CN112944932A - 蓄热式加热炉及蓄热式加热炉的排烟控制方法、控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄热式加热炉的排烟控制方法，通过排烟温度控制器根据段排烟温度设定值和段排烟温度检测值，确定排烟温度输出量；根据加热段的烟气开关阀的第一开启数量和空气开关阀的第二开启数量，确定烟气开关阀与空气开关阀之间的开启数量比；根据加热段的段排烟温度设定值、段排烟温度检测值、加热段的所有蓄热式烧嘴的冷却风总流量、加热段的烟风比，确定加热段的段排烟流量设定值；然后将段排烟流量设定值发送至排烟流量控制器，以使排烟流量控制器根据段排烟流量设定值，对加热段中经过蓄热箱的烟气流量进行控制；上述控制方法能够避免因排烟系统失衡导致的蓄热箱或换热器温度过高产生的设备损害。

Description

蓄热式加热炉及蓄热式加热炉的排烟控制方法、控制系统

技术领域

本申请涉及板带热轧技术领域，尤其涉及一种蓄热式加热炉及蓄热式加热炉的排烟控制方法、控制系统。

背景技术

在冶金行业中，加热炉是热轧生产线的第一道工序，对铸造后的板坯进行加热，加热板坯的性能直接影响板坯轧制工艺和成品的质量。蓄热式加热炉具有节能、环保、板坯加热质量好等优点，在板坯加热领域得到普遍应用。蓄热式加热炉包括加热炉炉体、蓄热箱、换向系统以及燃料、供风和排烟系统；其中，蓄热箱是蓄热式加热炉的烟气余热回收的主体，蓄热箱中设置蓄热小球，在烧嘴燃烧时，外部空气经过蓄热箱预热后进入蓄热式烧嘴与燃气配合燃烧；当烧嘴排烟时，烟气从蓄热式烧嘴经过蓄热箱，将蓄热小球加热，在回收余热后将烟气从蓄热箱中排出。

故而，在蓄热式加热炉控制中排烟系统的稳定性至关重要，同时也是制约蓄热式加热炉自动烧钢的一个瓶颈。在蓄热式加热炉运行一段时间后，容易出现排烟系统失调或失衡，导致蓄热箱频繁超温，容易损坏加热炉设备，影响板坯的轧制效率。

发明内容

本发明提供了一种蓄热式加热炉及蓄热式加热炉的排烟控制方法、控制系统，以解决或者部分解决蓄热式加热炉容易因为排烟系统失衡，导致蓄热箱频繁超温，致使加热炉设备损坏，影响生产效率的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种蓄热式加热炉的排烟控制方法，所述蓄热式加热炉包括至少一个加热段，每个加热段包括多个蓄热式烧嘴，并设有一个排烟温度控制器和一个排烟流量控制器，所述控制方法包括：

获取所述加热段的段排烟温度设定值、段排烟温度检测值、所述加热段的所有蓄热式烧嘴的冷却风总流量、所述加热段的烟气开关阀的第一开启数量和空气开关阀的第二开启数量、所述加热段的段空气流量、所述加热段的烟风比；

将所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值发送至所述所述排烟温度控制器，以使所述排烟温度控制器根据所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值，确定排烟温度输出量；

根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比；

根据所述排烟温度输出量、所述段空气流量、所述冷却风总流量、所述开启数量比、所述烟风比，确定所述加热段的段排烟流量设定值；

将所述段排烟流量设定值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值，对所述加热段中经过蓄热箱的烟气流量进行控制。

可选的，所述根据所述排烟温度输出量、所述段空气流量、所述冷却风总流量、所述开启数量比、所述烟风比，确定所述加热段的段排烟流量设定值，具体包括：

根据下式确定所述加热段的段排烟流量设定值：

Q_设定＝P×(Q₂-Q₁)×K×K1；

其中，Q_设定为所述加热段的段排烟流量设定值，单位为Nm³/h；

P为所述排烟温度输出量，取值范围为0～100％；

Q₂为所述段空气流量，单位为Nm³/h；

Q₁为所述冷却风总流量，单位为Nm³/h；

K为所述开启数量比；

K₁为所述烟风比。

可选的，所述加热段中的多个蓄热式烧嘴采用交叉燃烧控制，且上加热段南侧的蓄热式烧嘴和下加热段北侧的蓄热式烧嘴的燃烧状态相同。

可选的，控制方法还包括：

获取所述蓄热箱的排烟温度；

将目标蓄热箱对应的蓄热式烧嘴变更为燃烧状态，所述目标蓄热箱是所述排烟温度超过第一预设温度的所述蓄热箱；

在所述目标蓄热箱的排烟温度低于第二预设温度，且在当前时刻对应的排烟周期或燃烧周期结束后，将所述目标蓄热箱对应的蓄热式烧嘴返回排烟状态和燃烧状态的周期控制。

可选的，所述根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比，具体包括：

当所述加热段中的所述蓄热式烧嘴开始换向时，确定所述开启数量比在预设锁定时间内保持恒定值，所述恒定值为所述蓄热式烧嘴在换向前一时刻的开启数量比；

在所述预设锁定时间结束后，根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比。

可选的，所述将所述段排烟流量设定值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值，对所述加热段中经过蓄热箱的烟气流量进行控制，具体包括：

