CN109059570A - 用于使用混合煤气的加热炉的节能控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于使用混合煤气的加热炉的节能控制系统和方法。系统包括在煤气总管上设置热值分析仪，在煤气支管上设置煤气阀，助燃空气总管经助燃空气支管与所述加热炉的空气进口连通，在所述助燃空气支管上设置补风阀，在烟气支管上设置烟气阀和氧含量分析仪，在引风管上设置有引风阀，在所述加热炉上设置炉压变送器和炉温变送器；和控制装置以炉温为被控对象，以气氛场为校正信号，风燃料交叉限幅，热值作为前馈控制，氧量作为风量修正，炉压控制引风，确保炉内气氛场。方法包括准备步骤和控制步骤。实现了精确全自动控制炉内燃烧，提高燃烧效率，达到节能减排，减少氧化烧损。

Description

用于使用混合煤气的加热炉的节能控制系统和方法

技术领域

本发明属于冶金自动化控制技术领域，特别涉及一种用于使用混合煤气的加热炉的节能控制系统和方法。

背景技术

冶金企业轧制生产线为了充分利用能源，钢材加热一般使用生产过程中产生的燃气，高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气的混合气体(可称为混合煤气)，加热炉钢坯加热是轧制生产线的重要工艺，提高钢坯的加热质量与合理控制冶炼成本，钢坯加热炉各段燃烧一般用温度作为主回路外环，燃气流量为内环，根据煤气流量调节空气流量的双交叉限福控制自动控制系统，冶金钢坯加热炉的炉温控制一般采用手动控制模式，操作工根据现场实际炉温对煤气流量进行设定，空气流量自动跟随的方式进行加热钢坯。由于现场操作需要人工一直监控温度变化情况，如出现温度波动未及时处理，会造成温度超出设定工艺范围，影响钢坯的加热质量，且采用该控制模式无法精准的输出空燃比，会造成能源的浪费和炉内强氧化性气氛，进一步加剧了坯料的氧化烧损。纯手动的燃烧控制操作会造成炉压波动较大，炉压过大会造成热气外泄，炉压过低又会大量吸入冷风，造成能耗升高。

此外，由于煤气热值的不稳定，空燃比需要实时进行调整才能满足精准燃烧的要求，现场完全靠操作工经验调节空燃比的设定，空燃比设定大经常会造成氧气过剩，加剧坯料的氧化烧损，空燃比设定小会造成能源浪费。

发明内容

为了解决上述问题，本发明一方面提供了一种用于使用混合煤气的加热炉的节能控制系统，其包括：在煤气总管上设置在线检测煤气热值的热值分析仪，在煤气支管上设置煤气阀，所述煤气总管经所述煤气支管与加热炉的煤气进口连通，助燃空气总管经助燃空气支管与所述加热炉的空气进口连通，在所述助燃空气支管上设置补风阀，在烟气支管上设置烟气阀和检测所述加热炉排出的烟气含氧量的氧含量分析仪，所述烟气支管将烟气总管与所述加热炉的烟气出口连通，在引风管上设置有引风阀，所述引风管与所述烟气总管连通，在所述加热炉上设置检测加热炉炉压的炉压变送器，在所述加热炉内设置检测加热炉炉温的炉温变送器；和控制装置，以所述加热炉炉温为被控对象，并联串级调节煤气和助燃空气的进气量，根据助燃空气流量对煤气流量进行上、下限幅，还根据煤气流量对助燃空气流量进行上、下限幅以构成双交叉限幅，且当煤气热值发生波动时，以所述煤气热值作为校正信号，前馈控制所述煤气阀的开度，同时根据所述含氧量通过所述补风阀修正助燃空气的进气量，并根据所述加热炉炉压通过所述引风阀和烟气阀调节烟气排量。

在如上所述的节能控制系统中，优选地，所述节能控制系统还包括：混合支管；所述混合支管的一端分别于所述煤气支管和助燃空气支管连通，所述混合支管的另一端与所述加热炉的进气口连通；所述加热炉的煤气进口和空气进口封闭。

在如上所述的节能控制系统中，优选地，所述加热炉具有多段供热段，为每个所述供热段配置相同数量的若干个所述煤气支管和若干个所述助燃空气支管；在所述煤气总管上设置煤气总管调节阀，在所述烟气总管上设置烟气闸板阀，在所述助燃空气总管上设置空气总管调节阀；相应地，所述控制装置，还用于当多段煤气流量待调节值的和大于或小于煤气总流量的设定值时，则调整所述煤气总管调节阀；当多段助燃空气流量待调节值的和大于或小于助燃空气总流量的设定值时，则调整所述空气总管调节阀；当多段烟气流量设定值的和大于或小于烟气总流量的设定值时，则调整所述烟气闸板阀。

