CN105547000A - 一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明记载了一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统及其调节方法，系统包括取样系统、反吹系统、电子冷凝器、气体分析系统以及排水系统，取样系统包括取样机构；反吹系统包括减压阀和反吹口；气体分析系统包括气体分析仪、出气口以及标气出口；排水系统包括蠕动泵和排水口，PLC系统包括有效值智能处理模块；上述方法包括S1、确定目标残氧量测定值R₀；S2、确定实际残氧量测定值S3、对R₀和做差值计算；S4、计算理论空燃比P₀；S5、计算实际空燃比P₁；S6、达到合理的空燃配比。即本发明采用三点巡检式气体分析仪，通过PLC对气体分析仪测量值进行处理，能有效的判断每段排烟点的有效含氧量值，针对蓄热式加热炉每个燃烧段进行精细化调节。

Description

一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统及其调节方法

技术领域

本发明涉及轧钢加热炉智能控制领域，尤其涉及一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统及其调节方法。

背景技术

随着能源和环境污染的不断紧张，使得节能降耗和降低排放尤为重要。

如今，我国吨钢可比能耗比国外先进产钢国高出9.9％～17.2％，提高能源转换利用效率和加强余热余能的回收利用,是未来我国钢铁企业节能的主攻方向。高温蓄热燃烧技术和精确的控制技术等,是钢铁工业节能的一个关键发展方向。通常在轧钢厂，工业加热炉的能源消耗占整个轧钢厂能源总耗的55％以上，因此，提高加热炉的燃烧效率，对于降低吨钢燃耗，节约成本尤为重要。

其中，蓄热式加热炉逐渐发展成节能减排的主流，但是根据轧钢蓄热式加热炉使用情况来看，氧化烧损比较严重，达到2.0％～2.5％左右，严重影响产品质量和成本的控制。

中国专利(专利号：200920221512.5)公开了一种管式加热炉多路烟气采集管路自动切换装置，该装置通过连接管式加热炉的三个烟气采集点，为管式加热炉的在线监测提供了技术保障，然而蓄热式加热由于存在不同的燃烧控制段，每个控制段的工艺要求不同，导致空燃配比的方式各异。因此，该技术所提及的将燃烧烟气抽取到总管中进行检测的方式并没有意义。

中国专利(专利号：201510010406.2)公开了蓄热式加热炉氧含量调节方法以及一种双蓄热式轧钢加热炉氧化气氛调节方法的自动控制方法，但是该专利未研究针对蓄热式加热技术，存在多段供热并周期性换向的燃烧方式，因此炉内气氛很难准确测量。此外双蓄热式加热炉在排烟时，存在空气管路排烟和煤气管路排烟两路排烟系统，多点排烟，且总有一部份空气和煤气被抽入到烟气当中。在此情况下，该技术所提出的空燃配比调节方案没有可操作性，且该方案采用直插式氧化锆作为氧含量检测装置，该装置在加热炉正常生产的工况条件下，氧含量受到现场抽取烟气温度，粉尘的影响较大，导致测量精度受到较大影响，同时严重影响了设备的使用寿命。

中国专利(专利号：201110286698.4)公开了一种工业加热炉高温炉膛内(1000-1400℃)氧含量分布场连续在线分析装置和方法，但该专利采用的在线检测系统虽然能满足对三点烟气的采集，但由于需要三套气体分析仪对不同的采集点进行采集，因此投入比较大，而且系统体积庞大，维护成本高，难以推广使用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统及其调节方法，可以针对蓄热式加热炉每个燃烧段进行精细化调节。

上述的一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统，包括取样系统、反吹系统、电子冷凝器、气体分析系统、排水系统以及PCL系统，所述电子冷凝器同时与取样系统，气体分析系统以及排水系统相连，所述吹风系统与取样系统相连；

其中，所述取样系统包括若干组取样机构，每组取样机构均包括依次串联的并联回路、第一过滤器以及第一电磁阀，所述第一电磁阀直接与电子冷凝器相连，所述并联回路包括若干组相互并联的串联通路，每组串联通路均由取样手阀与高温过滤器串联组成，所述取样手阀的一端与高温过滤器串联，所述取样手阀的另一端与取样管道相连通；

所述反吹系统包括减压阀和反吹口，所述反吹口依次通过减压阀和第二电磁阀与第一过滤器相连；

所述气体分析系统包括气体分析仪、出气口以及标气出口，所述电子冷凝器通过第二过滤器与选择阀相连，所述选择阀通过第二针型阀与标气出口相连，所述选择阀还与气体分析仪相连；所述气体分析仪依次通过远传压力表、第一针型阀以及采样泵与出气口相连；

