CN113046544B - 连续退火炉的空燃比控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续退火炉的空燃比控制方法，包括：获取连续退火炉的主令烧嘴处的烟气残氧含量；根据助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和烟气残氧含量，确定燃烧系统的空燃比计算值；根据空燃比计算值和燃气理论空燃比上限、燃气理论空燃比下限，确定燃烧系统的空燃比设定值；根据空燃比设定值，确定燃烧系统的燃气和助燃空气的控制策略：当燃烧系统采用比例控制模式时，根据空燃比设定值和燃气流量设定值，确定助燃空气流量设定值的修正值；当燃烧系统采用脉冲控制模式时，根据助燃空气压力设定值和空燃比设定值确定燃气压力设定值；上述控制方法能够避免连续退火炉燃气热值波动引起残氧含量异常波动，产生安全隐患的问题。

Description

连续退火炉的空燃比控制方法及控制系统

技术领域

本申请涉及冷轧立式连续退火技术领域，尤其涉及一种连续退火炉的空燃比控制方法及控制系统。

背景技术

冷轧非直燃式立式退火炉燃烧系统主要由燃气、空气、辐射管、以及排烟系统组成，只要保证空气过量，该燃烧系统就能正常工作，对燃烧后的烟气残氧量要求范围比较宽泛。在燃烧过程中，燃气热值不可避免的存在波动，从而使烟气残氧量出现异常，并进一步引起烧嘴的实际空燃比异常；例如，随着烟气残氧量的降低，燃烧系统的热效率逐渐增加，在残氧量过低时，烧嘴极易出现欠氧燃烧，如若未及时发现这一问题将产生安全隐患，例如，国内某退火炉检修起车后，由于烧嘴助燃空气手阀开度异常偏低、导致未燃烧的燃气在烟道二次燃烧，引起烟道衬板表层锌呈现火星状四处溅射。

发明内容

本发明提供了一种连续退火炉的空燃比控制方法及控制系统，以解决或者部分解决连续退火炉因燃气热值波动导致烟气残氧量异常，烧嘴的实际空燃比异常且无法监控，使退火炉存在安全隐患的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种连续退火炉的空燃比控制方法，包括：

获取连续退火炉的燃烧系统的助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和主令烧嘴处的烟气残氧含量；

根据助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和烟气残氧含量，确定燃烧系统的空燃比计算值；

根据空燃比计算值和燃气理论空燃比上限、燃气理论空燃比下限，确定燃烧系统的空燃比设定值；

根据空燃比设定值，确定燃烧系统的燃气和助燃空气的控制策略，具体包括：

当燃烧系统采用比例控制模式时，根据空燃比设定值和燃气流量设定值，确定助燃空气流量设定值的修正值；

当燃烧系统采用脉冲控制模式时，获取助燃空气压力设定值，并根据助燃空气压力设定值和空燃比设定值，确定燃气压力设定值。

可选的，根据助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和烟气残氧含量，确定燃烧系统的空燃比计算值，具体包括：

