CN216620702U - 一种用于轧钢加热炉及热处理炉富氧燃烧系统 - Google Patents

Abstract

一种用于轧钢加热炉及热处理炉富氧燃烧系统，属于工业炉技术领域。本实用新型进一步提高轧钢加热炉及热处理炉的热效率。该系统氧气管道、第一截止阀、氧气阻火器、氧气过滤器、压力调节阀、压力及流量调节阀、第二截止阀、氧气阻火器、气动快速切断阀、安全阀、氧气管道流量计、截止止回阀、冷空气管道、空气总管流量计、空气预热器、鼓风机入口调节阀、第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第五压力变送器、第一温度检测、第二温度检测、第三温度检测、氧管道氧分析仪、热空气管道氧分析仪、炉膛烟气氧分析仪。本实用新型的优点在于，系统配置简洁、安全、操作方便、可靠，具有广阔市场推广前景。

Description

一种用于轧钢加热炉及热处理炉富氧燃烧系统

技术领域

本实用新型属于工业炉技术领域，特别涉及一种用于轧钢加热炉及热处理炉富氧燃烧系统及控制方法。主要功能是用于加热炉及热处理炉燃烧系统，用来提高炉内辐射给热系数，缩短加热时间，提高加热效率和产量，降低燃料消耗，助力轧钢加热炉及热处理炉节能减排、提质增效。

背景技术

富氧燃烧是指供给燃烧用的气体中氧气的体积分数>2l％时的燃烧。目前国内外轧钢加热炉及热处理炉燃烧系统助燃空气普遍采用常规空气，通常空气中的氧气含量为21％，氮气为 78％，在燃烧过程中只有占空气总量21％左右的氧气参与燃烧，而占空气总量78％的氮气和其他惰性气体非但不助燃，反而将随烟气排到大气，带走大量的热量。如采用富氧燃烧,在助燃空气中每增加1％的氧气,则相应减少4％的氮气。故富氧燃烧可加快燃烧速度，提高燃烧效率，减少废气量，具有明显的节能减排效果。近些年来，国内外热工技术人员虽然开发不同类型高效预热器及蓄热体等余热回收技术，应有在轧钢加热炉及热处理上，取得不错节能减排、提质增效的效果。但是，提高加热炉及热处理炉的热效率的技术发展到新的瓶颈期，必须要开发和应用新的燃烧技术，进一步提高在加热炉及热处理炉的热效率。

富氧燃烧是近代燃烧的节能技术之一，被发达国家称之为“资源创造性技术”，对于高能耗、高污染的钢铁工业来说，是提高能源效率，减少燃料消耗和削减污染物排放的最佳途径之一，在国内外冶金行业，主要应有在富氧炼铁和富氧炼钢上，取得非常好的效果。由于富氧燃烧技术具有加快燃料燃烧速度、缩短火焰长度、提高火焰温度、减少排烟量、降低燃料燃点温度、增加热量利用率等诸多有点，如何开发、应有高效、低成本的富氧燃烧技术应有在轧钢加热炉及热处理上，正是本实用新型的实用新型内容。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于轧钢加热炉及热处理炉富氧燃烧系统及控制方法，进一步提高轧钢加热炉及热处理炉的热效率、降低燃料消耗和污染物排放，提高加热及热处理能力，达到节能减排、提质增效的目的。

一种用于轧钢加热炉及热处理炉富氧燃烧系统包括氧气管道1、第一截止阀2、第一氧气阻火器3、氧气过滤器4、压力调节阀5、压力及流量调节阀6、第二截止阀7、第二氧气阻火器8、气动快速切断阀9、安全阀10、氧气管道流量计11、截止止回阀12、冷空气管道13、空气总管流量计14、空气预热器15、鼓风机入口调节阀16、第一压力变送器17、第二压力变送器18、第三压力变送器19、第四压力变送器20、第五压力变送器21、第一温度检测22、第二温度检测23、第三温度检测24、氧管道氧分析仪25、热空气管道氧分析仪26、炉膛烟气氧分析仪27。

