专利名称：工业炉窑燃烧质量分析与控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工业炉窑的燃烧控制系统，尤其涉及一种可确保加热炉、热风炉、锅炉等工业炉窑所使用的气体或液体或固体燃料在燃烧过程中的燃烧质量分析与控制系统。
背景技术：
确保工业炉窑的燃烧质量一直成为世界各国备受关注和研究的课题，工业炉窑在燃烧气体或液体或固体燃料时不仅燃烧质量差，而且严重污染环境。在我国由于经济的粗放式发展，以往对工业炉窑燃烧质量的认识不足，其测控技术的研究也相对落后，如现有的炉温控制、脉冲燃烧控制等都是对燃烧数量的控制。其风量的控制方式是开环的自动或手动控制的方式，即依据燃料量的变化来控制风量的大小以求达到使工业炉窑完全燃烧或基本完全燃烧的目的，这种配风方式很不合理，如经常出现配风过量(即实际用风量远大于理论需要量)或配风不足(即实际用风量远小于理论需要量)等问题。配风过量将使电动机消耗更多的电能，配风过量还会导致炉温下降及废气量增多，由烟气带走的热损失增加，配风过量会使炉压升高，炉孔火焰外窜，增加了向炉外逸气的热量损失，配风过量会加大炉内金属物的氧化烧损，例如加剧轧钢加热炉钢坯的氧化程度，配风过量将导致氮氧化物大大增加；而配风不足会导致燃料不能完全燃烧，既造成能源浪费，又污染环境，同时又降低燃烧温度。总之，在本发明之前工业炉窑的燃烧控制没有进行燃烧产物的检测分析，没有对空气消耗系数进行分析和自动跟踪控制，将导致燃烧质量差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能对加热炉、热风炉、锅炉等工业炉窑实行合理配风提高燃烧质量的工业炉窑燃烧质量分析与控制系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是保存原有工业炉窑靠炉温的变化来控制风量大小的控制部分，即在炉窑的炉体上装有的N个燃烧器的一头连接燃料调节阀，燃烧器的另一头连通炉窑的炉膛，炉窑的尾部有烟道，换热器安装在烟道中。在燃烧器的空气入口处安装空气调节阀，空气调节阀经热风管与换热器的出口相连，连接在炉窑烟道上的换热器的入口经冷风管连通有空气吸入口的鼓风机组，在热风管与冷风管之间装有旁通阀。在炉窑的内腔安装有耐高温材质制作的采样管，采样管的出口端伸出炉窑的炉墙外连接冷却器的入口端，冷却器的出口端经管道连接装有净化器的净化采样室，经净化采样室净化后的烟气变成清洁的烟气进入净化采样室中。氧气传感器的输入端置于净化采样室中，氧气传感器的信号输出端接控制器的采集信号输入端，控制器的控制显示端连人机界面操作显示器，控制器的输出端连调速器的控制端，调速器的另一端连接鼓风机组。净化采样室的输出端用管道连接气泵的入口，气泵的出口经管道接阀门入口，阀门的出口用管道连接烟道。
或者，将氧气传感器的一头直接插入炉窑的内腔，氧气传感器的信号输出端接控制器的采集信号输入端，所述氧气传感器可选自高温氧气传感器。控制器的控制显示端连人机界面操作显示器，控制器的输出端连调速器的控制端，调速器的另一端接鼓风机组。
采用如上技术方案提供一种工业炉窑燃烧质量分析与控制系统与现有技术相比，有如下有益效果①本发明所述的工业炉窑燃烧质量分析与控制系统能在线连续检测炉窑中燃烧产物的余氧含量，并可根据余氧含量和燃料特性计算出空气消耗系数，通过改变鼓风机转速可将空气消耗系数由原来的2-3降低到1.0-1.1，既可确保工业炉窑的完全燃烧，又不致于出现过量配风
