CN112574759A - 焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法属于焦炉燃烧室控制技术，通过烟气分析检测各个燃烧室小烟道废气中氩含量和氧含量，根据外部空气进入量计算数学模型，计算各燃烧室的外部空气进入量，由外部空气进入量计算值和设定值之差来调节小烟道废气翻板，使外部空气进入量控制在设定值范围内；根据空气过剩系数计算数学模型计算空气过剩系数，其与空气过剩系数设定值的差值调节空气进口翻板，使燃烧室空气过剩系数保持在设定值范围内；检测主烟道废气流量和主烟道压力，分别调节引风机入口阀开度和调节引风机风量，使主烟道压力稳定保持在设定值范围内；获得了提高燃烧效率、减少NOx污染排放量、实现全自动控制的多重节能减排效果。
Description
技术领域
本发明属于焦炉控制技术，具体是焦炉燃烧室外部空气进入量控制技术和空气过剩系数控制技术，不包括焦炉碳化室及其煤气管网控制技术；本发明不涉及控制系统、控制设备及仪器仪表的选型。
背景技术
焦炉是应用范围非常广泛的重要设备，既是耗能大户，也是污染源大户。焦化工序是钢铁企业中消耗资源最多的工序，其能耗占整个钢铁工序的13％以上，因此挖掘焦炉的节能减排潜力对减少污染物排放，降低产品生产能源消耗值，保持国民经济高速、稳定、协调发展具有非常重要的意义。
就技术而言，即使是国际先进水平，焦炉燃烧室控制技术还存在技术瓶颈的问题，其中，焦炉燃烧室外部空气进入量及空气过剩系数动态可控问题长期以来一直没有得到解决，致使焦炉燃烧室热效率难以提高，仍存在燃料消耗大、焦炉燃烧室热损失高、污染物排放量大、引风机节能受限等问题。
现有技术采取检测废气含氧量，用含氧量控制模型来调节分烟道吸力的方法解决空气过剩系数问题，但由于含氧量并不代表空气过剩系数，况且调节分烟道吸力也解决不了处于不同状况的各燃烧室的空气过剩系数控制问题。
由于现有技术对空气过剩系数的认识存在问题，也缺失正确的控制策略，故现有焦炉燃烧室系统基本处于手动或半自动控制状态，控制水平和燃烧效率难以得到提高，适应不了焦炉燃烧室深度节能减排的需求。
涉及焦炉燃烧室外部空气进入量和空气过剩系数动态控制的焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法还未见到公开发表的出版物、文献或资料。
发明内容
本发明的目的是根据焦炉燃烧室及其废气管网运行工况的特点，寻求突破制约现有技术的技术瓶颈，研究开发与焦炉燃烧室及其废气管网运行工况相适应的焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统理论及其动态控制方法，以实现焦炉燃烧室深度节能减排。
本发明的要点是研究现有技术存在的问题，突破现有技术的基础和框架，根据焦炉燃烧室及其废气管网运行工况特点及物理特性，创新性地确立了焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统理论，研发了基于焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统理论的动态控制方法，通过烟气分析检测每个燃烧室小烟道废气中氩含量和氧含量，根据外部空气进入量计算数学模型，计算出各燃烧室的外部空气进入量，由外部空气进入量来调节小烟道废气翻板，使外部空气进入量控制在设定值范围内；根据空气过剩系数计算数学模型计算空气过剩系数，该计算值与空气过剩系数设定值比较，其差值调节空气进口翻板，使燃烧室空气过剩系数保持在设定值范围内；检测主烟道废气流量，该流量与主烟道废气流量设定值比较，其差值用于调节引风机入口阀开度，使引风机入口阀开度与主烟道废气流量相匹配；检测主烟道压力，该压力与主烟道压力设定值比较，其差值用于调节引风机风量，使主烟道压力稳定保持在设定值范围内；多个子闭环控制系统构成了焦炉燃烧室外部空气进入量动态自动调节系统和空气过剩系数动态自动调节系统；焦炉燃烧室尽量少的外部空气进入量、适宜的空气过剩系数获得了提高焦炉燃烧室燃烧效率、减少生成废气总量、提高引风机节能量、减少污染排放量、实现焦炉燃烧优化全自动控制、减轻操作者劳动强度，提高生产作业率的多重节能减排效果，获得了节能减排、增产保质的多重效益。
附图说明
图1是焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法的技术方案框图，图1中1是焦炉控制系统HMI操作站，2是外部空气进入量设定值，3是小烟道i废气翻板调节，4是燃烧室外部空气进入量计算数学模型，5是小烟道i废气Ar含量，6是小烟道i废气流量,7是燃烧室i入口空气流量,8是占比系数k输入，9是燃烧室空气过剩系数计算数学模型，10是小烟道i废气O2量，11是空气过剩系数设定值，12是小烟道i进空气翻板调节，13是主烟道废气流量设定值，14是引风机入口阀开度调节，15是主烟道废气流量，16是主烟道压力设定值，17是引风机风量调节，18是主烟道压力实际值，19是焦炉现场工艺设备。
图2是焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法的控制系统构成图，图2中1是焦炉主工艺控制系统，2是焦炉控制系统HMI操作站，3是外部空气进入量设定值，4是空气过剩系数设定值，5是主烟道废气流量设定值，6是主烟道压力设定值，7是占比系数k输入，8是焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器，9是小烟道i废气Ar含量检测，10是小烟道n废气Ar含量检测，11是小烟道i废气O2含量检测，12是小烟道n废气O2含量检测，13是小烟道i废气流量，14是小烟道n废气流量，15是燃烧室i入口空气流量,16是燃烧室n入口空气流量,17是小烟道废气翻板i调节，18是小烟道废气翻板n调节，19是小烟道进空气翻板i调节，20是小烟道进空气翻板n调节，21是主烟道废气流量检测，22是主烟道压力检测，23是引风机风量调节，24是引风机入口阀开度调节，25是现场工艺设备过程信息，26是焦炉现场工艺设备。
图1的系统是按焦炉燃烧室的一般特点构建的，实际上，焦炉燃烧室工艺及设备种类繁多，具有多种型式，工艺参数和设备布置也不尽相同，为避免叙述缛琐造成混乱，本技术方案考虑的是具有一般特点的通用情况，而不区分具体焦炉燃烧室工艺设备组成的细节；然而本文阐述的控制原理、得出的结论、获得的有益效果适用于各类焦炉燃烧室。
具体实施方式
基本术语及定义：焦炉燃烧室及其废气管网系统中空气过剩系数亦称过剩空气系数或过量空气系数，定义为“燃料燃烧时实际空气需要量与理论空气需要量之比值”，用字母α表示。
