[發明專利]一種克服燃氣熱值和生產節奏波動的加熱爐燃燒控制技術

無效

• 申請號: 201310731500.8
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103672949A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 楊英華;秦樹凱;陳曉波
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: F23N1/02
• 分類號: F23N1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種熱軋加熱爐的燃燒控制技術。

背景技術

加熱爐傳統的燃燒控制的目的一方面是保證爐溫控制精度，另一方面要保證燃氣與助燃空氣流量的合理比值，從而保證其可以充分燃燒，取得最高的燃燒效率。優秀的加熱爐控制技術不但可以提高制品加熱質量，同時對于節能減排具體重要意義.

實際上，在目前國內運行的大部分加熱爐中，大都采用高爐煤氣和焦爐煤氣的混合燃氣，其熱值常常受到高爐和焦爐工作狀況的影響而經常波動。串級比值、雙交叉限幅燃燒控制策略仍然是目前加熱爐燃燒控制中最常見的控制方案，該方案是建立在燃氣熱值恒定的基礎上的。當混合煤氣熱值的波動時，必然導致燃氣流量和空氣流量的不匹配，從而浪費能源。目前，常見的解決方法有：①燃氣熱值是確定空燃比的理想方法，但熱值信號檢測常常缺乏穩定性，而且儀器價格昂貴；②根據煙氣氧含量閉環校正空燃比，也同樣由于分析儀器的耐久穩定性和對象的大滯后特性而實際效果不佳；③空燃比自尋優，這些方法在理論上是可行的，但在實際過程中由于過程的隨機波動和干擾的存在，很難保證一個完整的自尋優過程，因而也很難長期穩定運行。因此，在實際應用中，大多加熱爐還是通過操作工的實際經驗手動修正空燃比.

一般來說，加熱爐生產的節奏跟隨軋制節奏進行生產，隨著制品規格變化、換輥、故障等情況的發生，軋制節奏必然會出現變化，這經常導致加熱爐的溫度出現較大的波動。這種情況發生的主要原因是溫度對象的大慣性造成的，如果在軋制節奏變化時不能及時增減燃氣必然會造成一段時間的燃氣過?；蛘咔啡?，結果是溫度會快速升高或者降低，而且調整起來必然很慢。目前，大多數的加熱爐溫度控制在軋制節奏波動較大時都不可避免地需要人工干預。

發明內容

燃氣熱值波動時，空氣和燃料流量的比值（空燃比）不再是一個固定值，應該隨著熱值波動而變化，既然自尋優手段在實際應用時難以應用，因此有必要將比值回路解開，分別進行控制。具體控制策略如圖1所示。

按照生產率模型優化設定空氣流量，根據供熱量計算可以得到合理的最優空氣需要量；同時，溫度控制在采用串級控制系統結構的基礎上（將燃氣流量控制作為副回路可以較好克服燃氣壓力的擾動），為了提高生產節奏波動時溫度控制的響應速度，設置模糊前饋控制器，該控制器可以根據生產節奏（生產率）的量值和其變化速率的情況，給出合理的燃氣流量前饋值，在溫度由于滯后尚未反應的情況下，提前對燃氣進行調整。

（1）基于生產率優化模型的空氣需要量計算策略

從供熱平衡角度分析，設加熱爐的生產率為P噸/小時，鋼入爐時的溫度為Tin，出爐溫度設定值為Tsp,鋼的比熱為C，則要把鋼加熱至希望值單位時間內應需要吸收的熱量為Q1=C*P*(Tsp-Tin)。設加熱爐燃氣為高爐煤氣和焦爐煤氣的混合煤氣，其發熱量約為5900~9200?KJ/Nm³。燃氣所需的空氣的配比k(空燃比)應與熱值R呈線性關系，即k=n*R，其中n為常系數。

設煤氣的熱值為R,即每立方米煤氣完全燃燒能發出來的熱量為R,則單位時間內燃氣完全燃燒能發出的熱量為Fgas*R，其中Fgas為煤氣流量。另外，排煙溫度要帶走一部分的熱量Q2，冷卻水要帶走一部分的熱量Q3，再加上爐子本身不可避免的一部分熱損失Q4，包括爐門及其它不嚴密的地方逸出氣體帶走的熱損失及不完全燃燒造成的熱損失等等，都需要從煤氣燃燒發熱量來提供。從供熱需求平衡角度，有Fgas*R=?Q1+Q2+Q3+Q4。

設k為理論上應設定的空燃比，即每立方米的燃氣完全燃燒需要k立方米的空氣，為保證燃燒系統工作在最佳燃燒區域內，k應該隨著燃氣質量（與熱值相關）的變化而變化。且有，Fair=k*Fgas，其中Fair為保證完全燃燒時的理想空氣流量。于是有，Fair=k*(Q1+Q2+Q3+Q4)/R。