根据下式确定空燃比计算值：

其中，r为空燃比计算值；

F_air：助燃空气流量设定值，单位为Nm³/h；

F_gas：燃气流量设定值,单位为Nm³/h；

0.21是空气中的氧含量，单位为体积百分比，％；

烟气残氧含量，单位为体积百分比，％。

进一步的，根据空燃比计算值和燃气理论空燃比上限、燃气理论空燃比下限，确定燃烧系统的空燃比设定值，具体包括：

若r≥r_H，确定燃烧系统的空燃比设定值r₀为r_H；

若r≤r_L，确定燃烧系统的空燃比设定值r₀为r_L；

若r_L<r<r_H，确定燃烧系统的空燃比设定值r₀为r；

其中，r_H为燃气理论空燃比上限，r_L为燃气理论空燃比下限。

进一步的，当燃烧系统采用比例控制模式时，根据空燃比设定值和燃气流量设定值，确定助燃空气流量设定值的修正值，具体包括：

当燃烧系统采用比例控制模式时，根据下式确定助燃空气流量设定值的修正值：

F′_air＝r₀×F_gas；

其中，F′_air为助燃空气流量设定值的修正值，单位为Nm³/h。

可选的，当燃烧系统采用脉冲控制模式时，获取助燃空气压力设定值，并根据助燃空气压力设定值和空燃比设定值，确定燃气压力设定值，具体包括：

当燃烧系统采用脉冲控制模式时，根据下式确定燃气压力设定值：

其中，P_air为助燃空气压力设定值，单位为Pa；

P_gas为燃气压力设定值，单位为Pa；

λ为修正系数。

如上述的技术方案，空燃比控制方法还包括：

对连续退火炉的加热段中的每一层烧嘴，按照预设烧嘴数量进行分区，获得N个烧嘴区域，N≥2且为整数；

根据每个烧嘴的实际功率百分比，确定每个烧嘴区域的烧嘴平均功率百分比；

获取加热段的烧嘴在第一预设功率百分比下的第一烟气温度和第二预设功率百分比下的第二烟气温度；

根据烧嘴平均功率百分比、第一预设功率百分比、第一烟气温度、第二预设功率百分比和第二烟气温度，确定每个烧嘴区域的预测烟气温度；

获取每个烧嘴区域的实测烟气温度；

判断每个烧嘴区域的实测烟气温度与预测烟气温度之间的差值是否大于对应烧嘴区域的温度偏差上限；将实测烟气温度与预测烟气温度之间的差值大于温度偏差上限的烧嘴区域确定为目标烧嘴区域；

关闭目标烧嘴区域中的所有烧嘴。

可选的，根据烧嘴平均功率百分比、第一预设功率百分比、第一烟气温度、第二预设功率百分比和第二烟气温度，确定每个烧嘴区域的预测烟气温度，具体包括：

根据下式确定每个烧嘴区域的预测烟气温度：

其中，T_i-m为第i个烧嘴区域的预测烟气温度，单位为℃；

为第i个烧嘴区域的温度补偿系数，无量纲；

P_i为第i个烧嘴区域的烧嘴平均功率百分比，单位为％；

a为第一预设功率百分比中的百分比数值，取值范围为90～100；

b为第二预设功率百分比中的百分比数值，取值范围为5～10；

T_a为第一预设功率百分比下的第一烟气温度，单位为℃；

T_b为第二预设功率百分比下的第二烟气温度，单位为℃。

进一步的，温度偏差上限的取值范围为20℃～100℃。

根据前述技术方案相同的发明构思，本发明还提供了一种连续退火炉的空燃比控制系统，包括：

第一获取模块，用于获取连续退火炉的燃烧系统的助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和主令烧嘴处的烟气残氧含量；

空燃比确定模块，用于根据助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和烟气残氧含量，确定燃烧系统的空燃比计算值；以及根据空燃比计算值和燃气理论空燃比上限、燃气理论空燃比下限，确定燃烧系统的空燃比设定值；

控制策略确定模块，用于根据空燃比设定值，确定燃烧系统的燃气和助燃空气的控制策略，具体包括：

当燃烧系统采用比例控制模式时，根据空燃比设定值和燃气流量设定值，确定助燃空气流量设定值的修正值；

当燃烧系统采用脉冲控制模式时，获取助燃空气压力设定值，并根据助燃空气压力设定值和空燃比设定值，确定燃气压力设定值。

可选的，空燃比控制系统还包括：

分区模块，用于对连续退火炉的加热段中的每一层烧嘴，按照预设烧嘴数量进行分区，获得N个烧嘴区域，N≥2且为整数；

烧嘴功率确定模块，用于根据每个烧嘴的实际功率百分比，确定每个烧嘴区域的烧嘴平均功率百分比；

第二获取模块，用于获取第一预设功率百分比下的第一烟气温度和第二预设功率百分比下的第二烟气温度；

烟气温度确定模块，用于根据烧嘴平均功率百分比、第一预设功率百分比、第一烟气温度、第二预设功率百分比和第二烟气温度，确定每个烧嘴区域的预测烟气温度；

第三获取模块，用于获取每个烧嘴区域的实测烟气温度；

烧嘴区域控制模块，用于判断每个烧嘴区域的实测烟气温度与预测烟气温度之间的差值是否大于对应烧嘴区域的温度偏差上限；将实测烟气温度与预测烟气温度之间的差值大于温度偏差上限的烧嘴区域确定为目标烧嘴区域；以及关闭目标烧嘴区域中的所有烧嘴。

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：

本发明提供了一种连续退火炉的空燃比控制方法，通过实时分析主令烧嘴处的烟气中的残氧含量，然后结合当前退火炉的助燃空气流量设定值、燃气流量设定值，定量计算燃气的空燃比理论计算值，然后结合燃气理论空燃比的上限以及下限，得出实时的燃烧系统的空燃比设定值；再根据燃烧系统的空燃比设定值，确定比例控制模式下的助燃空气流量设定值值或脉冲控制模式下的燃气压力设定值。上述控制方法通过监控“主令烧嘴”处的残氧量的变化，动态的调整助燃空气流量设定值或燃气压力设定值，实现了烧嘴实时空燃比的有效监控，能够避免退火炉因为燃气热值波动引起残氧含量异常波动，导致出现过氧燃烧，降低燃烧效率、增加煤气消耗量、影响带钢在连续退火炉中的运行速度，以及出现欠氧燃烧，燃气未充分燃烧、产生安全隐患的问题。

