本发明属于冶金加热炉燃烧控制领域，具体涉及一种热轧脉冲加热炉燃烧控制方法。
背景技术
热轧脉冲燃烧技术是一种新的加热燃烧技术，与传统热轧加热炉相比，大多数热轧脉冲加热炉除了均热段上部采用了双交叉限幅控制的平焰烧嘴外，其他各控制区域均采用了脉冲控制的可调焰烧嘴，该类烧嘴又称脉冲烧嘴，布置全部安装在侧墙上。
每个脉冲烧嘴都由空气、煤气系统配合而成，烧嘴前的空、煤气管道上各自安装了on/off自动切断阀，所有切断阀都配备了全开、全关限位开关。正常情况下，炉膛两侧烧嘴连锁成对使用，通过控制系统下达的燃烧指令实现脉冲燃烧。由于脉冲烧嘴通常是在全额定功率下进行开关控制，只是燃烧的时间长短不一样，犹如脉冲波一下，故称脉冲燃烧。
脉冲烧嘴通过控制烧嘴前煤气及空气开关阀的开关时间来确定燃烧时间，再用燃烧时间的长短来精确控制实际炉温使其达到设定炉温。脉冲烧嘴结合加热炉实际热负荷需求进行燃烧时间的控制，从而达到保证加热质量的效果。这与传统双交叉控制技术利用煤气流量的连续调节进行温度控制有着本质化的区别。脉冲烧嘴的使用燃料只设定总管煤气压力而不进行流量调节，所以烧嘴一旦正常脉冲工作，就处于满负荷状态，保证烧嘴燃烧时的燃气出口速度不变。当需要升温时，烧嘴燃烧时间加长，间断时间减小；需要降温时，烧嘴燃烧时间减小，间断时间加长。脉冲烧嘴前的空气和煤气阀门根据热负荷需求来确定阀门的开启时间，燃烧时间有一定的周期，每个周期后系统会根据热负荷需求再确定下一周期内烧嘴的投入时间。
热轧脉冲加热炉在热负荷需求比较小时，脉冲烧嘴燃烧的时间就比较短。但在长期的使用中，产生的主要问题如下：
热负荷需求较小时，烧嘴不可避免的会频繁切换开关，阀门动作难以完全同步，从而降低能源使用效率，燃烧不容易稳定，同时，也影响阀门设备的稳定性。
由于燃烧时间短，不燃烧时间长，空气阀关闭不严密，使得空气阀门泄漏的空气更多，导致炉温不均匀，问题严重影响热轧脉冲加热炉的使用效果，直接影响板坯的加热质量。传统的热轧脉冲加热炉希望热值稳定不动，着重从设备密封上解决这个生产技术难题，但是，很难长久稳定使用，至今没有一个方法能够通过控制系统的灵活运用，改善该问题。
文章《模糊控制技术在加热炉系统中的应用》介绍了通过对燃烧气体流量分析和控制来辅助脉冲式烧嘴的技术。主要是采用模糊控制技术，计算脉冲燃烧的控制器参数，该技术将现场各烧嘴的煤气空气流量加入各个模型当中进行计算，使计算出的烧嘴打开时间更趋近于最优，提高控制精度。该技术虽然优化了脉冲燃烧控制算法，但是不涉及热轧脉冲加热炉在热负荷需求比较小时，如何克服现有系统不足，特别是通过热值的综合控制，延长脉冲烧嘴燃烧时间的问题。
申请号为：cn93111718.6的发明申请，公开了“煤气混合热值和压力解耦控制系统”，其中，差变送器、压力调节器、一阶惯性环节、乘法器、焦炉煤气流量副环和高炉煤气流量副环组成压力主环，热值测量装置、热值调节器、smith预估器、一阶惯性环节、乘法器、焦炉煤气流量副环和高炉煤气流量副环组成热值主环，二个主环通过由乘法器、恒值给定器、减法器和二个流量副环组成的解耦装置形成二个分治串级调节系统。该控制方法的关键是常规加热炉中提供一种可以有效地在线同时控制混合煤气的热值和压力，使它和一定比例的空气相配合，在炉内达到完全燃烧的煤气混合热值和压力解藕控制系统。该技术虽然优化了燃气热值与压力的关系，但与脉冲烧嘴在低热负荷下延长燃烧时间的工作无关。
技术实现要素：
为解决以上问题，提高燃烧效率、火焰稳定性及板坯加热的温度均匀性，本发明提供了一种热轧脉冲加热炉燃烧控制方法，其技术方案具体如下：
一种热轧脉冲加热炉燃烧控制方法，适用于低加热负荷，特别是生产低目标温度及高热装温度板坯时的脉冲燃烧，其特征在于：在脉冲燃烧的基础上，针对低加热负荷，引入低热值燃烧控制，计算低负荷下对应的煤气热值，并建立基于此的脉冲燃烧所需的空燃比和空煤气管道压力，分别将计算所得的煤气热值和空煤气管道压力发送至煤气热值调整机构和加热炉基础燃烧控制机构，实现脉冲燃烧自动控制，从而达到延长脉冲烧嘴燃烧时间、减少烧嘴阀门开关次数，提高炉内温度均匀性的目的，具体包括如下步序：
