一种焦炉加热燃烧控制方法及系统与流程

本发明属于焦炉加热燃烧控制技术领域，具体涉及一种焦炉加热燃烧控制方法及系统。

背景技术：

随着焦化产业的急速发展，国家对环境保护意识的加强，焦炉作为一个能耗大户，环境污染大户，如何提高其工艺效能，达到真正的节能减排的研究受到人们的关注。

目前的焦炉加热智能控制技术主要是热量输入方煤气量调节为主要手段，为降低立火道高温，减少氮氧化物的排放，部分厂家及专利文献有提到利用废气稀释助燃气体的外部废气循环装置在控制nox的排放上有明显效果，但是废气量会增加焦炉燃烧气体体积，对炉内整体压力造成一定的影响。

针对这一现象，有一些厂家提到结合优化燃烧控制和废气循环双向作用优势，达到稳定燃烧和降低氮氧化物的效果。但是，以上技术调节都是以调节煤气量输入以及分烟道吸力大小作为各燃烧室燃烧的主要手段，忽略单个燃烧室空气-废气量调节的作用，尤其当外部废气循环注入空气系统中时，单用分烟道吸力调节所有燃烧室总掺混气体量，容易出现各个燃烧室的掺混气体分配不均匀、燃烧状况不稳定，且空气与烟气量分配比不当，还容易造成富余空气量在立火道内聚集，导致局部火焰温度过高，既不利于碳化室高向加热均匀以及炉内整体的压力分布稳定，也不利于实现环保排放控制要求，增加后期废气脱硫脱硝处理成本控制。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了：一种焦炉加热燃烧控制方法，所述方法包括步骤：

s1：根据单管煤气量，计算单个燃烧室所需空气进风量；

s2：根据单个燃烧室所需空气进风量，调节单个蓄热室空气进风口开度；

s3：根据蓄热室下降气流蓄顶吸力与标准蓄热室蓄顶吸力偏差变化范围，修正所述蓄热室空气进风口开度；

s4：根据蓄热室底部小烟道氧含量数据反馈，调整空气进风口开度；

s5：根据蓄热室空气进风量，调整外部循环废气量；

s6：根据炉顶空间温度，修正外部循环废气量。

本发明还提供了一种焦炉加热燃烧控制系统，所述系统包括：

炉顶空间温度反馈控制模块，用于根据采集的荒煤气温度数据判断焦饼加热高向均匀性，且当低于设定阈值时调整对应燃烧室的外部循环废气支管阀开度以改变废气掺混量；所述炉顶空间温度反馈控制模块包括上升管处荒煤气温度采集模块和外部循环废气支管阀，所述荒煤气温度采集模块用于对荒煤气温度进行采集，所述外部循环废气支管阀用于调整自身开度以改变废气掺混量；

循环废气-煤气前馈控制模块，用于当煤气支管阀门开度调节超过设定阈值时，开启空气量-外部废气循环量自动控制流程；所述循环废气-煤气前馈控制模块包括单孔煤气流量调节阀、空气进风口调节阀和所述外部循环废气支管阀；所述单孔煤气流量调节阀用于调节所述煤气支管阀门开度，所述空气进风口调节阀用于调节经过空气进风口进入的空气含量，所述外部循环废气支管阀用于调节废气掺混量，所述空气进风口调节阀和所述外部循环废气支管阀共同构成所述空气量-外部废气循环量自动控制流程；

蓄顶吸力协调控制模块，用于根据采集的下降气流蓄顶吸力值以及氧含量数据，判断废气盘空气进风口开度与外部循环废气支管调节阀开度是否达到目标开度；所述蓄顶吸力协调控制模块包含下降气流蓄顶吸力采集模块、氧含量数据采集模块、废气盘空气进风口调节阀和外部循环废气调节阀；所述下降气流蓄顶吸力采集模块用于采集下降气流蓄顶吸力值，所述氧含量数据采集模块用于采集蓄热室底部氧含量数据，所述废气盘空气进风口调节阀用于调节废气盘空气进风口开度，所述外部循环废气调节阀用于调节外部循环废气支管开度；

