CN208108511U - 一种热风炉燃烧自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热风炉燃烧自动控制系统，属于热风炉领域。它包括燃料出口管上设有的燃料流量检测装置和燃料调节阀，助燃气管上设有的助燃气流量检测装置和助燃气调节阀，还包括燃料分析仪，在热风炉上部内壁上设有温度传感器，燃料出口管和助燃气管均与燃烧器连通，燃烧器与热风炉连通，所述的温度传感器、燃料流量检测装置、助燃气流量检测装置和燃料分析仪均与控制器输入端连接，控制器输出端与燃料调节阀和助燃气调节阀连接。针对现有技术中燃料成分和热值的随机性及不可控性对热风炉自动燃烧造成影响的问题，它可以有效减少燃料成分和热值的随机性及不可控性对热风炉自动燃烧所造成的影响。

Description

一种热风炉燃烧自动控制系统

技术领域

本发明属于热风炉领域，更具体地说，涉及一种热风炉燃烧自动控制系统。

背景技术

热风炉的工艺特点决定了热风炉燃烧过程的复杂性与不易控性。这些问题都是实现燃烧过程自动控制的难点，具体体现在以下几个方面：

(1)燃料成分和热值的随机性及不可控性。热风炉燃烧使用的是高炉燃料、转炉燃料和焦炉燃料的混合或者其中之一。由于高炉生产的不稳定性，造成高炉燃料的热值波动较大且高炉燃料压力波动频繁。同时由于用户较多，焦炉燃料流量也非常的不稳定，致使三种燃料的成分波动，造成燃烧过程的波动，进而致使燃料燃烧不充分，存在浪费燃料，污染环境的问题。

(2)最佳燃烧配比的不易确定性。由于燃料本身的成分波动，造成燃烧过程燃料配比的较大变动，最佳的空燃配比不易确定且不易寻找。因此，整个燃烧过程必须克服这个问题。现有技术中为了实现燃料充分燃烧多以拱顶温度、燃料流量和废气氧含量为目标控制最佳空燃比，但在实际情况中影响最佳空燃比的因素较多，并不能实现真正的充分燃烧。

(3)高炉燃料压力波动的频繁性。由于高炉燃料压力的波动，造成燃料流量的频繁波动。燃料供给的变化直接导致燃烧过程的不稳定性。因此，必须建立一种快速精确的稳定流量的控制方式。而实现燃料流量稳定的最根本的条件就是控制好燃料流量的调节阀，从而实现通过精确控制调节阀而达到精确控制燃料流量，克服燃料压力扰动的效果。

(4)燃烧过程速度的不易控制性。燃烧速度的控制也是一个必须考虑的问题。过快的燃烧速度削弱了热风炉的蓄热量，过慢的燃烧速度又不能满足高炉对风温的使用要求。因此，必须通过合理的控制手段，使热风炉按照设定的燃烧时间合理的燃烧。

(5)确保燃烧过程的安全性。热风炉燃烧过程有严格的安全规定。如何确保燃烧过程的安全是自动燃烧系统首先要解决的问题。

中国实用新型专利，授权公告号：CN 204513798U，授权公告日：2015.07.29，公开了一种热风炉燃烧控制装置，属于热风炉设备控制装置技术领域，用于对热风炉燃烧进行自动控制。其技术方案是：该实用新型利用燃料测量仪表、助燃风测量仪表、烟气测量仪表获取与热风炉连接的燃料管道、助燃风管道和烟气管道中的燃料、助燃风和烟气数据，构建空燃比自动计算模型，使空燃比实时自动计算，并将操作工人工经验所获得的空燃比值同时引入自动控制装置中，预防分析仪表出现故障时，控制装置可以继续实施控制。其不足之处在于，该专利的技术方案构建空燃比自动计算模型，使空燃比实时自动计算，但在该技术方案中关于空燃比自动计算模型的技术手段是不清楚的，本领域技术人员无法顺利实施该技术方案；另外，该方案中变量过多，控制复杂，实际操作中难以达到理想的控制目标。

2007中国钢铁年会论文集，论文名称：《热风炉自动燃烧系统的研究与应用》，作者：杨永奇、杨伟强，该文献提出了燃料成分和热值的随机性及不可控性，在控制策略中保持了最优的空燃比，但并未给出具体实现的技术手段。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有技术中燃料成分和热值的随机性及不可控性对热风炉自动燃烧造成影响的问题，本发明提供了一种热风炉燃烧自动控制系统及其方法。它可以有效减少燃料成分和热值的随机性及不可控性对热风炉自动燃烧所造成的影响。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种热风炉燃烧自动控制系统，包括燃料出口管上设有的燃料流量检测装置和燃料调节阀，助燃气管上设有的助燃气流量检测装置和助燃气调节阀，还包括燃料分析仪，在热风炉上部内壁上设有温度传感器，燃料出口管和助燃气管均与燃烧器连通，燃烧器与热风炉连通，所述的温度传感器、燃料流量检测装置、助燃气流量检测装置和燃料分析仪均与控制器输入端连接，控制器输出端与燃料调节阀和助燃气调节阀连接。

