CN110455078A - 一种脉冲加热炉系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金加热炉领域，涉及一种脉冲加热炉系统及控制方法，脉冲加热炉系统包括加热炉、空气主管、燃气主管；所述加热炉内设有至少一个炉温控制区；单个的炉温控制区包括脉冲烧嘴以及炉温检测装置；空气主管与脉冲烧嘴之间通过空气支管相连通；燃气主管与脉冲烧嘴之间通过燃气支管相连通；控制方法需要基于空气总管压力，调整每个脉冲烧嘴的空气能力；基于燃气总管压力，调整每个脉冲烧嘴的燃气能力；并控制总燃气量及总空气量。本发明提供了一种脉冲加热炉的系统配置和关键工艺参数设定，并提出了脉冲燃烧系统的控制方法，能够有效解决目前脉冲加热炉空燃比难以控制、系统压力波动大的问题，充分发挥脉冲加热炉的优势。
Description
技术领域
本发明属于冶金加热炉领域，涉及一种脉冲加热炉系统及控制方法。
背景技术
加热炉脉冲燃烧技术是“新世纪工业炉革命性的燃烧技术”、“节能和新能源关键技术”，是“数字型加热炉”的基础，自上世纪80年代国外一些专家开始将脉冲燃烧技术应用于工业炉以来，产生了良好的经济和社会效益。脉冲燃烧技术的优势主要有：提高炉内温度场的均匀性，传热效率高，大大降低能耗，不存在传统控制调节阀的线性死区，提高小流量的可控性，烧嘴一旦燃烧，就处于其设计的最佳燃烧状态。脉冲加热炉的系统配置和控制方法是其核心技术，脉冲加热炉单个烧嘴和全炉空燃比的控制是技术难点，由脉冲动作引起的管路流量变化会影响整个系统的压力波动和空燃比控制，
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种脉冲加热炉系统及控制方法，以便于有效控制空燃比和系统波动，最大限度地发挥脉冲燃烧的优势。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种脉冲加热炉系统，包括加热炉、空气主管、燃气主管；所述加热炉内设有至少一个炉温控制区；单个的炉温控制区包括两个相对布置的脉冲烧嘴以及设置在两个脉冲烧嘴之间的炉温检测装置；空气主管与脉冲烧嘴之间通过空气支管相连通；燃气主管与脉冲烧嘴之间通过燃气支管相连通。
可选地，空气主管沿其进气方向依次设置有空气压力调节装置、空气压力检测装置和空气流量检测装置；空气支管与空气主管的连接点设置在空气流量检测装置之后，空气流量检测装置之后与空气支管相连接的空气主管为首尾连通结构。
可选地，燃气主管沿其进气方向依次设置有燃气流量检测装置、燃气压力调节装置、燃气压力检测装置和燃气热值检测装置；燃气支管与燃气主管的连接点设置在燃气流量检测装置之后；燃气流量检测装置之后与燃气支管相连接的燃气主管为首尾连通结构。
可选地，空气支管上设有空气支管节流装置、空气手动阀和空气ON/OFF切断阀；燃气支管上设有燃气节流装置、燃气手动阀和燃气ON/OFF切断阀。
可选地，所述空气支管节流装置同时具备空气支管流量测量功能；所述燃气支管节流装置同时具备燃气流量测量功能。
可选地，空气支管节流装置的压力损失值为空气主管压力的25％-40％；燃气支管节流装置的压力损失值为燃气主管压力的25％-50％。
可选地，空气支管内气体流速为空气主管内气体流速的1.5倍-2倍；燃气支管内气体流速为燃气主管内气体流速的1.5倍-2倍。
一种脉冲加热炉的控制方法，应用于上述脉冲加热炉系统，基于一定的空气总管压力，利用空气手动阀和空气支管节流装置把每个脉冲烧嘴的空气能力调整到一定流量；基于一定的燃气总管压力，利用燃气手动阀和燃气支管节流装置把每个脉冲烧嘴的燃气能力调整到一定流量；调整后空气支路上的空气手动阀与燃气支路上的燃气手动阀不再变化，并控制总燃气量及总空气量。
可选地，在固定的脉冲周期t内，判断每个温度控制区炉温检测装置的温度检测值和温度目标值之间的偏差，并根据温度偏差配置该温度控制区在脉冲周期内的脉冲烧嘴工作负荷率η，周期内脉冲烧嘴打开时间为t×η。
可选地，提供空气支管上的空气支管节流装置、空气手动阀和空气ON/OFF切断阀；提供燃气支管上的燃气节流装置、燃气手动阀和燃气ON/OFF切断阀。