获取所述加热段的段排烟流量检测值；

将所述段排烟流量检测值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值和所述段排烟流量检测值，确定所述加热段对应的烟气流量调节阀的开口度。

进一步的，控制方法还包括：

获取所述蓄热箱的排烟温度；

当所述蓄热箱的排烟温度超过第三预设温度时，控制所述排烟流量控制器确定的所述烟气流量调节阀的开口度不超过开口度上限值；所述开口度上限值为所述烟气流量控制器在所述蓄热箱的排烟温度达到所述第三预设温度时确定的开口度。

可选的，控制方法还包括：

在热轧停轧检修或所述蓄热式加热炉的负荷量小于预设值时，控制所述蓄热式烧嘴的煤气开关阀在排烟周期和燃烧周期下均处于关闭状态。

基于前述技术方案相同的发明构思，本发明还提供了一种蓄热式加热炉的排烟控制系统，所述蓄热式加热炉包括至少一个加热段，每个加热段包括多个蓄热式烧嘴，并设有一个排烟温度控制器和一个排烟流量控制器，所述控制系统包括：

获取模块，用于获取所述加热段的段排烟温度设定值、段排烟温度检测值、所述加热段的所有蓄热式烧嘴的冷却风总流量、所述加热段的烟气开关阀的第一开启数量和空气开关阀的第二开启数量、所述加热段的段空气流量、所述加热段的烟风比；

发送模块，用于将所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值发送至所述所述排烟温度控制器，以使所述排烟温度控制器根据所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值，确定排烟温度输出量；

第一确定模块，用于根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比；

第二确定模块，用于根据所述排烟温度输出量、所述段空气流量、所述冷却风总流量、所述开启数量比、所述烟风比，确定所述加热段的段排烟流量设定值；

所述发送模块还用于将所述段排烟流量设定值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值，对所述加热段中经过蓄热箱的烟气流量进行控制。

基于前述技术方案相同的发明构思，本发明还提供了一种蓄热式加热炉，所述蓄热式加热炉包括至少一个加热段，每个加热段包括多个蓄热式烧嘴，并设有一个排烟温度控制器和一个排烟流量控制器；所述蓄热式加热炉的排烟系统按照前述技术方案中的控制方法进行控制。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种蓄热式加热炉的排烟控制方法，通过增加排烟温度控制器，然后根据加热段的段排烟温度设定值和段排烟温度检测值，确定排烟温度输出量；然后根据加热段的烟气开关阀的第一开启数量和空气开关阀的第二开启数量，确定烟气开关阀与空气开关阀之间的开启数量比；接着获取加热段的所有蓄热式烧嘴的冷却风总流量、加热段的段空气流量、加热段的烟风比，根据排烟温度输出量、段空气流量、冷却风总流量、开启数量比、烟风比，确定加热段的段排烟流量设定值；排烟流量控制器根据段排烟流量设定值，对加热段中经过蓄热箱的烟气流量进行控制；上述控制方法充分考虑了加热段中的烟气温度对蓄热箱温度的影响，通过加热段的段排烟温度检测值确定出排烟温度控制器的输出量，再结合其余参数精确确定出加热段中经过蓄热箱的排烟量；如此一方面能够在蓄热箱温度过高时降低烟气排放量，在蓄热箱温度低时增加烟气排放量，有效避免了因为排烟系统失衡导致的蓄热箱或换热器温度过高产生的设备损害；另一方面，通过精确确定加热段的段排烟流量，能够使经过蓄热箱部分的烟气量和经过烟道的烟气量得到合理分配，有效控制排烟系统的平衡，且排烟热量得到有效利用，节约了能源使用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的蓄热式加热炉的排烟控制方法流程图；

图2示出了根据本发明一个实施例的蓄热式加热炉的所有加热段的结构示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的蓄热式加热炉的预热加热段上Z1的设备布置图；

图4示出了根据本发明一个实施例的蓄热式烧嘴交叉燃烧控制的示意图；

图5示出了根据本发明一个实施例的蓄热式加热炉的排烟控制系统示意图；

附图标记说明：

1、煤气开关阀；2、空气开关阀；3、烟气开关阀；4、煤气流量调节阀；5、空气流量调节阀；6、烟气流量调节阀。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

为了解决排烟系统失衡导致蓄热箱频繁超温，致使加热炉设备损坏的技术问题。在一个可选的实施例中，如图1所示，提供了一种蓄热式加热炉的排烟控制方法，所述蓄热式加热炉包括至少一个加热段，每个加热段包括多个蓄热式烧嘴，并设有一个排烟温度控制器和一个排烟流量控制器，所述控制方法的整体思路如下：

