一种灵活控制脉冲烧嘴空气过剩系数的方法

技术领域

    本发明涉及一种钢板坯脉冲加热炉燃烧技术，尤其涉及一种灵活控制脉冲烧嘴空气过剩系数的方法。

背景技术

空气过剩系数是加热炉燃烧过程中的一个重要控制参数，它是指实际供给的空气量与理论需要空气量的比值，它对加热板坯的表面质量、氧化烧损、燃烧充分性都有着极为重要的影响。目前国内许多钢厂在新建或改造使用脉冲加热炉，将原有的传统燃烧技术改造为脉冲燃烧技术。由于脉冲加热炉燃烧系统只有总管空、煤气的压力调节阀进行空、煤气压力的调节，而没有像传统加热炉一样在各控制段上有空、煤气流量调节阀，目前只能采取对全炉的空燃比（指保证理论充分燃烧时的空气量与煤气量的比值）进行调节，即通过对总管空、煤气压力调节阀的控制来对全炉所有脉冲烧嘴进行同样的空燃比控制，因此对于各个脉冲烧嘴的空气过剩系数没办法进行精确的控制办法。而有的脉冲加热炉上虽然保留了传统加热炉的各段流量调节阀进行空、煤气流量调节，但这种方法易受总管煤气压力波动、脉冲燃烧特性所导致的各段流量调节阀后的煤气及空气压力波动，其空燃比控制，尤其是空气过剩系数的控制也无法快速精确响应，从而影响了不同品种钢在炉内不同位置对空气过剩量的需求，并阻碍了脉冲加热炉的控制灵活性。

国内外许多钢厂正在加强对热轧加热炉的节能改造或新节能技术运用，脉冲燃烧是近几年大型板坯加热炉运用的有效节能技术，而如何有效地提升脉冲加热炉空气过剩系数的控制灵活性与控制精度是大家所面临的共同难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种灵活控制脉冲烧嘴空气过剩系数的方法，该方法能实现脉冲加热炉各脉冲区的空气过剩系数自动稳定控制，提高脉冲炉各区的空燃比控制灵活性。

本发明是这样实现的：

一种灵活控制脉冲烧嘴空气过剩系数的方法，在脉冲加热炉以总管空气、总管煤气压力来控制全炉的空燃比，有三种模式：

1）低温模式，炉温＜800℃，

采用全炉控制，煤气和空气切断阀开启时间相同的调节方式；烧嘴切断阀开启时间为：空气切断阀开启时间Tair等于烧嘴工作时间Tw，煤气切断阀开启时间Tgas等于空气切断阀开启时间Tair，即：Tair=Tw，Tgas=Tair；煤气切断阀延迟开启时间等于零，即Tgas_dly=0；

2）高温模式非满负荷，炉温≥800℃且热负荷需求≤90%状态，

当空气过剩系数大于1时，控制煤气切断阀延迟开启时序和时间，烧嘴切断阀开启时间为：煤气切断阀开启时间Tgas等于烧嘴工作时间Tw， 空气切断阀开启时间Tair等于煤气切断阀开启时间Tgas乘以空气过剩系数k，即：Tgas=Tw，Tair=Tgas×k；煤气切断阀延迟开启时间Tgas_on等于煤气切断阀开启时间Tgas减去空气切断阀开启时间Tair，即：Tgas_on=Tair－Tgas；

当空气过剩系数小于1时，控制空气切断阀提前关闭的时序和时间，烧嘴切断阀开启时间为：煤气切断阀开启时间Tgas等于烧嘴工作时间Tw，空气切断阀开启时间Tair等于煤气切断阀开启时间Tgas乘以空气过剩系数k，即Tgas=Tw，Tair=Tgas×k；空气切断阀提前关闭时间Tair_off等于煤气切断阀开启时间Tgas减去空气切断阀开启时间Tair，即：Tair_off=Tgas－Tair；