根据定义，空气过剩系数是指焦炉燃烧室燃烧系统在所设置的空燃比时所得到的结果，即在该空燃比条件下，助燃空气与燃料的燃烧效果。该燃烧效果不包括焦炉燃烧室外部空气进入量造成燃烧所产生的效果，虽然焦炉燃烧室外部空气进入量引起的燃烧有一定作用，但与基于空燃比的燃烧相比，由于焦炉燃烧室外部空气进入量是冷空气，会造成热损失，所以还是具有负面影响，不利于提高焦炉燃烧室的热效率；况且焦炉燃烧室的外部空气进入量参与的燃烧具有不确定性，有可能部分参与了燃烧，有可能全部参与了燃烧，也可能完全没有参与燃烧，这种不确定因素相当于燃烧干扰，不利于燃烧稳定控制；所以焦炉燃烧室外部空气进入量和空气过剩系数具有不同的含义，废气管网中测得的氧含量既不代表空气过剩系数，也不代表外部空气进入量。
目前控制焦炉燃烧室空气过剩系数的方法是根据烟气分析检测的氧含量来计算空气过剩系数，不同类型的焦炉都有所谓最佳空气过剩系数或空气过剩系数限值，用于指导操作人员手动调节空气过剩系数。但现有技术的这种方法由于缺乏理论依据，实施起来比较困难。至于焦炉燃烧室外部空气进入量的控制，现有技术还没有涉及，或者说现有技术还没有外部空气进入量控制的概念。
现有技术的误区在于：
第一，现有技术对焦炉燃烧室空气过剩系数的认识存在问题，根据空气过剩系数的定义，现有技术根据检测烟气中氧含量所得到的所谓空气过剩系数，不是真正意义上的空气过剩系数，因为它包含了焦炉燃烧室外部空气进入量中的氧量，而真正的空气过剩系数是指经过设定空燃比控制后所产生的结果，并不包括外部空气进入量中的氧量。这个概念从新版锅炉大气污染物排放标准GB13271-2014可得到佐证，新国标对污染物排放浓度采用了“基准含氧量”的说法，而不是原国标GB13271-2001的“过量空气系数”，即烟气中检测的氧含量不等于“空气过剩系数”，纠正了过去模糊的概念；以前的根据烟气中检测的氧含量计算的所谓“空气过剩系数”也缺乏理论依据，而现有技术又没有准确计算“空气过剩系数”的方法，所以目前新国标对污染物排放浓度采用“基准含氧量”的说法是明智之举，避免引起误导。
第二，认识的偏差使现有技术实施困难，因为没有理论依据作为具体指导，操作人员也只能根据经验，试验性地根据所谓最佳空气过剩系数或空气过剩系数限值进行调节，很难得到预想的结果，事实上目前在焦炉燃烧室控制中缺失对空气过剩系数的动态自动控制功能。
焦炉燃烧室空气过剩系数动态控制技术是典型的、长期困扰人们的工业控制疑难问题，是具有类似工况炉窑的共性问题，是业内称之为复杂工业系统控制的问题，极具代表性。迄今为止现有技术还没有找到焦炉燃烧室空气过剩系数动态控制的方法，还停留在控制策略并非正确的手动调节或自动+手动干预的控制方式中。
烟气中测得的氧含量不代表空气过剩系数α，用氧含量来代表或换算空气过剩系数对燃烧进行控制会产生错误的结果。下面定性分析一下现有技术控制策略将会产生的危害。
设烟气中检测的氧含量为A，因为烟气中的氧由两部分组成，一是空燃比不当造成的剩余的氧，设为B；二是炉窑外部空气进入带入的氧，设为C；由于B存在α＞1、α＝1和α＜1三种情况；而C仅存在一种情况，即根据焦炉燃烧室的基本特性，不可能一点外部空气也不进入，所以不存在氧＝零的情况，只存在氧＞0的情况；若考虑C会与烟气中CO发生部分燃烧、全部燃烧或者不燃烧以及C会在高温条件下与氮化合反应，生成NOx，故设燃烧掉和化合反应掉的部分氧为D；根据这些条件，烟气中测得的氧是B和C两部分氧组合而成，组合成A的情况有三种，第一种情况是当α＞1时，B和C混合,则A＝B+C-D；第二种情况是当α＝1时，即空燃比为1时，此时B为零，则A＝C-D；第三种情况是当α＜1时，即B的剩余氧为零，但存在剩余的CO，则A＝C-D。
现有技术根据A进行控制，第一种情况时，操作员调节助燃空气减少或增加燃气比例，使B减小，但实际上是参照A来控制的，由于A＞B，所以控制的结果将使α＜1；第二种情况时，由于空燃比为1，操作员调节助燃空气减少或增加燃气比例，控制的结果必然使α＜1；第三种情况时，控制的结果与第二种情况相同，也将使α＜1，区别在于燃烧情况更加恶化。
根据上述分析，按照现有技术根据A进行控制的策略，不论是哪一种情况控制结果都是α＜1，因此与未控制前的状况相比，造成燃烧恶化是必然结果，结果是造成燃料消耗增加，炉窑热效率下降，NOx排放增加，所以现有技术的控制策略是不可取的。
那么，如何进行燃烧优化控制？怎样做才能提高焦炉燃烧室热效率？现有技术的症结究竟是什么？具体如何解决现有技术存在的问题？下面本发明将给出理论分析、结论、控制策略以及技术解决方案。
理论分析：
技术遭遇了瓶颈，必然存在致命的障碍。要突破技术瓶颈就必须具有不同于现有技术的思维，必须突破现有技术框架的束缚才行，重要的是有必要重新审视被控对象的实质，即需要颠覆现有技术对被控对象的不正确认知。
先分析一般炉窑的情况，随着工艺过程参数或生产负荷的变化，炉窑内所产生的炉气量是变化的，随着生产负荷的增加或降低，炉气量也增加或减少；但炉窑有个共同的特点是，在没有外界预先施加控制的情况下，炉气量增加时，炉膛压力将升高；当炉气量减少时，炉膛压力并不会降低，而是保持在原来的状态；炉窑的这个现象是炉窑设备本身特点和烟气管网特性共同形成的，炉窑设备是不很严密的封闭式设备，通常运行在炉膛压力为微负压状态，炉窑内生成的炉气在引风机的作用下由烟气管网排出。当炉窑负荷增加时，炉气量增加，炉膛压力变大，炉膛压力检测及调节系统控制引风机速度或引风机入口阀开度，改变烟气输出流量，使压力得到平衡；当炉窑负荷降低时，炉气量减少，但此时炉膛压力并没有变化，或者并没有显著的变化，原因是当炉气量逐渐减少时，减少的部分被炉窑外部进入的空气及其生成的烟气逐渐充填，所以炉膛压力仍处于平衡状态，此时炉膛压力检测及调节系统未启动炉膛压力调节。炉窑的这个现象，我们称之为“非对称系统”过程。
“非对称系统”具有很大的隐蔽性和欺骗性，因此蒙蔽、欺骗了现有技术。试想，现有技术采用一贯使用的对称性控制策略来控制非对称系统，根据炉膛压力检测形成压力闭环对炉膛压力进行调节，实际上造成了单边调节的现象，即实际上只对炉气量增加时有调节作用，对炉气量减少时并没有调节作用，若是系统重复几次炉气量增加和减少的过程，则炉膛压力调节系统将会崩溃，或者将进入不稳定的运行状态，这就是长期以来炉窑所遭遇的炉膛压力系统难以稳定控制的问题；对于生产负荷比较稳定的炉窑，虽然炉膛压力显示的是压力在较小的范围内波动，使人们感觉炉膛压力处于良好的控制状态，但通过烟气中检测的氧含量指标则可印证出，在炉膛压力稳定的表象下，实际上系统的氧含量指标已逐渐恶化，说明了现有技术对于外部空气进入量实际上处于失控状态；同时，氧含量的升高误导了现有技术去手动调节过量空气系数，使本来处于稳定运行的燃烧系统进入了混乱状态，由此影响了温度控制的紊乱，这就是长期以来炉窑所遭遇的炉膛温度系统难以稳定控制的根源，但现有技术一直没有意识到“非对称系统”的影响，反而将炉膛温度系统难以稳定控制的原因归结为燃烧介质管网压力的不稳定、燃烧介质成分变化等因素的影响，所以采取的温度控制策略与客观实际南辕北辙，才形成了炉膛温度系统难以稳定控制的被动局面。
