CN111811257B - 一种加热炉燃烧控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及加热炉技术领域，具体涉及一种加热炉燃烧控制方法和装置。该方法包括：获取加热炉中的加热区域的分配热负荷；根据分配热负荷和加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，计算加热区域的区域空气阀的设定空气流量值；将通过区域空气阀的空气流量调节至设定空气流量值；获取通过区域空气阀的实时空气流量值；根据实时空气流量值计算加热区域的区域煤气阀在设定空燃比的设定煤气流量值；将通过区域煤气阀的煤气流量调节至设定煤气流量值。本发明根据实时空气流量值实时调整设定煤气流量值，从而使进入烧嘴燃烧器的煤气和空气能够保持在设定空燃比，避免因烧嘴燃烧器出现局部高温，从而降低了加热炉燃烧过程中的氮氧化物含量。

Description

一种加热炉燃烧控制方法和装置
技术领域
本发明涉及加热炉技术领域，具体涉及一种加热炉燃烧控制方法和装置。
背景技术
在冶金行业中，加热炉是热轧产线的关键设备，加热板坯的性能直接影响板坯轧制工艺和成品的质量。现有的加热炉沿板坯前进路线大多设置了预热加热段、第一加热段、第二加热段和均热加热段等四段加热区间，每个加热区间包含上下两个加热区域，每个加热区域中还设置了多个脉冲式烧嘴燃烧器，外部的空气传输管路以及煤气传输管路分别连接到脉冲式烧嘴燃烧器，通过精确地脉冲控制烧嘴燃烧器的燃烧工作，以将各加热区域的温度调节至理想状态。但加热炉高温燃烧会产生氮氧化物，如果氮氧化物严重超标，则会危害自然环境。
因此，如何减少加热炉燃烧时产生的氮氧化物含量，是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种加热炉燃烧控制方法和装置，以减少加热炉燃烧时产生的氮氧化物含量。
本发明实施例提供了以下方案：
第一方面，本发明实施例提供一种加热炉燃烧控制方法，所述方法包括：
获取加热炉中的加热区域的分配热负荷；
根据所述分配热负荷和所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，计算所述加热区域的区域空气阀的设定空气流量值；
将通过所述区域空气阀的空气流量调节至所述设定空气流量值；
获取通过所述区域空气阀的实时空气流量值；
根据所述实时空气流量值计算所述加热区域的区域煤气阀在设定空燃比的设定煤气流量值；
将通过所述区域煤气阀的煤气流量调节至所述设定煤气流量值；
其中，所述加热区域包括若干个烧嘴燃烧器；所述区域空气阀的一端连接空气传输管路，其另一端分别连接所述若干个烧嘴燃烧器的烧嘴空气阀；所述区域煤气阀的一端连接煤气传输管路，其另一端连接所述若干个烧嘴燃烧器的烧嘴煤气阀。
在一种可能的实施例中，所述根据所述分配热负荷和所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，计算所述加热区域的区域空气阀的设定空气流量值，包括：
计算所述设定空气流量值Q1，具体计算公式为：
Figure BDA0002540499920000021
其中，n为所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，N为所述加热区域中烧嘴燃烧器的总数，Q0为所述分配热负荷。
在一种可能的实施例中，所述根据所述实时空气流量值计算所述加热区域的区域煤气阀在设定空燃比的设定煤气流量值，包括：
计算所述设定煤气流量值Q2，具体计算公式为：
Figure BDA0002540499920000022
其中，k为空气过剩系数，α为所述设定空燃比，
Figure BDA0002540499920000023
为所述实时空气流量值。
在一种可能的实施例中，所述将通过所述区域空气阀的空气流量调节至所述设定空气流量值之后，所述方法还包括：
若所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量为0，则不再增加通过所述区域空气阀的空气流量。
第二方面，本发明实施例提供一种加热炉燃烧控制装置，所述装置包括：
分配热负荷获取模块，用于获取加热炉中的加热区域的分配热负荷；
第一计算模块，用于根据所述分配热负荷和所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，计算所述加热区域的区域空气阀的设定空气流量值；
空气流量调节模块，用于将通过所述区域空气阀的空气流量调节至所述设定空气流量值；
实时空气流量值获取模块，用于获取通过所述区域空气阀的实时空气流量值；