优选地，沿燃料输送方向上，一端与燃烧器入口连通的燃料出口管上依次设有燃料分析仪、燃料流量检测装置和燃料调节阀，燃料出口管另一端与煤气柜出口连通，所述煤气柜入口与燃料入口管连通。

优选地，还包括燃料压力检测装置，沿燃料流动方向，所述的燃料压力检测装置分别位于煤气柜出口处和燃烧器入口处的燃料出口管上，所述的燃料压力检测装置与控制器输入端连接。

优选地，还包括阀门开度传感器，在助燃气调节阀与燃烧器入口连通的助燃气管上设有所述的阀门开度传感器，在燃料调节阀与燃烧器入口连通的燃料出口管上也设有所述的阀门开度传感器，阀门开度传感器与控制器输入端连接。

优选地，与热风炉连通的废气管上设有氧含量分析仪和温度传感器，所述的温度传感器和氧含量分析仪均与控制器输入端连接。

优选地，热风炉入口与燃烧器出口连通，在热风炉上部内壁上均匀分布有多个温度传感器，温度传感器与控制器输入端连接。

优选地，所述的助燃气流量检测装置和助燃气调节阀均位于助燃气管上，助燃气管一端与助燃气柜连通，助燃气管另一端与燃烧器入口连通。

一种热风炉燃烧自动控制方法，其步骤为：

A、构建以上所述的一种热风炉燃烧自动控制系统，打开燃料分析仪，燃料分析仪检测的燃料组分和热值数据实时传送给控制器，控制器根据空燃比模型实时计算确定燃料充分燃烧所需要的燃料流量和助燃气流量的理想比值x，根据阀门的流量特性，从而确定燃料调节阀和助燃气调节阀的开度比z；

B、燃烧初期：

B1、先打开助燃气调节阀，增大助燃气流量，开度为10％-15％，延时5-10s；再根据燃料调节阀和助燃气调节阀的开度比z，控制器调节燃料调节阀的开度，延时5-10s；

B2、增大助燃气调节阀开度，与此同时，按照控制器计算得到的开度比z，实时调节燃料调节阀开度，直到助燃气调节阀开度或燃料调节阀开度到达最大时为止；

烟气含氧量调节：

与上述内容同时，热风炉上的温度传感器检测热风炉拱顶温度并传输给控制器，与设定的拱顶温度相比较，在未达到预期拱顶温度期间，检测烟气含氧量为y，理想的烟气含氧量范围为a-b；

若y<(a+b)/2，则关小燃料调节阀开度，同时控制器根据开度比z，调节助燃气调节阀开度；或增大助燃气调节阀开度，同时控制器根据开度比z，调节燃料调节阀开度；若y>(a+b) /2，则关小助燃气调节阀开度或者保持不变，同时控制器根据开度比z，调节燃料调节阀开度；或增大燃料调节阀开度，同时控制器根据开度比z，同时调节助燃气调节阀开度；

C、蓄热期

在达到预期拱顶温度之后，进入蓄热器，在保证拱顶温度不变的情况下，依据控制器检测烟气温度，计算得到的烟气温升速率的快慢，来调整助燃气调节阀开度或燃料调节阀开度，如果温升速率快，则关小燃料调节阀开度，同时控制器根据开度比z，调节助燃气调节阀开度；然后再关小助燃气调节阀开度，同时控制器根据开度比z，调节燃料调节阀开度；如果温升速率慢，则增大助燃气调节阀开度，同时控制器根据开度比z，调节燃料调节阀开度；然后再增大燃料调节阀开度，同时控制器根据开度比z，调节助燃气调节阀开度；以使烟气温度达到设定温度值；

蓄热期以烟气温度以及烟气温升速率作为助燃气调节阀、燃料调节阀的调控指标，同时以烟气含氧量细微调控阀门开度，调节方式同步骤C；

D、蓄热饱和期

当烟气温度达到设定值之后，进入蓄热饱和期，控制器调节燃料调节阀开度逐渐减小，同时控制器根据开度比z，调节助燃气调节阀开度；同时控制器继续维持对拱顶温度的控制，直到燃烧结束。

优选地，燃料流量和助燃气流量的理想比值为；

其中：

V_o2，助燃气中的氧气体积分数；

b₀——H₂的质量-体积浓度；

b₁——CO的质量-体积浓度；

b₂——CH₄的质量-体积浓度；

a₃——C_nH_m的体积浓度；

b₄——O₂的质量-体积浓度。

优选地，调节助燃气调节阀开度后，控制器通过助燃气流量检测装置检测出的助燃气的实际流量，控制器根据空燃比模型实时计算确定燃料充分燃烧所需要的燃料流量和助燃气流量的理想比值x，然后再根据阀门的流量特性，从而确定燃料调节阀的开度，调节燃料调节阀；