焦炉燃烧室也是一种炉窑，也具有炉窑的一般特性，因此炉窑的非对称特性也存在于焦炉燃烧室，直接影响了焦炉燃烧室压力及温度的稳定控制，焦炉燃烧室不同于一般炉窑之处在于它是运行工况较为复杂的一种炉窑，具有不同的工艺和设备的特点。
技术解决方案：
理论上说，揭示了炉窑及其烟气管网运行物理特性从而确立的炉窑非对称系统理论为实现焦炉燃烧室压力及温度动态控制奠定了理论基础，接下来是具体解决现有技术没有解决或不能解决的问题。
现有技术没有解决焦炉燃烧室空气过剩系数动态控制问题，特别是还没有意识到焦炉燃烧室外部空气进入量对压力和温度控制的影响，更谈不上如何去解决该问题，还局限在通过烟气分析检测氧含量，然后换算成所谓的空气过剩系数，再由操作人员手动调节助燃风量的方式；实际上，由于烟气分析检测的氧含量并不代表真正的空气过剩系数，系统试验或仿真计算所得出的所谓的最佳空气过剩系数亦是在并非正确的条件下进行的，所以现有技术获取的空气过剩系数及采取的控制策略从根本上就存在严重技术瑕疵，也因此造成了现有技术不可能实现空气过剩系数动态自动控制。
解决问题的切入点就在于对空气过剩系数的正确分析和准确计算，小烟道i废气中检测的氧含量一部分是由于燃烧系统空燃比系数不当，致使空气过剩系数过大剩余的氧，另一部分是焦炉燃烧室外部进入空气在焦炉燃烧室中燃烧或未燃烧后所含有的氧；如何准确地计算出各部分的氧量是本技术方案需要解决的关键问题，要想知道与空气过剩系数相关的氧量，首先要计算出焦炉燃烧室外部空气进入量所含氧量，然后用小烟道i废气中检测的氧量减去焦炉燃烧室外部空气进入量所含氧量，就可得到与空气过剩系数相关的氧量；要计算出焦炉燃烧室外部空气进入量所含氧量，先要知道焦炉燃烧室外部空气进入量，由此产生了焦炉燃烧室外部空气进入量动态控制技术，这是又一项相对于现有技术质的飞越的创新技术。
为实施对外部空气进入量的控制，首先需要准确计算出外部空气进入量，对此本发明研发了焦炉燃烧室外部空气进入量计算数学模型式(1)：
式中：
Qi：燃烧室i入口空气流量，m3/s；
Arb：空气中基准氩摩尔分数，mol％；
Qwi：小烟道i废气流量，m3/s；
Arwi：小烟道i废气中氩摩尔分数，mol％；
Qairi：燃烧室i外部空气进入量，m3/s；
i＝1、2…n。
根据惰性气体很难参与化学反应的特点，采用烟气分析检测惰性气体计算焦炉燃烧室外部空气进入量，可保证计算的准确性，本技术方案采用了氩气作为烟气分析计算的基础，但对于实际应用中不同类型焦炉燃烧室的具体情况，并不限于采用氩气。
为实施对空气过剩系数的控制，由式(1)焦炉燃烧室外部空气进入量计算数学模型推导出式(2)外部空气进入量中氧量计算数学模型。
式中：
Qi：燃烧室i入口空气流量，m3/s；
Arb：空气中基准氩摩尔分数，mol％；
Qwi：小烟道i废气流量，m3/s；
Arwi：小烟道i废气中氩摩尔分数，mol％；
O2ei：燃烧室i外部空气进入量中的氧量，mol；
i＝1、2…n。
由小烟道i废气中检测的氧量减去式(2)数学模型计算出的外部空气进入量中的氧量，则可求得空气过剩系数中的氧含量实际值，该值由式(3)空气过剩系数中的氧含量计算数学模型进行计算。
式中：
O2ai：空气过剩系数中的氧含量实际值，％；
Qwi：小烟道i废气流量，m3/s；
O2i：小烟道i废气中氧摩尔分数，mol％；
O2ei：燃烧室i外部空气进入量中的氧量，mol；
i＝1、2…n；
k：占比系数，0～1。
式(3)中的k为外部空气进入量中的氧量到达小烟道检测点时所剩余的百分比，即剩余的氧占外部空气进入量中的氧量的比例，简称占比系数，取值范围为0～1；因为外部进入的氧量O2e有可能未燃烧、部分燃烧或者全部燃烧，是与焦炉燃烧室及其烟气管网的漏风量相关的变量，无法进行准确数学计算，故采取工程系数的方法解决；占比系数k由焦炉燃烧室工艺工程师根据焦炉燃烧室本体外部空气进入量和烟气管网漏风量的检测统计数据确定，在HMI操作站输入。
将式(3)代入简化的空气过剩系数计算数学模型式(4)，则得到了式(5)空气过剩系数计算数学模型；
式中：
O2ai：空气过剩系数中的氧含量实际值，％；
αi：空气过剩系数，＞0；
i＝1、2…n。
式中：
Qwi：小烟道i废气流量，m3/s；
O2i：小烟道i废气中氧摩尔分数，mol％；
O2ei：燃烧室i外部空气进入量中的氧量，mol；
i＝1、2…n；
k：占比系数，0～1；
αi：空气过剩系数，＞0。
有了式(1)、式(2)、式(3)、式(4)和式(5)数学模型，然后基于炉窑非对称系统理论及采取相应控制策略来解决焦炉燃烧室的动态控制问题。
图1是焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法的技术方案框图，图1中焦炉控制系统HMI操作站(1)是焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制系统的人机交互界面；外部空气进入量设定值(2)与焦炉控制系统HMI操作站(1)和小烟道i废气翻板调节(3)相连接，该设定值由人机交互界面输入；小烟道i废气翻板调节(3)与外部空气进入量设定值(2)、燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)及焦炉现场工艺设备(19)相连接，由外部空气进入量设定值(2)与燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)的差值对小烟道i废气翻板进行调节，控制流经小烟道i废气翻板的废气流量，抑制外部空气进入，使该燃烧室外部空气进入量控制在设定值范围内；燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)与小烟道i废气Ar含量(5)、小烟道i废气流量(6)、燃烧室i入口空气流量(7)、小烟道i废气翻板调节(3)及燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)相连接，根据小烟道i废气Ar含量、小烟道i废气流量和燃烧室i入口空气流量进行燃烧室i空气过剩系数计算，计算结果分别送至小烟道i废气翻板调节(3)和燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)；小烟道i废气Ar含量(5)与燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)和焦炉现场工艺设备(19)相连接；小烟道i废气流量(6)与燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)和焦炉现场工艺设备(19)相连接；燃烧室i入口空气流量(7)与燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