第二计算模块，用于根据所述实时空气流量值计算所述加热区域的区域煤气阀在设定空燃比的设定煤气流量值；
煤气流量调节模块，用于将通过所述区域煤气阀的煤气流量调节至所述设定煤气流量值；
其中，所述加热区域包括若干个烧嘴燃烧器；所述区域空气阀的一端连接空气传输管路，其另一端分别连接所述若干个烧嘴燃烧器的烧嘴空气阀；所述区域煤气阀的一端连接煤气传输管路，其另一端连接所述若干个烧嘴燃烧器的烧嘴煤气阀。
在一种可能的实施例中，所述第一计算模块，包括：
设定空气流量值计算模块，用于计算所述设定空气流量值Q1，具体计算公式为：
Figure BDA0002540499920000041
其中，n为所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，N为所述加热区域中烧嘴燃烧器的总数，Q0为所述分配热负荷。
在一种可能的实施例中，所述第二计算模块，包括：
设定煤气流量计算模块，用于计算所述设定煤气流量值Q2，具体计算公式为：
Figure BDA0002540499920000042
其中，k为空气过剩系数，α为所述设定空燃比，
Figure BDA0002540499920000043
为所述实时空气流量值。
在一种可能的实施例中，空气流量调节模块，还用于在所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量为0时，不再增加通过所述区域空气阀的空气流量。
第三方面，本发明实施例提供一种加热炉燃烧控制设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现第一方面中任一所述的加热炉燃烧控制方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时以实现第一方面中任一所述的加热炉燃烧控制方法的步骤。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明根据分配热负荷和加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量计算出当前所需的区域空气阀的设定空气流量值，然后逐渐将当前的空气流量调整为设定空气流量值，并根据区域空气阀的实时空气流量值实时调整区域煤气阀的设定煤气流量值，从而使进入烧嘴燃烧器的煤气和空气能够保持在设定空燃比，避免因烧嘴燃烧器超额定功率工作而导致出现局部高温的情况，从而降低了加热炉燃烧过程中的氮氧化物含量。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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说明书的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种加热炉燃烧控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种加热炉的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种加热炉燃烧控制装置的结构示意图。
附图标记说明：1为加热区域，2为区域空气阀，3为区域煤气阀，4为烧嘴燃烧器，4-1为烧嘴空气阀，4-2为烧嘴煤气阀，5为空气传输管路，6为煤气传输管路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
现有技术在对加热炉进行燃烧控制时，通常固定了空气传输管路和煤气传输管路的总流量值，通过脉冲控制各个烧嘴燃烧器的燃烧时间来实现加热炉内部的温度调节控制。但本发明的发明人在现有的加热炉进行废气检测时发现，加热炉在现有的燃烧控制下，有时会出现氮氧化物含量超标的现象。
本发明的发明人对该现象进行了深入分析后，发现当加热炉内出现较大热值波动时，加热炉内烧嘴燃烧器附近会出现局部高温区，从而有利于氮氧化物的生成，进而本发明的发明人提出了以下方案，希望从避免烧嘴燃烧器附近出现局部高温的方式，来减少加热炉燃烧时产生的氮氧化物含量。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种加热炉燃烧控制方法，该方法实施例应用于一种加热炉的燃烧控制器中，该控制器可以是工控机、单片机、FPGA或PLC等任一种可以实现采样、计算、控制等功能的控制芯片。
常规的加热炉共分8个用于控制燃烧的加热区域，分别为预热上段、预热下段、一加热上段、一加热下段、二加热上段、二加热下段、均热上段、均热下段，每个加热区域中还会细分为四个温度控制区，每个温度控制区中还设有若干个脉冲式烧嘴燃烧器，用于在燃烧控制器的控制下，将加热炉中各处的温度分布调整至期望值。
