CN113654359A - 一种用于燃气燃烧的供氧系统及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于燃气燃烧的供氧系统及调节方法，其系统包括：氧气供给器、混合器、氧气总管道、第一氧气管道、第二氧气管道和第三氧气管道，所述第一氧气管道的直径D_I、第二氧气管道的直径D_II和第三氧气管道的直径D_III满足：

其调节方法包括S1：计算出Q'_o,z，S2：调节第一氧气调节阀，S3：调节第二氧气调节阀，S4：调节第三氧气调节阀，S5：若满足

转步骤S6；否则，转步骤S8；S6：若满足

转步骤S7；否则，转步骤S9；S7：若满足

完成氧气流量调节；否则，转步骤S10；S8：继续调节第一氧气调节阀，S9：继续调节第二氧气调节阀，S10：继续调节第三氧气调节阀。与现有技术相比，本发明旨在解决现有技术中氧气调节精度低的缺陷。

Description

一种用于燃气燃烧的供氧系统及调节方法

技术领域

本发明涉及富氧燃烧技术领域，尤其是涉及一种用于燃气燃烧的供氧系统及调节方法。

背景技术

料面点火是在点火炉内用烧嘴将烧结机台车上的混合料表面加热至约1050℃，点燃料层表面的焦炭，在混合料表面形成一定厚度的燃烧带的过程。富氧点火是在点火炉助燃空气管道内通入一定比例的纯氧，使点火炉内助燃空气氧含量升高，提高低热值燃料燃烧温度、强化料面点火效果的一种辅助点火工艺。

氧气浓度对火焰温度、辐射强度和混合料中的碳颗粒着火性都有很大的影响，从经济性和安全性等综合因素考虑，目前比较普遍的富氧浓度在0.23～0.35之间。在此工况下，氧气流量比空气流量小一个数量级，氧气量的小幅波动往往会造成富氧浓度的显著变化，因此，富氧喷吹对氧气流量的调节精度要求很高。现有技术中，对氧气流量控制并未采取特殊方式，其调节精度较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于此，本发明提出一种用于燃气燃烧的供氧系统及调节方法，旨在解决现有技术中氧气调节精度低的缺陷。

(二)技术方案

本发明为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，提供一种用于燃气燃烧的供氧系统，包括氧气供给器和混合器，所述混合器上连通有氧气总管道，所述氧气供给器与氧气总管道之间连通有第一氧气管道，所述第一氧气管道与氧气总管道之间连通有第二氧气管道，所述第二氧气管道与氧气总管道之间连通有第三氧气管道，所述第一氧气管道、第二氧气管道和第三氧气管道分别设有第一氧气调节子系统、第二氧气调节子系统和第三氧气调节子系统，所述第一氧气调节子系统设于氧气供给器与第二氧气管道之间，所述第二氧气调节子系统设于第一氧气管道与第三氧气管道之间，所述第一氧气管道的直径D_I、第二氧气管道的直径D_II和第三氧气管道的直径D_III满足：

