CN117366620A - 一种热风炉动态空燃比控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热风炉动态空燃比控制方法，包括如下步骤：基于升温速度不同将热风炉燃烧期划定为四个阶段：升温期、均热期、恒温期和保温期，基于不同燃烧期控制空、煤气量及空燃比，所述升温期为快速加热热风炉拱顶，使热风炉拱顶温度快速达到预定温度的时期；所述均热期为保证拱顶温度不变的条件下，快速提高高温区格子砖温度的时期；所述恒温期为快速实现低温区格子砖的加热的时期；所述保温期为热风炉达到温度要求后，在未进行换炉的期间，以最小的煤气消耗进行保温操作的时期。本发明针对不同供热期热风炉的主导传热机理，通过合理的控制空煤气量及空燃比，实现热风炉快速烧炉，并提高热风炉的换热效率，进而降低热风炉的能源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及于钢铁行业节能技术领域，尤其涉及一种热风炉动态空燃比控制方法。
背景技术
炼铁工序是钢铁行业最大的用能大户，能耗约占整个综合能耗的60％以上，降低炼铁工序能耗是解决钢铁行业能耗问题的一项重要手段。炼铁工序主要用能设备为高炉及热风炉，其中高炉利用还原反应将铁的氧化物转化为铁碳合金，为下一步炼钢、轧钢提供原料。热风炉为高炉提供合适温度的热风，通过经验可知热风温度每提高100℃降低高炉焦比3％～7％，同时热风炉也是高炉工序主要气体燃料消耗用户，其能耗占高炉工序的14％以上，如何提高热风温度的同时降低热风炉的消耗是炼铁工序亟待解决的难题。
发明专利一种热风炉空燃比优化控制方法(CN201910496517.7)根据烧炉状态自动设定初始煤气量4000立方米每小时，每隔80秒，增加500立方米每小时煤气量，达到设定的最大煤气量后，保持燃烧；当废气温度达到设定的管理温度时(190-230℃)，废气温度每升高一度，煤气量自动减少计算出的量，当废气温度达到最大(250℃)时，煤气用量为4000立方米每小时；这些步骤可以由PLC自动完成，因此通过优化程序控制，达到煤气精细控制的目的。该专利通过设计最优空燃比以及合理的煤气供入进行热风炉操作，但不同阶段热风炉的主导传热方法不同，采用一样的空燃比会造成烧炉末期烟气难以充满格子砖，造成温度的不均衡。
发明专利热风炉自动寻优燃烧智能控制方法(CN201010206032.9)提供了一种热风炉自动寻优燃烧智能控制方法，它基于总供热量计算，通过设定燃烧拱顶温度及废气温度目标值，空燃比模糊控制器在燃烧周期内实时寻优最佳空燃比系数，对助燃空气流量及混合煤气流量实时调节；助燃空气流量的控制由废气温度调节器、供热量调节器及助燃空气调节器完成；混合煤气流量的控制由拱顶温度调节器和混合煤气调节器完成；空燃比控制由空燃比模糊控制器完成。该发明能提高热风炉的燃烧控制水平，燃烧效率高，能源利用充分，蓄热能力强。该方法对于空燃比的调节采用模糊控制法，即以温度为目标调节空燃比使温度最高，这种方法在没有热值仪(或残氧仪)的前提下通常采用的方法，目的在于寻求最高理论燃烧温度，同样无法解决不同时期传热效率等问题。
发明专利一种大型高炉热风炉控制方法(CN201410160908.9)通过热风炉现场实际数据、燃烧与蓄热机理和结构材料方面分析，确定热风炉拱顶温度目标值，得到热风炉的启动能力和制动能力，通过子空间辩识得到离散状态方程；根据离散状态方程对现场实际数据进行优化处理，形成优化数据，将热风炉的燃烧均值数据和对优化数据做对比，高炉热风炉拱顶温度和废气温度二者分别作为输入信号响应函数的输入，形成子空间辩识状态方程响应输出图；采用离散状态方程和定义评价函数得到控制值；根据控制值对热风炉进行控制。该发明可以帮助工程技术人员根据工程经验设计预见步数，实现对热风炉燃烧非线性过程控制。但是经验模型的控制方式精度较低，同时依托于现场经验，一定条件下会产生错误的控制方式、方法。
通过对比文件来看，热风炉的先进操作主要体现在给定合理的空燃比，保证燃料在炉内的完全燃烧，同时通过控制煤气流量调节拱顶温度和排烟温度，实现格子砖的蓄热和放热，进而实现冷风加热。而热风炉的实际运行中，不同燃烧期的传热机理是不完全一致的，甚至在一个燃烧期格子砖不同位置的传热也不尽相同，一般来说高温区以辐射传热为主，而低温区为对流传热，因此需要提供新的加热方式，提高热风炉的传热效率，降低热风炉的燃耗。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种热风炉动态空燃比控制方法，本发明通过不同燃烧期的空燃比控制，保证拱顶温度及排烟温度的条件下，提高热风炉燃烧效率，降低热风炉的燃耗。本发明采用的技术手段如下：
一种热风炉动态空燃比控制方法，包括如下步骤：