②由于空气消耗系数得到控制，鼓风量减少，电耗降低；③由于风量减少，烟气中的氧含量由原来的15％减少到2-3％，燃料的消耗量降低，炉温得到提高；④风量的减少导使炉压降低，炉孔逸气及辐射热减少；⑤可降低炉内加热金属物料的氧化烧损，特别是冶金企业轧钢加热炉钢坯烧损率可由过去的0.8-1.3％降低至0.3％左右；⑥有极大的环保效益。
图1为本发明所述的一种带有冷却器、净化采样室及气泵的工业炉窑燃烧质量分析与控制系统的布局示意图，亦为本发明的摘要附图。
图2为本发明所述的一种将高温氧气传感器直接安装于炉窑内腔的工业炉窑燃烧质量分析与控制系统的布局示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细描述。
实施例1如附图1所示，所述的工业炉窑燃烧质量分析与控制系统也称作低氧燃烧控制系统。在炉窑1的炉体上装有N(N≥1的整数)个燃烧器11，燃烧器11的一头连接燃料调节阀10，燃烧器11的另一头连通炉窑1的炉膛。所述炉窑1可选自加热炉或热风炉或锅炉或其它燃料燃烧炉窑。由燃料调节阀10进入燃烧器11的燃料可以是气体燃料(如焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气或其混合煤气、天然气、液化气等)、液体燃料(如重油、柴油等)或固体燃料(如粉状的烟煤或无烟煤或块煤等)。炉窑1的尾部有烟道2，换热器3安装在烟道2中。在燃烧器11的空气入口处安装有空气调节阀9，空气调节阀9经热风管7与换热器3的出口相连，换热器3的入口经冷风管6连通有空气吸入口5的鼓风机组4，在冷风管6与热风管7之间有旁通阀8。如上所述是原有工业炉窑靠炉温的变化来控制风量大小的控制部分。关闭旁通阀8，从鼓风机组4出来的冷风经冷风管6从换热器3的入口进入换热器3加热后再由换热器3的出口经热风管7、空气调节阀9入燃烧器11与从燃料调节阀10过来的燃料混合同时进入炉窑1内；如果换热器3进行维修等，可开启旁通阀8，从鼓风机组4出来的冷风经冷风管6直接从旁通阀8经热风管7、空气调节阀9入燃烧器11，这样进入炉窑1内的风是冷风。所述换热器3、鼓风机组4为市场可买产品，已有技术。在炉窑1的内腔安装有采样管12，采样管12可用耐高温的材质制作。采样管12最好安装在炉窑1的内腔尾端或安装在烟道2中，这样它可采集到炉窑1内真实烟气中氧含量。采样管12的出口端伸出炉窑1的炉墙外连接冷却器13的入口端，冷却器13的出口端经管道14连接装有净化器的净化采样室15，冷却器13可以通有冷却水或空气。从采样管12采集到的含有尘埃或有害气体的炉内烟气经冷却器13冷却后再经净化采样室15内的净化器净化后变成“清洁”的烟气进入净化采样室15的下层。氧气传感器21的输入端置于净化采样室15中，氧气传感器21的信号输出端接控制器22的采集信号输入端，控制器22的控制显示端连人机界面操作显示器23，控制器22的输出端连调速器24的控制端，调速器24的另一端连接鼓风机组4。其中调速器24与鼓风机组4的连接可选用机械连接，也可用电缆线连接。所述调速器24可选自液粘或液偶机械调速装置，也可以是变频、串级、滑差等电气调速，为市场可买产品，已有技术。由控制器22、人机界面操作显示器23组成的控制部分可由PLC或PAC或PIC与触模屏或组态显示或工控机组成。净化采样室15的输出端用管道16连接气泵17的入口，气泵17的出口经管道18接阀门19的入口，阀门19的出口用管道20连接烟道。