优选的，所述氧气总管道上设有氧气总流量计。

本发明还提供了一种应用了如上述所述的用于燃气燃烧的供氧系统的调节方法，包括如下步骤：

S1：预设混合器中氧浓度为C，预设混合器流入的空气流量值为Q_a，通过氧浓度C和空气流量值Q_a计算出氧气总管道的目标氧气流量值Q'_o,z；

S2：调节所述第一氧气调节子系统的第一氧气调节阀，使得第一氧气管道的氧气流量Q_o,I满足：

其中，Q_o,z为氧气总管道的氧气流量；

S3：调节所述第二氧气调节子系统的第二氧气调节阀，使得第二氧气管道的氧气流量Q_o,II满足：

此时氧气总管道上的氧气流量为第一氧气管道的氧气流量和第二氧气管道的氧气流量之和；

S4：调节所述第三氧气调节子系统的第三氧气调节阀，使得第三氧气管道的氧气流量Q_o,III满足：

此时氧气总管道上的氧气流量为第一氧气管道的氧气流量、第二氧气管道的氧气流量以及第三氧气管道的氧气流量之和；

S5：判断氧气流量精度，若满足

即满足I级精度，转步骤S6；否则，转步骤S8；其中，S为三个氧气管道的氧气调节阀的调节精度；

S6：判断氧气流量精度，若满足

即满足II级精度，转步骤S7；否则，转步骤S9；其中，Q'_o,II为第二氧气管道的目标氧气流量；

S7：判断氧气流量精度，若满足

即满足III级精度，完成氧气流量调节；否则，转步骤S10；其中，Q'_o,III为第三氧气管道的目标氧气流量；

S8：继续调节所述第一氧气调节子系统的第一氧气调节阀，使得|Q'_o,z-Q_o,z|≤Q'_o,z×S，转步骤S6；

S9：继续调节所述第二氧气调节子系统的第二氧气调节阀，使得

转步骤S5；

S10：继续调节所述第三氧气调节子系统的第三氧气调节阀，使得

转步骤S5。

优选的，在步骤S2中，所述第一氧气调节子系统还包括第一氧气流量计，所述第一氧气流量计设于第一氧气调节阀与氧气供给器之间。

优选的，在步骤S3中，所述第二氧气调节子系统还包括第二氧气流量计，所述第二氧气流量计设于第二氧气调节阀与第一氧气管道之间。

优选的，在步骤S4中，所述第三氧气调节子系统还包括第三氧气流量计，所述第三氧气流量计设于第三氧气调节阀与第二氧气管道之间。

优选的，在步骤S6中，公式

通过如下步骤计算得到：

第二氧气调节子系统的第二氧气调节阀的调节精度满足公式(1)：

在步骤S4之后，第一氧气管道的氧气流量满足Q_o,I≈Q_o,z≈Q'_o,z，第二氧气管道的氧气流量满足公式(2)：

由公式(1)结合公式(2)得到

优选的，在步骤S7中，公式

通过如下步骤计算得到：

第三氧气调节子系统的第三氧气调节阀的调节精度满足公式(3)：

在步骤S4之后，第一氧气管道的氧气流量满足Q_o,I≈Q_o,z≈Q'_o,z，第三氧气管道的氧气流量满足公式(4)：

由公式(3)结合公式(4)得到

优选的，通过氧浓度C和空气流量值Q_a计算出氧气总管道的目标氧气流量值Q'_o,z的步骤中：氧浓度C的计算公式(5)如下：

由公式(5)可得公式(6)：

其中，Q_o为氧气总管道的目标氧气流量值Q'_o,z。

优选的，步骤S2中：1.5≤k≤5。

优选的，步骤S2中：2≤k≤3。

(三)有益效果

本发明的用于燃气燃烧的供氧系统及调节方法有如下的优点：

(1)采用氧气流量而不是空气流量作为调节手段，实现富氧浓度的精确调控。

(2)采用三级并联管路系统，实现流量精确控制，避免调节过程中的超调现象发生，使氧气调节更平滑。

(3)相应的初调+分级精调的控制策略，可以使氧气流量控制误差减小到传统技术的k^-4倍。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作流程示意图。

附图标记说明：

1.混合器，2.氧气总管道，3.氧气供给器，4.第一氧气管道，5.第二氧气管道，6.第三氧气管道，41.第一氧气流量计，42.第一氧气调节阀，51.第二氧气流量计，52.第二氧气调节阀，61.第三氧气流量计，62.第三氧气调节阀，21.氧气总流量计。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，也可以是“传动连接”，即通过带传动、齿轮传动或链轮传动等各种合适的方式进行动力连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照附图1，本实施例提供了一种用于燃气燃烧的供氧系统，包括氧气供给器3和混合器1，混合器1上连通有氧气总管道2，氧气供给器3与氧气总管道2之间连通有第一氧气管道4，第一氧气管道4与氧气总管道2之间连通有第二氧气管道5，第二氧气管道5与氧气总管道2之间连通有第三氧气管道6，第一氧气管道4、第二氧气管道5和第三氧气管道6分别设有第一氧气调节子系统、第二氧气调节子系统和第三氧气调节子系统，第一氧气调节子系统设于氧气供给器3与第二氧气管道5之间，第二氧气调节子系统设于第一氧气管道4与第三氧气管道6之间，第一氧气管道4的直径D_I、第二氧气管道5的直径D_II和第三氧气管道6的直径D_III满足：