在如上所述的节能控制系统中，优选地，所述节能控制系统包括：空气换热器；所述空气换热器的热源通道与所述烟气总管连通；所述空气换热器的冷源通道与所述助燃空气总管连通。

在如上所述的节能控制系统中，优选地，所述热值分析仪包括：样气采样单元，设置在所述煤气总管上，用于采集煤气的样气；样气处理单元，包含前置处理柜、预处理柜和精处理柜，所述前置处理柜与所述样气采样单元连接，用于清除所述样气采样单元采集的样气中的有机物和水，所述预处理柜与所述前置处理柜连接，用于过滤所述前置处理柜处理过的样气中的粉尘，所述精处理柜与所述预处理柜连接，用于对精密除尘和俘湿，所述精处理柜的处理精度大于所述前置处理柜和所述预处理柜的处理精度；和样气分析单元，与所述精处理柜连接，用于采用成分分析法分析样气的热值。

在如上所述的节能控制系统中，优选地，所述样气采样单元包括：第一采样探头，所述第一采样探头的一端置于所述煤气总管内，另一端经第一采样管道与所述前置处理柜连接；第二采样探头，所述第二采样探头的一端置于所述煤气总管内，另一端经第二采样管道与所述前置处理柜连接；和切换开关，设置在所述第一采样管道和第二采样管道上，用于使所述第一采样探头和第二采样探头中一个探头进行采样，另一个探头进行反吹。

本发明另一方面提供了一种用于使用混合煤气的加热炉的节能控制方法，其包括：准备步骤，在煤气总管上设置在线检测煤气热值的热值分析仪，在煤气支管上设置煤气阀，所述煤气总管经所述煤气支管与加热炉的煤气进口连通，助燃空气总管经助燃空气支管与所述加热炉的空气进口连通，在所述助燃空气支管上设置补风阀，在烟气支管上设置烟气阀和检测所述加热炉排出的烟气含氧量的氧含量分析仪，所述烟气支管将烟气总管与所述加热炉的烟气出口连通，在引风管上设置有引风阀，所述引风管与所述烟气总管连通，在所述加热炉上设置检测加热炉炉压的炉压变送器，在所述加热炉内设置检测加热炉炉温的炉温变送器；控制步骤，以所述加热炉炉温为被控对象，并联串级调节煤气和助燃空气的进气量，根据助燃空气流量对煤气流量进行上、下限幅，还根据煤气流量对助燃空气流量进行上、下限幅以构成双交叉限幅，且当煤气热值发生波动时，以所述煤气热值作为校正信号，前馈控制所述煤气阀的开度，同时根据所述含氧量通过所述补风阀修正助燃空气的进气量，并根据所述加热炉炉压通过所述引风阀和烟气阀调节烟气排量。

在如上所述的节能控制方法中，优选地，所述加热炉具有多段供热段，所述准备步骤包括：为每个所述供热段配置一个所述煤气支管和一个所述助燃空气支管，在所述煤气总管上设置煤气总管调节阀，在所述烟气总管上设置烟气闸板阀，在所述助燃空气总管上设置空气总管调节阀；相应地，所述控制步骤还包括：当多段煤气流量待调节值的和大于或小于煤气总流量的设定值时，则调整所述煤气总管调节阀，当多段助燃空气流量待调节值的和大于或小于助燃空气总流量的设定值时，则调整所述空气总管调节阀，当多段烟气流量设定值的和大于或小于烟气总流量的设定值时，则调整所述烟气闸板阀。

在如上所述的节能控制方法中，优选地，所述准备步骤还包括：设置空气换热器，将所述空气换热器的热源通道与所述烟气总管连通；所述空气换热器的冷源通道与所述助燃空气总管连通。