调节燃料调节阀开度后，控制器通过燃料流量检测装置检测出的燃料的实际流量，控制器根据空燃比模型实时计算确定燃料充分燃烧所需要的燃料流量和助燃气流量的理想比值x，然后再根据阀门的流量特性，从而确定助燃气调节阀的开度，调节助燃气调节阀。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种热风炉燃烧自动控制系统，热风炉上的温度传感器检测热风炉炉顶温度，燃料流量检测装置检测燃料流量，助燃气流量检测装置检测助燃气流量，燃料分析仪检测燃料组分含量以及燃料热值，以上数据全部输送到控制器输入端，以最优空燃比为目标，即确保燃料充分燃烧，并释放出全部热量；控制器根据模型实时计算出助燃气所需设置的流量，与助燃气流量检测装置检测出的助燃气的实际流量进行比较，通过控制器输出端控制燃料调节阀和助燃气调节阀的开度大小，进而精确控制热风炉燃烧过程，用以有效减少燃料成分和热值的波动对热风炉燃烧所造成的影响；

(2)本发明的一种热风炉燃烧自动控制系统，所述的煤气柜可以有效的稳定燃料入口管压力：当燃料入口管压力高于煤气柜的设计压力，燃料就进入煤气柜储存；当燃料入口管压力降低时，煤气柜中的燃料补入燃料入口管，通过煤气柜可有效降低高炉燃料压力波动频繁对热风炉燃烧所造成的影响；

(3)本发明的一种热风炉燃烧自动控制系统，通过燃料出口管的两端上设置燃料压力检测装置，用以检测煤气柜出口处和燃烧器入口处的压力值，并输送给控制器，用以检测燃料出口管上燃料压力的变化，控制器接收到该压力变化值后，与设定的安全压力值比较，该安全压力值与热风炉内部压力、煤气柜出口处和燃烧器入口处的压力均相关，若超出安全压力值的范围，则发出警报声，启动紧急安全运行程序，以确保压力变化在可控范围内，确保热风炉安全自动燃烧；

(4)本发明的一种热风炉燃烧自动控制系统，阀门开度传感器用于检测燃料调节阀和助燃气调节阀的开度大小以及开度变化情况；燃料调节阀和助燃气调节阀可以选择使用蝶阀和球阀，优先选择使用蝶阀，蝶阀的流量特性接近等百分比特性可以更加精确的控制阀门的开度大小，从而确保自动燃烧过程的精确化控制；

(5)本发明的一种热风炉燃烧自动控制系统，废气管上的温度传感器检测废气温度，氧含量分析仪检测废气中的氧含量，以上数据全部输送到控制器输入端，以最优空燃比为目标，根据燃烧期和蓄热期对热风炉炉顶温度不同的变化需求，控制器对上述数据进行处理后，通过控制器输出端控制燃料调节阀和助燃气调节阀的开度大小，进而精确控制热风炉燃烧过程，以有效减小燃料成分和热值的波动，以及高炉燃料压力波动频繁对热风炉燃烧所造成的影响；

(6)本发明的一种热风炉燃烧自动控制系统，多个温度传感器的设置，能够更加准确的反应热风炉炉顶温度值，热风炉上部内壁上均匀分布的多个温度传感器的温度值输送给控制器输入端，控制器对温度值进行滤波处理，剔除异常值后，可选用中值滤波或算术平均滤波，以得到精确的热风炉炉顶温度值，进而提高热风炉燃烧自动控制的精度；

(7)本发明的一种热风炉燃烧自动控制系统，助燃气柜提供压力和成分固定的助燃气通入到燃烧器内，从而避免助燃气压力和成分的波动对热风炉自动燃烧控制所造成的影响，控制器仅需通过助燃气调节阀，控制助燃气的流量即可实现对热风炉的燃烧期和蓄热期的燃烧过程控制；

(8)本发明的一种热风炉燃烧自动控制方法，助燃气柜提供压力和成分固定的助燃气，且助燃气和燃料流速均恒定，从而确保助燃气管道压力恒定，燃料流速的恒定减少了影响燃料压力波动的因素，在热风炉自动燃烧控制时，减少了控制的变量数量，从而使控制方法简化，节省控制成本，便于实现热风炉自动燃烧的精确控制；

(9)本发明的一种热风炉燃烧自动控制方法，燃烧初期的调节效果是，在确保充分燃烧(保持理想空燃比)的前提下，调节燃料调节阀开度到达最大，加速燃烧过程，尽快达到或者接近设定的拱顶温度；同时，确保烟气含氧量维持在理想范围内，烟气氧含量高，说明燃烧过充分，因此需要减小助燃气量或者增大燃料量或者助燃气调节阀不变；烟气氧含量高，说明燃烧不充分，因此需要增大助燃气量或者减小燃料量；