S1：获取所述加热段的段排烟温度设定值、段排烟温度检测值、所述加热段的所有蓄热式烧嘴的冷却风总流量、所述加热段的烟气开关阀的第一开启数量和空气开关阀的第二开启数量、所述加热段的段空气流量、所述加热段的烟风比；

S2：将所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值发送至所述所述排烟温度控制器，以使所述排烟温度控制器根据所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值，确定排烟温度输出量；

S3：根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比；

S4：根据所述排烟温度输出量、所述段空气流量、所述冷却风总流量、所述开启数量比、所述烟风比，确定所述加热段的段排烟流量设定值；

S5：将所述段排烟流量设定值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值，对所述加热段中经过蓄热箱的烟气流量进行控制。

本实施例提供的控制方法应用于蓄热式加热炉的排烟控制系统，通过实时获取加热段的段排烟温度设定值、段排烟温度检测值，利用排烟温度控制器确定排烟温度输出量，然后结合加热段中空气开关阀与烟气开关阀之间的开启数量比、加热段的段空气流量、加热段的冷却风总流量、加热段的烟风比，实时计算加热段的排烟流量设定值，并根据排烟流量设定值进行排烟流量控制；通过上述方法能够精确控制经过蓄热箱的排烟量，从而有效避免了因为排烟系统经失衡导致的蓄热箱、换热器温度过高设备损害，同时实现排烟热量得到有效利用，节约能源。

为了直观的说明上述方案，本实施例结合一种具体的蓄热式加热炉的结构进行说明。如图2所示，蓄热式加热炉包括四个加热区域，分为预热加热段、第一加热段、第二加热段和均热加热段；其中，每个加热区域又包括上部加热区域和下部加热区域，共计8个控制段：预热加热段上Z1、预热加热段下Z2、第一加热段上Z3、第一加热段下Z4、第二加热段上Z5、第二加热段下Z6、均热加热段上Z7、均热加热段下Z8。

对于预热加热段、第一加热段、第二加热段，在每个控制段中分别设置1个煤气流量调节阀4、1个空气流量调节阀5、1个烟气流量调节阀6；均热加热段的上部和下部分别设置1个煤气流量调节阀4和1个空气流量调节阀5；故而，蓄热式加热炉共计包括8个煤气流量调节阀4、8个空气流量调节阀5、6个烟气流量调节阀6。煤气流量调节阀4通过煤气管道与煤气总管道连接，供入燃烧需要的煤气；空气流量调节阀5通过空气管道与助燃风机相连接，供入燃烧需要的助燃空气；烟气流量调节阀6通过排烟管道与排烟风机相连，排出经过蓄热箱的烟气；另外，蓄热式加热炉还设置有常规排烟烟道，经过蓄热箱由排烟风机排除的烟气占比约60％，经过常规排烟烟道的排烟量约占比40％。

在每个加热段设置多个烧嘴，对于北侧烧嘴编号为N，南侧烧嘴编号为S。不同的加热段根据供热负荷设置不同数量的烧嘴，煤气和空气通过烧嘴喷入加热炉炉内进行燃烧。在预热加热段、第一加热段、第二加热段(即图2中的Z1～Z6区域)设置的是蓄热式烧嘴，在蓄热式烧嘴前的空气管道、煤气管道、烟气管道上分别设置空气开关阀、煤气开关阀、烟气开关阀，控制烧嘴的燃烧状态。一个蓄热式烧嘴对应设置一个蓄热箱，蓄热箱中设置蓄热小球。蓄热式烧嘴具有两种状态：燃烧状态和排烟状态，并按一定的周期控制；例如，当烧嘴处于燃烧周期的燃烧状态时，煤气开关阀打开，烟气开关阀关闭，空气开关阀打开，外部的助燃空气经过蓄热箱预热后进入烧嘴与煤气配合燃烧；当烧嘴处于排烟周期的排烟状态时，煤气开关阀关闭，空气开关阀关闭，烟气开关阀打开，加热段中的烟气在排烟风机的作用下，烟气通过烧嘴进入蓄热箱交换预热，将蓄热箱中的蓄热小球加热，然后再从蓄热箱中排出。通常来说，一个周期的时间约为数十秒，例如可以是40秒一个周期。

本实施例提供的控制方法是基于Z1-Z6区域进行的，也就是说，控制方法彼此独立的应用于预热加热段上Z1、分为预热加热段下Z2、第一加热段上Z3、第一加热段下Z4、第二加热段上Z5、第二加热段下Z6。为了直观起见，本实施例以预热加热段Z1区域为例进行说明，其它区域的控制逻辑与Z1区域相同。

如图3所示，Z1区域设置1个煤气流量调节阀4、1个空气流量调节阀5、1个烟气流量调节阀6，设置8个蓄热式烧嘴N1-N4、S1-S4，每个蓄热式烧嘴前分别设置1个煤气开关阀1、1个空气开关阀2、1个烟气开关阀3。一个蓄热式烧嘴对应一个蓄热箱，每个蓄热箱设置一个烟气温度检测热电阻，检测蓄热箱排烟温度，另外，Z1区域设置一个段排烟温度检测热电阻，用于检测预热加热段的段排烟温度。

