一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制系统及方法与流程

1.本发明涉及炉窑燃烧控制技术领域，特别涉及一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制系统及方法。


背景技术：

2.炉窑燃烧控制问题一直是世界性难题，国外普遍基于物料平衡和能量平衡的复杂数学模型，而我国基本思路是采用先进的控制理论技术作为实现控制的方法。由于控制思想、方法和数学模型复杂、实施难度大、对现场条件要求苛刻和严重偏离现场实际情况等原因，很难使燃烧运行达到最佳，燃烧控制基本依靠操作人员经验手工操作，由于煤气热值波动较大，操作员手动不好控制，造成炉窑煤气消耗增大，温度参数控制不佳，燃烧不充分使有害物排放增加，污染环境且浪费自然资源。
3.通过对炉窑燃烧后产生的烟气相关成分进行监测可以反映燃烧效果，并指导燃烧优化调节。传统的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。如中国专利号cn 107152695 a，专利名称为：基于多参量检测的加热炉可视化燃烧控制系统及控制方法；该申请案包括用于在线精密检测烟气中co含量的co分析仪、用于在线检测炉膛内o2含量的o2分析仪、可视化监测装置、压力传感器、变频器、引风机、驱动器、风门挡板以及与co分析仪、o2分析仪、压力传感器闭环控制连接的dcs控制系统，dcs控制系统优化调整加热炉燃烧状态。该申请案既是一种监测烟气中co、o2含量的燃烧控制方案，但存在不能很好地排除煤气成分波动、助燃风含氧量变化等因素影响的问题。