(10)本发明的一种热风炉燃烧自动控制方法，实现了热风炉燃料热值、助燃空气管道压力以及混合燃料管道压力以及空气和混合燃料的流量波动等方面的综合考虑，可以最大限度的减少燃料成分和热值的随机性及不可控性，最佳燃烧配比的不易确定性，高炉燃料压力波动的频繁性，最大限度的实现热风炉燃烧充分燃烧的最优性控制；

(11)本发明的一种热风炉燃烧自动控制方法，通过对热风炉燃烧过程中最佳空燃比的寻找，不仅可以减少燃料的消耗量，节省能源，而且还可以减少燃烧不充分所产生的大量NO₂和SO₂，减轻了对环境的污染。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为煤气柜的示意图。

图中：1、煤气柜；11、活塞；12、燃料入口管；13、燃料出口管；131、燃料压力检测装置；132、燃料流量检测装置；133、燃料分析仪；134、燃料调节阀；135、阀门开度传感器；21、助燃气管；211、助燃气流量检测装置；212、助燃气调节阀；2、燃烧器；3、热风炉；31、温度传感器；32、废气管；321、氧含量分析仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

结合图1和2，一种热风炉燃烧自动控制系统，包括设置在热风炉3上的温度传感器31，一端与燃烧器2入口连通的燃料出口管13上设有燃料压力检测装置131、燃料流量检测装置 132和燃料调节阀134，与燃烧器2入口连通的助燃气管21上设有助燃气流量检测装置211 和助燃气调节阀212，还包括设在燃料出口管13上的燃料分析仪133，与热风炉连通的废气管32上设有氧含量分析仪321和温度传感器31，所述的温度传感器31、燃料压力检测装置 131、燃料流量检测装置132、助燃气流量检测装置211、燃料分析仪133和氧含量分析仪321 均与控制器输入端连接，控制器输出端与燃料调节阀134和助燃气调节阀212连接。

实施例2

结合图1和2，一种热风炉燃烧自动控制系统，包括燃料出口管13上设有的燃料流量检测装置132和燃料调节阀134，助燃气管21上设有的助燃气流量检测装置211和助燃气调节阀212，还包括燃料分析仪133，在热风炉3上部内壁上设有温度传感器31，燃料出口管13 和助燃气管21均与燃烧器2连通，燃烧器2与热风炉3连通，所述的温度传感器31、燃料流量检测装置132、助燃气流量检测装置211和燃料分析仪133均与控制器输入端连接，控制器输出端与燃料调节阀134和助燃气调节阀212连接。

燃烧器2上设有燃料入口和助燃气入口，燃料出口管13与燃烧器2上的燃料入口连通，助燃气管21与燃烧器2上的助燃气入口连通，燃烧器2出口与热风炉3入口连通。热风炉3外侧均匀设有多个燃烧器2，多个燃烧器2的接入在热风炉3内形成漩涡，导致热风炉3顶部的温度分布差异性较大，即热风炉3顶部的温度不能真实的反应热风炉3炉顶温度值，而本申请中为得到真实的热风炉3炉顶温度值，创造性地将温度传感器31设置在热风炉3上部，能够更加准确的反应热风炉3炉顶温度值；能够更加准确地稳定拱顶温度变化幅度，以及变化频次，减少温度波动，使得热风炉燃烧状态稳定，节省燃料量。

热风炉3上的温度传感器31检测热风炉3炉顶温度，燃料流量检测装置132检测燃料流量，助燃气流量检测装置211检测助燃气流量，燃料分析仪133检测燃料组分含量以及燃料热值，以上数据全部输送到控制器输入端，以最优空燃比为目标，即确保燃料充分燃烧，并释放出全部热量；控制器根据模型实时计算出助燃气所需设置的流量，与助燃气流量检测装置211检测出的助燃气的实际流量进行比较，通过控制器输出端控制燃料调节阀134和助燃气调节阀212的开度大小，进而精确控制热风炉燃烧过程，用以有效减少燃料成分和热值的波动对热风炉3燃烧所造成的影响。

实施例3

结合图1和2，本实施例的一种热风炉燃烧自动控制系统，在实施例1或2的基础上作进一步改进，沿燃料输送方向上，一端与燃烧器2入口连通的燃料出口管13上依次设有燃料分析仪133、燃料流量检测装置132和燃料调节阀134，燃料出口管13另一端与煤气柜1出口连通，所述煤气柜1入口与燃料入口管12连通。

所述的煤气柜1可以有效的稳定燃料入口管12：当燃料入口管12压力高于煤气柜1的设计压力，燃料就进入煤气柜储存；当燃料入口管12压力降低时，煤气柜1中的燃料补入燃料入口管12，通过煤气柜1可有效降低高炉燃料压力波动频繁对热风炉燃烧所造成的影响。

