一种基于CO2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法与流程

一种基于co2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法
技术领域
1.本发明属于燃气炉检测控制领域，更具体地说，涉及一种基于co2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法。


背景技术：

2.在炉窑燃烧等工业生产中，空燃比失控将带来一系列问题，如轧钢加热炉中：如果空燃比偏大，其不仅会影响产品质量，还会使得氧化烧损率和燃耗偏高，并可能导致nox的排放强度增加；如果空燃比偏小，一方面会增加燃料的消耗，另一方面则会带来co等污染物排放量增加。
3.实际生产中，通过对炉窑燃烧产生烟气成分的在线监测可以直接反应炉窑燃烧效果，当烟气中残氧较高时，说明空燃比偏大(助燃空气过量)；当烟气中可燃成分(如co等)较高时，说明空燃比偏小(煤气过量、助燃空气不足)。传统的炉窑燃烧监测方法以监测烟气含氧量为主，通过控制燃烧产生烟气中的含氧量，实现燃烧优化效果。残氧控制是一种趋零控制方式，当残氧为零时，有可能出现不完全燃烧，但是在实际使用时的经历表明，此种检测技术在精确性、稳定性、持久性和可靠性等方面均有不足，难以满足现场精确控制的要求。
4.经检索，如申请号2014108259870的专利申请公开了一种回转窑燃烧控制装置及方法，利用煤气成分分析仪表及烟气含氧量测量仪表，构建空燃比自动计算模型，使空燃比实时自动计算，并将经验空燃比值同时引入自动控制系统中，可以将回转窑温度偏差控制在
±
5℃的范围内，降低转炉煤气消耗3％。申请号2018105703016的专利申请公开了一种燃料用煤气中全硫含量的在线检测装置及检测方法，具有燃烧反应炉、在线煤气烟气监测系统和数据采集处理系统；能够准确、实时地指导煤气脱硫工艺生产，指导燃料生产控制。申请号2018114839918的专利申请公开了一种轧钢加热炉燃烧控制装置及控制方法，该方案基于煤气成分分析机理，实现加热炉的更佳燃烧控制，与烟气反馈测试结果一致，并通过实时调整各段煤气量及空气量，达到燃烧优化控制目的。但上述设计方案在实践中其实施效果仍有进一步提升优化的空间。


