[發(fā)明專利]加熱爐內(nèi)氧量氣氛場的控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910272801.2
• 申請日: 2009-11-17
• 公開（公告）號: CN101876449A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田宏燾;陶茂鋼;郭偉;王文菖;趙利洪
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢鋼鐵(集團)公司
• 主分類號: F23N1/02
• 分類號: F23N1/02;C21D9/70
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務所 11302
• 代理人: 王建國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種控制加熱爐內(nèi)氣體氧含量的方法，特別是涉及一種加熱爐內(nèi)氧量氣氛場的控制方法。

背景技術(shù)

鋼坯在高溫加熱爐中不同溫度段加熱，除了使被加熱的鋼坯按照工藝要求達到均勻的溫度分布之外，在加熱過程中合理的控制空氣與燃料的配比也是非常重要的環(huán)節(jié)。

參與燃燒的空氣量通常用空氣過剩系數(shù)μ來描述。μ為實際空氣量與理論空氣量的比值。在實際生產(chǎn)過程中μ的取值與燃料種類、燃燒裝置形式及燃燒條件等因素相關(guān)。按照燃燒產(chǎn)物中過剩氧含量的多少，可區(qū)分為強氧化氣氛和弱氧化氣氛。前者的過剩氧含量為8～10％；后者過剩氧含量為2～5％。

當μ大于1.10時，爐內(nèi)剩余空氣量過高，會在鋼坯表面產(chǎn)生大量的氧化鐵皮，加劇了燒損。過量的煙氣在排放過程中同時造成大量的熱能流失。此外，在燃燒過程中，過量的氧與空氣中的氮氣N2反應生成的二氧化氮NO2、一氧化氮NO等氮氧化物隨煙氣排放將造成環(huán)境污染。吸入過多的氮氧化物可致人神經(jīng)、皮膚受損。加入的空氣量過少則又會使燃料不完全燃燒，產(chǎn)生黑煙塵，生成游離炭及一氧化碳CO氣體等，污染空氣。

控制爐內(nèi)各段的氧含量，以最小的過剩空氣量達到燃料的充分燃燒、即低氧燃燒可以有效減少煙氣量，降低燃料消耗。同時，低氧燃燒還可以減少氮氧化物和黑煙、一氧化碳CO等有害物質(zhì)的生成。因此，科學、精確地設(shè)置空燃比，是達到最佳燃燒控制，提高鋼材加熱質(zhì)量，減少大氣污染，改善生態(tài)環(huán)境的重要手段。

目前，在冶金加熱爐熱工業(yè)控制過程中，均采用在爐尾預熱段之后的下降煙道附近爐壁或煙道壁上安裝一臺氣體氧含量分析儀，根據(jù)在此檢測的氧量數(shù)據(jù)來修正爐內(nèi)的燃燒空氣量。這種控制方法可以在一定程度上能夠控制加入的空氣總量。但這種方無法精確控制各爐段參與燃燒的空氣量，有可能造成爐內(nèi)不同爐段過氧燃燒和欠氧燃燒同時存在的情形。另外，該種氧量檢測存在較大的滯后；同時，常規(guī)的控制方法也存在很大的時滯性，無法及時調(diào)解加熱爐內(nèi)各段的空氣加入量。

發(fā)明內(nèi)容

由于目前采用的調(diào)節(jié)方法只能控制加熱爐內(nèi)的空氣總量，而無法精確地針對各爐段的殘氧含量來調(diào)節(jié)本段參與燃燒的空氣量，且氧量檢測存在較大的滯后，有可能造成爐內(nèi)不同爐段過氧燃燒和欠氧燃燒同時存在，從而也有損鋼材的加熱質(zhì)量。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種加熱爐內(nèi)氧量氣氛場的控制方法。所述技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的一種加熱爐內(nèi)氧量氣氛場的控制方法，包括下列步驟：

步驟A：建立加熱爐內(nèi)各段殘氧量控制模型和殘氧量目標值，同時檢測加熱爐內(nèi)各段的實際殘氧量；

通過所述加熱爐內(nèi)各段殘氧量目標值和所述加熱爐內(nèi)各段的實際殘氧量計算出殘氧量偏差及其對時間的微分量，并將其輸入殘氧量模糊控制器；

利用從所述殘氧量模糊控制器輸出的控制量計算出各段空氣過剩率補正值；

步驟B：檢測所述加熱爐內(nèi)各段的爐溫和爐壓，計算出在所述爐溫和爐壓條件下的設(shè)定空氣流量和設(shè)定燃料流量；

檢測所述加熱爐內(nèi)各段的實際空氣流量和實際燃料流量；

將設(shè)定空氣流量與實際空氣流量進行比較求出差值，將設(shè)定燃料流量和實際燃料流量進行比較，求出差值；

步驟C：根據(jù)所述設(shè)定空氣流量與實際空氣流量的差值、設(shè)定燃料流量與實際燃料流量的差值以及所述各段空氣過剩率補正值計算出需要注入加熱爐內(nèi)各段的空氣流量和燃料流量。

本發(fā)明的加熱爐內(nèi)氧量氣氛場的控制方法，在所述步驟A中，所述殘氧量模糊控制器根據(jù)加熱爐內(nèi)各段殘氧量控制模型建立殘氧量與空氣過剩率的模糊控制規(guī)則，并通過對所述模糊控制規(guī)則進行優(yōu)化后獲得模糊控制表。

本發(fā)明的加熱爐內(nèi)氧量氣氛場的控制方法，在所述步驟C中，利用所述各段空氣過剩率補正值調(diào)節(jié)加熱爐各段的空燃比，進而計算出需要注入加熱爐各段的空氣流量和燃料流量。

本發(fā)明的加熱爐內(nèi)氧量氣氛場的控制方法，所述方法還包括步驟D：設(shè)置加熱爐內(nèi)總殘氧量模糊控制器，檢測加熱爐爐尾的煙氣總殘氧量及其變化速度，將其輸入所述總殘氧量模糊控制器，經(jīng)過計算輸出加熱爐內(nèi)總空氣過剩率補正值，依據(jù)所述加熱爐內(nèi)總空氣過剩率補正值及加熱爐內(nèi)總殘氧量控制模型得到所述加熱爐各段空氣過剩率補正值的限幅值，將所述限幅值輸入到加熱爐各段的殘氧量模糊控制器作為其輸入約束。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：由于建立了爐內(nèi)氧量控制模型，因而精確了不同爐段煙氣殘氧含量與空氣過剩率的量化關(guān)系。同時，采用關(guān)于氧量偏差及其變化速度的二維模糊控制器對空氣過剩率進行調(diào)節(jié)能顯著的改善因氧量檢測的滯后帶來的控制滯后。