其中，将氧气管道1、第一截止阀2、第一氧气阻火器3、氧气过滤器4、第一压力变送器17、压力调节阀5、第二压力变送器18、压力及流量调节阀6、第三压力变送器19、第二截止阀7、第二氧气阻火器8、气动快速切断阀9、安全阀10、氧气管道流量计11、第一温度检测22、截止止回阀12、氧管道氧分析仪25依次连接；氧管道氧分析仪25分别与空气总管流量计14和空气预热器15相连接；将鼓风机入口调节阀16、第二温度检测23、冷空气管道13、第四压力变送器20、空气总管流量计14依次连接；将空气预热器15、第三温度检测 24、第五压力变送器21、热空气管道氧分析仪26、炉膛烟气氧分析仪27依次连接。

一种用于轧钢加热炉及热处理炉富氧燃烧控制方法，具体步骤如下：

步骤一、加热炉或热处理炉点火启动富氧燃烧系统时，先启动加热炉及热处理炉鼓风机，对燃烧系统进行常规空气供风；

步骤二、加热炉及热处理炉煤气管道吹扫放散合格后，燃烧控制系统启动点火程序，加热炉进入常规燃烧控制模式；

步骤三、加热炉及热处理炉进入常规燃烧控制模式后，启动氧气管道控制系统，打开厂区供加热炉氧管道手动阀门，将氧气掺入燃烧系统冷空气主管道，用于提高助燃空气中氧的浓度，控制空燃比和氧空比；掺入氧气量的多少由燃烧控制系统根据设定的富氧浓度值及加热炉或热处理炉的热负荷以进行自动计算、调节；

所述的空燃比控制方法为：根据企业煤气的成分和热值，在系统设计时，通过数值求解，求出燃烧在纯氧气氛中燃烧的空燃比α’，作为原始参数输入到燃烧控制系统，若在常规空气中燃烧，其空燃比α＝α’/21％；若燃料在富氧率x％的气氛中燃烧时，其空燃比α＝α’/x％；

所述的氧空比控制方法为：通过氧管道氧分析仪26检测到的浓度值n％，通过富氧率x％和富氧空气中常规空气的比例y％，得到氧空比为(n-x):(x-0.21)；

通过上述数值计算以及炉子实际热负荷大小，燃烧控制系统设定压力及流量调节阀6的开度，来调节实际供给的氧气量，并通过氧气管道流量计11进行计量、指示、记录；富氧燃烧系统供给常规空气量大小是通过鼓风机入口调节阀16进行调节，通过空气总管流量计14进行计量、指示、记录；与此同时，在氧气掺混点后的热空气管道上，设置热空气管道氧分析 27检测掺混后的实际富氧浓度，来进行氧空比值动态修正。

本实用新型的优点在于，氧气管道的敷设以及氧气调压阀站都布置在加热炉或热处理炉鼓风机机房周边，环境温度相对较低，远离加热炉或热处理炉周围辐射高温区。由于本实用新型增设的氧气供给系统是嵌入到加热炉或热处理炉现有空、煤气燃烧系统，当厂区出现供氧不足、供氧系统出现故障及加热炉或热处理炉运行出现故障，控制系统自动连锁切断氧气供给，确保系统安全、可靠运行。本实用新型具有系统配置简洁、安全、操作方便、可靠，具有广阔的市场推广前景。

附图说明

图1为本实用新型用于轧钢加热炉及热处理炉富氧燃烧系统及控制方法示意图。其中，氧气管道1、第一截止阀2、第一氧气阻火器3、氧气过滤器4、压力调节阀5、压力及流量调节阀6、第二截止阀7、第二氧气阻火器8、气动快速切断阀9、安全阀10、氧气管道流量计11、截止止回阀12、冷空气管道13、空气总管流量计14、空气预热器15、鼓风机入口调节阀16、第一压力变送器17、第二压力变送器18、第三压力变送器19、第四压力变送器20、第五压力变送器21、第一温度检测22、第二温度检测23、第三温度检测24、氧管道氧分析仪25、热空气管道氧分析仪26、炉膛烟气氧分析仪27。