在本实施例中，用于蓄热部分的段烟气量采用流量控制为主，加热段的段排烟温度控制为辅的结合控制策略，因此在Z1区域增加了一个温度控制器和流量控制器，具体控制过程如下：

首先根据步骤S1，获取确定段排烟流量设定值所需的各种参数，具体如下：

通过预热加热段设置的段排烟温度检测热电阻，检测出Z1区域的段排烟温度检测值；

Z1区域的段排烟温度设定值可以直接从加热炉控制系统中获取；

Z1区域的所有蓄热式烧嘴的冷却风总流量可通过获取各个烧嘴的冷却风设计流量并相加后得到；在蓄热式加热炉中，每个蓄热式烧嘴处设置有冷却风，以保护煤气喷枪；各个烧嘴的冷却风设计流量可以从烧嘴的设计规格书中获取，也可以直接从加热炉控制系统中获取；

Z1区域的空气开关阀和烟气开关阀对应的开启数量可以通过获取各个空气开关阀和烟气开关阀的打开状态后统计得到，开关阀打开状态可通过接近开关检测；

Z1区域的段空气流量，又称之为助燃空气流量，可直接从加热炉的控制系统中获取；

Z1区域的烟风比是指Z1区域中的烟气流量与空气流量之间的比例，烟风比可通过作业人员在加热炉控制系统的HMI画面进行设定，因此可以直接获取，烟风比的取值范围一般为0.9～1.3。

在获取到步骤S1中的参数后，需要进行进一步处理，得到计算段排烟流量设定值的输入，具体如下：

S2：将所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值发送至所述所述排烟温度控制器，以使所述排烟温度控制器根据所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值，确定排烟温度输出量；

具体的，排烟温度控制器是比例积分微分PID控制器，根据段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值进行闭环控制，得到排烟温度输出量P，P的取值范围为0～100％。

S3：根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比；

即，若令烟气开关阀的第一开启数量为N1，空气开关阀的第二开启数量为N2，则所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比K＝N1/N2。

需要注意的是，S2和S3的步骤没有明确的先后顺序，也可以先执行S3后再执行S2。

在获得计算段排烟流量设定值所需的所有输入数据，接下来进行步骤S4：根据所述排烟温度输出量、所述段空气流量、所述冷却风总流量、所述开启数量比、所述烟风比，确定所述加热段的段排烟流量设定值；

一种可选的方法具体如下：

根据下式确定所述加热段的段排烟流量设定值：

Q_设定＝P×(Q₂-Q₁)×K×K1；

其中，Q_设定为所述加热段的段排烟流量设定值，单位为Nm³/h；

P为所述排烟温度输出量，取值范围为0～100％；

Q₂为所述段空气流量，单位为Nm³/h；

Q₁为所述冷却风总流量，单位为Nm³/h；

K为所述开启数量比；

K₁为所述烟风比。

在计算段排烟流量设定值时，之所以要从段空气流量中扣除冷却风总流量，是因为这部分冷却风未进入蓄热箱进行热交换，需要将其排除在排烟流量计算之外。

在得到段排烟流量设定值后，根据步骤S5：将所述段排烟流量设定值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值，对所述加热段中经过蓄热箱的烟气流量进行控制。

具体的，与排烟温度流量控制器类似，排烟流量控制器也是PID控制器进行闭环控制，其控制逻辑如下：

获取所述加热段的段排烟流量检测值；

将所述段排烟流量检测值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值和所述段排烟流量检测值，确定所述加热段对应的烟气流量调节阀的开口度。通过调节烟气流量调节阀的开度，实现对Z1区域的段排烟流量的控制。

本实施例提供的控制方法能够改善蓄热箱温度频繁超温的原理为：通常的蓄热式加热炉的排烟控制逻辑只采用流量控制模式，未将加热段的段温度控制引入排烟控制系统，仅采用流量控制，通过计算产生的烟气量对排烟量进行控制；原先的控制逻辑未充分考虑烟气温度对蓄热箱温度的影响，当蓄热箱温度超标，如温度超过240℃需要操作人员手动干预，因为温度过高将对蓄热式烧嘴产生不可逆的伤害；通过引入排烟温度控制器计算排烟温度输出量，然后再结合其他参数计算出加热段中经过蓄热箱的排烟流量，从而在蓄热箱温度高时降低烟气排放量，在蓄热箱温度低时增加烟气排放量。这样既保证排烟系统的稳定，又能保护蓄热式烧嘴不受高温损坏。另一方面，通过精确确定出加热段的段排烟流量，从而使经过蓄热箱部分的烟气量和经过烟道的烟气量得到合理分配，有效控制排烟系统的平衡。