在如上所述的节能控制方法中，优选地，所述控制步骤中，所述煤气热值是通过所述热值分析仪先对煤气进行采样，然后对采样后的样气依次进行前置处理、预处理和精处理；其中，所述前置处理为清除所述样气中的有机物和水，所述预处理为过滤经所述前置处理后的样气中的粉尘，所述精处理为对经所述预处理后的样气进行精密除尘和俘湿。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在保持工艺要求的炉温，炉压下，煤气和空气在给定炉温调节下互相制约，确保在动态过程中使空燃比维持在最佳的范围，从而精确全自动控制加热炉内燃烧，提高燃烧效率，解决了常规比例燃烧的静态空燃比，获得经济稳定的燃烧。在最佳燃烧状态下，减少大风量大煤气量带走的大量热量，同时减少燃烧不完全带来的污染，达到节能减排；同时减少了大气量导致的富氧状态带来的钢管氧化烧损，从而减少钢管的氧化烧损，提高钢管加热质量，降低能源消耗，避免了仅靠人工操作很难使加热炉内燃烧运行在最佳状态的情况发生。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种现场仪表与加热炉的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种用于使用混合煤气的加热炉的节能控制系统的数据流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种热值分析仪的结构示意图；

图中符号说明如下：

1-煤气总管、2-煤气总管调节阀、3-热值分析仪、4煤气阀、5-煤气支管、6-助燃空气总管、7-空气总管调节阀、8-助燃风机、9-助燃空气支管、10-补风阀、11-烟气总管、12-烟气闸板阀、13-烟气阀、14-氧含量分析仪、15-烟气支管、16-引风管、17-引风阀、18-稀释风机、19-加热一段、20-加热二段、21-加热三段、22-均热段、23-热风放散阀、24-空气换热器、101-L2系统、102-L1系统、103-PLC、104-现场仪表、200-样气采样单元、201-样气处理单元、2010-前置处理柜、2011-预处理柜、2012-精处理柜、202-样气分析单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种用于使用混合煤气的加热炉的节能控制系统，其包括：现场仪表104和控制装置。混合煤气可以为高炉煤气和焦炉煤气的混合气体，还可以为高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气的混合气体。

现场仪表104为检测变送和执行机构，用于分析煤气和烟气成分，并控制煤气和烟气的流量。具体地，现场仪表104包括：在煤气总管1上设置在线检测煤气热值的热值分析仪3，在煤气支管5上设置煤气阀4。煤气支管5的一端与加热炉的煤气进口连通，煤气支管5的另一端与煤气总管1连通以接收煤气。助燃空气总管6的一端与助燃风机8连通，助燃空气总管6的另一端与助燃空气支管9的一端连通，助燃空气支管9的另一端与加热炉的空气进口连通。在助燃空气支管9上设置补风阀10。烟气支管15的一端与加热炉的烟气出口连通，烟气支管15的另一端与烟气总管11连通以排出烟气。在烟气支管15上设置烟气阀13和检测加热炉排出的烟气含氧量的氧含量分析仪14。引风管16的一端与烟气总管11连通，引风管16的另一端与稀释风机18连通。在引风管16上设置引风阀17。在加热炉上设置检测加热炉炉压的炉压变送器，在加热炉内设置检测加热炉炉温的炉温变送器。

控制装置用于以加热炉炉温为被控对象，并联串级调节煤气和助燃空气的进气量，根据助燃空气流量对煤气流量进行上、下限幅，还根据煤气流量对助燃空气流量进行上、下限幅以构成双交叉限幅，且当煤气热值发生波动时，以煤气热值作为校正信号，前馈控制煤气阀4的开度，同时根据含氧量通过补风阀10修正助燃空气的进气量，并根据加热炉炉压通过引风阀17和烟气阀13调节烟气排量。通常混合煤气中的高炉煤气压力波动较大，因此会导致参混高炉煤气比例发生变化，进而使得混合煤气中可燃成分CO、H2、CH4等含量变化。由于各种可燃成分的热值不同，所以会影响混合煤气的热值，从而使得燃气热值发生波动。

其中，控制装置以煤气热值作为校正信号，前馈控制煤气阀4的开度，关于控制装置实现该功能，具体地，控制装置根据热值分析仪3测出的气氛场变化时对应的煤气各种成份，根据煤气的各成份得到各成分的热值，根据热值的变化换算成空燃比，如果热值增大，则相应地关小煤气阀4，如果热值减小，则相应地关大煤气阀4。

控制装置根据含氧量通过补风阀10修正助燃空气的进气量，关于控制装置实现该功能，具体地，控制装置根据氧含量分析仪14测出的氧量，判断烟气中氧量是否过剩，如果烟气中氧量过剩，则相应地调低补风阀10的开度。在其他的实施例中，还可以加大煤气阀4的开度。需要说明的是，由于加热炉燃烧主要是煤气与助燃空气中的氧气发生化学反应，因此，设置在加热炉烟气出口处的氧含量分析仪14测出的氧量主要是没有与煤气充分燃烧的氧量。助燃空气经补风阀10进入助燃空气支管9。