其中，1.5≤k≤5。该设置使得第一氧气管道4、第二氧气管道5和第三氧气管道6的流量分布大致符合k⁴：k²：1，每条氧气管道中的氧气流速大致相等。氧气通过3个氧气管道送入混合器1，以便实现对氧气流量的精准控制。第一氧气管道4的两端分别连接氧气总管道2和氧气供给器3，第二氧气管道5的两端分别连接第一氧气管道4和氧气总管道2，第三氧气管道6的两端分别连接第二氧气管道5和氧气总管道2。该设置使第二氧气管道5成为第一氧气管道4的支管，第三氧气管道6成为第二氧气管道5的支管，第一氧气流量计41和第一氧气调节阀42设于氧气供给器3与第二氧气管道5之间，第一氧气流量计41设于第一氧气调节阀42与氧气供给器3之间。第二氧气流量计51和第二氧气调节阀52设于第一氧气管道4与第三氧气管道6之间，第二氧气流量计51设于第二氧气调节阀52与第一氧气管道4之间。第三氧气流量计61和第三氧气调节阀62设于第二氧气管道5与氧气总管道2之间，第三氧气流量计61设于第三氧气调节阀62与第二氧气管道5之间。氧气总管道2上设有氧气总流量计21。

进一步地，2≤k≤3。

参照附图2，本实施例还提供了一种用于燃气燃烧的氧气流量的调节方法，包括如下步骤：

步骤一：预设混合器1中氧浓度为C，预设混合器1流入的空气流量值为Q_a，通过氧浓度C和空气流量值Q_a计算出氧气总管道2的目标氧气流量值Q'_o,z；具体步骤为：列氧分子守恒列公式(5)，

由公式(5)可得公式(6)：

其中，Q_o为氧气总管道2的目标氧气流量值Q'_o,z。

步骤二：调节第一氧气管道4上的第一氧气调节阀42，此时第二氧气调节阀52和第三氧气调节阀62处于关闭状态，第一氧气管道4的氧气流量Q_o,I为氧气总管道2的氧气流量Q_o,z：

氧气总管道2的氧气流量可以通过氧气总管道2上的氧气总流量计21得到；

步骤三：调节第二氧气管道5上的第二氧气调节阀52，此时第三氧气调节阀62处于关闭状态，第二氧气管道5的氧气流量Q_o,II满足：

此时氧气总管道2上的氧气流量为第一氧气管道4的氧气流量和第二氧气管道5的氧气流量之和；该步骤中，由于氧气总管道2的氧气流量增加，导致管道阻力增大，流经第一氧气管道4的流量会有相应下降，即Q_o,I会减小，但由于Q_o,II仅为Q_o,I的约

倍，Q_o,I的减小可以忽略，即有

步骤四：调节第三氧气管道6上的第三氧气调节阀62，使得第三氧气管道6的氧气流量Q_o,III满足：

此时氧气总管道2上的氧气流量为第一氧气管道4的氧气流量、第二氧气管道5的氧气流量以及第三氧气管道6的氧气流量之和；该步骤中，由于氧气总管道2的氧气流量增加，导致管道阻力增大，流经第一氧气管道4和第二氧气管道5的流量会有相应下降，即Q_o,I和Q_o,II会减小，但由于Q_o,III仅为Q_o,II的约

