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技术方案

本发明专利技术公开了基于多参量检测的加热炉可视化燃烧控制系统，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，所述DCS控制系统根据设定的控制系统安全调节阈值控制驱动器以及变频器，优化调整加热炉燃烧状态，所述可视化监测装置显示加热炉内烧嘴燃烧状态，估算燃烧效率，计算炉膛横向温度均匀性和纵向温度梯度，还公开了其控制方法。本发明专利技术采用多参量的可视化燃烧控制方法，使加热炉始终处于近理论燃烧状态，提高燃烧效率、提高装置运行效率、降低污染物排放，特别是CO2和NOx的排放。

Visual combustion control system and control method of reheating furnace based on multi parameter detection

The invention discloses a heating furnace combustion control visualization parameters detection system based on CO, including the content of online detection precision of CO in flue gas analyzer, used for on-line detection of O2 content in the furnace, O2 analyzer, visual monitoring device, pressure sensor, transducer, fan, drive, damper and analyzer, O2 analyzer, CO closed loop control of DCS pressure sensor is connected to the control system, DCS control system for the control system according to safety regulation and control threshold drive inverter set, optimization and adjustment of heating furnace combustion state, the visual monitoring device display state of the burner combustion heating furnace, combustion efficiency estimation, calculation of the transverse temperature uniformity and vertical temperature gradient and it also discloses its control method. The invention adopts the visual combustion control method of multi parameters, so that the furnace is always near the theoretical combustion state, improve combustion efficiency, improve operation efficiency and reduce the production of pollutants, especially CO2 and NOx emissions.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及燃烧系统及方法，具体涉及加热炉可视化燃烧控制系统及控制方法。
技术介绍
加热炉是冶金、化工、石油化工、有色金属等行业重要的耗能设备，同时也是二氧化碳、氮氧化物等污染物排放的主要来源之一，国内加热炉多采用过氧燃烧控制技术，存在燃烧效率低、炉管表面氧化渗碳速度快、污染排放多，炉管使用寿命短和安全隐患等问题，专利CN201410341338.3公开了一种基于PLC的低氮氧化物控制方法和系统，根据氮氧化物实测值和排放目标值进行对比，DCS控制二次风门开度指令和分离式燃尽风SOFA风门开度指令，实现锅炉得低氮燃烧和优化运行，但氮氧化物浓度值难以连续在线测量，且该方法所示结构仅为电厂燃煤锅炉，专利CN01133648.X公开了一种锅炉多火嘴炉膛燃烧优化控制方法，通过在炉膛内布置多个火焰图像探测器获取炉膛三维温度场分布，根据火焰中心偏离其理想位置的状态给出燃烧炉中燃料量和风量的分配控制指令，该方法对火焰图像进行采集，瞬态干扰较大，对炉膛三维温度场的模拟方法可靠性要求高。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于多参量检测的加热炉可视化燃烧控制系统，和该控制系统的控制方法，DCS控制系统根据加热炉排放烟气中CO浓度、炉膛负压、O2浓度检测值进行优化控制决策，控制引风机转速及风门挡板开度，通过可视化监测装置直观显示烧嘴配风、估算燃烧效率，测量目标温度，为燃烧优化控制系统提供丰富的检测手段和评估方法，并直接反馈于控制系统，保障最佳优化控制效果，实现节能、降耗、减排，特别是降低NOX和CO2的排放。