控制装置根据加热炉炉压通过引风阀17和烟气阀13调节烟气排量，关于控制装置实现该功能，具体地，控制装置以加热炉炉压(或称炉膛压力)作为调节对象，当炉膛设定压力小于测量的实际压力时，则相应地增大烟气阀开度和引风阀开度，以增大烟气排量，从而使炉膛压力下降；当炉膛设定压力大于测量的实际压力时，则相应地减小烟气阀开度和引风阀开度，以减小烟气排量，从而使炉膛压力上升。烟气阀用于控制加热炉烟气排放，引风经引风阀17进入引风管16，然后进入烟气总管11内，在引风吸力作用下可加速烟气的排放。

本发明实施例通过在保持工艺要求的炉温，炉压下，煤气和空气在给定炉温调节下互相制约，确保在动态过程中使空燃比维持在最佳的范围，从而精确全自动控制加热炉内燃烧，提高燃烧效率，解决了常规比例燃烧的静态空燃比，获得经济稳定的燃烧。在最佳燃烧状态下，减少大风量大煤气量带走的大量热量，同时减少燃烧不完全带来的污染，达到节能减排；同时减少了大气量导致的富氧状态带来的钢管氧化烧损，从而减少钢管的氧化烧损，提高钢管加热质量，降低能源消耗，避免了仅靠人工操作很难使加热炉内燃烧运行在最佳状态的情况发生。

也就是说，本系统以炉温为被控对象，以气氛场(即混合煤气在各种温度、压力、流量下对应的状态。)为校正信号，风燃料(煤气和助燃空气)交叉限幅，热值作为前馈控制，氧量作为风量修正，炉压控制引风，确保炉内气氛场，从而精确全自动控制炉内燃烧，提高燃烧效率，达到节能减排，减少氧化烧损。

实际应用中，控制装置包括：PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)103、L1系统102和L2系统101。PLC 103与现场仪表104连接，具体地与炉压变送器、炉温变送器、热值分析仪3、氧含量分析仪14、煤气阀4、补风阀10、烟气阀13和引风阀17连接，用于获取温度、压力、煤气的热值、氧含量、流量和阀门开度信号，并将其传给L1系统102。L1系统102(或称为opc(OLE for Process Control，用于过程控制的OLE)服务器))用于对PLC 103传来的温度、压力、流量、阀门开度信号进行处理：与L1系统102设定的温度、流量、压力比较得出需要控制阀门的开度，并将开度信号传给PLC 103，由PLC 103控制相应的阀门执行。L2系统(或称为opc(OLE for Process Control，用于过程控制的OLE)客户端))101对L1系统102传来的钢坯信息、钢坯到达炉内的位置信息以及煤气的热值、氧含量等进行处理后，把加热炉的加热温度需要设定的值以及空燃比信息传给L1系统102。

现场仪表还包括：混合支管，在其内待进入加热炉的煤气和助燃空气进行混合，混合后的气体再进入加热炉内，如此利于加热炉内的燃烧。混合支管的一端分别于煤气支管5和助燃空气支管9连通，混合支管的另一端与加热炉的进气口连通，则相应地将加热炉的煤气进口和空气进口封闭。

通常加热炉有多段供热段，如4段供热段：加热一段19，加热二段20，加热三段21和均热段22，为每段供热段配置若干个煤气支管5和若干个助燃空气支管9，即每段供热段具有相同数量的煤气支管5和助燃空气支管9，优选，煤气支管5和助燃空气支管9的数量均为多个，如此利于加热炉内的均匀燃烧，在图1中示意出了两个煤气支管5和两个助燃空气支管9。一个煤气支管5和一个助燃空气支管9形成一组管路，另一个煤气支管5和另一个助燃空气支管9形成另一组管路，一组管路和另一组管路分列于加热炉的两侧。在煤气支管5上设置煤气阀4，在助燃空气支管9上设置补风阀10，在加热炉每段上设置炉压变送器，在加热炉每段内设置炉温变送器。

