件中实施，即使用相同质量的助燃剂和燃料。

需要注意的是，每根辐射管可具有不同的尺寸和/或额定功率。辐射管还可是不同形状，例如U形或W形。

在调节模式，基准辐射管的助燃剂和燃料流量被校正，以根据燃料和/或助燃剂的属性变化，在烟气中具有正确的氧气率。分析仪7允许对阀FCVci和阀FCVfi进行调节，以在基准辐射管中获得所期望的燃烧质量。通过压力Pci和压力Pfi测量的对应运行点规定被使用于对阀FCVc和阀FCVf进行调节的命令Pc和命令Pf。

对基准辐射管2i的调节代表在所有辐射管上所期望的燃烧，在其供给系统上测量的值用于对辐射管2组整体的调节进行管控。

例如，燃料阀FCVf将根据热量要求进行调节，和助燃剂阀FCVc将进行调节，以使得表示在要调节的辐射管组上的助燃剂流量的测量信号值lva根据如下关系式来规定：

lva/lvf＝K×lvai/lvfi

在该关系式中，K是常数，lvai表示代表在基准辐射管2i上的助燃剂的测量信号，lvfi表示代表在基准辐射管2i上的燃料的测量信号，和lvf表示代表在要调节的辐射管2组上的燃料的测量信号。

该系统的优点在于允许容易地在对加热组件的调节上进行校正。响应时间从而很短和调节参数完全地代表所寻求进行调节的参数。

该应用的一扩展在于对其助燃剂的成分可变的设备进行控制。这种变化可以是无意的，例如空气的成分取决于含水量。

该变化可以是有意的，例如通过修正助燃剂的氧气率。因此，可实施富氧来提高炉子的产量、降低燃料消耗或减少CO2排放。可实施贫氧来修正热传递，例如通过延长火焰，或用于降低NOx排放。在该应用中，在基准辐射管的烟气中对NOx的测量将用于对助燃剂的稀释率进行调节。

本发明允许对可能与对基准烧嘴的调节不同的调节进行校正。根据本发明，火焰在与其它燃烧室相似的一基准燃烧室中展开，且不是在露天下。

在燃烧室中的燃烧极大地受燃烧室的几何形状影响。燃烧室的几何形状决定火焰的密闭性、气体流的属性、一部分烟气的回流和在燃烧室中的温度图谱。所有这些参数都影响燃烧，特别是火焰的温度。

在基准燃烧室的出口测量的燃烧结果从而直接代表燃烧，如在其它燃烧室中发生的燃烧。

Claims

1.对一组热燃烧室（2，2r，2i）进行实时和连续调节的方法，所述热燃烧室具有相近特征、通过相同的助燃剂（8）和燃料（9）网络进行供给，其特征在于：

-所述热燃烧室（2，2r，2i）之一被作为基准燃烧室使用，

-在所述基准燃烧室的出口的烟气中测量（7）燃烧参数，

-所有热燃烧室的调节参数根据在所述基准燃烧室的出口测量的燃烧参数，特别地根据在助燃剂和燃料和/或助燃剂的成分和/或燃料的成分之间的比例进行校正。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基准燃烧室的出口的烟气中测量的燃烧参数由至少氧气浓度、和/或二氧化碳浓度、和/或一氧化碳浓度、和/或氢气浓度、和/或未燃尽率、和/或氮氧化物浓度组成。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，过量空气根据在所述基准燃烧室的出口的烟气中的氧气浓度或二氧化碳浓度来确定。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，空气不足通过在所述基准燃烧室的出口的烟气中的一氧化碳浓度、或氢气浓度、或未燃尽物浓度来确定。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，对所有热燃烧室的调节参数进行校正，以获得所期望的过量空气和/或未燃尽率。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所有热燃烧室的调节参数进行校正，以获得所期望的空气不足。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，氮氧化物浓度通过校正所述助燃剂的成分和/或燃料的成分来调节，特别地通过用燃烧产物稀释来调节。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述热燃烧室由辐射管组成；辐射管之一组成一基准辐射管；并且，其它辐射管以与所述基准辐射管的气体比例不同的气体比例进行供给。

9.用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法的设备，所述设备包括一组热燃烧室（2，2r，2i），所述热燃烧室具有相近的特征、通过相同的助燃剂（8）和燃料（9）网络进行供给，其特征在于：

-所述热燃烧室（2，2r，2i）之一被作为基准燃烧室使用，

-用于测量燃烧参数的测量部件（7）安装在所述基准燃烧室的出口，以在出口的烟气中测量这些燃烧参数，

-设置调节部件（FCVc，FCVf）以根据在所述基准燃烧室的出口执行的测量，特别地根据在所述助燃剂和燃料和/或所述助燃剂的成分和/或燃料的成分之间的比例对所有热燃烧室的调节参数进行校正。

10.根据权利要求9所述的设备，在其中所述热燃烧室由辐射管组成，其特征在于，一基准辐射管（2r）以与其它辐射管共用的方式被供给，调节构件（FCVc，FCVf）布置在与所有辐射管共用的供给管路（8，9）上。

11.根据权利要求9所述的设备，在其中所述热燃烧室由辐射管组成，其特征在于，辐射管之一组成一基准辐射管（2i）；其它辐射管以与所述基准辐射管（2i）相区别的方式被供给，并且在不同的供给管路（8，9，8i，9i）上具有与所述基准辐射管（2i）的调节构件（FCVci，FCVfi）不同的调节构件（FCVc，FCVf），辐射管（2）的调节构件（FCVc，FCVf）被操控以使得这些辐射管（2）以与所述基准辐射管（2i）相同的气体比例进行供给。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，辐射管（2）的调节构件（FCVc，FCVf）被操控以使得这些辐射管以与所述基准辐射管（2i）的气体比例不同的气体比例进行供给，特别地以不同的过量空气进行供给。