利用高焦炉煤气热值实现加热炉燃烧系数动态调整的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及加热炉燃的控制方法，具体涉及一种利用高焦炉煤气热值实现加热炉 燃烧系数动态调整的方法。
【背景技术】
[0002] 加热炉燃烧控制是一个多输入、多输出、大滞后、强耦合、扰动多的系统，输入量为 空气流量、煤气流量、热值、残氧等，输出量为空气调节阀和煤气调节阀的开口度参数。参数 之间互相干扰，且系统外部干扰因素众多，包括煤气热值、混合煤气压力、空气压力等参数 的波动，会干扰稳定的系统，因此需要制定完备的控制方案，避免出现大的振荡，使得自动 控制系统可以稳定运行。
[0003]工业加热炉燃料通常采用炼铁工艺产生的高炉煤气和焦化工艺产生的焦炉煤气， 经过净化后，按比例混合、加压，从而达到加热炉燃烧工艺要求的混合煤气。
[0004] 一般情况下，加热炉混合煤气的热值控制在1800 ±70kcal/m3,混合煤气压力控制 在5KPa以上并保持稳定，否则将引起加热炉燃烧控制出现波动，甚至导致加热炉停炉联锁 动作。
[0005] 高、焦炉煤气符合以下工艺特点参见表1:
[0006] 表1:
[0007]
[0008] 目前大多数加热炉燃烧控制采用的热值仪检测来进行燃烧系数σ值的调整，但热 值仪在长期运行过程中存在以下问题：1.混合煤气的热值波动大，导致检测不准确;2 .混合 煤气杂质多，而热值仪中的管道比较细，容易造成堵塞，导致热值仪频繁熄火;3.混合煤气 压力波动较大，容易导致频繁点火。以上几点原因，使得煤气热值仪在工业加热炉的应用中 受到极大的限制，目前在国内的冶金加热炉行业，热值仪能长期稳定运行的例子寥寥无几。
[0009] 传统的加热炉燃烧控制系统采用串级并联双交叉限幅控制回路，其中最重要的燃 烧系数σ值采用手动的方式进行设定和调整，使得控制输出不能及时反应工况的变化，且控 制效果与人工经验有关，控制连续性不强，从而引起最终的产品质量的波动。
【发明内容】
[0010] 针对以上问题，本发明计算得到混合煤气的热值，并且在传统的加热炉串级并联 双交叉限幅回路控制的基础上，引入σ值的动态调整，使得燃烧控制效果明显提高，节能环 保效率更高，并且最大限度降低硬件投资，提高系统稳定性和可靠性。
[0011] 本发明采用以下技术方案实现:一种利用高焦炉煤气热值实现加热炉燃烧系数动 态调整的方法，其包括以下步骤:S1:计算混合煤气热值动态变化:确定煤气各组分热值，其 中BFG的热值为Μ，COG的热值为N;确定煤气各组分含量，其中BFG的比例为:^7- COG的比例 为Fi为BFG的流量，F2*C0G的流量;根据各煤气组分的含量，结合各组分煤气的热 1 二？ 值，计算出混合煤气的热值Q大小
xNM#Q上传至加热炉自动燃烧控 制系统;S2:调整加热炉燃烧系数动态变化:确定煤气热值的动态偏差值QD = Q + qkcal/m3，q 为混合煤气热值标准值;在换热器前3±0.1m的位置安装残氧分析仪测量出燃烧过程中残 余的氧气含量Y ;得到加热炉炉内混合煤气的动态热值偏差值Qd和残氧含量数据γ，将这 两个参数按加权算法计算，得到加热炉各段燃烧系数σ值的修正因子S:S = QDXa+y Xb，其 中S为各段燃烧系数修正因子;a、b为加权系数，根据各段生产负荷变化情况进行调整;得到 了各段的S值，再与原来的燃烧系数〇值的进行比较，得到修正后的〇值， σ = (/+δ;其中(/为 修正前的燃烧系数，σ为修正后的燃烧系数;将σ值参与到串级并联双交叉限幅控制回路中， 使空气、煤气流量动态地响应残氧含量和混合煤气热值的变化情况。
[0012] 在本发明一实施例中，所述BFG的热值为Μ为800 ±50kcal/m3，COG的热值为4500 土 30kcal/m3。