在煤气总管1上设置煤气总管调节阀2，在烟气总管11上设置烟气闸板阀12，在助燃空气总管6上设置空气总管调节阀7。相应地，控制装置综合各段炉温温度，以炉温为被控对象，并联串级调节煤气和助燃空气的进气量，根据助燃空气流量对煤气流量进行上、下限幅，而且还根据煤气流量对助燃空气流量进行上、下限幅，构成双交叉限幅；当燃料热值波动时，以煤气热值作为校正信号，前馈控制煤气阀的开度，同时根据含氧量通过补风阀修正助燃空气的进气量，并根据加热炉炉压通过引风阀和烟气阀调节烟气排量，其中，当多段煤气流量待调节值的和大于或小于原来煤气总流量的设定值时，就要调整煤气总管调节阀。当多段助燃空气流量待调节值的和大于或小于原来助燃空气总流量的设定值时，就要调整空气总管调节阀。当多段烟气流量设定值的和大于或小于原来烟气总流量的设定值时，就要调整烟气闸板阀。

为了回收烟气中的热量，提高进炉助燃空气的温度，降低加热炉煤气量，节约煤气，提高加热炉热效率，节能控制系统包括：空气换热器24，其热源通道与烟气总管11连通，冷源通道与助燃空气总管6连通。

现场仪表还包括：在放散管上设置的热风放散阀23，放散管与助燃空气总管6连通；热风放散管与助燃空气总管6的连接位置位于空气换热器24与助燃空气总管6的连接位置的下游。应用时，当热风放散阀23安装位置处的助燃空气总管6内的压力超过设定值(如爆裂压力)时，热风放散阀23开启，排放一定量的气体，降低助燃空气总管6内压力。

为了准确检测煤气热值，热值分析仪3为采用成分分析法分析的热值分析仪。具体地，热值分析仪3包括：样气采样单元200、样气处理单元201和样气分析单元202。样气采样单元200设置在煤气总管1上，用于采集煤气的样气。样气处理单元201包含前置处理柜2010、预处理柜2011和精处理柜2012。前置处理柜2010与样气采样单元200连接，用于清除样气采样单元200采集的样气中的有机物(如苯、焦油)和水。预处理柜2011与前置处理柜2010连接，用于过滤前置处理柜2010处理过的样气中的粉尘。通过前置处理柜2010和预处理柜2011的处理使得混合煤气中的大部分苯、萘、焦油、水、烟尘等被俘获并排放出去，降低后面精处理柜2012的处理负担。精处理柜2012与预处理柜2011连接，用于对精密除尘和俘湿，精处理柜2012的处理精度大于前置处理柜2010和预处理柜2011的精度。通过样气处理单元201的处理，能有效过滤，清洗掉这些有害物质或杂质，得到干净可检测的煤气，使样气分析仪(或称热值分析仪)长期稳定运行。样气分析单元202与精处理柜2012连接，用于采用成分分析法分析样气的热值。成分分析法是一种对煤气内各种可燃气体成份(如：CO、CO2、CH4、02、H2、CNHM、N2的成分)进行在线连续检测，然后根据每种气体成份的标准热值含量(KJ/NM3)以及在混合气体中所占的百分比数，通过计算机数模计算，消除气体间的相互影响后，实现对可燃气体热值的直接检测。样气分析仪会输出4-20mA信号值至PLC。

本热值分析仪3尤其适用于可燃气体中含有苯、萘、焦油、水、烟尘等恶劣条件，具有在高温、高压、多尘、含湿的特定工作条件下保证分析仪实现在线、连续、自动检测的先进的样气处理技术，对可燃气体中所含的等成分进行在线连续分析检测。是保证热值稳定、提高烧钢质量、节能降耗、保证安全生产必不可少的检测装置。热值分析仪还可采用现场总线控制、自动完成采样、反吹、气路切换、故障处理等功能。热值分析仪能够通过PROFIBUS总线提供所有系统相关参数、完成时、日、班、月数据储存统计，故障诊断、报表打印同时也可以输出4-20mA标准电流信号或数据通讯。该系统具有技术方案先进、结构简明、部件性能可靠、自动化程度高、操作简便、维护量小等特点。

具体地，前置处理柜2010包括：水洗容器，用于清除样气中的焦油、奈等杂物和水。预处理柜2011包括：过滤器，材质可为不锈钢材质。过滤器内置过滤芯，可处理小于3μm粒度的粉尘，过滤精度可达到99.6％，能更有效的过滤样气中的灰尘颗粒物。为了防止过滤芯堵塞以及延长过滤器的使用寿命，预处理柜2011还包括氮气反吹装置，用于定期对过滤芯进行吹扫。精处理柜2012包括：疏水过滤器和膜过滤器。疏水过滤器用于对样气进行过滤除水，可将样气中微尘颗粒进一步过滤。膜过滤器采用纳米级过滤膜对样气进行处理，将样气中颗粒物含量降低至1μm以下。精处理柜2012还包括：湿度报警器，其用于监测精处理柜中的管路内是否有冷凝水。当精处理柜2012中的冷凝器制冷效果差或则故障时，分析机柜内部管路会产生冷凝水，此时湿度报警器检测到有水，发出报警信号并切换至本机状态。用户需检查分析设备，排出故障。精处理柜2012还包括：流量计，其用于控制样气的流量。