煤气柜1的种类很多，在本申请中可以根据应用需要，选择湿式气柜、干式气柜、直升式、螺旋式、满膛水槽或环形水槽，如按材质不同又有预应力钢筋混凝土水槽和钢结构水槽之别。

实施例4

结合图1和2，本实施例的一种热风炉燃烧自动控制系统，在实施例1或2或3的基础上作进一步改进，还包括燃料压力检测装置131，沿燃料流动方向，所述的燃料压力检测装置131分别位于煤气柜1出口处和燃烧器入口处的燃料出口管13上，所述的燃料压力检测装置131与控制器输入端连接。

通过燃料出口管13的两端上设置燃料压力检测装置131，用以检测煤气柜1出口处和燃烧器入口处的压力值，并输送给控制器，用以检测燃料出口管13上燃料压力的变化，控制器接收到该压力变化值后，与燃料出口管13上设定的压力变化值比较，进而控制燃料调节阀 134开度大小，进一步减小燃料压力变化对热风炉3的燃烧影响，当燃烧器入口处的压力值大于煤气柜1出口处压力值时，控制燃料调节阀134开度开大；当燃烧器入口处的压力值小于煤气柜1出口处压力值时，控制燃料调节阀134开度开小。

通过燃料出口管的两端上设置燃料压力检测装置，用以检测煤气柜出口处和燃烧器入口处的压力值，并输送给控制器，用以检测燃料出口管上燃料压力的变化，控制器接收到该压力变化值后，与设定的安全压力值比较，该安全压力值与热风炉内部压力、煤气柜出口处和燃烧器入口处的压力均相关，若超出安全压力值的范围，则发出警报声，启动紧急安全运行程序，以确保压力变化在可控范围内，确保热风炉安全自动燃烧。

实施例5

结合图1和2，本实施例的一种热风炉燃烧自动控制系统，在实施例1或2或3或4的基础上作进一步改进，还包括阀门开度传感器135，在助燃气调节阀212与燃烧器2入口连通的助燃气管21上设有所述的阀门开度传感器135，在燃料调节阀134与燃烧器2入口连通的燃料出口管13上也设有所述的阀门开度传感器135，阀门开度传感器135与控制器输入端连接。

阀门开度传感器135用于检测燃料调节阀134和助燃气调节阀212的开度大小以及开度变化情况；燃料调节阀134和助燃气调节阀212可以选择使用蝶阀和球阀，优先选择使用蝶阀，蝶阀的流量特性接近等百分比特性。

实施例6

结合图1和2，本实施例的一种热风炉燃烧自动控制系统，在实施例1或2或3或4或5的基础上作进一步改进，与热风炉3连通的废气管32上设有氧含量分析仪321和温度传感器31，所述的温度传感器31和氧含量分析仪321均与控制器输入端连接。

废气管32上的温度传感器31检测废气温度，氧含量分析仪321检测废气中的氧含量，以上数据全部输送到控制器输入端，以最优空燃比为目标，根据燃烧期和蓄热期对热风炉3 炉顶温度不同的变化需求，控制器对上述数据进行处理后，通过控制器输出端控制燃料调节阀134和助燃气调节阀212的开度大小，进而精确控制热风炉燃烧过程，以有效减小燃料成分和热值的波动，以及高炉燃料压力波动频繁对热风炉3燃烧所造成的影响。

实施例7

结合图1和2，本实施例的一种热风炉燃烧自动控制系统，在实施例1或2或3或4或5或6的基础上作进一步改进，热风炉3入口与燃烧器2出口连通，在热风炉3上部内壁上均匀分布有多个温度传感器31，温度传感器31与控制器输入端连接。

多个温度传感器31的设置，能够更加准确的反应热风炉3炉顶温度值，热风炉3上部内壁上均匀分布的多个温度传感器31的温度值输送给控制器输入端，控制器对温度值进行滤波处理，剔除异常值后，可选用中值滤波或算术平均滤波，以得到精确的热风炉3炉顶温度值，进而提高热风炉燃烧自动控制的精度。

实施例8

结合图1和2，本实施例的一种热风炉燃烧自动控制系统，在实施例1或2或3或4或5或6或7的基础上作进一步改进，所述的助燃气流量检测装置211和助燃气调节阀212均位于助燃气管21上，助燃气管21一端与助燃气柜连通，助燃气管21另一端与燃烧器2入口连通。

助燃气柜提供压力和成分固定的助燃气通入到燃烧器2内，从而避免助燃气压力和成分的波动对热风炉自动燃烧控制所造成的影响，控制器仅需通过助燃气调节阀212，控制助燃气的流量即可实现对热风炉的燃烧期和蓄热期的燃烧过程控制。

实施例9

结合图1和2，一种热风炉燃烧自动控制方法，其步骤为：

A、构建实施例1或2或3或4或5或6或7中所述的一种热风炉燃烧自动控制系统，打开燃料分析仪133，燃料分析仪133检测的燃料组分和热值数据实时传送给控制器，控制器根据空燃比模型实时计算确定燃料充分燃烧所需要的燃料流量和助燃气流量的理想比值x，根据阀门的流量特性，从而确定燃料调节阀134和助燃气调节阀212的开度比z；