)和焦炉现场工艺设备(19)相连接；占比系数k输入(8)与焦炉控制系统HMI操作站(1)和燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)相连接；燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)与燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)和小烟道i废气O2量(10)相连接；小烟道i进空气翻板调节(12)与燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)、空气过剩系数设定值(11)相连接，由空气过剩系数设定值与燃烧室空气过剩系数计算值的差值对小烟道i进空气翻板进行调节，对燃烧室i的空气过剩系数进行动态控制；空气过剩系数设定值(11)来自于焦炉控制系统HMI操作站(1)；小烟道i废气O2量(10)与燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)和焦炉现场工艺设备(19)相连接，小烟道i废气O2量是烟气检测得到的O2量；主烟道废气流量设定值(13)来自于焦炉控制系统HMI操作站(1)，设定值送至引风机入口阀开度调节(14)；引风机入口阀开度调节(14)与主烟道废气流量设定值(13)和主烟道废气流量(15)相连接，由主烟道废气流量设定值和主烟道废气流量实际值的差值对引风机入口阀开度进行调节，使该入口阀的开度与实际流量相匹配；主烟道废气流量(15)与引风机入口阀开度调节(14)和焦炉现场工艺设备(19)相连接，为检测的流量实际值，作为流量反馈，参与引风机入口阀开度调节；主烟道压力设定值(16)来自于焦炉控制系统HMI操作站(1)，设定值送至引风机风量调节(17)；引风机风量调节(17)与主烟道压力设定值(16)、主烟道压力实际值(18)和焦炉现场工艺设备(19)相连接，由主烟道压力设定值和主烟道压力实际值的差值对引风机风量进行调节，使主烟道压力稳定保持在设定值范围内；主烟道压力实际值(18)与引风机风量调节(17)和焦炉现场工艺设备(19)相连接，为检测的压力实际值，作为压力反馈；焦炉现场工艺设备(19)是焦炉现场在线设备。
本技术方案通过图2所示焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法的控制系统构成图付诸实施，图2中焦炉主工艺控制系统(1)是焦炉本体控制系统，包括燃烧室和碳化室的控制，与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)相连接；焦炉控制系统HMI操作站(2)是计算机为基础的操作及画面显示的人机交互界面，与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)相连接；外部空气进入量设定值(3)是系统控制目标设定值，设定值来自焦炉控制系统HMI操作站(2)，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)；空气过剩系数设定值(4)是系统控制目标设定值，设定值来自焦炉控制系统HMI操作站(2)，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)；主烟道废气流量设定值(5)是系统控制目标设定值，设定值来自焦炉控制系统HMI操作站(2)，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)；主烟道压力设定值(6)是系统控制目标设定值，设定值来自焦炉控制系统HMI操作站(2)，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)；占比系数k输入(7)是数学模型参数，来自焦炉控制系统HMI操作站(2)，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)；焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)是焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制的核心，由DCS或同类数字式控制器组成，本身建有焦炉燃烧室外部空气进入量计算数学模型、外部空气进入量中氧量计算数学模型、空气过剩系数计算数学模型及焦炉燃烧室外部空气进入量闭环动态控制、焦炉燃烧室空气过剩系数闭环动态控制软件；小烟道i废气Ar含量检测(9)是烟气分析检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于数学模型计算外部空气进入量；小烟道n废气Ar含量检测(10)是烟气分析检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于数学模型计算外部空气进入量；小烟道i废气O2含量检测(11)是烟气分析检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于空气过剩系数控制；小烟道n废气O2含量检测(12)是烟气分析检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于空气过剩系数控制；小烟道i废气流量(13)是实际流量检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于数学模型计算外部空气进入量；小烟道n废气流量(14)是实际流量检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于数学模型计算外部空气进入量；燃烧室i入口空气流量(15)是实际流量检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于数学模型计算外部空气进入量；燃烧室n入口空气流量(16)是实际流量检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于数学模型计算外部空气进入量；小烟道废气翻板i调节(17)与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)和焦炉现场工艺设备(26)相连接，按照焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)控制指令对小烟道废气翻板i进行调节，控制流经小烟道i废气翻板的废气流量，改变燃烧室i吸力，使该燃烧室外部空气进入量控制在设定值范围内；小烟道废气翻板n调节(18)与