为了进一步提高烟气流量的分配精度，并同时提高加热炉炉温控制的稳定，避免排烟控制进一步失衡，基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，可选的，控制方法还包括：所述加热段中的多个蓄热式烧嘴采用交叉燃烧控制，且上加热段南侧的蓄热式烧嘴和下加热段北侧的蓄热式烧嘴的燃烧状态相同。通过蓄热式烧嘴的交叉燃烧控制，能够有效避免加热段中的温度场因同侧燃烧导致的温度不均匀现象。

具体的，结合图4进行说明，Z1区域和Z2区域是处于加热炉预热加热段的上部区域和下部区域，Z1、Z2区域的南北两侧共计设置有8个蓄热式烧嘴。交叉燃烧的控制逻辑是：同侧的四个烧嘴，相邻烧嘴一个处于燃烧状态，另外一个处于排烟状态，例如在图4的Z1区域，N1和N3处于燃烧状态，而N2，N4处于排烟状态；同时，上下两个加热段的上加热段南侧和下加热段北侧烧嘴燃烧状态相同，即Z1区域中的S1、S3和Z2区域中的N1、N3均处于排烟状态，而Z1区域中的S2、S4和Z2区域中的N2、N4均处于燃烧状态。

可选的，控制方法还包括：获取所述蓄热箱的排烟温度；

将目标蓄热箱对应的蓄热式烧嘴变更为燃烧状态，所述目标蓄热箱是所述排烟温度超过第一预设温度的所述蓄热箱；

在所述目标蓄热箱的排烟温度低于第二预设温度，且在当前时刻对应的排烟周期或燃烧周期结束后，将所述目标蓄热箱对应的蓄热式烧嘴返回排烟状态和燃烧状态的周期控制。

上述方法的是实时监控每个蓄热箱的排烟温度，当某个蓄热箱的排烟温度过高时，将对应的蓄热式烧嘴由原状态(如正处于排烟状态)强制改为燃烧的状态。当蓄热箱温度降低后，并在当前控制周期结束后，恢复原有控制逻辑，即返回原先的排烟状态和燃烧状态的周期控制，以保证循环周期内的稳定性。

第一预设温度是指蓄热箱超温的阈值温度上限，第二预设温度是指蓄热箱的温度低值。第一预设温度和第二预设温度根据加热炉的炉况具体确定，例如，第一预设温度可以是240～260℃，优选240℃；第二预设温度可以是180～220℃，优选200℃。

直观起见，以第一预设温度为240℃，第二预设温度为200℃进行举例说明：当蓄热箱的排烟温度大于240℃时，说明温度过高，将蓄热箱对应的蓄热式烧嘴的控制状态更改为燃烧状态，即空气开关阀和煤气开关阀打开，使蓄热式烧嘴进行燃烧。如此不再有高温烟气进入蓄热箱，而外部的冷空气则照常进入蓄热箱进行预热，以将蓄热箱冷却。本实施例中的蓄热式加热炉的可选燃烧周期为40S，即蓄热式烧嘴燃烧40S后，切换到排烟状态，进行排烟40S，然后再切换到燃烧状态，以此循环。通过当蓄热箱排烟温度超温时，为保证烧嘴不会因高温损坏，将超温烧嘴统一改为燃烧状态，直至温度低于200℃。为了避免温度降低后在一个控制周期内任意切换的导致的安全隐患，在蓄热箱温度降低后不马上进行控制模式的切换，而是在当前的40S控制周期结束后，再切换为下一个控制模式。之所以如此控制，是因为蓄热式加热炉在服役一段时间后，各个开关阀的动作快慢不一，为了避免开关阀因为动作快慢不一致，导致的空气、煤气不匹配产生的安全隐患，则开发了在当前排烟周期或燃烧周期结束后，再返回正常的排烟、燃烧的周期控制。

可选的，为了进一步提高烟气流量控制的稳定性，可选的，对于步骤S3：所述根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比，具体包括：

当所述加热段中的所述蓄热式烧嘴开始换向时，确定所述开启数量比在预设锁定时间内保持恒定值，所述恒定值为所述蓄热式烧嘴在换向前一时刻的开启数量比；

在所述预设锁定时间结束后，根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比。

具体的，蓄热式烧嘴的换向是指烧嘴从一个控制状态切换至另一个控制状态，如从燃烧状态切换至排烟状态，或从排烟状态切换至燃烧状态。上述方法的控制原理为：当蓄热式烧嘴处于换向过程时，所述开启数量比锁定不变化，即当处于换向状态的锁定时间T的过程中，在计算段排烟流量设定值时，所使用的开启数量比K的值统一使用换向前一时刻的实时K值，而不是在换向过程中实时检测烟气开关阀与空气开关阀的开启数量比。之所以在换向过程中锁定K值，是为了避免蓄热式加热炉在使用一段时间后，由于烧嘴换向动作的快慢以及烧嘴切换的间隔，导致K值变动频繁，造成排烟流量控制系统不稳定，烧嘴切换期间也不能真实反馈一个周期内烧嘴的真实状态。因此，当加热段的蓄热式烧嘴完成一个控制周期进行切换时，考虑烧嘴之间的切换间隔以及烧嘴开关阀动作快慢的影响，设置一个锁定时间T，在锁定时间T内保持K值不受烟气开关阀和空气开关阀状态的影响，当锁定时间T结束后，再投入K值的实时检测功能。具体的，锁定时间T可以根据实际需求进行设置，如可以设置成4～6秒。