助燃气柜提供压力和成分固定的助燃气，且助燃气和燃料流速均恒定，从而确保助燃气管道压力恒定，燃料流速的恒定减少了影响燃料压力波动的因素，在热风炉自动燃烧控制时，减少了控制的变量数量，从而使控制方法简化，节省控制成本，便于实现热风炉自动燃烧的精确控制。

B、燃烧初期：

B1、先打开助燃气调节阀212，增大助燃气流量，开度为10％-15％，延时5-10s；再根据燃料调节阀134和助燃气调节阀212的开度比z，控制器调节燃料调节阀134的开度，延时 5-10s；

B2、增大助燃气调节阀212开度，与此同时，按照控制器计算得到的开度比z，实时调节燃料调节阀134开度，直到助燃气调节阀212开度或燃料调节阀134开度到达最大时为止；

烟气含氧量调节：

与上述内容同时，热风炉3上的温度传感器31检测热风炉3拱顶温度并传输给控制器，与设定的拱顶温度相比较，在未达到预期拱顶温度期间，检测烟气含氧量为y，理想的烟气含氧量范围为a-b；

若y<(a+b)/2，则关小燃料调节阀134开度，同时控制器根据开度比z，调节助燃气调节阀212开度；或增大助燃气调节阀212开度，同时控制器根据开度比z，调节燃料调节阀134开度；若y>(a+b)/2，则关小助燃气调节阀212开度或者保持不变，同时控制器根据开度比z，调节燃料调节阀134开度；或增大燃料调节阀134开度，同时控制器根据开度比z，同时调节助燃气调节阀212开度；

燃烧初期的调节效果是：在确保充分燃烧(保持理想空燃比)的前提下，调节燃料调节阀134开度到达最大，加速燃烧过程，尽快达到或者接近设定的拱顶温度；同时，确保烟气含氧量维持在理想范围内，烟气氧含量高，说明燃烧过充分，因此需要减小助燃气量或者增大燃料量或者助燃气调节阀不变；烟气氧含量高，说明燃烧不充分，因此需要增大助燃气量或者减小燃料量。

C、蓄热期

在达到预期拱顶温度之后，进入蓄热器，在保证拱顶温度不变的情况下，依据控制器检测烟气温度，计算得到的烟气温升速率的快慢，来调整助燃气调节阀212开度或燃料调节阀 134开度，如果温升速率快，则关小燃料调节阀134开度，同时控制器根据开度比z，调节助燃气调节阀212开度；然后再关小助燃气调节阀212开度，同时控制器根据开度比z，调节燃料调节阀134开度；如果温升速率慢，则增大助燃气调节阀212开度，同时控制器根据开度比z，调节燃料调节阀134开度；然后再增大燃料调节阀134开度，同时控制器根据开度比z，调节助燃气调节阀212开度；以使烟气温度达到设定温度值；

蓄热期以烟气温度以及烟气温升速率作为助燃气调节阀212、燃料调节阀134的调控指标，同时以烟气含氧量细微调控阀门开度，调节方式同步骤C；

D、蓄热饱和期

当烟气温度达到设定值之后，进入蓄热饱和期，控制器调节燃料调节阀134开度逐渐减小，同时控制器根据开度比z，调节助燃气调节阀212开度；同时控制器继续维持对拱顶温度的控制，直到燃烧结束。

助燃气调节阀212和燃料调节阀134的调节方法如下：

调节助燃气调节阀212开度后，控制器通过助燃气流量检测装置211检测出的助燃气的实际流量，控制器根据空燃比模型实时计算确定燃料充分燃烧所需要的燃料流量和助燃气流量的理想比值x，然后再根据阀门的流量特性，从而确定燃料调节阀134的开度，调节燃料调节阀134；

调节燃料调节阀134开度后，控制器通过燃料流量检测装置132检测出的燃料的实际流量，控制器根据空燃比模型实时计算确定燃料充分燃烧所需要的燃料流量和助燃气流量的理想比值x，然后再根据阀门的流量特性，从而确定助燃气调节阀212的开度，调节助燃气调节阀212。