基于升温速度不同将热风炉燃烧期划定为四个阶段：升温期、均热期、恒温期和保温期，基于不同燃烧期控制空、煤气量及空燃比，
其中，所述升温期为快速加热热风炉拱顶，使热风炉拱顶温度快速达到预定温度的时期；
所述均热期为保证拱顶温度不变的条件下，快速提高高温区格子砖温度的时期；
所述恒温期为快速实现低温区格子砖的加热的时期；
所述保温期为热风炉达到温度要求后，在未进行换炉的期间，以最小的煤气消耗进行保温操作的时期。
进一步地，所述升温期操作方法包括如下步骤：
热风炉点火燃烧开始进入升温期，操作方法为打开空、煤气阀门，空燃比按公式(1)计算，其中空气过剩系数α＝1.05～1.2，拱顶升温速率按10～15℃/min快速升温，直至拱顶温度大于目标热风温度50℃～100℃，进入均热期；
式中：a为空燃比；α为空气过剩系数；Qd为煤气低位发热量，单位为kj/Nm3。
进一步地，所述均热期操作方法包括如下步骤：
设定拱顶温度目标值及目标值的±1％～±5％作为温度上下限进行控制，通过控制煤气供入量保证拱顶温度在温度上下限的范围内，同时按空气过剩系数α均热＝1.1～1.5，调节空燃比，实现排烟升温速率达到0.1～20℃/min，达到最低允许排烟温度后，进入恒温期。
进一步地，所述最低允许排烟温度为240℃～300℃。
进一步地，所述恒温期操作方法包括如下步骤：
采用大空燃比模式进行加热，保证拱顶温度在下限之上运行，降低煤气量5％～10％，按空气过剩系数α恒温＝1.2～2.5，调节空燃比，保证排烟温度升温速率0.1～10℃/min，当排烟温度达到排烟目标温度，进入保温期。
进一步地，所述排烟目标温度为350℃～400℃。
进一步地，所述保温期操作方法包括如下步骤：
采用正常空燃比模式，空气过剩系数α保温＝1.05～1.2，降低煤气供入量，具体地，以拱顶温度为目标，使其大于所设定的最低温度，控制煤气量。保证拱顶温度在下限以上，同时监控排烟温度达到最高允许排烟温度，进行换炉或待换炉停炉操作。
进一步地，所述最高允许排烟温度为不大于400℃。
本发明具体采用策略的原因如下：
升温期：快速加热热风炉拱顶，使热风炉拱顶温度快速达到预定温度，需要采用弱氧化气氛的燃烧状态(空气过剩系数1.05～1.20)，保证理论燃烧温度最高，实现快速加热；
均热期：保证拱顶温度不变的条件下，快速提高格子砖温度，通过改变空燃比调节烟气发生量(空气过剩系数1.1～1.5)，实现不同工况辐射传热与对流传热在加热过程的主导作用，实现控制拱顶温度的前提下快速加热格子砖；
恒温期的目标是快速实现低温区格子砖的加热，由于该过程的传热以烟气与格子砖的对流传热为主，同时要兼顾格子砖内部烟气的均布，因此大幅提高空燃比(空气过剩系数1.2～2.5)，保证烟气充满各个格子砖孔，并提高烟气的流速强化对流传热；
保温期的目的在于热风炉达到温度要求后，在未进行换炉的期间，以最小的煤气消耗进行保温操作，调整空燃比实现弱氧化性(空气过剩系数1.05～1.20)，保证供入热量与损失的平衡。
本文所指热风炉为钢铁行业炼铁热风炉，为间歇工作蓄热式热风炉，适用于內燃、外燃、顶燃式热风炉，本发明针对不同供热期热风炉的主导传热机理，通过合理的控制空煤气量及空燃比，实现热风炉快速烧炉，并提高热风炉的换热效率，进而降低热风炉的能源消耗。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
某厂2580m3高炉有热风炉三座，为内燃式热风炉，采用两烧一送燃烧方式，原有烧炉状态为常规烧炉方法，燃料量控制方式，烧炉煤气为高炉煤气，煤气低发热量为800Kcal/Nm3，实时流量为100000Nm3/h，烧炉时间120min，送风时间90min，送风量5000Nm3/min，采用定空燃比模式，设置空燃比0.8，送风温度1200℃，排烟温度最高370℃，煤气单耗为1858kj/Nm3 热风。
采用本发明方法，燃烧初始升温期设定煤气量为120000Nm3/h，空燃比设定为0.67，空气过剩系数为1.05，燃烧时间10min，升温速率15℃/min，拱顶由1130℃快速加热到1280℃，达到拱顶温度最低要求，此时排烟温度由240℃升高至260℃，进入均热期，降低煤气量为90000Nm3/h，空燃比设定为0.75，空气过剩系数1.145，微调煤气量及空燃比使拱顶温度在1270℃～1290℃之间波动，经过46min，排烟温度达到300℃，升温速率0.8℃/min，进入恒温期，降低煤气量为80000Nm3/h，空燃比设定为1.2，空气过剩系数1.752，控制煤气量及空燃比使拱顶温度在1270℃～1290℃之间波动，经过54min，排烟温度达到360℃，升温速率1.12℃/min，进入保温期，降低煤气量为50000Nm3/h，空燃比设定为0.67，空气过剩系数1.05，控制煤气量及空燃比使拱顶温度在1270℃～1290℃之间波动，经过10min，排烟温度达到369℃，得到换炉指令，送风温度为1206℃，送风时间82min，送风量5050Nm3/min，单耗为1709kj/Nm3 热风，降低燃耗7.99％，节能效果显著。