样气采样单元200包括：第一采样探头、第二采样探头和切换开关。第一采样探头的一端置于煤气总管1内，另一端经第一采样管道与前置处理柜2010和反吹气源连通。第二采样探头的一端置于煤气总管1内，另一端经第二采样管道与前置处理柜2010和反吹气源连通。切换开关设置在第一采样管道和第二采样管道上，用于使第一采样探头和第二采样探头中一个探头进行采样，另一个探头进行反吹，即使两个探头中的一个探头与前置处理柜2010连通，另一个探头与反吹气源连通。应用时，第一采用探头和第二采样探头循环进行取样，当第一采用探头运行时，第二采样探头进行吹扫、备线；当第二采用探头运行时，第一采用探头进行吹扫、备线。也就是说：样气采样单元采用由双路输送，互为冗余，通过切换开关的控制实现一路采样，另一路反吹，如此能保证采样管道畅通，连续在线运行。当某一采样探头故障时，通过切换开关的控制还可以使样气采样单元200处于单线运行状态，此时另一个采样探头会循环进行运行、吹扫、运行、吹扫这样的步骤，保证热值分析仪3能正常进行数据分析，且长期、稳定、连续在线运行，维护量小。

样气分析单元202通过建立成份在线动态补偿数学模型，采用SIEMENS的ELAN经济局域网将各种分析仪器连接起来实现成份数据通讯，实时交换过程分析信息，实现在线成份热值计算和干涉动态补偿。

随着人们环保和节能意识的逐渐提高，众多大中型企业如钢铁冶金、石油化工、火力发电厂等，已将提高燃烧效率、降低能源消耗、降低污染物排放、保护环境等作为提高产品质量和增强产品竞争能力的重要途径。而实现燃烧烟气氧含量的连续在线监测，是提高燃烧效率的基本前提。

氧含量分析仪14为HM-OSP氧含量在线分析系统。该系统的核心部件是HMP氧化锆氧探头，连续在线测量气氛氧含量。

HMP氧探头的检测头检测元件是氧化锆氧传感器，氧化锆是一种固体电解质，在其中掺杂其他氧化物后，在一定温度条件下，具有氧离子导电特性。利用这种特性，可以通过氧化锆测量被测气体中的氧含量。HMP氧探头由两大部分组成，一个部分是检测头，一个部分是自导流采样管。HMP氧探头通过自导流管将被测气体引入检测头，通过氧化锆氧传感器检测出氧电势，传输到氧含量分析仪进行氧含量分析变送。

HMP氧化锆氧探头采用了澳大利亚氧控系统公司的氧化锆氧传感器。该传感器在氧化锆电极表面烧结了一层类似分子筛的特殊陶瓷材料。由于SO2分子的直径大于氧分子，当含SO2的气体通过这种材料时，这种材料可以阻止95％以上的SO2分子，而氧分子可以100％通过，在不影响对氧的测量的基础上，大幅度降低了SO2对传感器电极的腐蚀。另外由于这种材料的孔径极小，可以有效阻止细小煤渣颗粒进入。

HMP配备的OA系列氧分析仪采用的是先进的大规模集成电路，以进口高集成度单片机为核心，采用多种软硬件抗干扰措施制成的智能化仪表。主要CPU器件采用mcs51，其他处理器件采用12位A/D转换器、光电偶合隔离放大器件等等。

OA系列氧含量分析仪接收HM系列氧化锆氧探头的氧电势和温度信号，计算出氧含量，并将氧含量值通过4-20mA变送输出。仪表内设计有氧探头自动维护程序，可以设定氧探头自动吹扫周期，通过仪表输出端口控制吹扫电磁阀。仪表针对HM氧化锆氧探头的特点，设计有完整的测量参数修正及补偿程序，满足各种复杂的工业应用环境。