技术实现要素：

4.1.发明要解决的技术问题
5.为了优化炉窑燃烧控制，本发明提供了一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制系统及方法，本发明通过监测炉窑燃烧后产生的烟气湿度的相对变化情况反映燃烧效果，并指导燃烧优化调节，能够实现燃烧优化、节能减排、安全生产的效果。
6.2.技术方案
7.为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
8.本发明的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制系统，包括燃烧反应炉、空煤气供风系统和燃烧系统，还包括在线湿度检测系统、数据采集处理系统；所述的燃烧反应炉连接烟气总管，烟气总管连接烟囱，烟囱中部设置湿度分析仪，所述湿度分析仪在线监测燃烧产生的烟气中湿度的绝对含量，湿度分析仪通过数据线与数据采集处理系统连接。
9.更进一步地，所述的空煤气供风系统包括煤气支管和空气支管，煤气支管和空气支管送入煤气、空气按比例在烧嘴混合，送入反应炉燃烧；所述煤气支管上设置第一调节阀和第一流量计；所述空气支管上设置第二调节阀和第二流量计。
10.更进一步地，所述的第一流量计、第二流量计连接数据采集处理系统，数据采集处理系统控制第一调节阀、第二调节阀动作。
11.更进一步地，在各加热段的煤气支管上均设置第一调节阀和第一流量计；在各加热段的空气支管上均设置第二调节阀和第二流量计。
12.更进一步地，所述的第一调节阀、第二调节阀采用电动调节阀。
13.本发明的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，利用所述的控制系统，在线监测燃烧产生的烟气中湿度的绝对含量，指导控制空气及煤气的配比，实现优化燃烧。
14.更进一步地，应用于气体燃料燃烧，在空气过剩系数为1时，烟气绝对湿度大于8％下的工况。
15.更进一步地，烟气测点温度在150℃以上，烟气湿度在露点以上。
16.本发明的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，具体步骤为：
17.(1)利用湿度分析仪实时采集湿度监测值x，利用第一流量计和第二流量计获得空燃比数据；
18.(2)调整空燃比增加1％，观察一段时间，判断是否湿度平均增加量≧z；
19.(3)当湿度平均增加量≧z，执行步骤(2)；
20.(4)当湿度平均增加量在
±
z之间，保持一段时间，执行步骤(1)；
21.(5)当湿度平均增加量≦-z，执行步骤(6)；
22.(6)调整空燃比减少1％，观察一段时间，判断是否湿度平均增加量≧z；
23.(7)当湿度平均增加量≧z，执行步骤(6)；
24.(8)当湿度平均增加量在
±
z之间，保持一段时间，执行步骤(1)；
25.(9)当湿度平均增加量≦-z，执行步骤(2)。
26.更进一步地，允许波动值z通过湿度监测值x变化情况动态调整确定，湿度监测值x与允许波动值z对应关系如下：
27.当湿度监测值x≧8％时，允许波动值z取0.3％；当8％《湿度监测值x≦20％时，允许波动值z取0.5％；当20％《湿度监测值x≦40％时，允许波动值z取0.8％。
28.3.有益效果
29.采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
30.(1)本发明通过监控烟气的湿度的相对变化情况，指导燃烧优化控制，主要针对含有c、h化合物的煤气燃烧，确保在燃烧过程中，可燃物可充分、快速氧化，保证湿度与空燃比的相关性可以精确实现。
31.(2)本发明建立一套基于烟气湿度反馈控制机理的燃烧控制方法，可有效排除煤气成分波动、助燃风含氧量变化，系统漏风，分析仪线性漂移等因素影响，实现可靠的燃烧优化控制、节能减排、安全生产效果。
附图说明
32.图1为本发明的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制系统的结构示意图；
33.图2为本发明的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法的控制逻辑图。
34.示意图中的标号说明：
35.1、燃烧反应炉；2、烧嘴；3、煤气支管；4、第一调节阀；5、第一流量计；6、空气支管；7、第二调节阀；8、第二流量计；9、烟气总管；10、烟囱。
具体实施方式
36.为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
37.实施例1
38.结合图1，本实施例的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制系统，主要由燃烧反应炉1炉体、空煤气供风系统、燃烧系统(炉膛内布置有若干空煤气烧嘴)、排烟系统、在线湿度检测系统、数据采集处理系统等组成。所述的燃烧反应炉1主要保证煤气在其中充分燃烧，加热炉内物料，炉膛温度应该控制在1000～1300℃。轧钢加热炉、热处理炉等是其中一种。
39.通过煤气支管3、空气支管6送入的煤气、空气按比例在烧嘴2混合，送入燃烧反应炉1燃烧，加热物料。在各加热段的煤气支管3上均设置第一调节阀4和第一流量计5，由煤气总管来的煤气经过煤气支管3送入烧嘴2，第一调节阀4为电动调节阀，其调整经过煤气支管3的煤气流量。所述的第一流量计5测试记录煤气支管3实际流量情况，与第一调节阀4配套使用。并将数据传送给数据采集处理系统，指导第一调节阀4调节。
40.在各加热段的空气支管6上均设置第二调节阀7和第二流量计8，由空气总管来的空气经过空气支管6送入烧嘴2，第二调节阀7为电动调节阀，其调整经过空气支管6的空气流量，第二流量计8测试记录空气支管6实际流量情况，与第二调节阀7配套使用。并将数据传送给数据采集处理系统，指导空气支管6的第二调节阀7调节。
41.燃烧反应炉1内煤气经过燃烧产生的烟气，经过烟气总管9收集输送给烟囱10外排。烟囱10利用温度差(高度)产生抽力，引导烟气外排，可以用引风机替代。
42.烟囱10中部开设监测孔，用于安装湿度分析仪，湿度采用原位抽取式阻容法，符合相关cems分析采样要求，保证烟气在采集分析过程中湿度不发生变化。技术性能：测量范围：绝对湿度0-40％ vol，分辨率：0.1％、测量精度：＜
±
1.5％fs、重复性：＜
±
1％。湿度分析仪通过数据线与数据采集处理系统连接。
43.数据采集处理系统实时采集湿度分析仪、第一流量计5、第二流量计8传来的参数的相对变化情况，空燃比进行修正反馈，优化燃烧控制。
44.实施例2
45.含有c、h化合物的煤气燃烧后产物除了co2外，还包括：
①