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)和焦炉现场工艺设备(26)相连接，按照焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)控制指令对小烟道废气翻板n进行调节，控制流经小烟道n废气翻板的废气流量，改变燃烧室n吸力，使该燃烧室外部空气进入量控制在设定值范围内；小烟道进空气翻板i调节(19)与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)和焦炉现场工艺设备(26)相连接，按照焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)控制指令对小烟道i进空气翻板进行调节，改变助燃空气进入量，对燃烧室i的空气过剩系数进行动态控制；小烟道进空气翻板n调节(20)与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)和焦炉现场工艺设备(26)相连接，按照焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)控制指令对小烟道n进空气翻板进行调节，改变助燃空气进入量，对燃烧室n的空气过剩系数进行动态控制；主烟道废气流量检测(21)是主烟道废气流量实际检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于引风机入口阀开度调节；主烟道压力检测(22)是主烟道压力实际检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于引风机风量调节，对主烟道压力进行动态控制；引风机风量调节(23)与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)和焦炉现场工艺设备(26)相连接，按照焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)控制指令对引风机风量进行调节，使主烟道压力稳定保持在设定值范围内；引风机入口阀开度调节(24)与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)和焦炉现场工艺设备(26)相连接，按照焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)控制指令对引风机入口阀开度进行调节，使该入口阀的开度与主烟道实际废气流量相匹配；现场工艺设备过程信息(25)收集焦炉现场工艺设备(26)的设备、检测器的运行信号和状态信息并送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)；焦炉现场工艺设备(26)为焦炉现场在线设备。
要获得焦炉燃烧室热效率的提高，不仅要实现空气过剩系数可控，也要实现焦炉燃烧室外部空气进入量可控；实现了空气过剩系数可控，可获得燃烧效果的优化；实现了焦炉燃烧室外部空气进入量可控，可获得减少焦炉燃烧室热损失的优化及焦炉燃烧室压力稳定控制；实现这两个可控，就突破了制约现有技术的技术瓶颈，实现了对焦炉燃烧室非对称系统的动态控制。
①焦炉燃烧室外部空气进入量动态控制系统
现有技术烟气分析检测的氧含量一部分是由于空气过剩系数过大剩余的氧，另一部分是焦炉燃烧室外部进入空气在焦炉燃烧室中燃烧或未燃烧后所含有的氧；要计算焦炉燃烧室外部空气进入量所含氧量，先要知道焦炉燃烧室外部空气进入量；本技术方案采取根据烟气分析检测的氩摩尔分数来计算焦炉燃烧室外部空气进入量，进而与允许的焦炉燃烧室外部空气进入量设定值进行比较，用其差值去调节小烟道废气翻板，使流经小烟道废气翻板的流量与燃烧室产生的废气量相匹配，从而改变燃烧室内压力，抑制外部空气进入和内部烟气外溢，使焦炉燃烧室外部空气进入量控制在允许的设定范围内；采取烟气分析中的氩含量计算焦炉燃烧室外部空气进入量是非常简捷、可靠的方法，解决了焦炉燃烧室非对称系统外部空气进入量不可控的问题。
图1焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法的技术方案框图中焦炉控制系统HMI操作站(1)、外部空气进入量设定值(2)、小烟道i废气翻板调节(3)、燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)、小烟道i废气Ar含量(5)、小烟道i废气流量(6)、燃烧室i入口空气流量(7)、主烟道压力设定值(16)、引风机风量调节(17)、主烟道压力实际值(18)、焦炉现场工艺设备(19)构成了焦炉燃烧室外部空气进入量闭环动态控制系统。
②焦炉燃烧室空气过剩系数动态控制系统
在焦炉燃烧室外部空气进入量得到有效控制的前提下，即外部进入空气量稳定控制在设定值允许的范围内，进而采取烟气分析检测氧含量的方法，计算系统空气过剩系数的氧量，再根据空气过剩系数设定值与空气过剩系数计算值之差，调节小烟道进空气翻板，改变助燃空气进入量，使空气过剩系数稳定在设定值范围内。
图1焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法的技术方案框图中焦炉控制系统HMI操作站(1)、占比系数k输入(8)、燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)、小烟道i废气O2量(10)、空气过剩系数设定值(11)、小烟道i进空气翻板调节(12)、主烟道废气流量设定值(13)、引风机入口阀开度调节(14)、主烟道废气流量(15)、焦炉现场工艺设备(19)构成了焦炉燃烧室空气过剩系数闭环动态控制系统。
实际工程应用中，焦炉燃烧室外部空气进入量不可能为0，所以设置了焦炉燃烧室外部空气进入量设定值，该设定值由焦炉燃烧室工艺工程师根据焦炉燃烧室具体工况确定，在焦炉控制系统HMI操作站输入。
考虑到焦炉燃烧室漏风的不确定因素及计算误差，工程应用中需设置空气过剩系数设定值，即留有一定的空气过剩系数余量，该设定值由焦炉燃烧室工艺工程师根据焦炉燃烧室具体工况确定，在焦炉控制系统HMI操作站输入。
由于焦炉燃烧室废气溢出具有增加燃烧室热损失、烧损焦炉燃烧室附属设备、增加废气量、造成空气过剩系数计算困难的危害，所以焦炉燃烧室不适于采取微正压控制，应采取微负压控制。
焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法的特点是科学、合理、充分、有效地发挥了焦炉燃烧室外部空气进入量闭环动态控制系统和焦炉燃烧室空气过剩系数闭环动态控制系统的作用，系统简捷，运行可靠、稳定、高效，调试也很方便，适于实现焦炉燃烧室动态全自动控制。
