CN104100995B - 一种加热炉热负荷分配方法及装置 - Google Patents

一种加热炉热负荷分配方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种加热炉各段热负荷分配方法及装置，属于工业炉窑热工技术领域。该加热炉各段依次包括预热段、第一加热段、第二加热段和均热段，该方法包括对加热炉各段热负荷的理论分配比例进行优化，得到与优化后的加热炉各段热负荷分配比例相对应的理论煤气流量、助燃空气流量，分配加热炉各段的煤气流量、助燃空气流量。该装置包括加热炉各段热负荷的理论分配比例优化模块，理论煤气流量、助燃空气流量换算模块，煤气流量、助燃空气流量分配模块。该方法及装置能够降低加热炉煤气消耗，提高加热炉温度控制效果，使钢坯加热质量更好地满足轧钢需求。

Description

一种加热炉热负荷分配方法及装置
技术领域
本发明涉及工业炉窑热工技术领域，特别涉及一种加热炉热负荷分配方法及装置。
背景技术
加热炉热负荷分配情况直接关系到钢坯加热质量的好坏。通常加热炉各段热负荷的分配比例是在加热炉设计时根据经验值设定,然后在加热炉生产运行中再根据实际情况进行摸索和调整,实现加热炉各段热负荷准确控制、合理分配，缺乏一种科学定量的方法，致使加热炉燃料消耗较大，同时影响钢坯加热温度控制的准确性，造成钢坯加热温度偏差大，影响钢坯质量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种通过对依次包括预热段、第一加热段、第二加热段和均热段的加热炉各段热负荷进行优化从而降低加热炉煤气消耗，提高加热炉温度控制效果，使钢坯加热质量更好地满足轧钢需求的加热炉热负荷分配方法及装置。
本发明提供的加热炉各段热负荷分配方法，所述加热炉各段依次包括预热段、第一加热段、第二加热段和均热段，包括以下步骤：
对加热炉各段热负荷的理论分配比例进行优化，得到优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例；
根据所述优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例，得到与所述优化后的加热炉各段热负荷分配比例相对应的理论煤气流量、助燃空气流量；
根据理论煤气流量、助燃空气流量分配加热炉各段的煤气流量、助燃空气流量。
作为优选，还包括对加热炉炉膛压力进行优化控制的步骤。
作为优选，所述优化后的加热炉各段热负荷理论分配比例需要达到的标准是使所述加热炉各段温度高、煤气流量低，同时，炉膛压力是微正压。
作为优选，所述对加热炉各段热负荷的理论分配比例进行优化包括以下步骤：
采集优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量；
将所述优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热炉各段实际助燃空气流量、加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量、加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量按照优化前、设计和期望调整到两两分为一组，以组为单位，输入至FLUENT软件；
利用FLUENT软件进行加热炉内传热模拟计算，得出所述各组对应的温度场、速度场、压力场分布图及其相应的数值；
根据所述各组对应的温度场、速度场、压力场分布图及其相应的数值，得到所述优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例。
作为优选，
所述优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量是根据优化前加热炉各段实际热负荷数值确定得到的；
所述加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量是根据加热炉设计热负荷数值确定得到的；
所述加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量是根据加热炉各段期望调整到的热负荷数值确定得到的。
本发明提供的加热炉各段热负荷分配装置，所述加热炉各段依次包括预热段、第一加热段、第二加热段和均热段，包括：
加热炉各段热负荷的理论分配比例优化模块，用于对加热炉各段热负荷分配比例进行优化，得到优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例；
理论煤气流量、助燃空气流量换算模块，用于根据所述优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例，得到与所述优化后的加热炉各段热负荷分配比例相对应的理论煤气流量、助燃空气流量；
煤气流量、助燃空气流量分配模块，根据理论煤气流量、助燃空气流量分配加热炉各段的煤气流量、助燃空气流量。
作为优选，还包括压力优化控制模块，所述压力优化控制模块用于对加热炉炉膛压力数值进行优化控制。
作为优选，还包括选择模块，所述选择模块用于选择得到使所述加热炉各段温度高、煤气流量低，同时，炉膛压力是微正压的优化后的加热炉各段热负荷理论分配比例。
作为优选，所述加热炉各段热负荷的理论分配比例优化模块包括：
采集模块，用于采集优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量；
输入模块，用于将所述优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热炉各段实际助燃空气流量、加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量、加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量按照优化前、设计和期望调整到两两分为一组，以组为单位，输入至FLUENT软件；