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连续退火炉的空燃比控制方法示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的连续退火炉用主令烧嘴的PID控制图；

图3示出了根据本发明一个实施例的连续退火炉的空燃比控制方法的逻辑判断流程图；

图4示出了根据本发明一个实施例的烧嘴燃烧状态的调控方法示意图；

图5示出了根据本发明一个实施例的退火炉用烧嘴分区及装置结构示意图；

图6示出了根据本发明一个实施例的连续退火炉的空燃比控制系统示意图；

图7示出了根据本发明一个实施例的包括烧嘴燃烧状态监控的空燃比控制系统示意图。

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。

为了解决立式连续退火炉的燃气热值波动导致烟气残氧含量波动，烧嘴的实际空燃比无法监控的技术问题，在一个可选的实施例中，如图1所示，提供了一种连续退火炉的空燃比控制方法，应用于立式连续退火炉的控制系统，控制方法包括：

S110：获取连续退火炉的燃烧系统的助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和主令烧嘴处的烟气残氧含量；

S120：根据助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和烟气残氧含量，确定燃烧系统的空燃比计算值；

S130：根据空燃比计算值和燃气理论空燃比上限、燃气理论空燃比下限，确定燃烧系统的空燃比设定值；

S140：根据空燃比设定值，确定燃烧系统的燃气和助燃空气的控制策略，具体包括：

S141：当燃烧系统采用比例控制模式时，根据空燃比设定值和燃气流量设定值，确定助燃空气流量设定值的修正值；

S142：当燃烧系统采用脉冲控制模式时，获取助燃空气压力设定值，并根据助燃空气压力设定值和空燃比设定值，确定燃气压力设定值。

本实施例提供的控制方法，通过实时分析“主令烧嘴”处烟气中的残氧含量，然后从二级系统中获取到当前退火炉的助燃空气流量设定值、燃气流量设定值，定量的计算出燃气的空燃比理论计算值r，然后结合燃气理论空燃比的上限r_H以及下限r_L，得出实时的燃烧系统的空燃比设定值r₀，再根据燃烧系统的空燃比设定值r₀，确定比例控制模式下的助燃空气流量设定值或脉冲控制模式下的燃气压力设定值；通过监控“主令烧嘴”处的残氧量的变化，动态的调整燃烧系统的空燃比设定值，可避免退火炉烧嘴出现过氧燃烧或欠氧燃烧。过氧燃烧带来的问题是燃烧系统的燃烧效率降低，且增加煤气消耗量，降低带钢在连续退火炉中的运行速度；欠氧燃烧则存在未燃烧的燃气，产生安全隐患。上述控制方法可应用于立式连续退火炉的加热段、均热段的燃烧控制。

具体的，“主令烧嘴”是指退火炉中配备了助燃空气流量和煤气流量检测控制机构的烧嘴，其PID控制示意图如图2所示，其中燃气管道仪表主要由2个自动切断阀、1个流量孔板、1个针型阀以及1个流量变送器组成，助燃空气管道仪表主要由1个自动切断阀、1个流量孔板、1个针型阀以及1个流量变送器组成，烟气管道仪表主要为1台分析仪，可用于CO、O₂以及NO_X检测。

本实施例给出了一种根据助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和烟气残氧含量，确定燃烧系统的空燃比计算值的可选方法，具体如下：

其中，r为空燃比计算值；

F_air：助燃空气流量设定值，单位为Nm³/h；

F_gas：燃气流量设定值,单位为Nm³/h；

0.21是空气中的氧含量，单位为体积百分比，％；

烟气残氧含量，单位为体积百分比，％。

根据(1)式计算出空燃比计算值后，结合燃气理论空燃比上限、燃气理论空燃比下限，确定燃烧系统的空燃比设定值，具体如下：

若r≥r_H，确定燃烧系统的空燃比设定值r₀为r_H；

若r≤r_L，确定燃烧系统的空燃比设定值r₀为r_L；

若r_L<r<r_H，确定燃烧系统的空燃比设定值r₀为r；

其中，r_H为燃气理论空燃比上限，r_L为燃气理论空燃比下限。

即，空燃比设定值r₀应当在燃气理论空燃比上限和燃气理论空燃比下限决定的合理范围之内；当空燃比计算值r小于燃气理论空燃比下限r_L时，空燃比设定值r₀应当取r_L，当空燃比计算值r大于燃气理论空燃比上限r_H时，空燃比设定值r₀应当取r_H，若空燃比计算值r在燃气理论空燃比下限r_L和燃气理论空燃比上限r_H之间时，空燃比设定值r₀取空燃比计算值r。燃气理论空燃比下限和燃气理论空燃比上限可以从连续退火炉的设计规格书中获取，在此不做具体限定。