所述排水系统包括蠕动泵和排水口，所述排水口通过蠕动泵与电子冷凝器相连，所述PLC系统通过有效值智能处理模块来过滤无效信号并对有效信号进行处理。

上述系统中，所述取样机构和串联通路的数量均为3组。

上述系统中，所述选择阀为三路选择阀。

上述系统中，所述取样管道设置有若干个取样点。

上述系统中，所述取样手阀通过取样点与取样管道相连通。

本发明还记载了一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节方法，包括以下步骤：

S1、根据轧钢工艺及轧制要求，确定双蓄热式加热炉的目标残氧量测定值R₀；

S2、对双蓄热式加热炉的加热各段依次采集、分析、计算，从而确定有效氧含量的实际残氧量测定值

S3、将目标残氧量测定值与实际残氧量测定值作差值计算：

$\mathrm{\Δ}R=R_0-\stackrel{\‾}{R}$

S4、计算理论空燃比：根据对高炉煤气的成分以及热值分析，再依据化学反应方程式计算得出理论空燃比P₀；

S5、计算实际空燃比P₁：

P₁＝P₀+K×ΔR

其中，K为PLC的定时中断周期扫描的补偿系数；

S6、根据实际空燃比P₁调整煤气和空气的实际流量，并进行反馈与修正，以达到合理的空燃配比。

上述方法中，所述步骤S5通过动态调节煤气调节阀和空气调节阀来达到合理的空燃配比。

本发明的优点和有益效果在于：本发明提供了一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统及其调节方法，采用三点巡检式气体分析仪，通过PLC对气体分析仪测量值进行处理，能有效的判断每段排烟点的有效含氧量值，智能在线调整燃烧空燃配比，针对蓄热式加热炉每个燃烧段进行精细化调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中巡检式烟气调节系统的系统结构示意图；

图2是本发明中巡检式烟气调节方法的流程示意图。

图中：1、取样手阀2、高温过滤器3、第一过滤器4、第一电磁阀

5、第二电磁阀6、反吹口7、电子冷凝器8、第二过滤器

9、选择阀10、气体分析仪11、远传压力表12、第一针型阀

13、采样泵14、出气口15、第二针型阀16、标气出口

17、蠕动泵18、排水口19、取样管道20、减压阀21、取样点

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明记载了一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统，包括取样系统、反吹系统、电子冷凝器7、气体分析系统、排水系统以及PLC(可编程逻辑控制器)系统，该电子冷凝器7同时与取样系统，气体分析系统以及排水系统相连，至于吹风系统则直接与取样系统相连。

同时，上述的取样系统包括若干组取样机构，每组取样机构均包括依次串联的并联回路、第一过滤器3以及第一电磁阀4，且第一电磁阀4直接与电子冷凝器7相连；其中，并联回路包括若干组相互并联的串联通路，每组串联通路均由取样手阀1和高温过滤器2串联组成；具体为：取样手阀1的一端与高温过滤器2串联，而另一端则与取样管道19相连通。

优选的，本发明中的取样机构和串联通路的数量均为3组，从而形成三点巡检式结构，进而保证取样检测的准确性。

此外，反吹系统包括减压阀20和反吹口6，该反吹口6依次通过减压阀20和第二电磁阀5与第一过滤器3相连。

进一步的，上述的气体分析系统包括气体分析仪10、出气口14以及标气出口16；上述的电子冷凝器7通过第二过滤器8与选择阀9相连，而选择阀9则通过第二针型阀15与标气出口16相连，且选择阀9还直接与气体分析仪10相连；同时，气体分析仪10依次通过远传压力表11、第一针型阀12以及采样泵13与出气口14相连。

优选的，上述的选择阀9为三路选择阀，且在取样管道19上设置有若干个取样点21，使得取样手阀1可以通过取样点21与取样管道19相连通。

至于排水系统则包括蠕动泵17和排水口18，且排水口18通过蠕动泵17与电子冷凝器7相连；同时，PLC系统通过有效值智能处理模块来过滤无效信号并对有效信号进行处理。

其中，上述的有效值智能处理模块主要包括以下处理过程：

1、根据蓄热式加热炉工艺确定烟气分析仪巡检时间：设加热炉的换向周期为t秒，换向间隔为t₁秒。理论上，巡检式烟气采集系统的采集周期T应满足如下条件：

T＞2t+t₁

考虑到其他实际不可抗拒的因素，如采样管道距离导致的延时、采样泵13的采样功率等因素，所以取：

T＝α(2t+t₁)

其中，α∈(1.3,1.5)，且α可以依据工艺要求确定。在此情况下，采样周期可以满足每个加热控制段采集到有效的烟气残氧含量值。

2、在蓄热式加热炉加热过程中实际检测各个检测点空气含氧量和空烟管道内排除烟气中的实际氧气含量；该检测点是指蓄热式加热炉加热过程中烟气换向阀处于打开状态进行排烟的烧嘴端。