FLUENT软件，用于进行加热炉内传热模拟计算，得出所述各组对应的温度场、速度场、压力场分布图及其相应的数值；
优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例输出模块，用于根据所述各组对应的温度场、速度场、压力场分布图及其相应的数值，得到所述优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例。
作为优选，还包括
优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量换算模块，用于根据优化前加热炉各段实际热负荷数值确定得到优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量；
加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量换算模块，用于根据加热炉设计热负荷数值确定得到加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量；
加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量换算模块，用于根据加热炉各段期望调整到的热负荷数值确定得到加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量。
本发明提供的加热炉各段热负荷分配方法首先对加热炉各段热负荷的理论分配比例进行优化，然后根据优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例分配加热炉各段的煤气流量、助燃空气流量，能够一次性地达到降低加热炉煤气消耗，提高钢坯加热炉温度的均匀性，改善钢坯加热质量。
本发明提供的加热炉各段热负荷分配装置能够将本发明提供的加热炉各段热负荷分配方法自动化，应用该分配装置能够一次性地达到降低加热炉煤气消耗，提高加热炉温度控制效果，使钢坯加热质量更好地满足轧钢需求的目的。
附图说明
图1为本发明实施例提供的加热炉各段热负荷分配方法各步骤的流程图；
图2为本发明实施例提供的加热炉各段热负荷分配装置各模块之间的信号流向示意图；
图3为本发明实施例提供的加热炉各段热负荷分配方法或者加热炉各段热负荷分配装置在应用前后加热炉各段热负荷分配折线图，其中，空心小方块表示优化前加热炉各段实际热负荷分配折线图，空心小三角表示优化后加热炉各段实际热负荷分配折线图；实心小三角表示优化后加热炉各段理论热负荷分配折线图。
具体实施方式
为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
参见附图1，本发明提供的加热炉各段热负荷分配方法，加热炉各段依次包括预热段、第一加热段、第二加热段和均热段，包括以下步骤：
步骤1：对加热炉各段热负荷的理论分配比例进行优化，得到优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例；
步骤2：根据优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例，得到与优化后的加热炉各段热负荷分配比例相对应的理论煤气流量、助燃空气流量；
步骤3：根据理论煤气流量、助燃空气流量分配加热炉各段的煤气流量、助燃空气流量。
实施例
以首钢迁钢公司1580mm热轧生产线3号加热炉为例，第一步：首先选定三种不同的热负荷分配方案，分别优化前、设计、优化后。
见表1所示。
表1优化前后加热炉各段热负荷分配比例表(％)
根据热负荷公式：燃料量B＝热负荷q·发热值Q低。得出煤气流量数值并列表。
见表2所示。
表2优化前后加热炉各段煤气流量、助燃空气流量计算结果
(热值Q低＝2700kJ/Nm3)单位：(Nm3/h)
本发明提供的加热炉各段热负荷分配方法首先对加热炉各段热负荷的理论分配比例进行优化，然后根据优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例分配加热炉各段的煤气流量、助燃空气流量，能够一次性地达到降低加热炉煤气消耗，提高钢坯加热炉温度的均匀性，改善钢坯加热质量。
见表3所示。
表3加热炉各段热负荷优化前后效果对比数据
产量(t/h) 燃料消耗(Nm3/t) 单位能耗(GJ/t)
优化前 269 110.93 1.25
优化后 251 102.41 1.16
其中，还包括对加热炉炉膛压力进行优化控制的步骤，从而保证加热炉炉膛内的压力。
其中，为了使优化后的加热炉各段热负荷理论分配比例的达到降低加热炉煤气消耗，提高加热炉温度控制效果，使钢坯加热质量更好地满足轧钢需求的目的，优化后的加热炉各段热负荷理论分配比例需要达到的标准是使加热炉各段温度高、煤气流量低，同时炉膛压力是微正压。
其中，作为对加热炉各段热负荷理论分配比例进行优化的一种具体的实现方式，对加热炉各段热负荷的理论分配比例进行优化包括以下步骤：
步骤11：采集优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热炉各段实际助燃空气流量；
步骤12：将优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热炉各段实际助燃空气流量、加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量、加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量按照优化前、设计和期望调整到两两分为一组，以组为单位，输入至FLUENT软件；
步骤13：利用FLUENT软件进行加热炉内传热模拟计算，得出各组对应的温度场、速度场、压力场分布图及其相应的数值；