在确定了空燃比设定值r₀后，即可根据实时的空燃比修正退火炉的助燃空气流量设定值值或燃气压力设定值。总的控制原理是：根据(1)式，当退火炉中的燃气热值变化导致残氧量升高时，空燃比计算值或空燃比设定值降低，此时应当降低助燃空气流量设定值值(比例控制模式)或提高燃气压力设定值(脉冲控制模式)，避免出现过氧燃烧；而残氧量降低时，空燃比计算值或空燃比设定值升高，此时应当提高助燃空气流量设定值值(比例控制模式)或降低燃气压力设定值(脉冲控制模式)，避免出现欠氧燃烧。

具体的，在比例控制模式下，燃烧系统根据炉况自动设定燃气流量，并根据空燃比设定值得出空气流量；但原有设计中空燃比设定值为固定值，不随着燃气热值或残氧含量的变化而变化，这就导致相同工况下残氧量随着燃气热值的波动而波动，原先的空燃比设定值不再符合实际炉况。

一种可选的比例控制模式的控制方案如下：

当燃烧系统采用比例控制模式时，根据空燃比设定值和燃气流量设定值，确定助燃空气流量设定值的修正值，具体包括：

当燃烧系统采用比例控制模式时，根据下式确定助燃空气流量设定值的修正值：

F′_air＝r₀×F_gas； (2)

其中，F′_air为助燃空气流量设定值的修正值，单位为Nm³/h。

接下来，根据燃气流量设定值F_gas和助燃空气流量设定值的修正值F′_air进行连续退火炉的比例燃烧控制。

上述方案通过分析“主令烧嘴”的烟气残氧含量，得出实时的空燃比设定值，然后对助燃空气流量进行修正，解决了在比例控制模式下因燃气热值波动导致残氧量异常、原先的空燃比设定值不再适用的问题。

对于脉冲控制模式，系统自动设定烧嘴投入数量以及投入时间，助燃空气和燃气为压力控制方式；原有设计中燃气压力虽然可以通过调节阀进行调节，但燃气压力设定值为固定值，不随着燃气热值的变化而变化，这就导致残氧量随着燃气热值的波动而波动，原先的燃气压力设定值不再符合实际炉况。

一种可选的脉冲控制模式的控制方案如下：

当燃烧系统采用脉冲控制模式时，获取助燃空气压力设定值，并根据助燃空气压力设定值和空燃比设定值，确定燃气压力设定值，具体包括：

当燃烧系统采用脉冲控制模式时，根据下式确定燃气压力设定值：

其中，P_air为助燃空气压力设定值，单位为Pa；

P_gas为燃气压力设定值，单位为Pa；

λ为修正系数。

接着，根据燃气压力设定值P_gas和助燃空气压力设定值P_air，进行连续退火炉的脉冲燃烧控制。

上述方案通过分析“主令烧嘴”的烟气残氧含量，得出实时的空燃比设定值，然后对脉冲控制模式下的燃气压力设定值进行修正，解决了在脉冲控制模式下因燃气热值波动导致残氧量异常、原先的燃气压力设定值不再适用的问题。

可选的，修正系数λ为常数项，与助燃空气、燃气的流量孔板相关，在此不做具体限定。

总的来说，本实施例提供了一种连续退火炉的空燃比控制方法，通过实时分析主令烧嘴处的烟气中的残氧含量，然后结合当前退火炉的助燃空气流量设定值、燃气流量设定值，定量计算燃气的空燃比理论计算值r，然后结合燃气理论空燃比的上限r_H以及下限r_L，得出实时的燃烧系统的空燃比设定值r₀；再根据燃烧系统的空燃比设定值r₀，确定比例控制模式下的助燃空气流量设定值值或脉冲控制模式下的燃气压力设定值。上述控制方法通过监控“主令烧嘴”处的残氧量的变化，动态的调整助燃空气流量设定值或燃气压力设定值，实现了烧嘴实时空燃比的有效监控，能够避免退火炉因为燃气热值波动引起残氧含量异常波动，导致出现过氧燃烧，降低燃烧效率、增加煤气消耗量、影响带钢在连续退火炉中的运行速度，以及出现欠氧燃烧，燃气未充分燃烧、产生安全隐患的问题。上述控制方法的详细控制流程图如图3所示。