s1：根据工艺要求，启动低热值燃烧控制，并根据生产低目标温度及高热装温度板坯时计算所需煤气热值确定新的煤气热值设定值；
s2：根据空燃比的理论计算模型，确定新的煤气热值设定值对应的最优空燃比；
s3：根据煤气压力窗口设定值、煤气温度实测值和参考值、热值的实测值、参考值、新的煤气热值设定值，采用煤气压力设定计算模型，确定煤气压力控制设定值；
s4：根据空气压力窗口设定值、煤气压力控制设定值、煤气压力参考值、空气温度实测值和参考值、空燃比，采用空气压力计算模型，确定空气压力控制设定值；
s5：将计算所得的煤气热值和空煤气管道压力发送至煤气热值调整机构和加热炉基础燃烧控制机构，实现脉冲燃烧自动控制。
根据本发明的一种热轧脉冲加热炉燃烧控制方法，其特征在于：
步骤s1中所述的新的煤气热值设定值具体通过如下确定：
z′＝(qn×z×τ-δqheat)/(qn×τ)
z′：新燃气热值，单位：j/m3；
qn：烧嘴总额定流量；单位：m3/s；
z：原燃气热值；单位：j/m3；
τ：烧嘴运行时间；单位：s；
δqheat：生产低目标温度或热装板坯减少的热量；单位：j；
其中：δqheat根据如下确定：
n：炉内板坯数量；
cpslab：板坯比热；单位：j/(kg·℃)；
ρair：炉气密度；单位：kg/m3；
vair：炉气体积。单位：m3；
cpair：炉气比热；单位：j/(kg·℃)；
δt—目标温度或装坯温度差；单位：℃。
根据本发明的一种热轧脉冲加热炉燃烧控制方法，其特征在于：
步骤s2中所述的最优空燃比，根据如下确定：
l0：空燃比；
m,n：cmhn气体中的原子数；
co％，h2％，ch4％，cmhn％，h2s％，o2％：各个混合气体百分比。
根据本发明的一种热轧脉冲加热炉燃烧控制方法，其特征在于：
步骤s3中所述的煤气压力控制设定值，根据如下确定：
其中，
p煤气控制设定：煤气压力控制设定值，单位：pa；
p煤气窗口设置：煤气压力窗口设定值，单位：pa；
t煤气实际：实际测量混合煤气的温度，单位：℃；
t煤气参考：混合煤气额定参考温度，单位：℃；
z参考：混合煤气额定参考热值，单位：j/m3；
z实际：混合煤气实际热值，单位：j/m3；
z新热值：煤气站设定的新热值设定值，j/m3；
z原热值：原煤气站设定热值，j/m3；
根据本发明的一种热轧脉冲加热炉燃烧控制方法，其特征在于：
步骤s4中所述的空气压力控制设定值，根据如下确定：
p空气控制设定：空气压力控制设定值，单位：pa；
p空气窗口设定：助燃空气压力窗口设定值，单位：pa；
p煤气控制设定：煤气压力控制设定值，单位：pa；
p煤气参考：煤气主管压力参考值；单位：pa；
t空气实际：实际测量空气温度，单位：℃；
t空气参考：空气额定参考温度，单位：℃；
l新空燃比：基于新热值设定值下的空燃比；
l原空燃比：原热值下空燃比；
λ：综合修正系数(可调，初始设定为1)。
本发明的一种热轧脉冲加热炉燃烧控制方法，适用于低加热负荷，特别是生产低目标温度及高热装温度板坯时的脉冲燃烧，通过在脉冲燃烧的基础上，针对低加热负荷，引入低热值燃烧控制，计算低负荷下对应的煤气热值，并建立基于此的脉冲燃烧所需的空燃比和空煤气管道压力，分别将计算所得的煤气热值和空煤气管道压力发送至煤气热值调整机构和加热炉基础燃烧控制机构，实现脉冲燃烧自动控制，从而达到延长脉冲烧嘴燃烧时间、减少烧嘴阀门开关次数，提高炉内温度均匀性的目的。
附图说明
图1为本发明的控制步序流程图。
具体实施方式
下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种热轧脉冲加热炉燃烧控制方法作进一步具体说明。