实施例10

结合图1和2，本实施例的一种热风炉燃烧自动控制方法，与实施例9类似，不同之处在于，燃料流量和助燃气流量的理想比值为：

其中：

V_o2，助燃气中的氧气体积分数；

b₀——H₂的质量-体积浓度；

b₁——CO的质量-体积浓度；

b₂——CH₄的质量-体积浓度；

a₃——C_nH_m的体积浓度；

b₄——O₂的质量-体积浓度。

单位时间内的流量等同于单位时间内的体积；流体(包括气体和液体)的流量与压力的关系可以用流体力学里的伯努利方程来表达：

C＝P+ρgh+(1/2)*ρ*v²；

式中P、ρ、v分别为流体的压强、密度和速度，h为垂直方向高度；g为重力加速度； C是不变的常数。

对于气体，可忽略重力，方程简化为：

C＝P+(1/2)*ρ*v²。

流体的流量、压力差、直径之间的关系：

Q＝P+ρgSL+[(1/2)*ρ*v²]；

式中：Q——流量，m³/s；

P——管道两端压力差，Pa

ρ——密度，kg/m³

g——重力加速度，m/s²；

S——管道摩擦，S＝10.3*n²/d*5.33，n为管内壁糙率，d为管内径，m；

L——管道长度，m；

v——流速，V＝4Q/(3.1416*d²)，流速单位m/s。

对于气体，可忽略重力，方程简化为：

Q＝ΔP+[(1/2)*ρ*v²] (1)

式中：Q——流量，m³/s

ΔP——管道两端压力差，N

ρ——密度，kg/m³

v——流速，V＝4Q/(3.1416*d²)，流速单位m/s。

体积浓度是用每立方米的大气中含有污染物的体积数(立方厘米)或(ml/m³)来表示，常用的表示方法是ppm，即1ppm＝1立方厘米/立方米＝10-⁶。

用每立方米大气中污染物的质量数来表示的浓度叫质量-体积浓度，单位是(毫克/立方米) 或(克/立方米)，它与ppm的换算关系是：

X＝M×C/22.4；

单位体积内，每C个数量ppm的污染物折合等于X毫克污染物。

C＝22.4X/M；

式中：X——污染物以每标立方米的毫克数表示的浓度值；

C——污染物以ppm表示的浓度值；

M——污染物的分子量。

由上式可得到如下关系：

1ppm＝M/22.4(mg/m³) (2)。

燃料分析仪133可以得出各组分浓度，通常显示的是以ppm(一百万分之一)为单位的体积浓度，这里需要将它换算为质量-体积浓度，最终将单位换算为kg/m³。

假设混合煤气中H₂，CO，CH₄，C_nH_m，O₂，五种气体的组分浓度(通常由燃料分析仪133得出的是体积浓度)分别为a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，经公式(2)进行相关转换，得到对应的质量-体积浓度分别为b₀，b₁，b₂，b₃，b₄，相关计算公式如下所示：

b₀＝a₀*[M/22.4]*10^-6＝a₀*[2/22.4]*10^-6(kg/m³) (3)；

b₁＝a₁*[M/22.4]*10^-6＝a₁*[28/22.4]*10^-6(kg/m³) (4)；

b₂＝a₂*[M/22.4]*10^-6＝a₂*[16/22.4]*10^-6(kg/m³) (5)；

b₃＝a₃*[M/22.4]*10^-6＝a₃*[(12n+m)/22.4]*10^-6(kg/m³) (6)；

b₄＝a₄*[M/22.4]*10^-6＝a₄*[32/22.4]*10^-6(kg/m³) (7)；

燃烧所需空气量：每立方(千克)燃料按燃烧反应计量式完全燃烧所需的氧气量，即所需最小氧气量。燃气燃烧反应方程式：

上式中，硫化氢气体因含量较低，在混合煤气中可忽略，需氧量为：

如果助燃气选择使用空气的话，空气需要量为：

根据公式(8)，可得燃料(即混合煤气)理论需氧量为：

需氧量：

V，助燃气体积；

V_o2，助燃气中的氧气体积分数。

燃料流量和助燃气流量的理想比值为：

将式(1)代入式(8)，可得：

式中，

ΔP——管道两端压力差，N

ρ——密度，kg/m³

v——流速，V＝4Q/(3.1416*d²)，流速单位m/s。

b₀——H₂的质量-体积浓度；

b₁——CO的质量-体积浓度；

b₂——CH₄的质量-体积浓度；

a₃——C_nH_m的体积浓度；

b₄——O₂的质量-体积浓度。

根据公式(9)，可得混合煤气理论空气需要量为：

将式(1)代入式(9)，可得:

式中，

ΔP——管道两端压力差，N；

ρ——密度，kg/m³；

v——流速，V＝4Q/(3.1416*d²)，m/s；

b₀——H₂的质量-体积浓度；

b₁——CO的质量-体积浓度；

b₂——CH₄的质量-体积浓度；

a₃——C_nH_m的体积浓度；

b₄——O₂的质量-体积浓度；

实际需要空气量，考虑到过剩空气系数：

对于工业设备：α＝1.05-1.2；民用燃具：α＝1.3-1.8；实际空气需要量：V＝αV₀。

混合气体(即燃料)的密度计算公式：

式中：

ρ——混合气体密度，kg/m³；

p——混合气体压强，kPa；

R——为常量，8.314；

T——绝对温度，单位为K，绝对温度T＝摄氏温度t+273度；

M_avg——混合气体摩尔质量。

实施例11

结合图1和2，本实施例的一种热风炉燃烧自动控制方法，在具体应用时，注意以下安全性措施：

(1)在燃烧初期，将燃料和空气小开度通入热风炉3内后，在经过单位时间的燃烧后，要根据炉膛温度(拱顶温度)在这段时间的变化判断燃烧器2是否正常(若单位时间之后，热风炉3的拱顶温度未发生变化，则提示操作人员注意查看燃烧器2是否正常工作)。在燃料量以及空气量增加到正常燃烧所需的量后，根据拱顶温度值的上升速率、燃料的热值以及燃料调节阀134与助燃气调节阀212的开度决定是否调整燃料调节阀134开度，进而实现快速到达拱顶温度。