技术实现要素：

5.1、要解决的问题
6.针对目前炉窑燃烧常规监测方式仍难以满足实践需求的情况，本发明拟提供一种基于co2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，通过动态监测煤气成分，计算得出所需要控制的燃烧状态下烟气co2波动范围，并与在线烟气co2分析结果进行比对，指导燃烧优化调节，取得节能减排效果。
7.2、技术方案
8.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
9.本发明的一种基于co2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，一种煤气在理想的燃烧状态下(烟气中氧气含量为0，且不含空燃物质)，产生的烟气组分相对恒定，通
过得到理想的燃烧状态下，烟气中co2的含量，再经过一定含氧量下的漏风折氧计算，得出所需要控制的燃烧状态下co2波动范围，并与在线烟气co2分析结果进行比对，指导燃烧优化调节。
10.更进一步地，过程如下：
11.s1、动态检测对比炉膛内co2含量，判断燃烧偏离状态：当co2小于设定范围时空气过量，当co2超过设定范围时煤气过量；
12.s2、控制温度在设定范围内：co2小于设定范围时，减小空气流量；超过设定范围时，降低煤气流量；
13.s3、控制温度高于设定最大值：逐级降低煤气流量和空气流量，再通过s1和s2优化燃烧状态；
14.s4、控制温度低于设定最小值：逐级增加空气流量和煤气流量，再通过s1和s2优化燃烧状态；
15.通过上述s1-s4工序循环优化调节空气流量和煤气流量使得炉膛co2含量在设定的控制范围内，炉内燃烧处于最佳燃烧状态。
16.更进一步地，当在空气过剩系数a为1.1～1.2工况下进行燃烧时，co2控制范围在13.54～14.66，对应烟气残氧在1.74～3.22。
17.更进一步地，利用在线监测系统采集监测数据，该在线监测系统包括燃烧反应炉和烧嘴，煤气经煤气支管送入烧嘴，助燃空气经空气支管送入烧嘴，空气、煤气在烧嘴处混合后送入燃烧反应炉燃烧，产生的烟气经烟气总管送入烟囱外排；煤气支管上设有煤气支管电动调节阀和煤气支管流量计；空气支管上设有空气支管电动调节阀和空气支管流量计；
18.烟气总管上布置有烟气分析仪，煤气支管上布置有煤气分析仪，各电动调节阀和流量计，以及烟气分析仪和煤气分析仪分别与数据采集处理系统连接；数据采集处理系统依据采集的监测数据计算出所需要控制的燃烧状态下co2波动范围，并与在线烟气co2分析结果进行比对，指导空燃比进行修正反馈，优化燃烧控制。
19.更进一步地，燃烧反应炉的炉膛温度控制在1000～1300℃，炉压控制在微正压状态。
20.更进一步地，燃烧反应炉炉压维持在10-20pa的微正压状态。
21.3、有益效果
22.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
23.(1)可有效规避残氧趋零控制带来的不完全燃烧问题。
24.(2)co2测量技术稳定可靠。
25.(3)co2为非趋零控制方式的区间控制，准确可靠。
附图说明
26.图1为本发明中的燃烧控制系统的结构示意图。
27.图中：1-燃烧反应炉；2-烧嘴；3-煤气支管；4-煤气支管电动调节阀；5-煤气支管流量计；6-空气支管；7-空气支管电动调节阀；8-空气支管流量计；9-烟气总管；10-烟囱；11-烟气分析仪；12-数据采集处理系统；13-煤气分析仪。
具体实施方式
28.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
29.实施例
30.本实施例的一种基于co2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，其核心的技术原理是一种气体燃料在空气中完全燃烧，在一定的漏风率(空气过剩系数)的情况下，烟气中co2的含量一定并与之对应，在此机理下，可依据一定的漏风率(空气过剩系数)下的烟气co2波动反馈，实现对燃烧的精准控制目标。一种煤气在理想的燃烧状态下(烟气中氧气含量为0，且不含空燃物质)，产生的烟气组分相对恒定，通过得到理想的燃烧状态下，烟气中co2的含量，再经过一定含氧量下的漏风折氧计算，得出所需要控制的燃烧状态下co2波动范围，并与在线烟气co2分析结果进行比对，指导燃烧优化调节。
31.以下结合图1，首先对本实施例具体采用的在线监测系统进行说明，该在线监测系统包括燃烧反应炉1和烧嘴2，煤气经煤气支管3送入烧嘴2，助燃空气经空气支管6送入烧嘴2，空气、煤气在烧嘴2处混合后送入燃烧反应炉1燃烧，产生的烟气经烟气总管9送入烟囱10外排；煤气支管3上设有煤气支管电动调节阀4和煤气支管流量计5；空气支管6上设有空气支管电动调节阀7和空气支管流量计8；烟气总管9上布置有烟气分析仪11，煤气支管3上布置有煤气分析仪13，各电动调节阀和流量计，以及烟气分析仪11和煤气分析仪13分别与数据采集处理系统12连接；数据采集处理系统12依据采集的监测数据计算出所需要控制的燃烧状态下co2波动范围，并与在线烟气co2分析结果进行比对，指导空燃比进行修正反馈，优化燃烧控制。
32.本实施例中燃烧反应炉1的炉膛温度控制在1000～1300℃，炉压控制在在10-20pa的微正压状态。以保证煤气在其中充分燃烧，加热炉内物料。本实施例的监测系统可以进行煤气在线监测和烟气在线监测，煤气监测主要检测煤气中o2、co、h2、ch4、co2、cmhn等成分。烟气监测主要是在线监测燃烧产生的烟气co2参数，采用抽取式冷干红外法。即：通过开孔方式在线直接抽取烟气，经过冷却净化、输送、汽水分离、冷却干燥、抽取加压、脱硫除尘稳流后，进入烟气分析仪11分析。数据采集处理系统12实时采集上述监测信息，依据煤气组分计算给出得出所需要控制的燃烧状态下co2波动范围，并与在线烟气co2分析结果进行比对，指导空燃比进行修正反馈，优化燃烧控制。
33.以下将该在线监测系统各部件组合及功能进行表格化展示说明。
[0034][0035][0036]
以下结合具体实践案例进一步说明：
[0037]
a、通过煤气成分，推算烟气成分(干烟气)
[0038]
煤气成分：
[0039][0040]
注：煤气含水量h2o s