为了方便说明该方法实施例，本实施例还给出了一种加热炉，如图2所示为该加热炉的结构示意图。该加热炉包括8个加热区域1，每个加热区域1均包括2个烧嘴燃烧器4；每个加热区域的2个烧嘴燃烧器4的烧嘴空气阀4-1均通过该加热区域1的区域空气阀2连通空气传输管路5；每个加热区域1的2个烧嘴燃烧器4的烧嘴煤气阀4-2均通过该加热区域1的区域煤气阀3连通煤气传输管路6。加热炉的燃烧控制器能够控制上述区域空气阀2和区域煤气阀3的开关和/或具体的开合角度。
当然，在方案实际应用时，加热炉中加热段的数量、加热区域的数量以及烧嘴燃烧器的数量均可以灵活设置。
如图1所示的方法实施例包括以下步骤11至步骤16。
步骤11，获取加热炉中的加热区域的分配热负荷。
具体来说，分配热负荷是加热炉设计时一个固定值，可以根据板坯的传热性能，预先设计加热炉中的加热区域的分配热负荷。
步骤12，根据所述分配热负荷和所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，计算所述加热区域的区域空气阀的设定空气流量值。
具体来说，正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量越多，设定空气流量值的值也就越大，可以根据这种规律来实现设定空气流量值的计算。
步骤13，将通过所述区域空气阀的空气流量调节至所述设定空气流量值。
具体来说，可以根据空气传输管路内的调节流量调整区域空气阀的开合角度，逐步将通过区域空气阀的空气流量调节至设定空气流量值。这个过程应当存在一定的调整时间，避免加热炉内出现较大的压力波动。
步骤14，获取通过所述区域空气阀的实时空气流量值。
具体来说，可以通过安装于区域空气阀后的流量计检测，一般一次表为环形孔板检测，二次表为压差变送器。
步骤15，根据所述实时空气流量值计算所述加热区域的区域煤气阀在设定空燃比的设定煤气流量值。
具体来说，实时空气流量值越大，设定煤气流量值，可以结合设定空燃比和该规律，计算出设定煤气流量值。
步骤16，将通过所述区域煤气阀的煤气流量调节至所述设定煤气流量值。
其中，所述加热区域包括若干个烧嘴燃烧器；所述区域空气阀的一端连接空气传输管路，其另一端分别连接所述若干个烧嘴燃烧器的烧嘴空气阀；所述区域煤气阀的一端连接煤气传输管路，其另一端连接所述若干个烧嘴燃烧器的烧嘴煤气阀。
具体来说，本步骤通过实时空气流量值来配比区域煤气阀的设定煤气流量值，使设定煤气流量值与实时空气流量值符合最优的空燃比，通过空气和煤气的调节，实现在任一阶段煤气的量总与空气的量成设定空燃比，避免在热值波动工况下，烧嘴燃烧器附近出现局部高温的情况，从而降低了燃烧过程中氮氧化物的产生。
在一种可能的实施例中，为了方便燃烧控制器计算设定空气流量值，本实施例还提供了一种较优的设定空气流量值计算方案，具体方案为：
所述根据所述分配热负荷和所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，计算所述加热区域的区域空气阀的设定空气流量值，包括步骤1.1。
步骤1.1，计算所述设定空气流量值Q1，具体计算公式为：
Figure BDA0002540499920000081
其中，n为所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，N为所述加热区域中烧嘴燃烧器的总数，Q0为所述分配热负荷。
在一种可能的实施例中，为了方便燃烧控制器计算设定煤气流量值，本实施例还提供了一种较优的设定煤气流量值计算方案，具体方案为：
所述根据所述实时空气流量值计算所述加热区域的区域煤气阀在设定空燃比的设定煤气流量值，包括步骤2.1。
步骤2.1，计算所述设定煤气流量值Q2，具体计算公式为：
Figure BDA0002540499920000082
其中，k为空气过剩系数，α为所述设定空燃比，
Figure BDA0002540499920000083
为所述实时空气流量值。
在一种可能的实施例中，考虑到上述方法实施例在实现过程中，区域煤气阀的输出量是根据区域空气阀的输出量进行调整的，当没有烧嘴燃烧器进行燃烧工作时，需要增加对区域空气阀设定流量值的限制，避免区域空气阀和区域煤气阀直接关闭，造成炉温的较大波动以及对区域空煤气阀的冲击，从而影响冶金作业的安全。为了提高冶金作业的安全性，本实施例还提供了如下方案：
所述将通过所述区域空气阀的空气流量调节至所述设定空气流量值之后，所述方法还包括步骤3.1。