可选的，为了进一步避免蓄热箱超温，可选的，控制方法还包括：

获取所述蓄热箱的排烟温度；

当所述蓄热箱的排烟温度超过第三预设温度时，控制所述排烟流量控制器确定的所述烟气流量调节阀的开口度不超过开口度上限值；所述开口度上限值为所述烟气流量控制器在所述蓄热箱的排烟温度达到所述第三预设温度时确定的开口度。

具体的，上述方法是在监控到蓄热箱温度过高时，将排烟流量控制器的输出开口度的上限锁定在超过第三预设温度前的实时开口度。在锁定开口度的上限后，超温蓄热箱对应的加热段的排烟流量不再增加直至温度降低后再恢复原控制逻辑。一个加热段的蓄热箱出现超温现象时，通常是由于经过该蓄热箱的排烟量偏大导致，此时如果再增加调节阀的开口度，可能恶化蓄热箱超温的问题。此时，将烟气流量调节阀的开口度锁定，使开口度只能降低，不能再升高；并当蓄热箱的温度降低后，在解除锁定。可选的，可根据实际的运行情况对该功能进行改善。例如，当一个加热段区域内同时出现n个蓄热箱的温度超温，再进行烟气流量调节阀开口度的锁定功能，n≥2且为整数。

其中，第三预设温度可以和第一预设温度相同，也可以不同，根据具体需要设定。

另外，在热轧生产线停轧检修或加热炉的负荷量小时，通常的控制方式是关闭空气开关阀、烟气开关阀和煤气开关阀，但如此容易导致加热炉的炉门和观察口冒火。研究表明出现这个问题的原因是在检修初期，板坯离开后的加热段，如果直接关闭烧嘴的全部开关阀，会导致烟气不能及时排出导致的炉压过大，出现炉门及观察口冒火，导致烧坏设备，热能散失。为了解决这个问题，可选的，本实施例提供的控制方法还包括：在热轧停轧检修或所述蓄热式加热炉的负荷量小于预设值时，控制所述蓄热式烧嘴的煤气开关阀在排烟周期和燃烧周期下均处于关闭状态。

上述功能为蓄热式烧嘴的循环排烟功能，当投入该功能进行加热段的温度控制时，由于煤气开关阀在排烟周期和燃烧周期下均处于关闭状态，因此当蓄热式烧嘴处于燃烧周期时，该加热段的所有蓄热式烧嘴实际上没有进入燃烧状态而是持续鼓入空气，当蓄热式烧嘴处于排烟周期时，该加热段的所有蓄热式烧嘴正常进入排烟状态，通过“鼓入空气-排烟气-鼓入空气-排烟气”的循环排烟控制，能够在检修状态或加热负荷量小的时候，通过烧嘴排烟使高温烟气继续加热蓄热箱，可降低蓄热箱的冷却速度，防止耐材极冷极热脱落；另外，通过循环排烟能够防止炉内无板坯的加热段炉温过高和炉压过高，并影响炉膛耐材及炉内垫块等设备的适用寿命。可选的，所述蓄热式加热炉的负荷量小于预设值，可以是加热炉的空气调节开口度小于10％，或空气流量小于1000Nm³/h。

总的来说，本实施例通过优化蓄热式烧嘴的交叉燃烧控制、蓄热箱超温保护：蓄热式烧嘴的强制燃烧控制和锁定排烟流量控制器的开口度、蓄热式烧嘴换向时锁定开启数量比K、加热炉小负荷时的循环排烟控制等一系列功能的开发，能够更精确的分配经过排烟管道强制排烟量和经过蓄热箱的排烟量，可以进一步避免排烟系统失衡导致的蓄热箱、换热器温度过高产生的设备损害，同时实现排烟热量得到有效利用，节约能源。

基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，如图5所示，提供了一种蓄热式加热炉的排烟控制系统，所述蓄热式加热炉包括至少一个加热段，每个加热段包括多个蓄热式烧嘴，并设有一个排烟温度控制器和一个排烟流量控制器，所述控制系统包括：

获取模块10，用于获取所述加热段的段排烟温度设定值、段排烟温度检测值、所述加热段的所有蓄热式烧嘴的冷却风总流量、所述加热段的烟气开关阀的第一开启数量和空气开关阀的第二开启数量、所述加热段的段空气流量、所述加热段的烟风比；

发送模块20，用于将所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值发送至所述所述排烟温度控制器，以使所述排烟温度控制器根据所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值，确定排烟温度输出量；

第一确定模块30，用于根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比；

第二确定模块40，用于根据所述排烟温度输出量、所述段空气流量、所述冷却风总流量、所述开启数量比、所述烟风比，确定所述加热段的段排烟流量设定值；

所述发送模块还用于将所述段排烟流量设定值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值，对所述加热段中经过蓄热箱的烟气流量进行控制。