具体实施方式

一种用于轧钢加热炉及热处理炉富氧燃烧系统及控制方法，包括氧气管道1、第一截止阀 2、第一氧气阻火器3、氧气过滤器4、压力调节阀5、压力及流量调节阀6、第二截止阀7、第二氧气阻火器8、气动快速切断阀9、安全阀10、氧气管道流量计11、截止止回阀12、冷空气管道13、空气总管流量计14、空气预热器15、鼓风机入口调节阀16、第一压力变送器17、第二压力变送器18、第三压力变送器19、第四压力变送器20、第五压力变送器21、第一温度检测22、第二温度检测23、第三温度检测24、氧管道氧分析仪25、热空气管道氧分析仪26、炉膛烟气氧分析仪27。

当加热炉或热处理炉正常生产时，预投入富氧燃烧系统前，先手动打开厂区供加热炉氧管道第一截止阀2、第二截止阀7，控制系统自动设定压力调节阀5的开度，将厂区管网的氧气压力由1.4-1.6MPa降低0.3-0.4MPa,然后有压力及流量调节阀6进行二次调压，将氧气的压力精调到0.11-0.12MPa，通过以上两级调压后，将氧气掺入到轧钢加热炉及热处理炉助燃冷空气管道13，掺混后的富氧空气经过空气预热器15预热后，送到加热炉或热处理炉各控制段烧嘴嘴前，在炉膛内混合燃烧。

空、燃比(α)，氧、空比(β)是富氧燃烧系统最为关键的两个控制参数，也是本实用新型的核心内容，其数值计算及控制方法如下：

(1)空、燃比(α)自动调节。对于性能优良的燃烧系统，一定要保证燃料充分燃烧，同时也不能有过量的空气加入，以保证合理的空燃配比。采用富氧燃烧时，首先要确定燃烧在纯氧气氛中燃烧的空、燃比(α’)，其确定方法如下：

①根据企业煤气的成分和热值，在系统设计时，通过数值求解，求出燃烧在纯氧气氛中燃烧的空、燃比(α’)值，作为原始参数输入到燃烧控制计算机系统，若在常规空气中燃烧，其空、燃比α＝α’/21％。

②煤气总管安装热值仪，实时检测煤气的成分和热值数据，燃烧控制计算机系统计算，求出燃烧在纯氧气氛中燃烧的空、燃比(α’)值，若在常规空气中燃烧，其空、燃比α＝

α’/21％。

因此，燃料在富氧率x％(x％为工艺设定值)气氛中燃烧时，其空、燃比α＝α’/x％，例如：热值为8400Kcal/Nm³天然气在纯氧环境燃烧时，空、燃比为2.01:1,当富氧浓度为x％的富氧空气中燃烧时，空、燃比为2.01/x％：1。若富氧浓度为26％，则：空、燃比α＝2.01/26％:1＝7.73:1，在实际生产过程中，可以通过设置在炉膛烟气氧分析仪27检测炉内烟气中的实际的氧含量，进行空、燃比α值动态修正，实现最佳化空、燃比(α)控制。

(2)氧、空比(β)自动调节。通过调节氧气和助燃空气供给比例，控制掺混后富氧空气的含氧量，确保助燃富氧空气中的氧含量持续、稳定。综合考虑加热炉或热处理炉投入富氧燃烧后的经济效益，富氧率x％宜控制在22～30％的范围内，燃烧系统初始富氧率上限设为30％进行控制。如果厂区管网供给氧气的不是100％纯氧，通过设置氧管道氧分析26进行供氧的浓度检测，将检测浓度的反馈值，用于氧、空比(β)配比的数值计算。例如：假定供给的浓度的检测值为93％，据此来确定氧气和空气的掺混比例，具体数值计算和控制方法如下：