实施例2
某厂3200m3高炉有热风炉四座，为外燃式热风炉，采用两烧两送燃烧方式，原有烧炉状态为常规烧炉方法，燃料量控制方式，烧炉煤气为高炉煤气，热值850Kcal/Nm3，实时流量为120000Nm3/h，烧炉时间120min，送风时间70min，送风量6000Nm3/min，采用定空燃比模式，设置空燃比0.78，送风温度1200℃，排烟温度最高400℃，煤气单耗为2030kj/Nm3 热风。
采用本发明方法，燃烧初始升温期设定煤气量为140000Nm3/h，空燃比设定为0.75，空气过剩系数1.055，燃烧时间12min，升温速率10℃/min，拱顶由1150℃快速加热到1270℃，达到拱顶温度最低要求，此时排烟温度由220℃升高至240℃，进入均热期，降低煤气量为120000Nm3/h，空燃比设定为0.86，空气过剩系数为1.206，微调煤气量及空燃比使拱顶温度在1260℃～1280℃之间波动，经过52min，排烟温度达到310℃，升温速率1.3℃/min，进入恒温期，降低煤气量为100000Nm3/h，空燃比设定为1.2，空气过剩系数为2.089，控制煤气量及空燃比使拱顶温度在1270℃～1290℃之间波动，经过44min，排烟温度达到380℃，升温速率1.59℃/min，进入保温期，降低煤气量为80000Nm3/h，空燃比设定为0.75，空气过剩系数1.055，控制煤气量及空燃比使拱顶温度在1270℃～1290℃之间波动，经过14min，排烟温度达到400℃，未得到换炉指令停炉保温；送风温度为1212℃，送风时间72min，送风量5890Nm3/min，单耗为1828kj/Nm3 热风，降低燃耗9.96％，节能效果显著。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种热风炉动态空燃比控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
基于升温速度不同将热风炉燃烧期划定为四个阶段：升温期、均热期、恒温期和保温期，基于不同燃烧期控制空、煤气量及空燃比，
其中，所述升温期为快速加热热风炉拱顶，使热风炉拱顶温度快速达到预定温度的时期，按10～15℃/min快速升温；
所述均热期为保证拱顶温度不变的条件下，快速提高高温区格子砖温度的时期，排烟升温速率为0.1～20℃/min，；
所述恒温期为快速实现低温区格子砖的加热的时期，排烟温度升温速率为0.1～10℃/min；
所述保温期为热风炉达到温度要求后，在未进行换炉的期间，以最小的煤气消耗进行保温操作的时期。
2.根据权利要求1所述的热风炉动态空燃比控制方法，其特征在于，所述升温期操作方法包括如下步骤：
热风炉点火燃烧开始进入升温期，操作方法为打开空、煤气阀门，空燃比按公式(1)计算，其中空气过剩系数α＝1.05～1.2，直至拱顶温度大于目标热风温度50℃～100℃，进入均热期；
式中：a为空燃比；α为空气过剩系数；Qd为煤气低位发热量，单位为kj/Nm3。
3.根据权利要求2所述的热风炉动态空燃比控制方法，其特征在于，所述均热期操作方法包括如下步骤：
设定拱顶温度目标值及目标值的±1％～±5％作为温度上下限进行控制，通过控制煤气供入量保证拱顶温度在温度上下限的范围内，同时按空气过剩系数α均热＝1.1～1.5，调节空燃比，达到最低允许排烟温度后，进入恒温期。
4.根据权利要求3所述的热风炉动态空燃比控制方法，其特征在于，所述最低允许排烟温度为240℃～300℃。
5.根据权利要求2～4任一项所述的热风炉动态空燃比控制方法，其特征在于，所述恒温期操作方法包括如下步骤：
采用大空燃比模式进行加热，保证拱顶温度在下限之上运行，降低煤气量5％～10％，按空气过剩系数α恒温＝1.2～2.5，调节空燃比，当排烟温度达到排烟目标温度，进入保温期。
6.根据权利要求5所述的热风炉动态空燃比控制方法，其特征在于，所述排烟目标温度为350℃～400℃。
7.根据权利要求1所述的热风炉动态空燃比控制方法，其特征在于，所述保温期操作方法包括如下步骤：
采用正常空燃比模式，空气过剩系数α保温＝1.05～1.2，降低煤气供入量，保证拱顶温度在下限以上，同时监控排烟温度达到最高允许排烟温度，进行换炉或待换炉停炉操作。
8.根据权利要求7所述的热风炉动态空燃比控制方法，其特征在于，所述最高允许排烟温度为不大于400℃。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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