可选地，每个脉冲烧嘴前的燃气ON/OFF切断阀与空气ON/OFF切断阀之间延时dt启动；打开脉冲烧嘴时，空气ON/OFF切断阀先动作，关闭脉冲烧嘴时燃气ON/OFF切断阀先动作；dt根据η调整，dt＝t0×η，t0取值为0.5s-2s。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一套完整的脉冲加热炉配置系统，以及系统中的关键工艺参数，可应用于冶金工业炉窑；提供了一种先进的脉冲燃烧控制方法，可以有效解决脉冲加热炉空燃比波动大的问题，充分发挥脉冲燃烧的优势。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为为本发明系统示意图。
图2为空煤气支管局部配置示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1-图2，附图中的元件标号分别表示：空气主管1、空气压力调节装置11、空气压力检测装置12、空气主管流量检测装置13、燃气主管2、燃气热值检测装置21、燃气主管压力调节装置22、燃气主管压力检测装置23、煤气主管流量检测装置24、加热炉3、空气支管4、空气支管流量检测装置41、空气支管调节阀42、空气支管ON/OFF切断阀43、燃气支管5、燃气支管流量检测装置51、燃气支管调节阀52、燃气支管ON/OFF切断阀53、脉冲烧嘴6、炉温检测装置7。
本发明设计了一种脉冲加热炉系统及控制方法，系统由加热炉3、空气主管1、燃气主管2、空气支管4、燃气支管5、脉冲烧嘴6组成，加热炉3设置有多个炉温控制区，每个炉温控制区配置两个脉冲烧嘴6和一个炉温检测装置7，空气主管1和脉冲烧嘴6之间利用空气支管4连通，燃气主管2和脉冲烧嘴6之间利用燃气支管5连通。本说明以加热炉3设置有四个加热段的优选实例进行阐述，每个加热段内设置有多个炉温控制区和多对脉冲烧嘴6，但本发明的应用并不局限于本实例的炉型。
空气主管1起始端上依次设有空气压力调节装置11、空气压力检测装置12和空气流量检测装置13，空气支管4与空气主管1相连，连接点设置在空气主管1的空气流量检测装置13之后，空气流量检测装置13之后与空气支管4相连接的空气主管1为首尾连通结构。燃气主管2起始端上依次设置燃气热值检测装置21、燃气压力调节装置22、燃气压力检测装置23和燃气流量检测装置24，燃气支管5与燃气主管2相连，连接点设置在燃气主管1的燃气流量检测装置24之后，燃气流量检测装置24之后与燃气支管5相连接的燃气主管2为首尾连通结构。
空气支管4上设有空气支管节流装置41、空气手动阀42和空气ON/OFF切断阀43，空气支管节流装置41的压力损失值为空气主管1压力的25％-40％，空气支管节流装置41同时具备空气支管流量测量功能；燃气支管5上设置有燃气支管节流装置51、燃气手动阀52和燃气ON/OFF切断阀53，燃气支管节流装置51的压力损失值为燃气主管2压力的25％-50％，燃气支管节流装置51同时具备燃气流量测量功能。
空气支管3与空气主管1相连，空气支管4内气体流速为空气主管1内气体流速的1.5倍-2倍；燃气支管5与燃气主管2相连，燃气支管5内气体流速为燃气主管2内气体流速的1.5倍-2倍。
在加热炉3运行初期、脉冲燃烧控制投入使用之前，首先对加热炉3的燃烧系统进行调试。将空气总管1的压力设置为固定值，打开烧嘴的空气支管ON/OFF切断阀43，用空气支管节流装置41测量空气支管4的流量，调节空气支管手动阀42，将每个脉冲烧嘴6的空气能力调整到额定设计空气能力。将燃气总管2的压力设置为固定值，打开烧嘴的燃气支管ON/OFF切断阀53，用燃气支管节流装置51测量燃气支管5的流量，调节燃气支管手动阀52，将每个脉冲烧嘴6的空气能力调整到额定设计空气能力。调整完成后，各空气支管4和煤气支管5上的空气支管手动阀42、燃气支管手动阀52的位置不再变化，利用空气总管1的空气压力调节装置11来控制加热系统总空气量，利用燃气总管2的燃气压力调节装置22来控制加热炉系统总燃气量。