步骤14：根据各组对应的温度场、速度场、压力场分布图及其相应的数值，得到优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例。
其中，作为优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量，加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量和加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量的具体实现方式：
优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量是根据优化前加热炉各段实际热负荷数值确定得到的；
加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量是根据加热炉设计热负荷数值确定得到的；
加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量是根据加热炉各段期望调整到的热负荷数值确定得到的。
参见附图2，本发明提供的加热炉各段热负荷分配装置，加热炉各段依次包括预热段、第一加热段、第二加热段和均热段，包括：
加热炉各段热负荷的理论分配比例优化模块，用于对加热炉各段热负荷分配比例进行优化，得到优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例；
理论煤气流量、助燃空气流量换算模块，用于根据优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例，得到与优化后的加热炉各段热负荷分配比例相对应的理论煤气流量、助燃空气流量；
煤气流量、助燃空气流量分配模块，根据理论煤气流量、助燃空气流量分配加热炉各段的煤气流量、助燃空气流量。
本发明提供的加热炉各段热负荷分配装置能够将本发明提供的加热炉各段热负荷分配方法自动化，应用该分配装置能够一次性地达到降低加热炉煤气消耗，提高加热炉温度控制效果，使钢坯加热质量更好地满足轧钢需求的目的。
其中，还包括压力优化控制模块，压力优化控制模块用于对加热炉炉膛压力数值进行优化控制，从而保证加热炉炉膛内的压力为微正压。
其中，为了使优化后的加热炉各段热负荷理论分配比例的达到降低加热炉煤气消耗，提高加热炉温度控制效果，使钢坯加热质量更好地满足轧钢需求的目的，还包括选择模块，选择模块用于选择得到使加热炉各段温度高、煤气流量低，同时，炉膛压力是微正压优化后的加热炉各段热负荷理论分配比例。
其中，作为加热炉各段热负荷理论分配比例优化模块的一种具体的实现方式，加热炉各段热负荷的理论分配比例优化模块包括：
采集模块，用于采集优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量；
输入模块，用于将优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热炉各段实际助燃空气流量、加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量、加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量按照优化前、设计和期望调整到两两分为一组，以组为单位，输入至FLUENT软件；
FLUENT软件，用于进行加热炉内传热模拟计算，得出各组对应的温度场、速度场、压力场分布图及其相应的数值；
优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例输出模块，用于根据各组对应的温度场、速度场、压力场分布图及其相应的数值，得到优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例。
其中，为了得到化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量，加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量和加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量，该分配装置还包括：
优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量换算模块，用于根据优化前加热炉各段实际热负荷数值确定得到优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量；
加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量换算模块，用于根据加热炉设计热负荷数值确定得到加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量；
加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量换算模块，用于根据加热炉各段期望调整到的热负荷数值确定得到加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量。
参见附图3，采用本发明提供的加热炉各段热负荷分配方法或者加热炉各段热负荷分配装置对加热炉各段热负荷进行优化后，测得的优化后加热炉各段实际热负荷分配折线图与优化后加热炉各段理论热负荷分配折线图走向趋于一致，即使略有误差，仍在生产实践可以接受的范围内，因此，能够说明，采用本发明提供的加热炉各段热负荷分配方法或者加热炉各段热负荷分配装置能够达到预期效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种加热炉各段热负荷分配方法，所述加热炉各段依次包括预热段、第一加热段、第二加热段和均热段，包括以下步骤：