运行时，先关闭旁通阀8，打开空气调节阀9，启动鼓风机组4。起初由空气吸入口5经冷风管6进入换热器3的外界空气为常温，所以从换热器3的出口出来的风温不高，常温空气经热风管7、空气调节阀9进入燃烧器11与从燃料调节阀10过来的燃料混合同时进入炉窑1内。随着从烟道2排出的烟气温度的提高，流经换热器3的风温也会逐步上升。由于鼓风机组4的转速决定着进入燃烧器11的风量，燃烧器11风量的大小又直接影响炉尾烟气氧含量的高低，所以控制鼓风机组4的转速即可实现炉窑1内的合理燃烧。启动气泵17，同时开启阀门19，炉窑1内的烟气进入采样管12经冷却器13冷却降温后从冷却器13的出口端经管道14进入净化采样室15中的净化器，净化器由过滤器与吸附器构成。净化后的炉内烟气进入净化采样室15的下端与氧气传感器21接触，氧气传感器21将测得的炉窑1内烟气中的氧含量值变成电信号送给控制器22并在人机界面操作显示器23上操作显示。如果氧气传感器21测得炉窑1内的烟气中的氧含量值与设定值相比过高时，即配风过量，氧气传感器21将信号传给控制器22进行比较、运算或处理后送调速器24，调速器24将调速信号输送给鼓风机组4让鼓风机组4调速(减速或减风)，直到鼓风机组4调速到使氧气传感器21测得的炉窑1内烟气中氧含量值在设定值内，即空气消耗系数在1.0-1.1范围内；当氧气传感器21测得炉窑1内烟气中的氧含量值与设定值相比过低时，即配风不足，氧气传感器21将信号传给控制器22进行比较、运算或处理后送调速器24，调速器24将调速信号输送给鼓风机组4让鼓风机组4调速(提速或增风)，直到鼓风机组4调速到使氧气传感器21测得的炉窑1内烟气中的氧含量值在设定值内。在气泵17的作用下，由采样管12、冷却器13经管道14进入净化采样室15的炉内烟气从管道16、气泵17、管道18或阀门19及管道20后由烟窗排走，这样由采样管12采集到的炉内烟气中的氧含量值是不断流动的烟气中的氧含量值。整个控制系统一旦建立，只需现场设定炉窑1内燃烧产物(即烟气)中氧气的百分比浓度，设定后不必再调整，鼓风机组4的配风将按此比例全自动闭环控制，即可实现本发明的目的。
实施例2如附图2所示，在炉窑1的炉体上装有N(N≥1的整数)个燃烧器11，燃烧器11的一头连接燃料调节阀10，燃烧器11的另一头连通炉窑1的炉膛，炉窑1的尾部有烟道2，换热器3安装在烟道2中。在燃烧器11的空气入口处安装有空气调节阀9，空气阀节阀9经热风管7连换热器3的出口，换热器3的入口经冷风管6连通有空气吸入口5的鼓风机组4，在冷风管6与热风管7之间有旁通阀8。在炉窑1的内腔安装有氧气传感器21，氧气传感器21可选用高温氧气传感器。氧气传感器21的信号输出端与控制器22的采集信号输入端相连，控制器22的控制显示端连人机界面操作显示器23，控制器22的输出端连调速器24的控制端，调速器24的另一端连鼓风机组4。调速器24与鼓风机组4的连接方式可选用机械连接或电缆线连接。氧气传感器21将直接测得的炉窑1内烟气中的氧含量值变成电信号送给控制器22并在人机界面操作显示器23上显示。当氧气传感器21测得炉窑1内的烟气中氧含量值与设定值相比过高时，即配风过量，氧气传感器21将信号传给控制器22进行比较、运算或处理后送调速器24，调速器24将调速信号输送给鼓风机组4调速(减速减风)，直到鼓风机组4调速到使氧气传感器21测得的炉窑1内烟气中氧含量值在设定范围；当氧气传感器21测得炉窑1内烟气中的氧含量值与设定值相比过低时，即配风不足，氧气传感器21将信号传给控制器22进行比较、运算或处理后送调速器24，调速器24将调速信号输送给鼓风机组4调速(提速增风)，直到鼓风机组4调速到使氧气传感器21测得的炉窑1内烟气中的氧含量值在设定范围。达到本发明所述目的。