如图1所示的一种热轧脉冲加热炉燃烧控制方法，适用于低加热负荷，特别是生产低目标温度及高热装温度板坯时的脉冲燃烧，通过在脉冲燃烧的基础上，针对低加热负荷，引入低热值燃烧控制，计算低负荷下对应的煤气热值，并建立基于此的脉冲燃烧所需的空燃比和空煤气管道压力，分别将计算所得的煤气热值和空煤气管道压力发送至煤气热值调整机构和加热炉基础燃烧控制机构，实现脉冲燃烧自动控制，从而达到延长脉冲烧嘴燃烧时间、减少烧嘴阀门开关次数，提高炉内温度均匀性的目的。
具体包括如下步序：
s1：根据工艺要求，启动低热值燃烧控制，并根据生产低目标温度及高热装温度板坯时计算所需煤气热值确定新的煤气热值设定值；
s2：根据空燃比的理论计算模型，确定新的煤气热值设定值对应的最优空燃比；
s3：根据煤气压力窗口设定值、煤气温度实测值和参考值、热值的实测值、参考值、新的煤气热值设定值，采用煤气压力设定计算模型，确定煤气压力控制设定值；
s4：根据空气压力窗口设定值、煤气压力控制设定值、煤气压力参考值、空气温度实测值和参考值、空燃比，采用空气压力计算模型，确定空气压力控制设定值；
s5：将计算所得的煤气热值和空煤气管道压力发送至煤气热值调整机构和加热炉基础燃烧控制机构，实现脉冲燃烧自动控制。
其中，
步骤s1中所述的新的煤气热值设定值具体通过如下确定：
z′＝(qn×z×τ-δqheat)/(qn×τ)
z′：新燃气热值，单位：j/m3；
qn：烧嘴总额定流量；单位：m3/s；
z：原燃气热值；单位：j/m3；
τ：烧嘴运行时间；单位：s；
δqheat：生产低目标温度或热装板坯减少的热量；单位：j；
其中：δqheat根据如下确定：
n：炉内板坯数量；
cpslab：板坯比热；单位：j/(kg·℃)；
ρair：炉气密度；单位：kg/m3；
vair：炉气体积。单位：m3；
cpair：炉气比热；单位：j/(kg·℃)；
δt—目标温度或装坯温度差；单位：℃。
其中，
步骤s2中所述的最优空燃比，根据如下确定：
l0：空燃比；
m,n：cmhn气体中的原子数；
co％，h2％，ch4％，cmhn％，h2s％，o2％：各个混合气体百分比。
其中，
步骤s3中所述的煤气压力控制设定值，根据如下确定：
其中，
p煤气控制设定：煤气压力控制设定值，单位：pa；
p煤气窗口设置：煤气压力窗口设定值，单位：pa；
t煤气实际：实际测量混合煤气的温度，单位：℃；
t煤气参考：混合煤气额定参考温度，单位：℃；
z参考：混合煤气额定参考热值，单位：j/m3；
z实际：混合煤气实际热值，单位：j/m3；
z新热值：煤气站设定的新热值设定值，j/m3；
z原热值：原煤气站设定热值，j/m3；
其中，
步骤s4中所述的空气压力控制设定值，根据如下确定：
p空气控制设定：空气压力控制设定值，单位：pa；
p空气窗口设定：助燃空气压力窗口设定值，单位：pa；
p煤气控制设定：煤气压力控制设定值，单位：pa；
p煤气参考：煤气主管压力参考值；单位：pa；
t空气实际：实际测量空气温度，单位：℃；
t空气参考：空气额定参考温度，单位：℃；
l新空燃比：基于新热值设定值下的空燃比；
l原空燃比：原热值下空燃比；
λ：综合修正系数(可调，初始设定为1)。
原理简述：
步骤一：在控制系统的画面上，提供常规热值和低热值两种可以选择的燃烧控制方式，其中常规热值是脉冲加热炉生产时采用的默认热值；低热值是在生产低目标温度及高热装温度板坯时计算出来的所需要的热值。
低热值设定值的具体确定方法如下：
z′＝(qn×z×τ-δqheat)/(qn×τ)
z′—新燃气热值，单位：j/m3；
qn—烧嘴总额定流量，单位：m3/s；
z—原燃气热值，单位：j/m3；
τ—烧嘴运行时间，单位：s；
δqheat—生产低目标温度或热装板坯减少的热量，单位：j。
其中：δqheat确定方法如下：
n—炉内板坯数量；
cpslab—板坯比热，单位：j/(kg·℃)；
ρair—炉气密度，单位：kg/m3；