可选的，第二确定模块40具体用于：

根据下式确定所述加热段的段排烟流量设定值：

Q_设定＝P×(Q₂-Q₁)×K×K1；

其中，Q_设定为所述加热段的段排烟流量设定值，单位为Nm³/h；

P为所述排烟温度输出量，取值范围为0～100％；

Q₂为所述段空气流量，单位为Nm³/h；

Q₁为所述冷却风总流量，单位为Nm³/h；

K为所述开启数量比；

K₁为所述烟风比。

可选的，排烟控制系统还包括交叉燃烧控制模块，用于控制所述加热段中的多个蓄热式烧嘴采用交叉燃烧控制，且上加热段南侧的蓄热式烧嘴和下加热段北侧的蓄热式烧嘴的燃烧状态相同。

可选的，获取模块10还用于获取蓄热箱的排烟温度；

所述排烟控制系统还包括强制燃烧控制模块，所述强制燃烧控制模块用于：

将目标蓄热箱对应的蓄热式烧嘴变更为燃烧状态，所述目标蓄热箱是所述排烟温度超过第一预设温度的所述蓄热箱；

在所述目标蓄热箱的排烟温度低于第二预设温度，且在当前时刻对应的排烟周期或燃烧周期结束后，将所述目标蓄热箱对应的蓄热式烧嘴返回排烟状态和燃烧状态的周期控制。

可选的，第一确定模块30具体用于：

当所述加热段中的所述蓄热式烧嘴开始换向时，确定所述开启数量比在预设锁定时间内保持恒定值，所述恒定值为所述蓄热式烧嘴在换向前一时刻的开启数量比；

在所述预设锁定时间结束后，根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比。

可选的，获取模块10还用于：获取所述加热段的段排烟流量检测值；

所述发送模块20将所述段排烟流量检测值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值和所述段排烟流量检测值，确定所述加热段对应的烟气流量调节阀的开口度。

进一步的，排烟控制系统还包括：开口度限幅模块，用于当蓄热箱的排烟温度超过第三预设温度时，控制所述排烟流量控制器确定的所述烟气流量调节阀的开口度不超过开口度上限值；所述开口度上限值为所述烟气流量控制器在所述蓄热箱的排烟温度达到所述第三预设温度时确定的开口度。

可选的，排烟控制系统还包括：循环排烟控制模块，用于：

在热轧停轧检修或所述蓄热式加热炉的负荷量小于预设值时，控制所述蓄热式烧嘴的煤气开关阀在排烟周期和燃烧周期下均处于关闭状态。

基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，提供了一种蓄热式加热炉，所述蓄热式加热炉包括至少一个加热段，每个加热段包括多个蓄热式烧嘴，并设有一个排烟温度控制器和一个排烟流量控制器；所述蓄热式加热炉的排烟系统按照前述实施例的控制方法进行控制。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种蓄热式加热炉的排烟控制方法，通过增加排烟温度控制器，然后根据加热段的段排烟温度设定值和段排烟温度检测值，确定排烟温度输出量；然后根据加热段的烟气开关阀的第一开启数量和空气开关阀的第二开启数量，确定烟气开关阀与空气开关阀之间的开启数量比；接着获取加热段的所有蓄热式烧嘴的冷却风总流量、加热段的段空气流量、加热段的烟风比，根据排烟温度输出量、段空气流量、冷却风总流量、开启数量比、烟风比，确定加热段的段排烟流量设定值；排烟流量控制器根据段排烟流量设定值，对加热段中经过蓄热箱的烟气流量进行控制；上述控制方法充分考虑了加热段中的烟气温度对蓄热箱温度的影响，通过加热段的段排烟温度检测值确定出排烟温度控制器的输出量，再结合其余参数精确确定出加热段中经过蓄热箱的排烟量；如此一方面能够在蓄热箱温度过高时降低烟气排放量，在蓄热箱温度低时增加烟气排放量，有效避免了因为排烟系统失衡导致的蓄热箱或换热器温度过高产生的设备损害；另一方面，通过精确确定加热段的段排烟流量，能够使经过蓄热箱部分的烟气量和经过烟道的烟气量得到合理分配，有效控制排烟系统的平衡，且排烟热量得到有效利用，节约了能源使用；

进一步的，通过优化蓄热式烧嘴的交叉燃烧控制、蓄热箱超温保护：蓄热式烧嘴的强制燃烧控制和锁定排烟流量控制器的开口度、蓄热式烧嘴换向时锁定开启数量比K、加热炉小负荷时的循环排烟控制等一系列功能的开发，能够更精确的分配经过排烟管道强制排烟量和经过蓄热箱的排烟量，从而进一步避免排烟系统失衡导致的蓄热箱、换热器温度过高产生的设备损害，同时进一步有效利用排烟热量，并节省了能源使用。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做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申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种蓄热式加热炉的排烟控制方法，其特征在于，所述蓄热式加热炉包括至少一个加热段，每个加热段包括多个蓄热式烧嘴，并设有一个排烟温度控制器和一个排烟流量控制器，所述控制方法包括：