：煤气温度计显示煤气温度为45℃，该温度饱和状态下煤气含水体积百分数为9.45％。干空气的含水量gk：为21.83g/nm3，以湿度仪显示干球30.6℃、湿球24.8℃时计算得出。
[0041]
空气助燃下工况下，
[0042]
理论干空气量l0g＝0.0238(h
2s
+cos)+0.0952*ch
4s
+0.0476*3*cmhn
s-0.0476*o
2s
[0043]
烟气成分结果推算：在空气过剩系数为a时，主要产物为o2、co2、n2、h2o；
[0044]
1m3煤气燃烧产物如下：
[0045]
o2＝0.21*l0g*(a-1)，m3；
[0046]
co2＝(cos+2cmhns+co
2s
+ch
4s
)/100，m3；
[0047]
n2＝n
2s
/100+(100-21)/100*l0g+0.79*l0g*(a-1)，m3；
[0048]
h2o＝(h
2s
+2*(cmhns+ch
4s
)+h2os)/100+gk*0.00124*l0g*a，m3[0049]
b、不同空气过剩系数a下，烟气成分计算
[0050]
不同空气过剩系数a下的烟气成分计算结果汇总表
[0051]
[0052][0053]
不同空气过剩系数a下的干基烟气o2、co2计算结果汇总
[0054]
[0055][0056]
当需要空气过剩系数a在1.1～1.2工况下进行燃烧控制，则co2控制范围在13.54～14.66，对应烟气残氧在1.74～3.22。
[0057]
对应监测优化控制过程如下：
[0058]
s1、动态检测对比炉膛内co2含量，判断燃烧偏离状态：当co2小于设定范围时空气过量，当co2超过设定范围时煤气过量；
[0059]
s2、控制温度在设定范围内：co2小于设定范围时，减小空气流量，减少空气过剩系数；超过设定范围时，降低煤气流量，增加气过剩系数；
[0060]
s3、控制温度高于设定最大值：逐级降低煤气流量和空气流量，再通过s1和s2优化燃烧状态；
[0061]
s4、控制温度低于设定最小值：逐级增加空气流量和煤气流量，再通过s1和s2优化燃烧状态；
[0062]
通过上述s1-s4工序循环优化调节空气流量和煤气流量使得炉膛co2含量在设定的控制范围内，炉内燃烧处于最佳燃烧状态。
[0063]
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于co2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，其特征在于：通过得到理想的燃烧状态下，烟气中co2的含量，再经过一定含氧量下的漏风折氧计算，得出所需要控制的燃烧状态下co2波动范围，并与在线烟气co2分析结果进行比对，指导燃烧优化调节。2.根据权利要求1所述的一种基于co2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，其特征在于：过程如下：s1、动态检测对比炉膛内co2含量，判断燃烧偏离状态：当co2小于设定范围时空气过量，当co2超过设定范围时煤气过量；s2、控制温度在设定范围内：co2小于设定范围时，减小空气流量；超过设定范围时，降低煤气流量；s3、控制温度高于设定最大值：逐级降低煤气流量和空气流量，再通过s1和s2优化燃烧状态；s4、控制温度低于设定最小值：逐级增加空气流量和煤气流量，再通过s1和s2优化燃烧状态；通过上述s1-s4工序循环优化调节空气流量和煤气流量使得炉膛co2含量在设定的控制范围内，炉内燃烧处于最佳燃烧状态。3.根据权利要求1所述的一种基于co2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，其特征在于：当在空气过剩系数a为1.1～1.2工况下进行燃烧时，co2控制范围在13.54～14.66％，对应烟气残氧在1.74～3.22％。4.根据权利要求1所述的一种基于co2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，其特征在于：利用在线监测系统采集监测数据，该在线监测系统包括燃烧反应炉(1)和烧嘴(2)，煤气经煤气支管(3)送入烧嘴(2)，助燃空气经空气支管(6)送入烧嘴(2)，空气、煤气在烧嘴(2)处混合后送入燃烧反应炉(1)燃烧，产生的烟气经烟气总管(9)送入烟囱(10)外排；煤气支管(3)上设有煤气支管电动调节阀(4)和煤气支管流量计(5)；空气支管(6)上设有空气支管电动调节阀(7)和空气支管流量计(8)；烟气总管(9)上布置有烟气分析仪(11)，煤气支管(3)上布置有煤气分析仪(13)，各电动调节阀和流量计，以及烟气分析仪(11)和煤气分析仪(13)分别与数据采集处理系统(12)连接；数据采集处理系统(12)依据采集的监测数据计算出所需要控制的燃烧状态下co2波动范围，并与在线烟气co2分析结果进行比对，指导空燃比进行修正反馈，优化燃烧控制。5.根据权利要求4所述的一种基于co2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，其特征在于：燃烧反应炉(1)的炉膛温度控制在1000～1300℃，炉压控制在微正压状态。6.根据权利要求5所述的一种基于co2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，其特征在于：燃烧反应炉(1)炉压维持在10-20pa的微正压状态。

技术总结
本发明公开了一种基于CO2动态反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，属于燃气炉检测控制领域。本发明通过得到理想的燃烧状态下，烟气中CO2的含量，再经过一定含氧量下的漏风折氧计算，得出所需要控制的燃烧状态下CO2波动范围，并与在线烟气CO2分析结果进行比对，指导燃烧优化调节。本发明通过动态监测煤气成分，计算得出所需要控制的燃烧状态下烟气CO2波动范围，并与在线烟气CO2分析结果进行比对，指导燃烧优化调节，取得节能减排效果。取得节能减排效果。取得节能减排效果。


技术研发人员：周劲军 唐嘉瑞 樊明宇 周栩 黄琼玲
受保护的技术使用者：马鞍山钢铁股份有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/10/8