步骤3.1，若所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量为0，则不再增加通过所述区域空气阀的空气流量。
本步骤在检测到加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量为0时，就不再根据其他控制策略增加通过区域空气阀的空气流量，直至加热区域中的烧嘴燃烧器重新进行燃烧工作。对于通过调整开口度来调整通过流量的区域空气阀来说，此时保持当前的开口度就可以实现不再增加通过所述区域空气阀的空气流量的效果。
由于现有的加热炉中区域空气阀与区域煤气阀的开度是固定的，其不会上述问题，本方案在更改现有的加热炉燃烧控制方案后，通过设置新的控制策略，避免了在加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量为0时出现控制系统不稳定的现象，提高了本方案的安全性。
基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种加热炉燃烧控制装置，如图3所示为该装置实施例的结构示意图，所述装置包括：
分配热负荷获取模块21，用于获取加热炉中的加热区域的分配热负荷；
第一计算模块22，用于根据所述分配热负荷和所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，计算所述加热区域的区域空气阀的设定空气流量值；
空气流量调节模块23，用于将通过所述区域空气阀的空气流量调节至所述设定空气流量值；
实时空气流量值获取模块24，用于获取通过所述区域空气阀的实时空气流量值；
第二计算模块25，用于根据所述实时空气流量值计算所述加热区域的区域煤气阀在设定空燃比的设定煤气流量值；
煤气流量调节模块26，用于将通过所述区域煤气阀的煤气流量调节至所述设定煤气流量值；
其中，所述加热区域包括若干个烧嘴燃烧器；所述区域空气阀的一端连接空气传输管路，其另一端分别连接所述若干个烧嘴燃烧器的烧嘴空气阀；所述区域煤气阀的一端连接煤气传输管路，其另一端连接所述若干个烧嘴燃烧器的烧嘴煤气阀。
在一种可能的实施例中，所述第一计算模块22，包括：
设定空气流量值计算模块，用于计算所述设定空气流量值Q1，具体计算公式为：
Figure BDA0002540499920000101
其中，n为所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，N为所述加热区域中烧嘴燃烧器的总数，Q0为所述分配热负荷。
在一种可能的实施例中，所述第二计算模块25，包括：
设定煤气流量计算模块，用于计算所述设定煤气流量值Q2，具体计算公式为：
Figure BDA0002540499920000102
其中，k为空气过剩系数，α为所述设定空燃比，
Figure BDA0002540499920000111
为所述实时空气流量值。
在一种可能的实施例中，空气流量调节模块23，还用于在所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量为0时，不再增加通过所述区域空气阀的空气流量。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种加热炉燃烧控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前文任一所述方法的步骤。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前文任一所述方法的步骤。
本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例根据分配热负荷和加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量计算出当前所需的区域空气阀的设定空气流量值，然后逐渐将当前的空气流量调整为设定空气流量值，并根据区域空气阀的实时空气流量值实时调整区域煤气阀的设定煤气流量值，从而使进入烧嘴燃烧器的煤气和空气能够保持在设定空燃比，避免因烧嘴燃烧器超额定功率工作而导致出现局部高温的情况，从而降低了加热炉燃烧过程中的氮氧化物含量。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(模块、系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种加热炉燃烧控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取加热炉中的加热区域的分配热负荷；