vair—炉气体积，单位：m3；
cpair—炉气比热，单位：j/(kg·℃)；
δt—目标温度或装坯温度差，单位：℃。
步骤二：从煤气站计算机，获得混合煤气的配比和混合煤气分子组份，根据空燃比的理论计算模型，计算出当前状况下的空燃比；具体方法为：
l0—空燃比；
m,n—cmhn气体中的原子数；
co％，h2％，ch4％，cmhn％，h2s％，o2％——各个混合气体百分比。
步骤三：根据煤气压力窗口设定值、煤气温度实测值和参考值、热值的实测值、参考值、新热值设定值，采用煤气压力设定计算模型，计算出煤气压力控制设定值，由加热炉基础燃烧控制机构实现煤气压力的自动控制；
其中涉及的煤气压力计算模型，确定方法如下：
其中，p煤气控制设定—通过模型运算获得的煤气控制设定压力，单位：pa；
p煤气窗口设置—通过l2画面人工输入的煤气设定压力，单位：pa；
t煤气实际—实际测量混合煤气的温度，单位：℃；
t煤气参考—混合煤气额定参考温度，单位：℃；
z参考—混合煤气额定参考热值，单位：j/m3；
z实际—混合煤气实际热值，单位：j/m3；
z新热值—新计算煤气站设定的低热值，单位：j/m3；
z原热值—原煤气站设定热值，单位：j/m3。
步骤四：根据空气压力窗口设定值、煤气压力控制设定值、煤气压力参考值、空气温度实测值和参考值、空燃比，采用空气压力计算模型，计算出空气压力控制设定值，由加热炉基础燃烧控制机构实现空气压力的自动控制；
涉及的助燃空气压力计算模型如下：
p空气控制设定—通过模型运算获得的助燃空气控制设定压力，单位：pa；
p空气窗口设定—通过l2画面人工输入的助燃空气设定压力，单位：pa
p煤气控制设定——煤气压力控制设定值，单位：pa；
p煤气参考—煤气主管压力参考值；
t空气实际—实际测量空气温度，单位：℃；
t空气参考—空气额定参考温度，单位：℃；
l新空燃比—新计算的低热值下空燃比；
l原空燃比—原热值下空燃比；
λ—综合修正系数(可调，初始设定为1)。
上述方法把煤气站热值控制和热轧脉冲加热炉燃烧控制协同起来，首先，根据热轧生产不同的热量需求，可以选取不同的热值设定值；空燃比模型根据混合煤气的组分，通过运算获得最佳空燃比；然后，通过压力模型运算获得混合煤气和助燃空气的压力设定值，由加热炉基础燃烧控制机构实现煤气、空气压力的自动控制。该方法使得热轧脉冲加热炉在正常热负荷和低热负荷的情况下，都能够高效燃烧，解决了低热负荷下烧嘴燃烧时间过短导致的烧嘴开关频繁、燃烧不充分、阀门开关容易不到位、空气阀门易泄漏空气、火焰不稳定且炉气温度不均匀的问题，提高了燃烧效率和板坯加热炉的温度均匀性。
实施例：
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以某热轧产线为例，通过本发明所述的控制方法确定产线脉冲加热炉在生产热装低目标温度的板坯时，设置新的燃料热值，通过采用煤气压力公式和空气压力公式确定混合煤气压力设定值和助燃空气压力设定值。
脉冲加热炉在生产热装低目标温度板坯时，确定新的燃气热值以及煤气、空气压力公式的控制方法的步骤如下：
1.在控制系统的画面上，提供常规热值和低热值两种可以选择的燃烧控制方式，其中常规热值是脉冲加热炉设计时采用的默认热值；低热值是在生产低目标温度及高热装温度板坯时，计算出来的所需要的热值。
低热值的具体确定方法如下：
δqheat——生产低目标温度或热装板坯减少的热量j；
n＝30炉内板坯数量；
cpslab＝750j/(kg·℃)板坯比热；
ρair＝1.3kg/m3炉气密度；
vair＝1536m3炉气体积；
cpair＝1030j/(kg·℃)炉气比热；
δt＝300℃目标温度或装坯温度差；
经计算：δqheat＝1.356×1011j
新的热值设定值计算如下：
z′＝(qn×z×τ-δqheat)/(qn×τ)
z′—新燃气热值j/m3；
qn＝11.44：烧嘴总额定流量，单位：m3/s；