为了进一步监控退火炉烧嘴状态，避免退火炉加热段出现欠氧燃烧，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4所示，空燃比控制方法还包括烧嘴燃烧状态的调控方法，具体如下：

S210：对连续退火炉的加热段中的每一层烧嘴，按照预设烧嘴数量进行分区，获得N个烧嘴区域，N≥2且为整数；

S220：根据每个烧嘴的实际功率百分比，确定每个烧嘴区域的烧嘴平均功率百分比；

S230：获取加热段的烧嘴在第一预设功率百分比下的第一烟气温度和第二预设功率百分比下的第二烟气温度；

S240：根据烧嘴平均功率百分比、第一预设功率百分比、第一烟气温度、第二预设功率百分比和第二烟气温度，确定每个烧嘴区域的预测烟气温度；

S250：获取每个烧嘴区域的实测烟气温度；

S260：判断每个烧嘴区域的实测烟气温度与预测烟气温度之间的差值是否大于对应烧嘴区域的温度偏差上限；将实测烟气温度与预测烟气温度之间的差值大于温度偏差上限的烧嘴区域确定为目标烧嘴区域；

S270：关闭目标烧嘴区域中的所有烧嘴。

具体的，如图5所示，连续退火炉一个道次上设置有多层烧嘴，在进行烧嘴分区时，将连续退火炉同一层紧邻的预设数量的烧嘴视为一个区域，在该区域所对应烟气烟道出口处配置一个热电偶。预设数量可以是3～5个。在图5中示例的是每4个烧嘴为一个烧嘴区域(见图4右边第一层，一个虚线框为一个烧嘴区域)，每个烧嘴区域配置一个热电偶用于检测烟气温度。

接着根据每个烧嘴的实际功率百分比确定出每个烧嘴区域的烧嘴平均功率百分比，具体如下：

第i个烧嘴区域的烧嘴平均功率百分比P_i为：

其中：P_i为第i个烧嘴区域的烧嘴平均功率百分比，单位为％；1≤i≤N；

N_ij为第i个烧嘴区域中的第j个烧嘴；

k为第i个区域中的烧嘴个数；

为第i个区域中第j个烧嘴的实际功率百分比，％；

接下来计算每个烧嘴区域的预测烟气温度，本实施例提供了一种新的烟气温度预测模型，具体如下：

根据下式确定每个烧嘴区域的预测烟气温度：

其中，T_i-m为第i个烧嘴区域的预测烟气温度，单位为℃；

为第i个烧嘴区域的温度补偿系数，无量纲，取值范围可以是：0.5～2.0。

P_i为第i个烧嘴区域的烧嘴平均功率百分比，单位为％；

a为第一预设功率百分比中的百分比数值，取值范围为90～100；

b为第二预设功率百分比中的百分比数值，取值范围为5～10；

T_a为第一预设功率百分比下的第一烟气温度，单位为℃；

T_b为第二预设功率百分比下的第二烟气温度，单位为℃；

(5)式中T_a和T_b是连续退火炉加热段中的全部烧嘴在指定功率负荷下，加热段炉区内的烟气温度实测值。其具体值可通过炉区标定试验测定，也可以从连续退火炉的设计规格书中直接获取。

优选的，a的取值为100％，b的取值为5％，则(5)式具体为：

上式中，T_100％为加热段烧嘴100％功率下的第一烟气温度，单位为℃；

T_5％为加热段烧嘴5％功率下的第二烟气温度，单位为℃；

这里的5％功率是烧嘴的最小功率。

当获得当前烧嘴区域的预测烟气温度后，通过将其与对应烧嘴区域的实测烟气温度进行对比，计算烟气温度差值ΔT_i，烟气温度差值ΔT_i可用于预警退火炉加热段的烧嘴状态。

ΔT_i＝T_i-T_i-m (7)