根据所述分配热负荷和所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，计算所述加热区域的区域空气阀的设定空气流量值；
将通过所述区域空气阀的空气流量调节至所述设定空气流量值；
获取通过所述区域空气阀的实时空气流量值；
根据所述实时空气流量值计算所述加热区域的区域煤气阀在设定空燃比的设定煤气流量值；
将通过所述区域煤气阀的煤气流量调节至所述设定煤气流量值；
其中，所述加热区域包括若干个烧嘴燃烧器；所述区域空气阀的一端连接空气传输管路，其另一端分别连接所述若干个烧嘴燃烧器的烧嘴空气阀；所述区域煤气阀的一端连接煤气传输管路，其另一端连接所述若干个烧嘴燃烧器的烧嘴煤气阀。
2.根据权利要求1所述的加热炉燃烧控制方法，其特征在于，所述根据所述分配热负荷和所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，计算所述加热区域的区域空气阀的设定空气流量值，包括：
计算所述设定空气流量值Q1，具体计算公式为：
Figure FDA0002540499910000011
其中，n为所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，N为所述加热区域中烧嘴燃烧器的总数，Q0为所述分配热负荷。
3.根据权利要求1所述的加热炉燃烧控制方法，其特征在于，所述根据所述实时空气流量值计算所述加热区域的区域煤气阀在设定空燃比的设定煤气流量值，包括：
计算所述设定煤气流量值Q2，具体计算公式为：
Figure FDA0002540499910000021
其中，k为空气过剩系数，α为所述设定空燃比，
Figure FDA0002540499910000022
为所述实时空气流量值。
4.根据权利要求1所述的加热炉燃烧控制方法，其特征在于，所述将通过所述区域空气阀的空气流量调节至所述设定空气流量值之后，所述方法还包括：
若所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量为0，则不再增加通过所述区域空气阀的空气流量。
5.一种加热炉燃烧控制装置，其特征在于，所述装置包括：
分配热负荷获取模块，用于获取加热炉中的加热区域的分配热负荷；
第一计算模块，用于根据所述分配热负荷和所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，计算所述加热区域的区域空气阀的设定空气流量值；
空气流量调节模块，用于将通过所述区域空气阀的空气流量调节至所述设定空气流量值；
实时空气流量值获取模块，用于获取通过所述区域空气阀的实时空气流量值；
第二计算模块，用于根据所述实时空气流量值计算所述加热区域的区域煤气阀在设定空燃比的设定煤气流量值；
煤气流量调节模块，用于将通过所述区域煤气阀的煤气流量调节至所述设定煤气流量值；
其中，所述加热区域包括若干个烧嘴燃烧器；所述区域空气阀的一端连接空气传输管路，其另一端分别连接所述若干个烧嘴燃烧器的烧嘴空气阀；所述区域煤气阀的一端连接煤气传输管路，其另一端连接所述若干个烧嘴燃烧器的烧嘴煤气阀。
6.根据权利要求5所述的加热炉燃烧控制装置，其特征在于，所述第一计算模块，包括：
设定空气流量值计算模块，用于计算所述设定空气流量值Q1，具体计算公式为：
Figure FDA0002540499910000031
其中，n为所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量，N为所述加热区域中烧嘴燃烧器的总数，Q0为所述分配热负荷。
7.根据权利要求5所述的加热炉燃烧控制装置，其特征在于，所述第二计算模块，包括：
设定煤气流量计算模块，用于计算所述设定煤气流量值Q2，具体计算公式为：
Figure FDA0002540499910000032
其中，k为空气过剩系数，α为所述设定空燃比，
Figure FDA0002540499910000033
为所述实时空气流量值。
8.根据权利要求5所述的加热炉燃烧控制装置，其特征在于，空气流量调节模块，还用于在所述加热区域中正在燃烧的烧嘴燃烧器的数量为0时，不再增加通过所述区域空气阀的空气流量。
9.一种加热炉燃烧控制设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现权利要求1至4任一所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时以实现权利要求1至4任一所述的方法的步骤。
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