权利要求
1.一种工业炉窑燃烧质量分析与控制系统，在炉窑(1)的炉体上装有N个燃烧器(11)，燃烧器(11)的一头连接燃料调节阀(10)，燃烧器(11)的另一头连通炉窑(1)的炉膛，炉窑(1)的尾部有烟道(2)，换热器(3)安装在烟道(2)中，在燃烧器(11)的空气入口处安装的空气调节阀(9)经热风管(7)与换热器(3)的出口相连，换热器(3)的入口经冷风管(6)连通有空气吸入口(5)的鼓风机组(4)，在冷风管(6)与热风管(7)之间有旁通阀(8)，其特征在于在炉窑(1)的内腔安装有采样管(12)，采样管(12)的出口端伸出炉窑(1)的炉墙外连接冷却器(13)的入口端，冷却器(13)的出口端经管道(14)连接装有净化器的净化采样室(15)，氧气传感器(21)的输入端置于净化采样室(15)中，氧气传感器(21)的信号输出端接控制器(22)的采集信号输入端，控制器(22)的控制显示端连人机界面操作显示器(23)，控制器(22)的输出端连调速器(24)的控制端，调速器(24)的另一端连接鼓风机组(4)；净化采样室(15)的输出端用管道(16)连接气泵(17)的入口，气泵(17)的出口经管道(18)接阀门(19)的入口，阀门(19)的出口用管道(20)连接烟道。
2.一种工业炉窑燃烧质量与分析控制系统，在炉窑(1)的炉体上装有N个燃烧器(11)，燃烧器(11)的一头连接燃料调节阀(10)，燃烧器(11)的另一头连通炉窑(1)的炉膛，炉窑(1)的尾部有烟道(2)，换热器(3)安装在烟道(2)中，在燃烧器(11)的空气入口处安装有空气调节阀(9)，空气阀节阀(9)经热风管(7)连换热器(3)的出口，换热器(3)的入口经冷风管(6)连通有空气吸入口(5)的鼓风机组(4)；在冷风管(6)与热风管(7)之间有旁通阀(8)，其特征在于在炉窑(1)的内腔安装有氧气传感器(21)，氧气传感器(21)的信号输出端与控制器(22)的采集信号输入端相连，控制器(22)的控制显示端连人机界面操作显示器(23)，控制器(22)的输出端连调速器(24)的控制端，调速器(24)的另一端连鼓风机组(4)。
全文摘要
本发明公开了一种用于加热炉、热风炉、锅炉等工业炉窑的燃烧质量分析与控制系统，位于炉尾或烟道内的采样管将采集到的炉内烟气经冷却后由管道送净化采样室，由氧气传感器检测烟气中的氧含量值。氧气传感器测得炉窑内烟气中的氧含量值超过设定值时，即配风过量，氧气传感器将信号传给控制器进行比较、运算或处理后送调速器，将鼓风机组的转速降低，即减风，直到配风合适；反之，如果氧气传感器测得炉窑内烟气中的氧含量值低于设定值时，即配风不足，调速器将鼓风机组的转速提高，即加风，直到配风合适，确保炉窑的空气消耗系统在1.0－1.1范围。这种分析与控制系统不仅可提高工业炉窖的燃烧质量为用户创造经济效益，而且还可大幅度降低氮氧化物或一氧化碳的排放量，推广价值大。
文档编号F23N5/00GK101055090SQ200710034470
公开日2007年10月17日 申请日期2007年2月13日 优先权日2007年2月13日
发明者夏学苏, 谢鹏艺 申请人:夏学苏