当以上空气、煤气流量调整到位之后，脉冲燃烧控制投入使用，在固定的脉冲周期t内，判断每个温度控制区内温度检测值和温度目标值之间的偏差，并根据温度偏差配置该温度控制区在脉冲周期内脉冲烧嘴6的工作负荷率η，该脉冲周期内脉冲烧嘴6的工作时间为t×η。
当加热炉3处于脉冲控制状态下：打开脉冲烧嘴6时，单个脉冲烧嘴6前的燃气ON/OFF切断阀53相对于空气ON/OFF切断阀43延时dt启动，即空气ON/OFF切断阀43先打开，燃气ON/OFF切断阀53后打开，间隔时间为dt；关闭烧嘴6时，单个脉冲烧嘴6前的空气ON/OFF切断阀43相对于燃气ON/OFF切断阀53延时dt关闭，即燃气ON/OFF切断阀53先关闭，空气ON/OFF切断阀43后动作，间隔时间为dt。延时时间dt根据脉冲烧嘴6工作负荷率进行调整，dt＝t0×η，t0取值为0.5-2s。
本发明的一种脉冲加热炉系统及控制方法，提供了一种脉冲加热炉的系统配置和关键工艺参数设定，并提出了脉冲燃烧系统的控制方法，能够有效解决目前脉冲加热炉空燃比难以控制、系统压力波动大的问题，充分发挥脉冲加热炉的优势。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种脉冲加热炉系统，其特征在于：包括加热炉、空气主管、燃气主管；所述加热炉内设有至少一个炉温控制区；单个的炉温控制区包括两个相对布置的脉冲烧嘴以及设置在两个脉冲烧嘴之间的炉温检测装置；空气主管与脉冲烧嘴之间通过空气支管相连通；燃气主管与脉冲烧嘴之间通过燃气支管相连通。
2.如权利要求1中所述的脉冲加热炉系统，其特征在于：空气主管沿其进气方向依次设置有空气压力调节装置、空气压力检测装置和空气流量检测装置；空气支管与空气主管的连接点设置在空气流量检测装置之后，空气流量检测装置之后与空气支管相连接的空气主管为首尾连通结构。
3.如权利要求1中所述的脉冲加热炉系统，其特征在于：燃气主管沿其进气方向依次设置有燃气热值检测装置、燃气压力调节装置、燃气压力检测装置和燃气流量检测装置；燃气支管与燃气主管的连接点设置在燃气流量检测装置之后；燃气流量检测装置之后与燃气支管相连接的燃气主管为首尾连通结构。
4.如权利要求1中所述的脉冲加热炉系统，其特征在于：空气支管上设有空气支管节流装置、空气手动阀和空气ON/OFF切断阀；燃气支管上设有燃气节流装置、燃气手动阀和燃气ON/OFF切断阀。
5.如权利要求4中所述的脉冲加热炉系统，其特征在于：所述空气支管节流装置同时具备空气支管流量测量功能；所述燃气支管节流装置同时具备燃气流量测量功能。
6.如权利要求1中所述的脉冲加热炉系统，其特征在于：空气支管内气体流速为空气主管内气体流速的1.5倍-2倍；燃气支管内气体流速为燃气主管内气体流速的1.5倍-2倍。
7.一种脉冲加热炉的控制方法，应用于如权利要求4或5中所述的脉冲加热炉系统，其特征在于：基于一定的空气总管压力，利用空气手动阀和空气支管节流装置把每个脉冲烧嘴的空气能力调整到一定流量；基于一定的燃气总管压力，利用燃气手动阀和燃气支管节流装置把每个脉冲烧嘴的燃气能力调整到一定流量；调整后空气支路上的空气手动阀与燃气支路上的燃气手动阀不再变化，并控制总燃气量及总空气量。
8.如权利要求7中所述的脉冲加热炉的控制方法，其特征在于：在固定的脉冲周期t内，判断每个温度控制区炉温检测装置的温度检测值和温度目标值之间的偏差，并根据温度偏差配置该温度控制区在脉冲周期内的脉冲烧嘴工作负荷率η，周期内脉冲烧嘴打开时间为t×η。
9.如权利要求7中所述的脉冲加热炉的控制方法，其特征在于：提供空气支管上的空气支管节流装置、空气手动阀和空气ON/OFF切断阀；提供燃气支管上的燃气节流装置、燃气手动阀和燃气ON/OFF切断阀。
10.如权利要求9中所述的脉冲加热炉的控制方法，其特征在于：每个脉冲烧嘴前的燃气ON/OFF切断阀与空气ON/OFF切断阀之间延时dt启动；打开脉冲烧嘴时，空气ON/OFF切断阀先动作，关闭脉冲烧嘴时燃气ON/OFF切断阀先动作；dt根据η调整，dt＝t0×η，t0取值为0.5s-2s。
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