获取所述加热段的段排烟温度设定值、段排烟温度检测值、所述加热段的所有蓄热式烧嘴的冷却风总流量、所述加热段的烟气开关阀的第一开启数量和空气开关阀的第二开启数量、所述加热段的段空气流量、所述加热段的烟风比；

将所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值发送至所述所述排烟温度控制器，以使所述排烟温度控制器根据所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值，确定排烟温度输出量；

根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比；

根据所述排烟温度输出量、所述段空气流量、所述冷却风总流量、所述开启数量比、所述烟风比，确定所述加热段的段排烟流量设定值；

将所述段排烟流量设定值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值，对所述加热段中经过蓄热箱的烟气流量进行控制。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述排烟温度输出量、所述段空气流量、所述冷却风总流量、所述开启数量比、所述烟风比，确定所述加热段的段排烟流量设定值，具体包括：

根据下式确定所述加热段的段排烟流量设定值：

Q_设定＝P×(Q₂-Q₁)×K×K1；

其中，Q_设定为所述加热段的段排烟流量设定值，单位为Nm³/h；

P为所述排烟温度输出量，取值范围为0～100％；

Q₂为所述段空气流量，单位为Nm³/h；

Q₁为所述冷却风总流量，单位为Nm³/h；

K为所述开启数量比；

K₁为所述烟风比。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述加热段中的多个蓄热式烧嘴采用交叉燃烧控制，且上加热段南侧的蓄热式烧嘴和下加热段北侧的蓄热式烧嘴的燃烧状态相同。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：

获取所述蓄热箱的排烟温度；

将目标蓄热箱对应的蓄热式烧嘴变更为燃烧状态，所述目标蓄热箱是所述排烟温度超过第一预设温度的所述蓄热箱；

在所述目标蓄热箱的排烟温度低于第二预设温度，且在当前时刻对应的排烟周期或燃烧周期结束后，将所述目标蓄热箱对应的蓄热式烧嘴返回排烟状态和燃烧状态的周期控制。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比，具体包括：

当所述加热段中的所述蓄热式烧嘴开始换向时，确定所述开启数量比在预设锁定时间内保持恒定值，所述恒定值为所述蓄热式烧嘴在换向前一时刻的开启数量比；

在所述预设锁定时间结束后，根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比。

6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述将所述段排烟流量设定值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值，对所述加热段中经过蓄热箱的烟气流量进行控制，具体包括：

获取所述加热段的段排烟流量检测值；

将所述段排烟流量检测值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值和所述段排烟流量检测值，确定所述加热段对应的烟气流量调节阀的开口度。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，还包括：

获取所述蓄热箱的排烟温度；

当所述蓄热箱的排烟温度超过第三预设温度时，控制所述排烟流量控制器确定的所述烟气流量调节阀的开口度不超过开口度上限值；所述开口度上限值为所述烟气流量控制器在所述蓄热箱的排烟温度达到所述第三预设温度时确定的开口度。

8.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：

在热轧停轧检修或所述蓄热式加热炉的负荷量小于预设值时，控制所述蓄热式烧嘴的煤气开关阀在排烟周期和燃烧周期下均处于关闭状态。

9.一种蓄热式加热炉的排烟控制系统，其特征在于，所述蓄热式加热炉包括至少一个加热段，每个加热段包括多个蓄热式烧嘴，并设有一个排烟温度控制器和一个排烟流量控制器，所述控制系统包括：

获取模块，用于获取所述加热段的段排烟温度设定值、段排烟温度检测值、所述加热段的所有蓄热式烧嘴的冷却风总流量、所述加热段的烟气开关阀的第一开启数量和空气开关阀的第二开启数量、所述加热段的段空气流量、所述加热段的烟风比；

发送模块，用于将所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值发送至所述所述排烟温度控制器，以使所述排烟温度控制器根据所述段排烟温度设定值和所述段排烟温度检测值，确定排烟温度输出量；

第一确定模块，用于根据所述第一开启数量和所述第二开启数量，确定所述烟气开关阀与所述空气开关阀之间的开启数量比；

第二确定模块，用于根据所述排烟温度输出量、所述段空气流量、所述冷却风总流量、所述开启数量比、所述烟风比，确定所述加热段的段排烟流量设定值；

所述发送模块还用于将所述段排烟流量设定值发送至所述排烟流量控制器，以使所述排烟流量控制器根据所述段排烟流量设定值，对所述加热段中经过蓄热箱的烟气流量进行控制。

10.一种蓄热式加热炉，其特征在于，所述蓄热式加热炉包括至少一个加热段，每个加热段包括多个蓄热式烧嘴，并设有一个排烟温度控制器和一个排烟流量控制器；所述蓄热式加热炉的排烟系统按照如权利要求1～8任一所述权项的控制方法进行控制。

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