在(7)式中：

ΔT_i：第i个烧嘴区域的实测烟气温度与模型预估的预测烟气温度之间的差值，单位为℃；

T_i：第i个烧嘴区域的实测烟气温度，单位为℃。

如果

说明该烧嘴区域的实测烟气温度很高，燃气热值或燃烧效率过高，此时对应的残氧量偏低，存在欠氧燃烧的风险，因此控制当前烧嘴区域所有的烧嘴强制关闭。温度偏差上限

是与每个烧嘴区域位置相关的变化量。总的来说，

的取值范围为20℃～100℃。

若计算得到ΔT_i<0，则说明实测烟气温度低于模型预测烟气温度，此时炉内残氧含量偏高，存在过氧燃烧。

本实施例在前述实施例的基础上，进一步提供了一种烧嘴燃烧状态的智能调控方法，通过建立烟气温度预警模型(公式6)，能够实时的掌握各个烧嘴区域的燃烧状态，根据实测烟气温度与模型预估的预测烟气温度之间的差值，判断是否存在过氧燃烧或者欠氧燃烧问题，当出现欠氧燃烧时，能够及时关闭该区域的烧嘴，实现烧嘴状态的实时监测与调控，进一步避免因燃气热值波动、残氧量波动产生的安全隐患。

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6所示，还提供了一种连续退火炉的空燃比控制系统，包括：

第一获取模块10，用于获取连续退火炉的燃烧系统的助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和主令烧嘴处的烟气残氧含量；

空燃比确定模块20，用于根据助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和烟气残氧含量，确定燃烧系统的空燃比计算值；以及根据空燃比计算值和燃气理论空燃比上限、燃气理论空燃比下限，确定燃烧系统的空燃比设定值；

控制策略确定模块30，用于根据空燃比设定值，确定燃烧系统的燃气和助燃空气的控制策略，具体包括：

当燃烧系统采用比例控制模式时，根据空燃比设定值和燃气流量设定值，确定助燃空气流量设定值的修正值；

当燃烧系统采用脉冲控制模式时，获取助燃空气压力设定值，并根据助燃空气压力设定值和空燃比设定值，确定燃气压力设定值。

可选的，空燃比确定模块20具体用于：

根据下式确定空燃比计算值：

其中，r为空燃比计算值；

F_air：助燃空气流量设定值，单位为Nm³/h；

F_gas：燃气流量设定值,单位为Nm³/h；

0.21是空气中的氧含量，单位为体积百分比，％；

烟气残氧含量，单位为体积百分比，％。

进一步的，空燃比确定模块20还用于：

若r≥r_H，确定燃烧系统的空燃比设定值r₀为r_H；

若r≤r_L，确定燃烧系统的空燃比设定值r₀为r_L；

若r_L<r<r_H，确定燃烧系统的空燃比设定值r₀为r；

其中，r_H为燃气理论空燃比上限，r_L为燃气理论空燃比下限。

控制策略确定模块30具体用于：当燃烧系统采用比例控制模式时，根据下式确定助燃空气流量设定值的修正值：

F′_air＝r₀×F_gas；

其中，F′_air为助燃空气流量设定值的修正值，单位为Nm³/h；

以及用于当燃烧系统采用脉冲控制模式时，根据下式确定燃气压力设定值：

其中，P_air为助燃空气压力设定值，单位为Pa；

P_gas为燃气压力设定值，单位为Pa。

λ为修正系数。

可选的，如图7所示，空燃比控制系统还包括：

分区模块40，用于对连续退火炉的加热段中的每一层烧嘴，按照预设烧嘴数量进行分区，获得N个烧嘴区域，N≥2且为整数；

烧嘴功率确定模块50，用于根据每个烧嘴的实际功率百分比，确定每个烧嘴区域的烧嘴平均功率百分比；

第二获取模块60，用于获取第一预设功率百分比下的第一烟气温度和第二预设功率百分比下的第二烟气温度；

烟气温度确定模块70，用于根据烧嘴平均功率、第一预设功率百分比、第一烟气温度、第二预设功率百分比和第二烟气温度，确定每个烧嘴区域的预测烟气温度；

第三获取模块80，用于获取每个烧嘴区域的实测烟气温度；

烧嘴区域控制模块90，用于判断每个烧嘴区域的实测烟气温度与预测烟气温度之间的差值是否大于对应烧嘴区域的温度偏差上限；将实测烟气温度与预测烟气温度之间的差值大于温度偏差上限的烧嘴区域确定为目标烧嘴区域；以及关闭目标烧嘴区域中的所有烧嘴。