倍，Q_o,II的减小和Q_o,III的减小可以忽略，即有

但由于步骤三和步骤四中误差的存在，氧气总管道2的氧气流量值Q_o,z比氧气总管道2的目标氧气流量值Q'_o,z小，因此需要进行后续判断和精调。

初调完成后，氧气供给器3的流出的氧气被有序的分配至三条氧气管道内，最后汇入氧气总管道2内。然后进行精调，流量阀的调节分辨率与工况流量呈正比，对调节精度为S的三个氧气管道的氧气调节阀，氧气总管道2的氧气流量应满足如下公式：

步骤五：判断氧气流量精度，若满足

即满足I级精度，I级精度为S，转步骤六；否则，转步骤八；

步骤六：判断氧气流量精度，若满足

即满足II级精度，II级精度为

转步骤七；否则，转步骤九；其中，Q'_o,II为第二氧气管道5的目标氧气流量；

步骤七：判断氧气流量精度，若满足

即满足III级精度，完成氧气流量调节，III级精度为

至此使氧气总管道2的氧气流量误差减小到k^-4倍。否则，转步骤十；其中，Q'_o,III为第三氧气管道6的目标氧气流量；

步骤八：继续调节第一氧气管道4上的第一氧气调节阀42，使得|Q'_o,z-Q_o,z|≤Q'_o,z×S，转步骤六；

步骤九：继续调节第二氧气管道5上的第二氧气调节阀52，使得

转步骤五；

步骤十：继续调节第三氧气管道5上的第三氧气调节阀52，使得

转步骤五。

在步骤六中，公式

通过如下步骤计算得到：

第二氧气管道5的第二氧气调节阀52的调节精度满足公式(1)：

在步骤四之后，第一氧气管道4的氧气流量满足Q_o,I≈Q_o,z≈Q'_o,z，第二氧气管道5的氧气流量满足公式(2)：

由公式(1)结合公式(2)得到

在步骤七中，公式

通过如下步骤计算得到：

第三氧气管道6的第三氧气调节阀62的调节精度满足公式(3)：

在步骤四之后，第一氧气管道4的氧气流量满足Q_o,I≈Q_o,z≈Q'_o,z，第三氧气管道6的氧气流量满足公式(4)：

由公式(3)结合公式(4)得到

一个混合器1对应一个烧嘴，前、中、后排烧嘴分别连通有一个混合器1，该设置可以分别对前、中、后排烧嘴的氧浓度进行调节，提高调节灵活性。

与现有技术相比，本发明可以有效的提高氧气流量控制精度，使氧气流量控制误差减小为传统技术的k^-4倍；另一方面，由于并联管路的特性，支管流量的增加都会导致系统总阻力增加，使得氧气总管道2氧气流量的增加量较支管氧气流量的增加量小，因此可以有效避免调节过程中的超调现象发生(调节过程中，氧气总管道2实际流量超过目标流量称为超调)，使调节过程氧气流量变化更加平滑。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于燃气燃烧的供氧系统，其特征在于，包括氧气供给器和混合器，所述混合器上连通有氧气总管道，所述氧气供给器与氧气总管道之间连通有第一氧气管道，所述第一氧气管道与氧气总管道之间连通有第二氧气管道，所述第二氧气管道与氧气总管道之间连通有第三氧气管道，所述第一氧气管道、第二氧气管道和第三氧气管道分别设有第一氧气调节子系统、第二氧气调节子系统和第三氧气调节子系统，所述第一氧气调节子系统设于氧气供给器与第二氧气管道之间，所述第二氧气调节子系统设于第一氧气管道与第三氧气管道之间，所述第一氧气管道的直径D_I、第二氧气管道的直径D_II和第三氧气管道的直径D_III满足：

2.根据权利要求1所述的用于燃气燃烧的供氧系统，其特征在于，所述氧气总管道上设有氧气总流量计。

3.一种应用了如权利要求1-2任一项所述的用于燃气燃烧的供氧系统的调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：预设混合器中氧浓度为C，预设混合器流入的空气流量值为Q_a，通过氧浓度C和空气流量值Q_a计算出氧气总管道的目标氧气流量值Q'_o,z；