分烟道-蓄顶吸力协调控制模块，用于通过采集到的下降气流蓄顶吸力值以及分烟道总吸力值，判断废气盘空气调节阀开度以及超调数量是否达到极限值，当达到极限值时，启动分烟道吸力挡板自动调节重新实现蓄顶吸力的均衡分配；所述分烟道-蓄顶吸力协调控制模块包含下降气流蓄顶吸力采集模块、分烟道吸力数据采集模块、废气盘空气调节阀和分烟道吸力调节阀；所述下降气流蓄顶吸力采集模块用于采集下降气流蓄顶吸力值，所述分烟道吸力数据采集模块用于采集分烟道吸力值，所述废气盘空气调节阀用于调节自身开度，所述分烟道吸力调节阀用于启动分烟道吸力挡板自动调节。

优选地，所述废气盘空气进风口调节阀安装在废气盘空气盖板下方进风口处。

优选地，所述废气盘空气进风口调节阀包括与进风口底部连接设置的通风口，所述通风口第一外侧面上设置有气动执行器，所述气动执行器外安装有定位器，所述气动执行器和所述定位器之间连通设置有气动二联件，所述通风口内设置有若干百叶板，连杆机构两端安装于所述通风口上且依次贯穿所有的所述百叶板，所述百叶板上向所述气动执行器方向延伸设置有驱动杆，所述驱动杆插入所述气动执行器内，其中，所述百叶板具有第一状态和第二状态，当处于第一状态时，所有的所述百叶板不封堵所述通风口；当处于第二状态时，所有的所述百叶板共同地封堵所述通风口。

与现有技术手段相比，本发明具有的优势：

（1）最优化的空气进风量控制结构改造，最大程度降低对原焦炉结构破坏，实现燃烧过程空气量的自动调节。

（2）通过煤气量变化以及热负荷需求变化控制空气量和循环废气量，可实现合理的空煤比分配，减少多余空气带走的废气显热，节约煤气量。

（3）精准控制废气掺混量，降低掺混气体氧浓度，减少火焰高温集中区，明显改善立火道高向加热均匀性，提高焦炭质量。

（4）减少循环废气掺混对单个蓄顶吸力波动的影响，蓄顶吸力均匀性明显改善。

（5）无需人工调节空气与循环废气开度，大大降低调火工人劳动强度，减少人工调节带来的滞后性和测量误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种焦炉加热燃烧控制方法流程图；

图2是本发明提供的一种焦炉加热燃烧控制系统组成示意图；

图3是图2中的一种焦炉加热燃烧控制系统工作流程示意图；

图4是应用本发明提供的一种焦炉加热燃烧控制系统的焦炉加热燃烧控制模型图；

图5是应用本发明提供的一种焦炉加热燃烧控制方法及系统的空气-循环废气调节控制改造结构示意图；

图6是图5中的废气盘空气进风口调节阀结构示意图；

图7是本发明提供的一种焦炉加热燃烧控制系统中废气循环下的空气量调节控制方法流程示意图；

图8是根据本发明的一种焦炉加热燃烧控制系统的交换前30min单管空气-循环废气量调节模型控制流程图；

图9是根据本发明的一种焦炉加热燃烧控制系统的交换后30min单管空气-循环废气量调节模型控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1，本发明提供了一种焦炉加热燃烧控制方法，具体包括如下步骤：

s1：根据单管煤气量，计算单个燃烧室所需空气进风量；

s2：根据单个燃烧室所需空气进风量，调节单个蓄热室空气进风口开度；

s3：根据蓄热室下降气流蓄顶吸力与标准蓄热室蓄顶吸力偏差变化范围，修正所述蓄热室空气进风口开度；

s4：根据蓄热室底部小烟道氧含量数据反馈，调整空气进风口开度；

s5：根据蓄热室空气进风量，调整外部循环废气量；

s6：根据炉顶空间温度，修正外部循环废气量。

如图2，本发明提供了一种焦炉加热燃烧控制系统，所述系统包括：

炉顶空间温度反馈控制模块100，用于根据采集的碳化室上方荒煤气温度数据判断焦饼加热高向均匀性，且当低于设定阈值时调整对应燃烧室的外部循环废气支管阀开度以改变废气掺混量；所述炉顶空间温度反馈控制模块100包括碳化室上方上升管处荒煤气温度采集模块101和外部循环废气支管阀102，所述荒煤气温度采集模块101用于对碳化室上方荒煤气温度进行采集，所述外部循环废气支管阀102用于调整自身开度以改变废气掺混量；