3）高温模式满负荷，炉温≥800℃且热负荷需求＞90%状态，

当空气过剩系数大于1时，强制煤气切断阀的开启时序和时间，烧嘴切断阀开启时间为：煤气切断阀开启时间Tgas等于烧嘴工作时间Tw，也等于燃烧扫描周期T，空气切断阀开启时间Tair等于烧嘴工作时间Tw，也等于燃烧扫描周期T，即：Tgas=Tw=T，Tair=Tw=T，每n个周期未强制煤气切断阀提前关闭时间Tgas_off的计算式为：Tgas_off=│1-k│×T×n；

当空气过剩系数小于1时，强制空气切断阀开启时序和时间，烧嘴切断阀开启时间为：煤气切断阀开启时间Tgas等于烧嘴工作时间Tw，也等于燃烧扫描周期T，空气切断阀开启时间Tair等于烧嘴工作时间Tw，也等于燃烧扫描周期T，即：Tgas=Tw=T，Tair=Tw=T，每n个周期未强制空气切断阀提前关闭时间Tair_off的计算式为：Tair_off=│1-k│×T×n。

在高温模式满负荷状态下，所述空气过剩系数k适用于0.9至1.1。

本发明是在脉冲燃烧工艺的前提下，提出了在三种不同情况下脉冲烧嘴前空气、煤气切断阀不同的控制时序及时间的模式，实现脉冲加热炉各脉冲区的空气过剩系数自动稳定控制，提高脉冲炉各区的空燃比控制灵活性，实现脉冲燃烧工艺所要求的燃烧效果，确保脉冲加热炉燃烧的稳定高效，为脉冲燃烧技术在大型板坯加热炉上的应用效果提供条件。

附图说明

图1为本发明灵活控制脉冲烧嘴空气过剩系数的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，一种灵活控制脉冲烧嘴空气过剩系数的方法，在脉冲加热炉以总管空气、总管煤气压力来控制全炉的空燃比，在实际生产过程，有些品种钢对板坯在炉内不同位置有着不同的空气过剩系数设定要求，在脉冲加热炉内控制脉冲烧嘴空气过剩系数的方法有三种模式：

1）低温模式，炉温＜800℃，因低温模式情况只发生在烘炉或大定修空炉情况下，因此对空气过剩系数无要求，所以空、煤气燃烧时间相同。

在低温模式下采用全炉控制，煤气和空气切断阀开启时间相同的调节方式；烧嘴切断阀开启时间（s）为：空气切断阀开启时间Tair等于烧嘴工作时间Tw，煤气切断阀开启时间Tgas等于空气切断阀开启时间Tair，即：Tair=Tw，Tgas=Tair；煤气切断阀延迟开启时间（s）等于零，即Tgas_dly=0。

2）高温模式非满负荷，炉温≥800℃且热负荷需求≤90%状态，

由于高温模式非满负荷情况下，相应的煤气切断阀、空气切断阀在一个周期内不是全周期打开着，因此在一个周期内有足够的延迟开启时间来保证空气过剩系数的实现。当空气过剩系数大于1时，需在每个燃烧周期内延迟煤气切断阀的开启时间。当空气过剩系数小于1时，需在每个燃烧周期内提前空气切断阀的关闭时间。具体来说：

当空气过剩系数大于1时，控制煤气切断阀延迟开启时序和时间，烧嘴切断阀开启时间（s）为：煤气切断阀开启时间Tgas等于烧嘴工作时间Tw， 空气切断阀开启时间Tair等于煤气切断阀开启时间Tgas乘以空气过剩系数k，即：Tgas=Tw，Tair=Tgas×k；煤气切断阀延迟开启时间Tgas_on等于煤气切断阀开启时间Tgas减去空气切断阀开启时间Tair，即：Tgas_on=Tair－Tgas；

当空气过剩系数小于1时，控制空气切断阀提前关闭的时序和时间，烧嘴切断阀开启时间（s）为：煤气切断阀开启时间Tgas等于烧嘴工作时间Tw，空气切断阀开启时间Tair等于煤气切断阀开启时间Tgas乘以空气过剩系数k，即Tgas=Tw，Tair=Tgas×k；空气切断阀提前关闭时间Tair_off等于煤气切断阀开启时间Tgas减去空气切断阀开启时间Tair，即：Tair_off=Tgas－Tair