v＝8.8×106原燃气热值，单位：j/m3；
τ＝12600烧嘴运行时间，单位：s。
经计算：z′＝7.86×106j/m3。
2.从煤气站计算机，获得混合煤气的配比和混合煤气分子组份，根据空燃比的理论计算模型，计算出当前状况下的空燃比；具体方法为：
根据新的混合煤气配比，和三种炉气固定的气体分子组份，确定混合煤气分子组份，进而确定空燃比：
l0—空燃比；
m,n—cmhn中的原子数；
co％，h2％，ch4％，cmhn％，h2s％，o2％——各个混合气体百分比；
在原热值的混合煤气中，co占31.94％、h2占17.48％、ch4占8.1％，其他可燃气体为0。则空燃比为l原空燃比＝1.947。
在新热值的混合煤气中，co占33.92％、h2占13.22％、ch4占5.94％，其他可燃气体为0。则新空燃比为l新空燃比＝1.687。
3.根据煤气压力窗口设定值、煤气温度实测值和参考值、热值的实测值、参考值、新热值设定值，采用煤气压力设定计算模型，计算出煤气压力控制设定值，由加热炉基础燃烧控制机构实现煤气压力的自动控制；
涉及的煤气压力计算模型如下：
其中，p煤气控制设定—通过模型运算获得的煤气控制设定压力，pa；
p煤气窗口设置—7500pa通过l2画面人工输入的煤气设定压力；
t煤气实际—31℃实际测量混合煤气的温度；
t煤气参考—20℃混合煤气额定参考温度；
z参考—8.36×106j/m3混合煤气额定参考热值；
z实际—混合煤气实际热值，7.86×106j/m3左右波动；
z新热值—7.86×106j/m3新计算煤气站低热值；
z原热值—8.8×106j/m3原煤气站热值；
经计算，p煤气控制设定＝7023pa。
4.根据空气压力窗口设定值、煤气压力控制设定值、煤气压力参考值、空气温度实测值和参考值、空燃比，采用空气压力计算模型，计算出空气压力控制设定值，由加热炉基础燃烧控制机构实现空气压力的自动控制；
涉及的助燃空气压力计算模型如下：
p空气控制设定—通过模型运算获得的助燃空气控制设定压力，单位：pa；
p空气窗口设定—8500pa通过l2画面人工输入的助燃空气设定压力；
p煤气控制设定—7020pa通过模型运算获得的煤气控制设定压力，pa；
p煤气参考—5500pa煤气主管压力参考值；
t空气实际—360℃实际测量空气温度；
t空气参考—550℃空气额定参考温度；
l新空燃比—1.687新计算低热值下空燃比；
l原空燃比—1.947原热值下空燃比；
λ—综合修正系数(可调，初始设定为1)；
经计算，p空气控制设定＝6267pa。
实施效果：
加热炉生产完成了两个批次的目标温度低且装钢温度高的板坯生产。一个批次采用了常规热值与空煤压力控制方法，另外一个批次使用了本发明实施例给出的方法。板坯出炉温度均匀性有显著提高。
常规热值与常规空煤压力控制生产批次：
共生产板坯51块，板坯装炉温度超过500℃，目标温度比其它板坯略低，煤气站热值为8.8×106j/m3。板坯出炉表面平均温度极差为22.7℃，温度极差小于20℃的合格板坯有18块，占35％。
新热值与新空煤压力控制生产批次：
共生产板坯66块，板坯装炉温度超过500℃，目标温度比其它板坯略低，煤气站热值为7.86×106j/m3。板坯出炉表面平均温度极差为18.06℃，温度极差小于20℃的合格板坯有50块，占75％。温度均匀性合格率显著提高。
本发明的一种热轧脉冲加热炉燃烧控制方法，适用于低加热负荷，特别是生产低目标温度及高热装温度板坯时的脉冲燃烧，其特征在于：在脉冲燃烧的基础上，针对低加热负荷，引入低热值燃烧控制，计算低负荷下对应的煤气热值，并建立基于此的脉冲燃烧所需的空燃比和空煤气管道压力，分别将计算所得的煤气热值和空煤气管道压力发送至煤气热值调整机构和加热炉基础燃烧控制机构，实现脉冲燃烧自动控制，从而达到延长脉冲烧嘴燃烧时间、减少烧嘴阀门开关次数，提高炉内温度均匀性的目的。