与现有技术相比，焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法突破了技术瓶颈，为焦炉燃烧室实现深度节能减排、增产保质开创了全新的、广泛的视野和空间，具有突出的实质性特点和显著的进步，其有益的特征是：
(a)首次提出了焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统理论，为突破长期困扰焦炉燃烧室控制的技术瓶颈奠定了理论基础；
(b)首次提出了焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法，实现了焦炉燃烧室外部空气进入量可控、焦炉燃烧室空气过剩系数可控；
(c)研发了焦炉燃烧室外部空气进入量计算数学模型和焦炉燃烧室外部空气进入量动态控制技术；
(d)研发了焦炉燃烧室空气过剩系数计算数学模型和焦炉燃烧室空气过剩系数动态控制技术；
(e)实现了焦炉燃烧室非对称系统的炉膛压力有效稳定控制和焦炉燃烧室全自动控制；
(f)由于实现了外部空气进入量和空气过剩系数的动态控制，节约了燃气消耗，减少了焦炉燃烧室热损失，降低了NOx排放，提高了焦炉燃烧室热效率；
(g)由于实现了过程全自动控制，减轻了操作人员劳动强度，提高了生产作业率；
(h)外部空气进入量可控、空气过剩系数可控使作为炉窑一员的焦炉燃烧室烟气污染物排放得到根本性治理，可从根本上解决雾霾问题，对国家大气污染治理具有非常重要的意义。
焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法适于广泛应用于新建、扩建和改造的焦炉燃烧室系统；本技术方案所述仅为本发明的一个应用领域的例子，不用于限制本发明，尽管参照所述例子对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对所述例子所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；凡在本发明的控制原理和控制策略之内所做的修改、等同替换和改进均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法，其特征在于根据焦炉燃烧室及其废气管网运行工况特点及物理特性确立了焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统理论，研发了基于焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统理论的焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制方法，通过烟气分析检测每个燃烧室小烟道废气中氩含量和氧含量，根据外部空气进入量计算数学模型，计算出各燃烧室的外部空气进入量，由外部空气进入量来调节小烟道废气翻板，使外部空气进入量控制在设定值范围内；根据空气过剩系数计算数学模型计算空气过剩系数，该计算值与空气过剩系数设定值比较，其差值调节空气进口翻板，使燃烧室空气过剩系数保持在设定值范围内；检测主烟道废气流量，该流量与主烟道废气流量设定值比较，其差值用于调节引风机入口阀开度，使引风机入口阀开度与主烟道废气流量相匹配；检测主烟道压力，该压力与主烟道压力设定值比较，其差值用于调节引风机风量，使主烟道压力稳定保持在设定值范围内；多个子闭环控制系统构成了焦炉燃烧室外部空气进入量闭环动态调节系统和空气过剩系数闭环动态调节系统；
式(1)为焦炉燃烧室外部空气进入量计算数学模型；
Qairi＝(Qwi×Arwi－Qi×Arb)×22.4×100/0.934 (1)
式中：
Qi：燃烧室i入口空气流量，m3/s；
Arb：空气中基准氩摩尔分数，mol％；
Qwi：小烟道i废气流量，m3/s；
Arwi：小烟道i废气中氩摩尔分数，mol％；
Qairi：燃烧室i外部空气进入量，m3/s；
i＝1、2…n；
式(2)为焦炉燃烧室外部空气进入量中的氧量计算数学模型；
O2ei＝(Qwi×Arwi－Qi×Arb)×20.95/0.934 (2)
式中：
Qi：燃烧室i入口空气流量，m3/s；
Arb：空气中基准氩摩尔分数，mol％；
Qwi：小烟道i废气流量，m3/s；
Arwi：小烟道i废气中氩摩尔分数，mol％；
O2ei：燃烧室i外部空气进入量中的氧量，mol；
i＝1、2…n；
由小烟道i废气中检测的氧量减去式(2)数学模型计算出的外部空气进入量中的氧量，则可求得空气过剩系数中的氧含量实际值，该值由式(3)空气过剩系数中的氧含量计算数学模型进行计算；
O2ai＝(Qwi×O2i－kO2ei)/Qwi (3)
式中：
O2ai：空气过剩系数中的氧含量实际值，％；
Qwi：小烟道i废气流量，m3/s；
O2i：小烟道i废气中氧摩尔分数，mol％；
O2ei：燃烧室i外部空气进入量中的氧量，mol；
i＝1、2…n；
k：占比系数，0～1；
空气过剩系数实际值由式(5)空气过剩系数计算数学模型进行计算：
αi＝20.95/(20.95-(Qwi×O2i－kO2ei)/Qwi) (5)
式中：
Qwi：小烟道i废气流量，m3/s；
O2i：小烟道i废气中氧摩尔分数，mol％；
O2ei：燃烧室i外部空气进入量中的氧量，mol；
i＝1、2…n；
k：占比系数，0～1；
αi：空气过剩系数，＞0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法的技术方案是通过图1实现的，图1中焦炉控制系统HMI操作站(1)是焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制系统的人机交互界面；外部空气进入量设定值(2)与焦炉控制系统HMI操作站(1)和小烟道i废气翻板调节(3)相连接，该设定值由人机交互界面输入；小烟道i废气翻板调节(3)与外部空气进入量设定值(2)、燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)及焦炉现场工艺设备(19)相连接，由外部空气进入量设定值(2)与燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)的差值对小烟道i废气翻板进行调节，控制流经小烟道i废气翻板的废气流量，抑制外部空气进入，使该燃烧室外部空气进入量控制在设定值范围内；燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)与小烟道i废气Ar含量(5)、小烟道i废气流量(6)、燃烧室i入口空气流量(7)、小烟道i废气翻板调节(3)及燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)相连接，根据小烟道i废气Ar含量、小烟道i废气流量和燃烧室i入口空气流量进行燃烧室i空气过剩系数计算，计算结果分