循环废气-煤气前馈控制模块200，用于当煤气支管阀门开度调节超过设定阈值时，开启空气量-外部废气循环量自动控制流程；所述循环废气-煤气前馈控制模块200包括单孔煤气流量调节阀201、空气进风口调节阀202和所述外部循环废气支管阀102；所述单孔煤气流量调节阀201用于调节所述煤气支管阀门开度，所述空气进风口调节阀202用于调节经过空气进风口进入的空气含量，所述外部循环废气支管阀102用于调节废气掺混量，所述空气进风口调节阀202和所述外部循环废气支管阀102共同构成所述空气量-外部废气循环量自动控制流程；

蓄顶吸力协调控制模块300，用于根据采集的下降气流蓄顶吸力值以及氧含量数据，判断废气盘空气进风口开度与外部循环废气支管调节阀开度是否达到目标开度；所述蓄顶吸力协调控制模块300包含下降气流蓄顶吸力采集模块301、氧含量数据采集模块302、废气盘空气进风口调节阀303和外部循环废气调节阀304；所述降气流蓄顶吸力采集模块301用于采集下降气流蓄顶吸力值，所述氧含量数据采集模块302用于采集氧含量数据，所述废气盘空气进风口调节阀303用于调节废气盘空气进风口开度，所述外部循环废气调节阀304用于调节自身开度；

分烟道-蓄顶吸力协调控制模块400，用于通过采集到的下降气流蓄顶吸力值以及分烟道吸力总值，判断废气盘空气调节阀开度以及超调数量是否达到极限值，当达到极限值时，启动分烟道吸力挡板自动调节重新实现蓄顶吸力的均衡分配；所述分烟道-蓄顶吸力协调控制模块400包含下降气流蓄顶吸力采集模块401、分烟道吸力数据采集模块402、废气盘空气调节阀403和分烟道吸力调节阀404；所述下降气流蓄顶吸力采集模块401用于采集下降气流蓄顶吸力值，所述分烟道吸力数据采集模块402用于采集分烟道吸力值，所述废气盘空气调节阀403用于调节自身开度，所述分烟道吸力调节阀404用于启动分烟道吸力挡板自动调节。

下面结合图3、4和7对上述图1的方法和图2的系统进行说明。

当单孔煤气流量调节超过一定阈值或废气循化量变化超过一定值时，需要启动空气量调节，以确保单孔燃烧室过剩空气系数的稳定，保证燃烧充分和燃料不浪费。因考虑烟气小挡板改自动调节控制精度无法与目前手动结构控制相比，可以从空气量调节源头空气入口开度自动控制着手，作为控制调节蓄顶吸力手段，通过比较燃烧室下降气流蓄顶压力与进风口空气量的关系确定调节量，在调节过程中，以控制该孔蓄热室以及相邻蓄热室的蓄顶吸力与标准蓄顶吸力在正常偏差范围内为基准，确保蓄顶吸力的整体平衡。

当各空气挡板开度达到设定最大值时，空气进风口对蓄顶吸力的调节超过极限值，应切换至分烟道吸力调整。通过进风口挡板开度控制蓄顶吸力调节空气量方案，可减少烟气小挡板改造过程中因加工精度要求导致的制作成本过大以及调节过程中容易导致挡板卡涩现象，同时通过计算比较上升气流与下降气流压差预测空气量大小，可提高加热过程中的废气稀释助燃气体量的精细控制，减少单纯依据分烟道吸力大小调节总空气量对单个燃烧室气体分配不均匀性的负面影响，从而使焦炉燃烧系统长期处于一种稳定良好的加热状态，减少炼焦耗热量，降低氮氧化物排放，提高焦炭质量，延长焦炉炉体寿命。

如图7所示，图1的方法和图2的系统主要包括如下步骤：

1、单孔煤气-循环废气-空气流量智能控制：

（1）基于燃烧优化控制理论的空气量前馈调节

依据燃烧优化控制理论基础，以单孔最佳过剩空气系数为目标，在单孔煤气流量变化或者外部废气循环量变化超过阈值时，调整单孔空气流量和循环废气量，确保合适的空煤比，保证燃烧充分性以及温度稳定性。