富氧率x％(工艺设定值)时，设富氧空气中常规空气的比例为y％，氧气的比例为z％，则有：

x％＝0.21y％+(1-y％)×93％

①富氧率为30％时，y％＝87.5％，则：氧气:z％＝1-87.5％＝12.5％,氧、空比β＝87.5％：12.5％；②富氧率为26％时，y％＝93％，则：氧气:z％＝1-93％＝7％,氧、空比β＝93％：7％；

③富氧率为22％时，y％＝98.6％，则：氧气:z％＝1-98.6％＝1.4％,氧、空比β＝98.6％：1.4％；

通过上述数值计算以及炉子实际热负荷大小，燃烧控制系统自动设定压力及流量调节阀6的开度，来调节实际供给的氧气量，并通过氧气管道流量计11进行计量、指示、记录。富氧燃烧系统供给常规空气量大小是通过鼓风机入口调节阀16进行调节，通过空气总管流量计14进行计量、指示、记录。与此同时，在氧气掺混点后的热空气管道上，设置热空气管道氧分析27检测掺混后的实际富氧浓度，来进行氧、空比(β)值动态修正，确保整个系统动态精准控制。

氧气管道1：用于输送供给加热炉或热处理燃烧的管道，材质为：06Cr19Ni10不锈钢无缝钢管。

第一截止阀2和第二截止阀7：氧气专用截止阀，配不锈钢螺栓、螺母及不锈钢聚四氟乙烯缠绕垫片，用于打开或切断氧气。

第一氧气阻火器3和第二氧气阻火器8：采用特种铜合金和不锈钢焊接而成，分别安装在第一截止阀2和第二截止阀7后面，阻止火焰在设备、管道间蔓延。

氧气过滤器4：安装在调压阀组前，用来消除氧气管网中的杂质，以保护氧气调压阀组的正常使用。

压力调节阀5：配置气动执行机构，将厂区管网的氧气压力由1.4-1.6MPa降低0.3-0.4MPa，进行一次调压；

压力及流量调节阀6：配置气动执行机构，压力调节阀5降压后0.3-0.4MPa的压力继续降低0.11-0.12MPa，进行二次调压和流量调节，确保二次调压后的压力比燃烧系统冷空气总管压力值0.01MPa高出0.1MPa，满足生产工艺以及用氧安全联锁控制要求；

气动快速切断阀9：配置气动执行机构，当燃烧系统或氧气供给系统等出现故障时，快速切断氧气供给，确保系统安全。

安全阀10：采用氧气专用安全阀，配不锈钢螺栓、螺母及不锈钢聚四氟乙烯缠绕垫片，当供给的氧气经过二级调压后，氧气压力大于系统设定值0.13MPa时，安全阀自动打开，进行泄压，避免供给的氧气压力过高，对炉子燃烧系统的空气管道有冲击，确保燃烧系统安全运行。

氧气管道流量计11：氧气用不锈钢孔板流量计，温压补正，配不锈钢螺栓、螺母及不锈钢聚四氟乙烯缠绕垫片，用于检测、计量、控制供给炉子燃烧实际的氧气量，作为氧、空比 (β)自动调节目标值及反馈值。

截止止回阀12：氧气截止止回阀，配不锈钢螺栓、螺母及不锈钢聚四氟乙烯缠绕垫片，防止厂区氧气管网压力过低，系统出现回流，确保氧气供给系统和燃烧系统安全稳定运行。

冷空气管道13：采用Q235材质的螺旋焊管制作，用于输送加热炉或热处理炉助燃空气，氧气管道1的掺混点设置在冷空气管道13上。

空气总管流量计14：采用标准孔板进行流量检测，用于检测、计量、控制供给炉子燃烧实际的常规空气量，作为氧、空比(β)自动调节的目标值及反馈值。

空气预热器15：采用高效金属管状换热器将掺混后的富氧空气预热到400-500℃,进一步提高炉子热效率，同时换热器15管组内安装的“麻花”状旋流器进一步提高氧气和空气混合均匀度。