S2：调节所述第一氧气调节子系统的第一氧气调节阀，使得第一氧气管道的氧气流量Q_o,I满足：

其中，Q_o,z为氧气总管道的氧气流量；

S3：调节所述第二氧气调节子系统的第二氧气调节阀，使得第二氧气管道的氧气流量Q_o,II满足：

此时氧气总管道上的氧气流量为第一氧气管道的氧气流量和第二氧气管道的氧气流量之和；

S4：调节所述第三氧气调节子系统的第三氧气调节阀，使得第三氧气管道的氧气流量Q_o,III满足：

此时氧气总管道上的氧气流量为第一氧气管道的氧气流量、第二氧气管道的氧气流量以及第三氧气管道的氧气流量之和；

S5：判断氧气流量精度，若满足

即满足I级精度，转步骤S6；否则，转步骤S8；其中，S为三个氧气管道的氧气调节阀的调节精度；

S6：判断氧气流量精度，若满足

即满足II级精度，转步骤S7；否则，转步骤S9；其中，Q'_o,II为第二氧气管道的目标氧气流量；

S7：判断氧气流量精度，若满足

即满足III级精度，完成氧气流量调节；否则，转步骤S10；其中，Q'_o,III为第三氧气管道的目标氧气流量；

S8：继续调节所述第一氧气调节子系统的第一氧气调节阀，使得|Q'_o,z-Q_o,z|≤Q'_o,z×S，转步骤S6；

S9：继续调节所述第二氧气调节子系统的第二氧气调节阀，使得

转步骤S5；

S10：继续调节所述第三氧气调节子系统的第三氧气调节阀，使得

转步骤S5。

4.根据权利要求3所述的用于燃气燃烧的供氧调节方法，其特征在于，在步骤S2中，所述第一氧气调节子系统还包括第一氧气流量计，所述第一氧气流量计设于第一氧气调节阀与氧气供给器之间。

5.根据权利要求3所述的用于燃气燃烧的供氧调节方法，其特征在于，在步骤S3中，所述第二氧气调节子系统还包括第二氧气流量计，所述第二氧气流量计设于第二氧气调节阀与第一氧气管道之间。

6.根据权利要求3所述的用于燃气燃烧的供氧调节方法，其特征在于，在步骤S4中，所述第三氧气调节子系统还包括第三氧气流量计，所述第三氧气流量计设于第三氧气调节阀与第二氧气管道之间。

7.根据权利要求3所述的用于燃气燃烧的供氧调节方法，其特征在于，在步骤S6中，公式

通过如下步骤计算得到：

第二氧气调节子系统的第二氧气调节阀的调节精度满足公式(1)：

在步骤S4之后，第一氧气管道的氧气流量满足Q_o,I≈Q_o,z≈Q'_o,z，第二氧气管道的氧气流量满足公式(2)：

由公式(1)结合公式(2)得到

8.根据权利要求3所述的用于燃气燃烧的供氧调节方法，其特征在于，在步骤S7中，公式

通过如下步骤计算得到：

第三氧气调节子系统的第三氧气调节阀的调节精度满足公式(3)：

在步骤S4之后，第一氧气管道的氧气流量满足Q_o,I≈Q_o,z≈Q'_o,z，第三氧气管道的氧气流量满足公式(4)：

由公式(3)结合公式(4)得到

9.根据权利要求3所述的用于燃气燃烧的供氧调节方法，其特征在于，通过氧浓度C和空气流量值Q_a计算出氧气总管道的目标氧气流量值Q'_o,z的步骤中：氧浓度C的计算公式(5)如下：

由公式(5)可得公式(6)：

其中，Q_o为氧气总管道的目标氧气流量值Q'_o,z。

10.根据权利要求3所述的用于燃气燃烧的供氧调节方法，其特征在于，步骤S2中：1.5≤k≤5。

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