（2）基于炉顶空间温度的单孔空气量反馈调节

炉顶空间温度由碳化室顶部上升管处采集荒煤气温度，作为单孔空气量调节的实时反馈，在焦炉加热控制过程中，上升管荒煤气温度也作为结焦状态火落时间点的判断依据，本方案中荒煤气温度作为炉顶空间温度的软测量数据，判断碳化室高向加热效果。

（3）基于火落时间的单孔空气量反馈调节

依据单孔火落时间情况，调整煤气量流量变化，在减少焖炉时间内的煤气量消耗时，为降低多余空气量带走的散热量，应及时调整助燃气体。通过调整废气量、空气量及时调整空煤比，确保煤气燃烧所需氧含量，保持炉温，减少多余废气带走的显热。当单个碳化室处于结焦末期时（火落点后），结合两边燃烧室的标准立火道温度和相邻碳化室的结焦状态，依据单管煤气流量控制和燃烧所需氧含量计算控制算法，调整相关燃烧室进风口空气与循环废气流量，即保证相邻碳化室结焦不受影响的情况下，实现单个燃烧室最佳空煤配比，稳定燃烧温度，同时节省煤气流量和降低氮氧化物。

2、基于压力平衡制度的蓄顶吸力协调控制

当某号碳化室火落后，该碳化室两端的燃烧室煤气流量调整，相应的空气进风量减小，空气进风口挡板开度以及循环废气量大小的调节将牵涉到相邻蓄热室顶部吸力的变化，因此应将目标蓄热室吸力调节与相邻蓄热室吸力调节相结合。保证各个蓄热室顶部吸力值与标准蓄顶吸力偏差值处于正常范围，观火孔压力为微正压状态。

3、蓄顶吸力-分烟道吸力协调控制

基于全炉压力平衡制度，根据烟道小挡板初始化开度以及蓄顶吸力、进风口开度反馈情况，通过调节目标蓄顶吸力以及控制相邻蓄顶吸力的综合调节方式，避免各蓄热室顶部吸力相互影响导致的调控频繁不易稳定的情况，确保各蓄顶吸力调节余量，保持整体的蓄热室顶部吸力均衡。

蓄顶吸力调节与分烟道总吸力会相互影响，当烟道挡板开度达到最大值时，空气量调整达到极限，需要分烟道吸力协调控制，在满足单孔空气量调节需求的同时，保持蓄顶吸力整体平衡。

请在参阅图5-6，在本申请实施例中，所述废气盘空气进风口调节阀303安装在废气盘空气盖板下方进风口处。所述废气盘空气进风口调节阀303包括与进风口底部连接设置的通风口3030，所述通风口3030第一外侧面上设置有气动执行器3031，所述气动执行器外3031安装有定位器3033，所述气动执行器3031和所述定位器3033之间连通设置有气动二联件3032，所述通风口3030内设置有若干百叶板30300，连杆机构30301两端安装于所述通风口3030上且依次贯穿所有的所述百叶板30300，所述百叶板30300上向所述气动执行器3031方向延伸设置有驱动杆30302，所述驱动杆30302插入所述气动执行器3031内，其中，所述百叶板30300具有第一状态和第二状态，当处于第一状态时，所有的所述百叶板30300不封堵所述通风口；当处于第二状态时，所有的所述百叶板30300共同地封堵所述通风口。

下面以实施例对上述方法和系统进行进一步的说明。

实施案例

以某焦化厂60孔5.5m焦炉为例，该焦炉由61个燃烧室、62个蓄热室组成，每个蓄热室机、焦侧废气盘共有124个空气进风口，燃烧所用空气在蓄热室进行预热后通入本号燃烧和相邻燃烧室立火道。现该厂引进单个蓄热室废气盘外部废气循环&空气进风口智能控制技术，通过引风机从水平烟道抽出废气，再由废气主管分到各个烟气分支管，124根循环废气支管经蓄热室机、焦侧废气盘烟筒侧面打孔注入，进风口进入的助燃空气与废气在小烟道中及蓄热室中充分混合稀释，氧含量降低的混合助燃气体，可降低气体燃烧强度，降低热力型nox的生成，实现废气排放环保要求。

