CN202274761U - 加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种加热炉自动控制装置，具体是提供一种加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置，其结构包括加热炉的炉膛，所述加热炉炉膛连接加热炉烟道(2)，烟道(2)安装烟气采样分析(5)，对采集的烟气进行处理并分析，送入自动控制装置作为信号，其采用加热炉的炉尾烟气成分以O2含量、CO/CO2含量为主，H2含量为辅、使用加热炉燃烧数学模型计算燃烧气氛，并以此为控制目标，对燃烧助燃风流量、引风流量、燃料流量进行机械调节或变频调节，在满足工艺对温度以及压力、燃烧气氛的前提下，以实现燃料的节能燃烧以及燃烧气氛、压力可调，降低加热炉金属加热坯件的氧化烧损和优化燃烧与优化运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种加热炉自动控制装置，具体是提供一种加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置，其应用于使用燃料燃烧加热的连续型加热炉，以自动优化控制加热炉内部燃料燃烧气氛与燃烧质量，用于减少加热炉金属坯件氧化烧损和优化运行，适用于连续型推钢式、步进式、环形轧钢加热炉，也可用于各种形式的普通式或蓄热式加热炉。
背景技术
现有的使用燃料燃烧的连续型加热炉对降低金属坯件氧化烧损所采取的措施主要有：①减少空燃(煤)比例，以过量燃料配比少量助燃风进行不完全燃烧，在加热炉内部形成较强的还原性气氛，以降低金属坯件的氧化烧损。②在金属坯件表面涂装保护性物质即所谓的高温防氧化涂料再进行加热，用于减少氧化烧损。③加强生产管理，严格控制加热时间和加热温度，控制炉膛压力，控制燃料热值和压力等工况，尽可能的保证燃料燃烧的稳定性。
但这些措施实际应用的效果却不是很理想，原因是：①不完全燃烧耗费大量燃料，排放气体污染环境，而且对于安全生产也有很大的隐患，也背离了节能降耗的生产原则。②涂装高温防氧化涂料降低氧化烧损虽然可行，但成本太高，效果却不明显，而且操作比较复杂且费时，影响企业的生产效率和生产成本。③加强生产管理虽然达到很好的效果，但实际上对于操作人员的技术水平和工作强度有很高要求，而且工况变化较快，依靠经验和人工调整往往达不到很好的效果，推广性也比较差。
发明内容
本实用新型是针对以上问题，提供一种加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置，其通过提高加热炉的燃料燃烧质量、控制燃烧气氛来降低加热炉金属坯件的氧化烧损；通过检测加热炉炉尾烟气成分，通过O2含量，CO/CO2比例含量以及H2的含量来控制燃料流量和助燃风流量，以达到合适的燃烧气氛；控制炉膛压力以稳定燃烧烟气流向；自动分析数据并建立特定加热炉控制数据模型，自动控制助燃风流量并以燃料稳定特性自动修正助燃风流量，自动控制炉膛压力，通过这一系列控制用以减少加热炉金属坯件氧化烧损。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置，包括加热炉的炉膛，所述加热炉炉膛连接加热炉烟道(2)，加热炉烟道(2)内设置有引风机(3)，所述引风机(3)连接引风流量调节装置(1)；所述加热炉烟道(2)还连接有烟气采样机构；所述炉膛的金属坯件入炉口(4)处设置有炉膛压力检测器(15)；所述炉膛的金属坯件入炉口(4)与出钢口(21)之间分别设置加热炉预热段(32)，加热炉加热段(33)和加热炉均热段(34)，所述加热炉预热段(32)，加热炉加热段(33)和加热炉均热段(34)分别设置有加热炉燃烧器(35)和加热炉分段温度检测器(20)，所述的加热炉燃烧器(35)通过管路连接燃料控制机构，所述燃料控制机构通过燃料总管管道(23)连接燃料总管机构，并通过助燃风总管管道(22)连接助燃风机构。
烟气采样机构包括设置于所述加热炉烟道(2)内的烟气采样探头(5)，所述烟气采样探头(5)通过烟气过滤器(6)连接三通电磁阀(8)，所述三通电磁阀(8)还分别连接压缩气体反吹和校验气体(7)和烟气冷却器(9)，所述烟气冷却器(9)依次串连有烟气O2浓度检测气室(10)，烟气H2浓度检测气室(11)，烟气CO浓度检测气室(12)，烟气CO2浓度检测气室(13)和烟气采样泵(14)。