对加热炉各段热负荷的理论分配比例进行优化，得到优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例；
根据所述优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例，得到与所述优化后的加热炉各段热负荷分配比例相对应的理论煤气流量、助燃空气流量；
根据理论煤气流量、助燃空气流量分配加热炉各段的煤气流量、助燃空气流量；
其特征在于，
所述对加热炉各段热负荷的理论分配比例进行优化包括以下步骤：
采集优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量；
将所述优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热炉各段实际助燃空气流量、加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量、加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量按照优化前、设计和期望调整到两两分为一组，以组为单位，输入至FLUENT软件；
利用FLUENT软件进行加热炉内传热模拟计算，得出所述各组对应的温度场、速度场、压力场分布图及其相应的数值；
根据所述各组对应的温度场、速度场、压力场分布图及其相应的数值，得到所述优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例。
2.根据权利要求1所述的分配方法，其特征在于，还包括对加热炉炉膛压力进行控制的步骤。
3.根据权利要求2所述的分配方法，其特征在于，所述优化后的加热炉各段热负荷理论分配比例需要达到的标准是使所述加热炉各段温度高、煤气流量低，同时，炉膛压力是微正压。
4.根据权利要求1所述的分配方法，其特征在于，
所述优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量是根据优化前加热炉各段实际热负荷数值确定得到的；
所述加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量是根据加热炉设计热负荷数值确定得到的；
所述加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量是根据加热炉各段期望调整到的热负荷数值确定得到的。
5.一种加热炉各段热负荷分配装置，所述加热炉各段依次包括预热段、第一加热段、第二加热段和均热段，包括：
加热炉各段热负荷的理论分配比例优化模块，用于对加热炉各段热负荷分配比例进行优化，得到优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例；
理论煤气流量、助燃空气流量换算模块，用于根据所述优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例，得到与所述优化后的加热炉各段热负荷分配比例相对应的理论煤气流量、助燃空气流量；
煤气流量、助燃空气流量分配模块，根据理论煤气流量、助燃空气流量分配加热炉各段的煤气流量、助燃空气流量，
其特征在于，
所述加热炉各段热负荷的理论分配比例优化模块包括：
采集模块，用于采集优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热炉各段实际助燃空气流量；
输入模块，用于将所述优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热炉各段实际助燃空气流量、加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量、加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量按照优化前、设计和期望调整到两两分为一组，以组为单位，输入至FLUENT软件；
FLUENT软件，用于进行加热炉内传热模拟计算，得出所述各组对应的温度场、速度场、压力场分布图及其相应的数值；
优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例输出模块，用于根据所述各组对应的温度场、速度场、压力场分布图及其相应的数值，得到所述优化后的加热炉各段热负荷的理论分配比例。
6.根据权利要求5所述的分配装置，其特征在于，还包括压力优化控制模块，所述压力优化控制模块用于对加热炉炉膛压力控制数值的优化。
7.根据权利要求6所述的分配装置，其特征在于，还包括选择模块，所述选择模块用于选择得到使所述加热炉各段温度高、煤气流量低，同时，炉膛压力是微正压的优化后的加热炉各段热负荷理论分配比例。
8.根据权利要求5所述的分配装置，其特征在于，还包括
优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量换算模块，用于根据优化前加热炉各段实际热负荷数值确定得到优化前加热炉各段实际煤气流量、优化前加热各段实际助燃空气流量；
加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量换算模块，用于根据加热炉设计热负荷数值确定得到加热炉各段设计煤气流量、加热炉各段设计助燃空气流量；
加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量换算模块，用于根据加热炉各段期望调整到的热负荷数值确定得到加热炉各段期望调整到的煤气流量、加热炉各段期望调整到的助燃空气流量。
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