图8、图9为交换信号前后半小时单管空气-循环废气量调节模型控制流程，当单管11号燃烧室煤气流量变化时，由于每个空气进风口需要供应本号燃烧室和相邻燃烧室上升火道空气量，而空气量的调节将直接影响相关蓄热室顶部压力（10-12号）平衡。因此调节空气进风量或者单孔废气循环量时，为确保相邻蓄热室顶部吸力在正常偏差范围内，以及焦炉整体蓄顶吸力平衡，应以11号蓄热顶部吸力符合标准蓄顶吸力范围为准。当11号空气量调节超过阈值后，相应自动调节10号和12号蓄热室处烟道小挡板开度，同时为消除10、12号烟道小挡板操作对9号和13号进风量的影响，结合9号、13号燃烧室立火道温度对9号、13号蓄热室的进风门开度进行微调。现实方案硬件改造过程中，因烟气小挡板阀门容易在烟道中卡涩，双蓄热室执行器自动改造数量是空气进风口改造点数量的两倍，且因加工精度要求较高，自动执行器控制控制改造成本以及调控难度大等问题，本发明从蓄热室空气进风门挡板开度进行自动化改造着手，参考蓄顶吸力变化范围，确定目标燃烧室内空煤比，结合分烟道吸力值综合判断，在多个进风口挡板开度调节作用达到极限时，开启分烟道吸力调节，实现焦炉整体蓄顶吸力平衡。

交换信号前30min，11号蓄热室废气盘空气口打开，供应11号燃烧室双号立火道和10号燃烧室单号立火道空气。当11号碳化室火落时间到，11号、12号燃烧室煤气量减半，为保证该两燃烧室过剩系数不变，应调节进入11号燃烧室双号立火道和12号燃烧室单号立火道内的空气，根据蓄热室空气按“本双前单”的供应原则，应当按照气体流量与压差关系关小11号蓄热室进风门开度，在调节过程中，应参照相邻两蓄热室10、12号的顶部吸力变化不超过标准蓄顶吸力变化范围，确保相应燃烧室立火道不会出现下火和冒烟等现象。当11号蓄顶吸力变化值不明显且，阀门开度已超过设定范围时，应综合考虑分烟道吸力挡板开度，确保整体的蓄热室顶部吸力分配，使11号蓄顶吸力在该工艺情况下的正常允许范围值内。

交换后30min，11#蓄热室空气盖板关闭，下降气流经该蓄热室至小烟道排出，该下降气流烟气是由10号和11号燃烧室燃烧废气共同组成，由10号和12号蓄热室空气盖板控制的进风量决定。

11号蓄热室废气小烟道翻板打开，该燃烧室双号立火道和10号燃烧室单号立火道下降气流流出，11号燃烧室空气由12号蓄热室空气口供应和10号燃烧室空气由10蓄热室空气进风口供应，当10号与11号燃烧室煤气气体供应减少，根据蓄热室空气按“本双前单”的供应原则，应适度减少从12号蓄热室进风口和10号蓄热室进风口的空气量。比较11号蓄顶吸力与标准蓄顶吸力偏差，确保其在该工艺情况下的正常允许值范围内。在调节减少10号、11号燃烧室立火道空气量时，将参考9号、13号蓄热室下降气流蓄顶吸力变化偏差范围，减少对9号燃烧室与12号燃烧室立火道空气量的影响。

每个蓄热室废气盘空气进风口与废气支管调节阀按火落时间到单管煤气流量控制方案调节，同时，当单个蓄顶吸力变化超过偏差设定值时启动单个蓄热室废气盘进风门开度调节，确保蓄顶吸力整体平衡，以标准蓄热室氧含量数据作为每个废气盘进风口空气量与循环废气支管废气量匹配控制依据，以单孔碳化室炉顶空间温度变化作为空气进风口调节的反馈修正参考。

与现有技术手段相比，本发明具有的优势：

（1）最优化的空气进风量控制结构改造，最大程度降低对原焦炉结构破坏，实现燃烧过程空气量的自动调节。

（2）通过煤气量变化以及热负荷需求变化控制空气量和循环废气量，可实现合理的空煤比分配，减少多余空气带走的废气显热，节约煤气量。

（3）精准控制废气掺混量，降低掺混气体氧浓度，减少火焰高温集中区，明显改善立火道高向加热均匀性，提高焦炭质量。

（4）减少循环废气掺混对单个蓄顶吸力波动的影响，蓄顶吸力均匀性明显改善。

（5）避免人工调节空气与循环废气开度，大大降低调火工人劳动强度，减少人工调节带来的滞后性和测量误差。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。