3、定周期切换各个巡检段并检测各个段氧含量，当某个燃烧段处于检测状态时，其他各个燃烧段处于反吹状态。

4、通过排烟换向阀的开闭状态来判断每个燃烧控制段的换向状态。当排烟换向阀处于开启状态时，烟道处于抽取状态。此时，巡检式烟气分析系统的抽气装置处于工作状态，将烟道内燃烧产物通过抽取管道抽取到分析仪的检测探头处进行检测。检测过程中，由于抽取管道中残存有上一检测周期内的残留烟气，因此，在确定烟气残氧含量有效值时，需要确定当前周期烟气从排烟管道抽取到检测装置的抽取时间T_e。T_e的计算方式可由下式给出：

$T_e=\frac{K\×L}{V}+T_c$

其中，K为工艺系数，L为取样管长度，V为取样速度，T_c为补偿时间。

5、巡检式烟气分析系统在排烟换向阀开启后T_e时间后，PLC将检测得到的氧含量值R记录，在确定排烟换向阀处于关闭状态后，结束记录。

6、PLC将本次换向期间所有检测得到的R值进行处理，将所有记录的R值计算算数平均值，将作为最终有效氧含量测定值进行空燃配比的优化控制。

如图2所示，本发明还记载了一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节方法，具体包括以下步骤：

S1、根据轧钢工艺及轧制要求，确定双蓄热式加热炉的目标残氧量测定值R₀；

S2、对双蓄热式加热炉的加热各段依次采集、分析、计算，从而确定有效氧含量的实际残氧量测定值

S3、将目标残氧量测定值与实际残氧量测定值作差值计算：

$\mathrm{\Δ}R=R_0-\stackrel{\‾}{R}$

S4、计算理论空燃比：根据对高炉煤气的成分以及热值分析，再依据化学反应方程式计算得出理论空燃比P₀；

S5、计算实际空燃比P₁：

P₁＝P₀+K×ΔR

其中，K为PLC的定时中断周期扫描的补偿系数；

S6、根据实际空燃比P₁调整煤气和空气的实际流量，并进行反馈与修正，以达到合理的空燃配比。

优选的，上述步骤S6可以通过动态调节煤气调节阀和空气调节阀来达到合理的空燃配比，以此达到便于操作的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统，包括取样系统、反吹系统、电子冷凝器、气体分析系统、排水系统以及PLC系统，所述电子冷凝器同时与取样系统，气体分析系统以及排水系统相连，所述吹风系统与取样系统相连；其特征在于，所述取样系统包括若干组取样机构，每组取样机构均包括依次串联的并联回路、第一过滤器以及第一电磁阀，所述第一电磁阀直接与电子冷凝器相连，所述并联回路包括若干组相互并联的串联通路，每组串联通路均由取样手阀和高温过滤器串联组成，所述取样手阀的一端与高温过滤器串联，所述取样手阀的另一端与取样管道相连通；

所述反吹系统包括减压阀和反吹口，所述反吹口依次通过减压阀和第二电磁阀与第一过滤器相连；

所述气体分析系统包括气体分析仪、出气口以及标气出口，所述电子冷凝器通过第二过滤器与选择阀相连，所述选择阀通过第二针型阀与标气出口相连，所述选择阀还与气体分析仪相连；所述气体分析仪依次通过远传压力表、第一针型阀以及采样泵与出气口相连；

所述排水系统包括蠕动泵和排水口，所述排水口通过蠕动泵与电子冷凝器相连；所述PLC系统通过有效值智能处理模块来过滤无效信号并对有效信号进行处理。

2.如权利要求1所述的一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统，其特征在于，所述取样机构和串联通路的数量均为3组。

3.如权利要求1所述的一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统，其特征在于，所述选择阀为三路选择阀。

4.如权利要求1所述的一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统，其特征在于，所述取样管道设置有若干个取样点。

5.如权利要求4所述的一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节系统，其特征在于，所述取样手阀通过取样点与取样管道相连通。

6.一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、根据轧钢工艺及轧制要求，确定双蓄热式加热炉的目标残氧量测定值R₀；

S2、对双蓄热式加热炉的加热各段依次采集、分析、计算，从而确定有效氧含量的实际残氧量测定值

S3、将目标残氧量测定值与实际残氧量测定值作差值计算：

$\mathrm{\Δ}R=R_0-\stackrel{\‾}{R}$

S4、计算理论空燃比：根据对高炉煤气的成分以及热值分析，再依据化学反应方程式计算得出理论空燃比P₀；

S5、计算实际空燃比P₁：

P₁＝P₀+K×ΔR

其中，K为PLC系统的定时中断周期扫描的补偿系数；

S6、根据实际空燃比P₁调整煤气和空气的实际流量，并进行反馈与修正，以达到合理的空燃配比。

7.如权利要求6所述的一种基于轧钢双蓄热式加热炉的巡检式烟气调节方法，其特征在于，所述步骤S6通过动态调节煤气调节阀和空气调节阀来达到合理的空燃配比。