3）高温模式满负荷，在炉温≥800℃且热负荷需求＞90%状态

由于高温模式满负荷情况下，相应的煤气切断阀、空气切断阀在一个周期内是全周期打开着的，因此无论对于煤气切断阀还是空气切断阀，在一个周期内没有足够的延迟开启时间来保证空气过剩系数的要求。为了确保空气过剩系数大于1或小于1的设定需求，分别对煤气切断阀或空气切断阀在n个燃烧周期内进行强制的关闭来保证。即在空气过剩系数大于1时，每n个周期未强制提前关闭煤气切断阀。当空气过剩系数小于1时，每n个周期未强制提前关闭空气切断阀。且为了炉内的燃烧安全，此处的空气过剩系数k适用于0.9至1.1，即强制提前关闭的时间均控制在一定的时间内（以扫描周期60秒计算，该时间为│1-k│×T×n秒)。具体来说：

当空气过剩系数大于1时，强制煤气切断阀的开启时序和时间，烧嘴切断阀开启时间（s）为：煤气切断阀开启时间Tgas等于烧嘴工作时间Tw，也等于燃烧扫描周期T，空气切断阀开启时间Tair等于烧嘴工作时间Tw，也等于燃烧扫描周期T，即：Tgas=Tw=T，Tair=Tw=T，每n个周期未强制煤气切断阀提前关闭时间Tgas_off的计算式为：Tgas_off=│1-k│×T×n；

当空气过剩系数小于1时，强制空气切断阀的开启时序和时间，烧嘴切断阀开启时间（s）为：煤气切断阀开启时间Tgas等于烧嘴工作时间Tw，也等于燃烧扫描周期T，空气切断阀开启时间Tair等于烧嘴工作时间Tw，也等于燃烧扫描周期T，即：Tgas=Tw=T，Tair=Tw=T，每n个周期未强制空气切断阀提前关闭时间Tair_off的计算式为：Tair_off=│1-k│×T×n；

其中：

Tw： 烧嘴工作时间(在满负荷情况下等于扫描周期）；

k：  空气过剩系数；

T:   燃烧扫描周期；

n:  强制提前关闭的燃烧周期。

实施例

脉冲加热炉内有一批钢种要求还原性气氛，即需要空气过剩系数小于1。当这批钢进入第一加热段后，操作人员按工艺要求设定对应的空气过剩系数k，例如还原性气份为0.95。这时加热炉按照本发明的灵活控制脉冲烧嘴空气过剩系数的方法，自动根据脉冲烧嘴的高/低温模式及其负荷状态进行判断，如果此时是高温模式非满负荷燃烧情况，则对应本发明的方法中的一条：高温模式非满负荷燃烧状态，当空气过剩系数小于1，控制空气切断阀提前关闭的时序和时间，烧嘴切断阀开启时间（s）：Tgas=Tw，Tair=Tgas×k，空气切断阀提前关闭时间Tair_off=Tgas－Tair的模式；

此时，取烧嘴工作时间Tw=48秒，则煤气切断阀的开启时间Tgas=Tw=48秒，空气切断阀开启时间Tair=Tgas×k=48×0.95=45.6秒；则为了保证还原性气氛，空气切断阀提前关闭，提前的时间为Tair_off=Tgas－Tair=48-45.6=2.4秒。

如果随着生产节奏的加快，加热炉变成高温模式满负荷情况时，则对应本发明的方法中的一条：高温模式满负荷燃烧状态，当空气过剩系数小于1，强制空气切断阀开启时序和时间，烧嘴切断阀开启时间（s）：Tgas=Tw，Tair=Tw，每n个周期未强制空气切断阀提前关闭时间Tair_off=│1-k│×T×n的模式；

此时，取燃烧扫描周期T=60秒，强制提前关闭的燃烧周期n=2，则煤气切断阀的开启时间Tgas=Tw=T=60秒，空气切断阀开启时间Tgas=Tw=T=60秒；为了保证还原性气氛，空气切断阀强制在每2周期中提前关闭，提前的时间为Tair_off=│1-k│×T×n=│1-0.95│×60×2=6秒。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。