(2)在各个燃料调节阀134以及助燃气调节阀212上安装阀门定位器，将阀门开度值与控制器给定的开度值进行比较，防止阀门老化、磨损、故障等原因导致的阀门开度不对，对燃烧过程造成影响。

(3)此外，在助燃气管21上安装压力检测装置，当出现压力异常时，发出提示信号，提醒操作人员检查风机、管道，防止风机、管道出现问题导致的送风压力不足，进而造成燃烧所需的助燃气流量不够。采用双鼓风机设置，若在送入助燃气进行热风炉3燃烧阶段时风机出现故障，则立马切换投运另一台备用风机。

(4)在废气(烟气)温度达到设定值之后，若燃料调节阀134未发生改变，发出声音报警信号，提醒操作人员注意查看。若在一段时间后，烟气温度继续升高，则发出声光报警信号，并切换到手动操作进行燃料调节阀134的调节，必要时可进行停炉操作。

(5)当燃料压力小于5kPa或者空气压力小于3kPa时，自动转为手动操作，并发出报警信号。

某公司进行了比对，采用本发明的一种热风炉燃烧自动控制系统的热风炉，拱顶温度最大波动值为5℃，温度降低大于3℃的次数为2次，煤气消耗量为124697m³；在最大拱顶温度相同(1270℃)的前提下，现有的手动控制的热风炉，拱顶温度最大波动值为10℃，温度降低大于3℃的次数为9次，煤气消耗量为178118m³。

Claims (7)

1.一种热风炉燃烧自动控制系统，包括燃料出口管(13)上设有的燃料流量检测装置(132)和燃料调节阀(134)，助燃气管(21)上设有的助燃气流量检测装置(211)和助燃气调节阀(212)，其特征在于，还包括燃料分析仪(133)，在热风炉(3)上部内壁上设有温度传感器(31)，燃料出口管(13)和助燃气管(21)均与燃烧器(2)连通，燃烧器(2)与热风炉(3)连通，所述的温度传感器(31)、燃料流量检测装置(132)、助燃气流量检测装置(211)和燃料分析仪(133)均与控制器输入端连接，控制器输出端与燃料调节阀(134)和助燃气调节阀(212)连接。

2.根据权利要求1所述的一种热风炉燃烧自动控制系统，其特征在于，沿燃料输送方向上，一端与燃烧器(2)入口连通的燃料出口管(13)上依次设有燃料分析仪(133)、燃料流量检测装置(132)和燃料调节阀(134)，燃料出口管(13)另一端与煤气柜(1)出口连通，所述煤气柜(1)入口与燃料入口管(12)连通。

3.根据权利要求2所述的一种热风炉燃烧自动控制系统，其特征在于，还包括燃料压力检测装置(131)，沿燃料流动方向，所述的燃料压力检测装置(131)分别位于煤气柜(1)出口处和燃烧器入口处的燃料出口管(13)上，所述的燃料压力检测装置(131)与控制器输入端连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种热风炉燃烧自动控制系统，其特征在于，还包括阀门开度传感器(135)，在助燃气调节阀(212)与燃烧器(2)入口连通的助燃气管(21)上设有所述的阀门开度传感器(135)，在燃料调节阀(134)与燃烧器(2)入口连通的燃料出口管(13)上也设有所述的阀门开度传感器(135)，阀门开度传感器(135)与控制器输入端连接。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种热风炉燃烧自动控制系统，其特征在于，与热风炉(3)连通的废气管(32)上设有氧含量分析仪(321)和温度传感器(31)，所述的温度传感器(31)和氧含量分析仪(321)均与控制器输入端连接。

6.根据权利要求5所述的一种热风炉燃烧自动控制系统，其特征在于，热风炉(3)入口与燃烧器(2)出口连通，在热风炉(3)上部内壁上均匀分布有多个温度传感器(31)，温度传感器(31)与控制器输入端连接。

7.根据权利要求5所述的一种热风炉燃烧自动控制系统，其特征在于，所述的助燃气流量检测装置(211)和助燃气调节阀(212)均位于助燃气管(21)上，助燃气管(21)一端与助燃气柜连通，助燃气管(21)另一端与燃烧器(2)入口连通。