燃料控制机构包括并接的燃料分组控制阀(16)和助燃风分组控制阀(18)，所述燃料分组控制阀(16)连接有燃料分组流量计(17)，所述的助燃风分组控制阀(18)连接有助燃风分组流量计(19)，所述的燃料分组控制阀(16)连接燃料总管机构，所述的助燃风分组控制阀(18)连接助燃风机构。
燃料总管机构由串接的燃料总管流量计(24)，燃料总管压力检测器(25)，燃料总管调节阀(26)和燃料总管(27)构成，所述的助燃风机构由串联的助燃风总管流量计(28)，助燃风总管调节阀(29)，助燃风流量调节装置(30)和助燃风机(31)构成。
本实用新型的一种加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置，具有以下特点：
①抛弃传统氧化锆测量氧含量的烟气分析仪，采用快速准确的电化学分析和光学分析设备，并将烟气进行预处理，去除影响设备精度和寿命的有害成分，再进行集中在线分析。并以O2含量、CO/CO2含量为主，H2含量为辅，综合计算出加热炉内部的燃烧气氛。
②以O2含量、CO/CO2含量为主，H2含量为辅，根据加热炉特定工况参数数学模型设定控制目标值，利用变频调速技术调节助燃风流量，并辅以炉膛压力控制，稳定燃烧气氛、稳定燃烧烟气流向，实现燃烧气氛的稳定控制。
③将燃料的压力、流量、热值等信号作为控制回路的干扰信号，实行预先调节，以抵消燃料工况变化扰动对控制效果的影响。
④以加热炉分段烧嘴分布情况、烧嘴类型、分段温度控制要求作为参数，应用测量到的燃烧气氛作为参考信号，使用控制数学模型进行综合控制，均热段与加热段保持控制在还原状态，预热段燃烧加热段和均热段多余的燃气，实现优化燃烧和气氛燃烧。
与现有技术相比，本实用新型的一种加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置，以燃烧气氛控制的方法最大限度的降低加热炉金属坯件的氧化烧损量，并优化燃烧质量，节约燃料，减少排放；控制系统综合加热炉特定参数，建立数学模型，全程自动控制燃烧质量、燃烧气氛、炉膛压力，只需要将特定加热炉特性参数输入控制系统，便可移植到不同的加热炉，适合推广应用。
附图说明
图1是一种加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置的结构原理图。
图1中：1-引风流量调节装置，2-加热炉烟道，3-引风机，4-金属坯件入炉口，5-烟气采样探头，6-烟气过滤器，7-压缩气体反吹和校验气体，8-三通电磁阀，9-烟气冷却器，10-烟气O2浓度检测气室，11-烟气H2浓度检测气室，12-烟气CO浓度检测气室，13-烟气CO2浓度检测气室，14-烟气采样泵，15-炉膛压力检测器，16-燃料分组控制阀，17-燃料分组流量计，18-助燃风分组控制阀，19-助燃风分组流量计，20-加热炉分段温度检测器，21-出钢口，22-助燃风总管管道，23-燃料总管管道，24-燃料总管流量计，25-燃料总管压力检测器，26-燃料总管调节阀，27-燃料总管，28-助燃风总管流量计，29-助燃风总管调节阀，30-助燃风流量调节装置，31-助燃风机，32-加热炉预热段，33-加热炉加热段，34-加热炉均热段，35-加热炉燃烧器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的一种加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置作进一步的描述。
如图1所示，燃料管道27安装总管调节阀26，压力检测器25，流量检测24，然后分支成多条分管至各分组控制回路；与燃料管道相似，助燃风由风量调节控制机构30，拖动助燃风机31，使用总管调节阀29调节，总管流量计28检测助燃风总流量，然后分支成多条支管至各分组控制回路；在每一组分组燃烧系统中，助燃风支管安装调节阀18，支管流量计19，燃料支管安装调节阀16，支管流量计17，燃料和助燃风进入燃烧器35进行混合与燃烧；燃烧时，使用加热炉分段温度检测器20和炉膛压力检测器15监控燃烧情况，在烟道换热器前安装烟气采样探头5，烟气由烟气采样泵14抽取，然后通过烟气过滤器6过滤，通过三通电磁阀8，经过烟气冷却器9进行冷却除杂，然后依次通过烟气O2浓度检测气室10，烟气H2浓度检测气室11，烟气CO浓度检测气室12，烟气CO2浓度检测气室13，测量烟气中多种成分的含量，并送至气氛燃烧控制系统，最后烟气通过烟气取样泵排出。加热炉烟气通过烟道，使用引风机3吸引并排出，引风机使用流量控制系统1进行调节。
氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置根据检测到的O2，H2，CO，CO2含量，建立O2浓度，CO/CO2浓度比，H2浓度与燃烧气氛的数学模型，并结合加热炉工况特性，建立燃烧气氛-分组配风流量调节自动控制回路，炉膛压力-引风流量调节自动控制回路，并以燃料压力和流量变化为扰动信号，对分组配风流量进行修正调节。
当加热炉加热能力提高时，操作人员增加总管燃料流量，控制装置自动强制空燃比提高总管助燃风流量，自稳定状态起，燃烧气氛数学模型自动根据烟气成分变化，对分组配风阀和分组燃料阀进行微调，直到燃烧气氛处于微还原气氛状态，并达到稳定状态。
当加热炉加热能力减小时，操作人员减少总管燃料流量，控制装置自动强制空燃比降低总管助燃风流量，自稳定状态起，燃烧气氛数学模型自动根据烟气成分变化，对分组配风阀和分组燃料阀进行微调，直到燃烧气氛处于微还原气氛状态，并达到稳定状态。
当燃料流量、压力因外部因素影响发生变化时，此时的燃烧气氛和燃烧质量必定会发生变化，此时燃烧气氛数学模型自动根据燃料流量、压力变化的程度，对分组配风阀和分组燃料阀进行快速修正，自稳定状态起，再根据烟气所检测到的燃烧气氛，对分组配风阀和分组燃料阀进行二次微调，以至稳定微还原状态运行。
以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置，包括加热炉的炉膛，所述加热炉炉膛连接加热炉烟道(2)，其特征在于，所述加热炉烟道(2)内设置有引风机(3)，所述引风机(3)连接引风流量调节装置(1)；所述加热炉烟道(2)还连接有烟气采样机构；所述炉膛的金属坯件入炉口(4)处设置有炉膛压力检测器(15)；所述炉膛的金属坯件入炉口(4)与出钢口(21)之间分别设置加热炉预热段(32)，加热炉加热段(33)和加热炉均热段(34)，所述加热炉预热段(32)，加热炉加热段(33)和加热炉均热段(34)分别设置有多组加热炉燃烧器(35)和加热炉分段温度检测器(20)，所述的加热炉燃烧器(35)通过管路连接燃料控制机构，所述燃料控制机构通过燃料总管管道(23)连接燃料总管机构，并通过助燃风总管管道(22)连接助燃风机构。
2.根据权利要求1所述的一种加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置，其特征在于，所述的烟气采样机构包括设置于所述加热炉烟道(2)内的烟气采样探头(5)，所述烟气采样探头(5)通过烟气过滤器(6)连接三通电磁阀(8)，所述三通电磁阀(8)还分别连接压缩气体反吹和校验气体(7)和烟气冷却器(9)，所述烟气冷却器(9)依次串连有烟气O2浓度检测气室(10)，烟气H2浓度检测气室(11)，烟气CO浓度检测气室(12)，烟气CO2浓度检测气室(13)和烟气采样泵(14)。
3.根据权利要求1所述的一种加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置，其特征在于，所述的燃料控制机构包括并接的燃料分组控制阀(16)和助燃风分组控制阀(18)，所述燃料分组控制阀(16)连接有燃料分组流量计(17)，所述的助燃风分组控制阀(18)连接有助燃风分组流量计(19)，所述的燃料分组控制阀(16)连接燃料总管机构，所述的助燃风分组控制阀(18)连接助燃风机构。
4.根据权利要求3所述的一种加热炉氧化烧损优化气氛燃烧自动控制装置，其特征在于，所述的燃料总管机构由串接的燃料总管流量计(24)，燃料总管压力检测器(25)，燃料总管调节阀(26)和燃料总管(27)构成，所述的助燃风机构由串联的助燃风总管流量计(28)，助燃风总管调节阀(29)，助燃风流量调节装置(30)和助燃风机(31)构成。
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