别送至小烟道i废气翻板调节(3)和燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)；小烟道i废气Ar含量(5)与燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)和焦炉现场工艺设备(19)相连接；小烟道i废气流量(6)与燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)和焦炉现场工艺设备(19)相连接；燃烧室i入口空气流量(7)与燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)和焦炉现场工艺设备(19)相连接；占比系数k输入(8)与焦炉控制系统HMI操作站(1)和燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)相连接；燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)与燃烧室外部空气进入量计算数学模型(4)和小烟道i废气O2量(10)相连接；小烟道i进空气翻板调节(12)与燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)、空气过剩系数设定值(11)相连接，由空气过剩系数设定值与燃烧室空气过剩系数计算值的差值对小烟道i进空气翻板进行调节，对燃烧室i的空气过剩系数进行动态控制；空气过剩系数设定值(11)来自于焦炉控制系统HMI操作站(1)；小烟道i废气O2量(10)与燃烧室空气过剩系数计算数学模型(9)和焦炉现场工艺设备(19)相连接，小烟道i废气O2量是烟气检测得到的O2量；主烟道废气流量设定值(13)来自于焦炉控制系统HMI操作站(1)，设定值送至引风机入口阀开度调节(14)；引风机入口阀开度调节(14)与主烟道废气流量设定值(13)和主烟道废气流量(15)相连接，由主烟道废气流量设定值和主烟道废气流量实际值的差值对引风机入口阀开度进行调节，使该入口阀的开度与实际流量相匹配；主烟道废气流量(15)与引风机入口阀开度调节(14)和焦炉现场工艺设备(19)相连接，为检测的流量实际值，作为流量反馈，参与引风机入口阀开度调节；主烟道压力设定值(16)来自于焦炉控制系统HMI操作站(1)，设定值送至引风机风量调节(17)；引风机风量调节(17)与主烟道压力设定值(16)、主烟道压力实际值(18)和焦炉现场工艺设备(19)相连接，由主烟道压力设定值和主烟道压力实际值的差值对引风机风量进行调节，使主烟道压力稳定保持在设定值范围内；主烟道压力实际值(18)与引风机风量调节(17)和焦炉现场工艺设备(19)相连接，为检测的压力实际值，作为压力反馈；焦炉现场工艺设备(19)是焦炉现场在线设备。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法通过图2焦炉燃烧室及其废气管网非对称特性动态控制方法的控制系统构成图付诸实施，图2中焦炉主工艺控制系统(1)是焦炉本体控制系统，包括燃烧室和碳化室的控制，与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)相连接；焦炉控制系统HMI操作站(2)是计算机为基础的操作及画面显示的人机交互界面，与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)相连接；外部空气进入量设定值(3)是系统控制目标设定值，设定值来自焦炉控制系统HMI操作站(2)，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)；空气过剩系数设定值(4)是系统控制目标设定值，设定值来自焦炉控制系统HMI操作站(2)，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)；主烟道废气流量设定值(5)是系统控制目标设定值，设定值来自焦炉控制系统HMI操作站(2)，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)；主烟道压力设定值(6)是系统控制目标设定值，设定值来自焦炉控制系统HMI操作站(2)，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)；占比系数k输入(7)是数学模型参数，来自焦炉控制系统HMI操作站(2)，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)；焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)是焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制的核心，由DCS或同类数字式控制器组成，本身建有焦炉燃烧室外部空气进入量计算数学模型、外部空气进入量中氧量计算数学模型、空气过剩系数计算数学模型及焦炉燃烧室外部空气进入量闭环动态控制、焦炉燃烧室空气过剩系数闭环动态控制软件；小烟道i废气Ar含量检测(9)是烟气分析检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于数学模型计算外部空气进入量；小烟道n废气Ar含量检测(10)是烟气分析检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于数学模型计算外部空气进入量；小烟道i废气O2含量检测(11)是烟气分析检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于空气过剩系数控制；小烟道n废气O2含量检测(12)是烟气分析检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于空气过剩系数控制；小烟道i废气流量(13)是实际流量检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于数学模型计算外部空气进入量；小烟道n废气流量(14)是实际流量检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于数学模型计算外部空气进入量；燃烧室i入口空气流量(15)是实际流量检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于数学模型计算外部空气进入量；燃烧室n入口空气流量(16)是实际流量检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于数学模型计算外部空气进入量；小烟道废气翻板i调节(17