其中，烟气温度确定模块70具体用于：根据下式确定所述每个烧嘴区域的预测烟气温度：

其中，T_i-m为第i个烧嘴区域的预测烟气温度，单位为℃；

为第i个烧嘴区域的温度补偿系数，无量纲；

P_i为第i个烧嘴区域的所述烧嘴平均功率百分比，单位为％；

a为第一预设功率百分比中的百分比数值，取值范围为90～100；

b为第二预设功率百分比中的百分比数值，取值范围为5～10；

T_a为所述第一预设功率百分比下的第一烟气温度，单位为℃；

T_b为所述第二预设功率百分比下的第二烟气温度，单位为℃。

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：

本发明提供了一种连续退火炉的空燃比控制方法，通过实时分析主令烧嘴处的烟气中的残氧含量，然后结合当前退火炉的助燃空气流量设定值、燃气流量设定值，定量计算燃气的空燃比理论计算值，然后结合燃气理论空燃比的上限以及下限，得出实时的燃烧系统的空燃比设定值；再根据燃烧系统的空燃比设定值，确定比例控制模式下的助燃空气流量设定值值或脉冲控制模式下的燃气压力设定值。上述控制方法通过监控“主令烧嘴”处的残氧量的变化，动态的调整助燃空气流量设定值或燃气压力设定值，实现了烧嘴实时空燃比的有效监控，能够避免退火炉因为燃气热值波动引起残氧含量异常波动，导致出现过氧燃烧，降低燃烧效率、增加煤气消耗量、影响带钢在连续退火炉中的运行速度，以及出现欠氧燃烧，燃气未充分燃烧、产生安全隐患的问题。

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 (5)

1.一种连续退火炉的空燃比控制方法，其特征在于，所述空燃比控制方法包括：

获取所述连续退火炉的燃烧系统的助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和主令烧嘴处的烟气残氧含量；

根据所述助燃空气流量设定值、所述燃气流量设定值和所述烟气残氧含量，确定所述燃烧系统的空燃比计算值；

根据所述空燃比计算值和燃气理论空燃比上限、燃气理论空燃比下限，确定所述燃烧系统的空燃比设定值，包括：若r≥r_H，确定所述燃烧系统的空燃比设定值r₀为r_H；若r≤r_L，确定所述燃烧系统的空燃比设定值r₀为r_L；若r_L<r<r_H，确定所述燃烧系统的空燃比设定值r₀为r；其中，r_H为所述燃气理论空燃比上限，r_L为所述燃气理论空燃比下限；

根据所述空燃比设定值，确定所述燃烧系统的燃气和助燃空气的控制策略，具体包括：当所述燃烧系统采用比例控制模式时，根据所述空燃比设定值和所述燃气流量设定值，确定所述助燃空气流量设定值的修正值；当所述燃烧系统采用脉冲控制模式时，获取助燃空气压力设定值，并根据所述助燃空气压力设定值和所述空燃比设定值，确定燃气压力设定值

对所述连续退火炉的加热段中的每一层烧嘴，按照预设烧嘴数量进行分区，获得N个烧嘴区域，N≥2且为整数；

根据每个烧嘴的实际功率百分比，确定每个烧嘴区域的烧嘴平均功率百分比；

获取所述加热段的烧嘴在第一预设功率百分比下的第一烟气温度和第二预设功率百分比下的第二烟气温度；

根据所述烧嘴平均功率百分比、所述第一预设功率百分比、所述第一烟气温度、所述第二预设功率百分比和所述第二烟气温度，确定所述每个烧嘴区域的预测烟气温度，具体包括：根据下式确定所述每个烧嘴区域的预测烟气温度：

其中，T_i-m为第i个烧嘴区域的预测烟气温度，单位为℃；

为第i个烧嘴区域的温度补偿系数，无量纲；P_i为第i个烧嘴区域的所述烧嘴平均功率百分比，单位为％；a为第一预设功率百分比中的百分比数值，取值范围为90～100；b为第二预设功率百分比中的百分比数值，取值范围为5～10；T_a为所述第一预设功率百分比下的第一烟气温度，单位为℃；T_b为所述第二预设功率百分比下的第二烟气温度，单位为℃；

获取所述每个烧嘴区域的实测烟气温度；判断所述每个烧嘴区域的所述实测烟气温度与所述预测烟气温度之间的差值是否大于对应烧嘴区域的温度偏差上限；将所述实测烟气温度与所述预测烟气温度之间的差值大于所述温度偏差上限的烧嘴区域确定为目标烧嘴区域；其中，所述温度偏差上限的取值范围为20℃～100℃；

关闭所述目标烧嘴区域中的所有烧嘴。

2.如权利要求1所述的空燃比控制方法，其特征在于，所述根据所述助燃空气流量设定值、所述燃气流量设定值和所述烟气残氧含量，确定所述燃烧系统的空燃比计算值，具体包括：