燃烧反应后产生的大量生成物水，
②
一定量的由煤气、助燃空气带入的饱和及不饱和水。当排放烟气湿度相对较高时，可以认为空燃比控制较合理，控制过程依据湿度的相对变化量进行，可有效排除煤气成分波动、助燃风含氧量变化，系统漏风，分析仪线性漂移等因素影响。
46.本控制方法适用于气体燃料燃烧，在空气过剩系数为1(烟气中o2为0，同时不包含可燃物质)时，烟气绝对湿度大于8％下的工况；监测控制过程中，烟气测点温度应在150℃以上，避免出现烟气湿度在露点以下，影响湿度测量准确性。
47.本控制方法主要监测烟气中湿度的绝对含量(体积百分含量)，指导控制空气及煤气的配比(空燃比)，实现优化燃烧效果。结合图2，主要控制过程如下：
48.(1)利用湿度分析仪实时采集湿度监测值x，利用第一流量计和第二流量计获得空燃比数据；
49.(2)调整空燃比增加1％，观察一段时间(60s内)、判断是否湿度平均增加量≧z；
50.(3)当湿度平均增加量≧z，执行步骤(2)；
51.(4)当湿度平均增加量在
±
z之间，保持一段时间，如60s，执行步骤(1)；
52.(5)当湿度平均增加量≦-z，执行步骤(6)；
53.(6)调整空燃比减少1％，观察一段时间(60s内)、判断是否湿度平均增加量≧z；
54.(7)当湿度平均增加量≧z，执行步骤(6)；
55.(8)当湿度平均增加量在
±
z之间，保持一段时间，如60s，执行步骤(1)；
56.(9)当湿度平均增加量≦-z，执行步骤(2)。
57.本实施例中所述的湿度平均增加量是指前后两个时间段内湿度平均值的差值。
58.本实施例中允许波动值z通过湿度监测值x变化情况动态调整确定，湿度监测值x与允许波动值z对应关系如下：
59.当湿度监测值x≧8％时，允许波动值z取0.3％；当8％《湿度监测值x≦20％时，允许波动值z取0.5％；当20％《湿度监测值x≦40％时，允许波动值z取0.8％。
60.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制系统，包括燃烧反应炉(1)、空煤气供风系统和燃烧系统，其特征在于：还包括在线湿度检测系统、数据采集处理系统；所述的燃烧反应炉(1)连接烟气总管(9)，烟气总管(9)连接烟囱(10)，烟囱(10)中部设置湿度分析仪，所述湿度分析仪在线监测燃烧产生的烟气中湿度的绝对含量，湿度分析仪通过数据线与数据采集处理系统连接。2.根据权利要求1所述的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制系统，其特征在于：所述的空煤气供风系统包括煤气支管(3)和空气支管(6)，煤气支管(3)和空气支管(6)送入煤气、空气按比例在烧嘴(2)混合，送入反应炉(1)燃烧；所述煤气支管(3)上设置第一调节阀(4)和第一流量计(5)；所述空气支管(6)上设置第二调节阀(7)和第二流量计(8)。3.根据权利要求2所述的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制系统，其特征在于：所述的第一流量计(5)、第二流量计(8)连接数据采集处理系统，数据采集处理系统控制第一调节阀(4)、第二调节阀(7)动作。4.根据权利要求3所述的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制系统，其特征在于：在各加热段的煤气支管(3)上均设置第一调节阀(4)和第一流量计(5)；在各加热段的空气支管(6)上均设置第二调节阀(7)和第二流量计(8)。5.根据权利要求4所述的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制系统，其特征在于：所述的第一调节阀(4)、第二调节阀(7)采用电动调节阀。6.一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，其特征在于：利用权利要求1-5任一项所述的控制系统，在线监测燃烧产生的烟气中湿度的绝对含量，指导控制空气及煤气的配比，实现优化燃烧。7.根据权利要求6所述的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，其特征在于：应用于气体燃料燃烧，在空气过剩系数为1时，烟气绝对湿度大于8％下的工况。8.根据权利要求7所述的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，其特征在于：烟气测点温度在150℃以上，烟气湿度在露点以上。9.根据权利要求8所述的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，其特征在于，具体步骤为：(1)利用湿度分析仪实时采集湿度监测值x，利用第一流量计和第二流量计获得空燃比数据；(2)调整空燃比增加1％，观察一段时间、判断是否湿度平均增加量≧z；(3)当湿度平均增加量≧z，执行步骤(2)；(4)当湿度平均增加量在
±
z之间，保持一段时间，执行步骤(1)；(5)当湿度平均增加量≦-z，执行步骤(6)；(6)调整空燃比减少1％，观察一段时间、判断是否湿度平均增加量≧z；(7)当湿度平均增加量≧z，执行步骤(6)；(8)当湿度平均增加量在
±
z之间，保持一段时间，执行步骤(1)；(9)当湿度平均增加量≦-z，执行步骤(2)。10.根据权利要求9所述的一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制方法，
其特征在于：允许波动值z通过湿度监测值x变化情况动态调整确定，湿度监测值x与允许波动值z对应关系如下：当湿度监测值x≧8％时，允许波动值z取0.3％；当8％<湿度监测值x≦20％时，允许波动值z取0.5％；当20％<湿度监测值x≦40％时，允许波动值z取0.8％。

技术总结
本发明公开了一种基于烟气湿度反馈控制机理的燃气炉窑燃烧控制系统及方法，属于燃烧监控技术领域。本发明的燃烧反应炉连接烟气总管，烟气总管连接烟囱，烟囱中部设置湿度分析仪，所述湿度分析仪在线监测燃烧产生的烟气中湿度的绝对含量，湿度分析仪通过数据线与数据采集处理系统连接。本发明在线监测燃烧产生的烟气中湿度的绝对含量，指导控制空气及煤气的配比，主要针对含有C、H化合物的煤气燃烧，确保在燃烧过程中，可燃物可充分、快速氧化，保证湿度与空燃比的相关性可以精确实现。度与空燃比的相关性可以精确实现。度与空燃比的相关性可以精确实现。


技术研发人员：周劲军
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：2023.06.29
技术公布日：2023/10/7