)与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)和焦炉现场工艺设备(26)相连接，按照焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)控制指令对小烟道废气翻板i进行调节，控制流经小烟道i废气翻板的废气流量，改变燃烧室i吸力，使该燃烧室外部空气进入量控制在设定值范围内；小烟道废气翻板n调节(18)与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)和焦炉现场工艺设备(26)相连接，按照焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)控制指令对小烟道废气翻板n进行调节，控制流经小烟道n废气翻板的废气流量，改变燃烧室n吸力，使该燃烧室外部空气进入量控制在设定值范围内；小烟道进空气翻板i调节(19)与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)和焦炉现场工艺设备(26)相连接，按照焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)控制指令对小烟道i进空气翻板进行调节，改变助燃空气进入量，对燃烧室i的空气过剩系数进行动态控制；小烟道进空气翻板n调节(20)与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)和焦炉现场工艺设备(26)相连接，按照焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)控制指令对小烟道n进空气翻板进行调节，改变助燃空气进入量，对燃烧室n的空气过剩系数进行动态控制；主烟道废气流量检测(21)是主烟道废气流量实际检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于引风机入口阀开度调节；主烟道压力检测(22)是主烟道压力实际检测值，送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)，用于引风机风量调节，对主烟道压力进行动态控制；引风机风量调节(23)与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)和焦炉现场工艺设备(26)相连接，按照焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)控制指令对引风机风量进行调节，使主烟道压力稳定保持在设定值范围内；引风机入口阀开度调节(24)与焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)和焦炉现场工艺设备(26)相连接，按照焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)控制指令对引风机入口阀开度进行调节，使该入口阀的开度与主烟道实际废气流量相匹配；现场工艺设备过程信息(25)收集焦炉现场工艺设备(26)的设备、检测器的运行信号和状态信息并送至焦炉燃烧室及其废气管网非对称系统动态控制器(8)；焦炉现场工艺设备(26)为焦炉现场在线设备。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于关于外部空气进入量计算，根据惰性气体很难参与化学反应的特点，采用检测废气中惰性气体计算焦炉燃烧室外部空气进入量，可保证计算的准确性，本技术方案采用了氩气作为烟气分析计算的基础，但对于实际应用中不同类型焦炉燃烧室的具体情况，并不限于采用氩气。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于实际工程应用中，焦炉燃烧室外部空气进入量不可能为0，所以设置了焦炉燃烧室外部空气进入量设定值，该设定值由焦炉燃烧室工艺工程师根据焦炉燃烧室具体工况确定，在焦炉控制系统HMI操作站输入。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于考虑到焦炉燃烧室漏风的不确定因素及计算误差，工程应用中需设置空气过剩系数设定值，即留有一定的空气过剩系数余量，该设定值由焦炉燃烧室工艺工程师根据焦炉燃烧室具体工况确定，在焦炉控制系统HMI操作站输入。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于由于焦炉燃烧室废气溢出具有增加焦炉燃烧室热损失、烧损焦炉燃烧室附属设备、造成空气过剩系数计算困难的危害，所以焦炉燃烧室不适于采取微正压控制，应采取微负压控制。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于式(3)中的k为外部空气进入量中的氧量到达小烟道检测点时所剩余的百分比，即剩余的氧占外部空气进入量中的氧量的比例，简称占比系数，取值范围为0～1；因为外部进入的氧量O2e有可能未燃烧、部分燃烧或者全部燃烧，是与焦炉燃烧室及其烟气管网的漏风量相关的变量，无法进行准确数学计算，故采取工程系数的方法解决；占比系数k由焦炉燃烧室工艺工程师根据焦炉燃烧室本体外部空气进入量和烟气管网漏风量的检测统计数据确定，在HMI操作站输入。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法可广泛应用于新建、扩建和改造的焦炉燃烧室系统；本技术方案所述仅为本发明的一个应用领域的例子，不用于限制本发明，尽管参照所述例子对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对所述例子所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；凡在本发明的控制原理和控制策略之内所做的修改、等同替换和改进均应包含在本发明的保护范围之内。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113419025A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-09-21 | 鞍钢股份有限公司 | 一种焦炉空气过量系数实时监测装置及调节方法 |
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2020
- 2020-12-23 CN CN202011548341.4A patent/CN112574759A/zh active Pending
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