本发明另一实施例提供了一种用于使用混合煤气的加热炉的节能控制方法，其包括：

准备步骤，在煤气总管上设置在线检测煤气热值的热值分析仪，在煤气支管上设置煤气阀，煤气总管经煤气支管与加热炉的煤气进口连通，助燃空气总管经助燃空气支管与加热炉的空气进口连通，在助燃空气支管上设置补风阀，在烟气支管上设置烟气阀和检测加热炉排出的烟气含氧量的氧含量分析仪，烟气支管将烟气总管与加热炉的烟气出口连通，在引风管上设置有引风阀，引风管与烟气总管连通，在加热炉上设置检测加热炉炉压的炉压变送器，在加热炉内设置检测加热炉炉温的炉温变送器；

控制步骤，以加热炉炉温为被控对象，并联串级调节煤气和助燃空气的进气量，根据助燃空气流量对煤气流量进行上、下限幅，还根据煤气流量对助燃空气流量进行上、下限幅以构成双交叉限幅，且当煤气热值发生波动时，以煤气热值作为校正信号，前馈控制煤气阀的开度，同时根据含氧量通过补风阀修正助燃空气的进气量，并根据加热炉炉压通过引风阀和烟气阀调节烟气排量。

优选地，加热炉具有多段供热段，准备步骤包括：为每个供热段配置一个煤气支管和一个助燃空气支管，在煤气总管上设置煤气总管调节阀，在烟气总管上设置烟气闸板阀，在助燃空气总管上设置空气总管调节阀；相应地，控制步骤还包括：当多段煤气流量待调节值的和大于或小于煤气总流量的设定值时，则调整煤气总管调节阀，当多段助燃空气流量待调节值的和大于或小于助燃空气总流量的设定值时，则调整空气总管调节阀，当多段烟气流量设定值的和大于或小于烟气总流量的设定值时，则调整烟气闸板阀。

优选地，准备步骤还包括：设置空气换热器，将空气换热器的热源通道与烟气总管连通；空气换热器的冷源通道与助燃空气总管连通。

优选地，控制步骤中，煤气热值是通过热值分析仪先对煤气进行采样，然后对采样后的样气依次进行前置处理、预处理和精处理；其中，前置处理为清除样气中的有机物和水，预处理为过滤经前置处理后的样气中的粉尘，精处理为对经预处理后的样气进行精密除尘和俘湿。

需要说明的是，关于本方法中步骤的相关描述可参见系统的相关描述内容，此处不再一一赘述。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种用于使用混合煤气的加热炉的节能控制系统，其特征在于，所述节能控制系统包括：

在煤气总管上设置在线检测煤气热值的热值分析仪，在煤气支管上设置煤气阀，所述煤气总管经所述煤气支管与加热炉的煤气进口连通，助燃空气总管经助燃空气支管与所述加热炉的空气进口连通，在所述助燃空气支管上设置补风阀，在烟气支管上设置烟气阀和检测所述加热炉排出的烟气含氧量的氧含量分析仪，所述烟气支管将烟气总管与所述加热炉的烟气出口连通，在引风管上设置有引风阀，所述引风管与所述烟气总管连通，在所述加热炉上设置检测加热炉炉压的炉压变送器，在所述加热炉内设置检测加热炉炉温的炉温变送器；和

控制装置，以所述加热炉炉温为被控对象，并联串级调节煤气和助燃空气的进气量，根据助燃空气流量对煤气流量进行上、下限幅，还根据煤气流量对助燃空气流量进行上、下限幅以构成双交叉限幅，且当煤气热值发生波动时，以所述煤气热值作为校正信号，前馈控制所述煤气阀的开度，同时根据所述含氧量通过所述补风阀修正助燃空气的进气量，并根据所述加热炉炉压通过所述引风阀和烟气阀调节烟气排量。

2.根据权利要求1所述的节能控制系统，其特征在于，所述节能控制系统还包括：混合支管；

所述混合支管的一端分别于所述煤气支管和助燃空气支管连通，所述混合支管的另一端与所述加热炉的进气口连通；

所述加热炉的煤气进口和空气进口封闭。

3.根据权利要求1或2所述的节能控制系统，其特征在于，所述加热炉具有多段供热段，为每个所述供热段配置相同数量的若干个所述煤气支管和若干个所述助燃空气支管；

在所述煤气总管上设置煤气总管调节阀，在所述烟气总管上设置烟气闸板阀，在所述助燃空气总管上设置空气总管调节阀；

相应地，所述控制装置，还用于当多段煤气流量待调节值的和大于或小于煤气总流量的设定值时，则调整所述煤气总管调节阀；当多段助燃空气流量待调节值的和大于或小于助燃空气总流量的设定值时，则调整所述空气总管调节阀；当多段烟气流量设定值的和大于或小于烟气总流量的设定值时，则调整所述烟气闸板阀。