鼓风机入口调节阀16：采用电动百叶阀形式，用于调节助燃的空气量的大小以及冷空气总管的压力。

第一压力变送器17：用于检测厂区氧气管网的压力值，通常冶金工厂厂区氧气管网压力值：1.4-16MPa。

第二压力变送器18：用于检测经过压力调节阀5降压后的氧气压力值，通常压力检测值： 0.3-0.4MPa。

第三压力变送器19：用于检测经过压力及流量调节阀6降压后的氧气压力值，通常压力检测值：0.11-0.12MPa，与此同时，第三压力变送器19检测值作为氧气管道流量计11检测计算流量时的压力值修正信号。

第四压力变送器20：用于检测鼓风机出口冷空气总管的压力值，正常运行压力值：0.008-0.01MPa，第四压力变送器20检测值加0.1MPa的数值，作为压力及流量调节阀6二级调压调控目标值。

第一温度检测22：采用热电阻Pt100检测氧气管道的氧气温度，用于氧气管道流量计11 检测计算流量时，提供温度值修正信号。

第二温度检测23：采用热电阻Pt100检测鼓风机出口冷空气管道内空气温度，用于空气总管流量计14检测计算流量时，提供温度值修正信号。

氧管道氧分析仪25：采用激光式氧分析仪，检测供给加热炉或热处理炉实际氧浓度，用于氧气和空气掺混自动比例(即：氧：空比β)计算。

热空气管道氧分析仪26：采用激光式氧分析仪，检测氧气和空气掺混后富氧空气中的实际氧浓度，作为氧气和空气掺混自动比例(即氧：空比β)计算修正值。

炉膛烟气氧分析仪27：采用激光式氧分析仪，检测燃料和富氧空气在炉内混合燃烧后的炉内烟气中实际氧浓度，作为富氧空气和燃料自动配比(即空、燃比α)计算修正值。

Claims (1)

1.一种用于轧钢加热炉及热处理炉富氧燃烧系统，其特征在于：燃烧系统包括氧气管道(1)、第一截止阀(2)、第一氧气阻火器(3)、氧气过滤器(4)、压力调节阀(5)、压力及流量调节阀(6)、第二截止阀(7)、第二氧气阻火器(8)、气动快速切断阀(9)、安全阀(10)、氧气管道流量计(11)、截止止回阀(12)、冷空气管道(13)、空气总管流量计(14)、空气预热器(15)、鼓风机入口调节阀(16)、第一压力变送器(17)、第二压力变送器(18)、第三压力变送器(19)、第四压力变送器(20)、第五压力变送器(21)、第一温度检测(22)、第二温度检测(23)、第三温度检测(24)、氧管道氧分析仪(25)、热空气管道氧分析仪(26)、炉膛烟气氧分析仪(27)；

其中，将氧气管道(1)、第一截止阀(2)、第一氧气阻火器(3)、氧气过滤器(4)、第一压力变送器(17)、压力调节阀(5)、第二压力变送器(18)、压力及流量调节阀(6)、第三压力变送器(19)、第二截止阀(7)、第二氧气阻火器(8)、气动快速切断阀(9)、安全阀(10)、氧气管道流量计(11)、第一温度检测(22)、截止止回阀(12)、氧管道氧分析仪(25)依次连接；氧管道氧分析仪(25)分别与空气总管流量计(14)和空气预热器(15)相连接；将鼓风机入口调节阀(16)、第二温度检测(23)、冷空气管道(13)、第四压力变送器(20)、空气总管流量计(14)依次连接；将空气预热器(15)、第三温度检测(24)、第五压力变送器(21)、热空气管道氧分析仪(26)、炉膛烟气氧分析仪(27)依次连接。

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