根据下式确定所述空燃比计算值：

其中，r为所述空燃比计算值；

F_air：助燃空气流量设定值，单位为Nm³/h；

F_gas：燃气流量设定值,单位为Nm³/h；

0.21是空气中的氧含量，单位为体积百分比，％；

烟气残氧含量，单位为体积百分比，％。

3.如权利要求1所述的空燃比控制方法，其特征在于，所述当所述燃烧系统采用比例控制模式时，根据所述空燃比设定值和所述燃气流量设定值，确定所述助燃空气流量设定值的修正值，具体包括：

当所述燃烧系统采用比例控制模式时，根据下式确定所述助燃空气流量设定值的修正值：

F′_air＝r₀×F_gas；

其中，F′_air为所述助燃空气流量设定值的修正值，单位为Nm³/h。

4.如权利要求1所述的空燃比控制方法，其特征在于，所述当所述燃烧系统采用脉冲控制模式时，获取助燃空气压力设定值，并根据所述助燃空气压力设定值和所述空燃比设定值，确定燃气压力设定值，具体包括：

当所述燃烧系统采用脉冲控制模式时，根据下式确定所述燃气压力设定值：

其中，P_air为所述助燃空气压力设定值，单位为Pa；

P_gas为所述燃气压力设定值，单位为Pa；

λ为修正系数。

5.一种连续退火炉的空燃比控制系统，其特征在于，所述空燃比控制系统包括：

第一获取模块，用于获取所述连续退火炉的燃烧系统的助燃空气流量设定值、燃气流量设定值和主令烧嘴处的烟气残氧含量；

空燃比确定模块，用于根据所述助燃空气流量设定值、所述燃气流量设定值和所述烟气残氧含量，确定所述燃烧系统的空燃比计算值；以及根据所述空燃比计算值和燃气理论空燃比上限、燃气理论空燃比下限，确定所述燃烧系统的空燃比设定值，包括：若r≥r_H，确定所述燃烧系统的空燃比设定值r₀为r_H；若r≤r_L，确定所述燃烧系统的空燃比设定值r₀为r_L；若r_L<r<r_H，确定所述燃烧系统的空燃比设定值r₀为r；其中，r_H为所述燃气理论空燃比上限，r_L为所述燃气理论空燃比下限；

控制策略确定模块，用于根据所述空燃比设定值，确定所述燃烧系统的燃气和助燃空气的控制策略，具体包括：当所述燃烧系统采用比例控制模式时，根据所述空燃比设定值和所述燃气流量设定值，确定所述助燃空气流量设定值的修正值；当所述燃烧系统采用脉冲控制模式时，获取助燃空气压力设定值，并根据所述助燃空气压力设定值和所述空燃比设定值，确定燃气压力设定值；

分区模块，用于对所述连续退火炉的加热段中的每一层烧嘴，按照预设烧嘴数量进行分区，获得N个烧嘴区域，N≥2且为整数；

烧嘴功率确定模块，用于根据每个烧嘴的实际功率百分比，确定每个烧嘴区域的烧嘴平均功率百分比；

第二获取模块，用于获取第一预设功率百分比下的第一烟气温度和第二预设功率百分比下的第二烟气温度；

烟气温度确定模块，用于根据所述烧嘴平均功率百分比、所述第一预设功率百分比、所述第一烟气温度、所述第二预设功率百分比和所述第二烟气温度，确定所述每个烧嘴区域的预测烟气温度，具体包括：根据下式确定所述每个烧嘴区域的预测烟气温度：T_i-m＝γ_TZi×[P_i×(T_a％-T_b％)/(a-b)+T_b％]；其中，T_i-m为第i个烧嘴区域的预测烟气温度，单位为℃；

为第i个烧嘴区域的温度补偿系数，无量纲；P_i为第i个烧嘴区域的所述烧嘴平均功率百分比，单位为％；a为第一预设功率百分比中的百分比数值，取值范围为90～100；b为第二预设功率百分比中的百分比数值，取值范围为5～10；T_a为所述第一预设功率百分比下的第一烟气温度，单位为℃；T_b为所述第二预设功率百分比下的第二烟气温度，单位为℃；

第三获取模块，用于获取所述每个烧嘴区域的实测烟气温度；

烧嘴区域控制模块，用于判断所述每个烧嘴区域的所述实测烟气温度与所述预测烟气温度之间的差值是否大于对应烧嘴区域的温度偏差上限；将所述实测烟气温度与所述预测烟气温度之间的差值大于所述温度偏差上限的烧嘴区域确定为目标烧嘴区域；以及关闭所述目标烧嘴区域中的所有烧嘴；其中，所述温度偏差上限的取值范围为20℃～100℃。

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