4.根据权利要求3所述的节能控制系统，其特征在于，所述节能控制系统包括：空气换热器；

所述空气换热器的热源通道与所述烟气总管连通；所述空气换热器的冷源通道与所述助燃空气总管连通。

5.根据权利要求1所述的节能控制系统，其特征在于，所述热值分析仪包括：

样气采样单元，设置在所述煤气总管上，用于采集煤气的样气；

样气处理单元，包含前置处理柜、预处理柜和精处理柜，所述前置处理柜与所述样气采样单元连接，用于清除所述样气采样单元采集的样气中的有机物和水，所述预处理柜与所述前置处理柜连接，用于过滤所述前置处理柜处理过的样气中的粉尘，所述精处理柜与所述预处理柜连接，用于对精密除尘和俘湿，所述精处理柜的处理精度大于所述前置处理柜和所述预处理柜的处理精度；和

样气分析单元，与所述精处理柜连接，用于采用成分分析法分析样气的热值。

6.根据权利要求5所述的节能控制系统，其特征在于，所述样气采样单元包括：

第一采样探头，所述第一采样探头的一端置于所述煤气总管内，另一端经第一采样管道与所述前置处理柜连接；

第二采样探头，所述第二采样探头的一端置于所述煤气总管内，另一端经第二采样管道与所述前置处理柜连接；和

切换开关，设置在所述第一采样管道和第二采样管道上，用于使所述第一采样探头和第二采样探头中一个探头进行采样，另一个探头进行反吹。

7.一种用于使用混合煤气的加热炉的节能控制方法，其特征在于，所述节能控制方法包括：

准备步骤，在煤气总管上设置在线检测煤气热值的热值分析仪，在煤气支管上设置煤气阀，所述煤气总管经所述煤气支管与加热炉的煤气进口连通，助燃空气总管经助燃空气支管与所述加热炉的空气进口连通，在所述助燃空气支管上设置补风阀，在烟气支管上设置烟气阀和检测所述加热炉排出的烟气含氧量的氧含量分析仪，所述烟气支管将烟气总管与所述加热炉的烟气出口连通，在引风管上设置有引风阀，所述引风管与所述烟气总管连通，在所述加热炉上设置检测加热炉炉压的炉压变送器，在所述加热炉内设置检测加热炉炉温的炉温变送器；

控制步骤，以所述加热炉炉温为被控对象，并联串级调节煤气和助燃空气的进气量，根据助燃空气流量对煤气流量进行上、下限幅，还根据煤气流量对助燃空气流量进行上、下限幅以构成双交叉限幅，且当煤气热值发生波动时，以所述煤气热值作为校正信号，前馈控制所述煤气阀的开度，同时根据所述含氧量通过所述补风阀修正助燃空气的进气量，并根据所述加热炉炉压通过所述引风阀和烟气阀调节烟气排量。

8.根据权利要求7所述的节能控制方法，其特征在于，所述加热炉具有多段供热段，

所述准备步骤包括：为每个所述供热段配置一个所述煤气支管和一个所述助燃空气支管，在所述煤气总管上设置煤气总管调节阀，在所述烟气总管上设置烟气闸板阀，在所述助燃空气总管上设置空气总管调节阀；

相应地，所述控制步骤还包括：当多段煤气流量待调节值的和大于或小于煤气总流量的设定值时，则调整所述煤气总管调节阀，当多段助燃空气流量待调节值的和大于或小于助燃空气总流量的设定值时，则调整所述空气总管调节阀，当多段烟气流量设定值的和大于或小于烟气总流量的设定值时，则调整所述烟气闸板阀。

9.根据权利要求8所述的节能控制方法，其特征在于，所述准备步骤还包括：设置空气换热器，将所述空气换热器的热源通道与所述烟气总管连通；所述空气换热器的冷源通道与所述助燃空气总管连通。

10.根据权利要求7所述的节能控制方法，其特征在于，所述控制步骤中，所述煤气热值是通过所述热值分析仪先对煤气进行采样，然后对采样后的样气依次进行前置处理、预处理和精处理；

其中，所述前置处理为清除所述样气中的有机物和水，所述预处理为过滤经所述前置处理后的样气中的粉尘，所述精处理为对经所述预处理后的样气进行精密除尘和俘湿。