[0013] 在本发明一实施例中，步骤S1还包括以下具体步骤:在煤气加压站自动控制系统 上定义一个A0点，在加热炉自动燃烧控制系统上定义一个AI点，将煤气加压站自动控制系 统上计算得到的热值数据转换成4~20mA信号，然后通过一根电缆线接到加热炉自动燃烧 控制系统定义好的AI点上，经过系统转换成热值信号；在加热炉自动燃烧控制系统的显示 转换后的热值信号，提示操作工来气的Q值变化情况。
[0014] 在本发明一实施例中，所述残氧分析仪测量为直插式氧化锆分析仪，其工作原理 是当被测气体通过传感器进入氧化锆管内侧时，空气通过自然对流进入传感器的外侧，当 锆管内外侧的氧浓度不同的时候在氧化锆管内外侧产生氧浓差电势，输出的氧浓差电势和 传感器的工作温度以及氧气浓度呈函数对应关系，从而测量出燃烧过程中残余的氧气含量 γ，其测量范围在〇~20%之内。
[0015]在本发明一实施例中，预热段中￡1为1.6，13为2.1;预热段中 &为1.8，13为2.3;均热段 中a为1.3，b为2.0。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0017] 1.在线动态测量数据，控制效果显著提高：
[0018] 本发明技术方案，具有实时在线、动态计算、准确迅速的特点，能够计算出煤气在 加压站混合后的热值动态数据，并通过系统通讯的方式，迅速传递给加热炉自动燃烧控制 系统，再结合残氧分析仪的检测结果，对σ值进行动态调整；同时由于热值计算是在煤气加 压站实现，而燃烧控制系统是在加热炉完成，通过热值信号实施的控制，使得加热炉燃烧控 制系统具有超前调节的特点，能够及时反应热值波动情况，保证加热炉温度控制的稳定性 和连续性，控制效果显著提高。
[0019] 2.减少设备硬件投资
[0020] 据估算，如果采用常规的热值仪来检测混合煤气热值，以国产工业加热炉热值仪 为例，价格在25万元左右，如果是进口的热值仪设备，价格更高达60万元以上，再加上商家 将设备打包上热值仪分析软件，一般一套国产热值仪设备上线运行，成本至少达到80万元， 进口热值仪更高达140万元以上，这里面还不包括设备安装、调试费用以及后期维护费用 等。
[0021]按照本发明设计，利用煤气加压站自动控制系统已有的高炉煤气流量和焦炉煤气 流量作为数据来源，完全利用软件的方法得到混合煤气热值的数据，并且仅用一根通讯电 缆线将热值信息传递给加热炉自动燃烧控制系统，省去了昂贵的热值仪硬件设备，硬件的 投入几乎可以忽略，而且系统软件功能也得到了充分的发挥，因此本发明的经济效益是非 常显著的。
[0022] 3.提高了产品质量，减少人工维护成本
[0023]常规热值仪设备因为存在的一系列问题，使得频繁熄火、点火，检测系统运行不稳 定，测量数据不连续，直接影响了加热炉自动燃烧控制系统的控制效果，进而影响产品的加 热质量，并最终影响产品的成品质量，因而损失是无法估量的。同时，热值仪频繁出现故障， 还给设备维护人员带来了非常繁重的体力劳动，维护人员往往需要反复清洗、甚至更换烧 嘴、煤气切断阀、电磁阀、流量孔板等设备，给维护工作带来了巨大的挑战。因此，本发明的 社会效益也是非常明显的。
[0024] 4.降低备品备件运行费用
[0025]常规热值仪上线运行后，为了保证设备稳定运行，往往需要配备大量的备品备件， 而这些备品备件多属于专用设备，通用性差，同时部分备件还要依赖热值仪厂家订购，因此 备件费用非常高昂，设备利用率较低。采用本发明设计的方案，几乎不需要专门的硬件设 备，使现有设备的利用率大大提高，生产、管理成本大大下降，因此经济和社会效益十分显 著。
[0026] 5.提高了加热炉燃烧效率，降低了环境污染
[0027] 目前加热炉较常采用的控制系统是串级并联双交叉限幅控制回路，由于没有热值 和残氧量的修正，控制效果较差，导致加热炉燃烧效率低下，浪费了大量的燃料，并且排放 的废气中含有未充分燃烧有害气体，