技术方案：本专利技术所述的基于多参量检测的加热炉可视化燃烧控制系统，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，用于检测装置运行状态参数的CO分析仪、O2分析仪和压力传感器将结果信号发送至DCS控制系统，所述引风机通过变频器连接于DCS控制系统，所述风门挡板通过驱动器连接于DCS控制系统，所述DCS控制系统根据设定的控制系统安全调节阈值控制驱动器以及变频器，进而调节风门挡板开度和引风机转速，优化调整加热炉燃烧状态，所述可视化监测装置显示加热炉内烧嘴燃烧状态，估算燃烧效率，计算炉膛横向温度均匀性和纵向温度梯度。优选的，所述CO分析仪包括分别安装于加热炉顶部烟道上的发射端和接收端，所述发射端包括光源、驱动电路和准直光路，所述接收端包含耦合光路、探测器和信号处理电路。优选的，所述可视化监测装置利用红外辐射测温原理测量目标表面温度以及烧嘴燃烧火焰形态，所述可视化监测装置的探测器像元根据在特定波段连续接收到的红外辐射变化计算燃烧效率，实时监测燃烧控制状态及效果，并反馈于燃烧控制系统。优选的，所述O2分析仪安装于加热炉拱顶或横跨段，并测量烟气中O2浓度含量。基于多参量检测的加热炉可视化燃烧控制系统的控制方法，包括以下步骤：1)压力传感器检测炉膛压强；2)DCS控制系统对比炉膛压强实测值和炉膛压强设定值调节变频器参数，控制引风机转速，保证燃烧过程中炉膛始终处于稳定的负压状态；3)O2分析仪检测炉膛内部O2浓度，设定安全调节阈值范围，若超出阈值范围则立即停止DCS控制系统动作并人工干预、发出报警提示，否则进入步骤4)；4)CO分析仪检测烟气中的CO浓度，与燃烧理论计算确定的加热炉最优运行状态下CO浓度范围进行对比，若在最优范围内则回到步骤1)，否则进入步骤5)；5)PID控制器动态调整风门挡板开度，优化调节加热炉配风量。优选的，炉膛压强实测值为若干压力传感器中各个传感器测量数据的中位数。优选的，当炉膛压强发生变化时，先通过控制引风机转速来稳定炉膛压强，若压强实测值与设定值之间误差或误差率仍然持续增大，则微调风门挡板，改变进风量来维持炉膛压力的稳定。优选的，步骤5)中PID控制器的控制模型为：α′＝α(Ae1+Be2+Ce3)(1)式(1)中α为风门挡板开度的原控制信号，α′为调节后风门挡板开度的新控制信号，e1为本次调控循环中烟气所含CO浓度相对误差，e2为上次调控循环烟气所含CO浓度相对误差，e3为再上次调控循环烟气所含CO浓度相对误差，A、B、C为调节系数。有益效果：本专利技术的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，改变以往国内加热炉均采用基于氧含量控制的过氧燃烧状态，采用CO含量控制使加热炉处于近理论燃烧状态，提高燃烧效率、提高装置运行效率、降低污染物排放，特别是CO2和NOx的排放，可视化装置通过监测烧嘴燃烧状态、燃烧效率及炉膛温度为燃烧优化控制系统提供直观的检验手段和控制效果的实时在线评价方法，并直接反馈于控制系统，确保装置安全、稳定、高效运行，O2浓度含量用于优化控制的参考量，设定安全阈值，减少炉膛内过剩空气含量，减少排烟损失，提高热效率。附图说明图1为本专利技术的燃烧控制系统结构示意图；图2为本专利技术的CO分析仪结构图；图3为本专利技术的可视化系统原理框图；图4为本专利技术的燃烧控制系统的控制方法流程图。具体实施方式下面对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。如图1所示，本专利技术的基于多参量检测的加热炉可视化燃烧控制系统，包括用于在线精密检测烟气中CO含量的CO分析仪1、用于在线检测炉膛内O2含量的O2分析仪8、可视化监测装置6、压力传感器7、变频器2、引风机3、驱动器5、风门挡板4以及与CO分析仪1、O2分析仪8、压力传感器7闭环控制连接的DCS控制系统，若干压力传感器7成组的安装于加热炉辐射段和对流段内部，通过取所有单个压力传感器7检测数据的中位数来确定炉膛压强，用于检测前端检测装置运行状态参数的CO分析仪1、O2分析仪8和压力传感器7将结果信号发送至DCS控制系统，引风机3通过变频器2连接于DCS控制系统，风门挡板4通过驱动器5连接于DCS控制系统，DCS控制系统根据设定的控制系统安全调节阈值控制驱动器5以及变频器2，进而调节风门挡板4开度和引风机3转速，优化调整配风量，实现燃料和空气的最佳配比，稳定炉膛负压，提高加热炉运行效率，实现加热炉安全、稳定、高效、长周期运行的目的，优化调整加热炉燃烧状态，如图3所示，可视化监测装置6显示加热炉内烧嘴燃烧状态，估算燃烧效率，计算炉膛横向温度均匀性和纵向温度梯度，反演炉膛内目标和空间温度直观反映燃烧控制效果，给燃烧控制系统提供更丰富的检测手段，指导燃烧优化控制系统实现和保持最佳控制状态，可视化监测装置6还可与DCS控制系统进行通讯连接，将燃烧效率直接输入DCS控制系统，还可通过视频、图像、数据等信息直观反应加热炉工作状态，便于人工观测和手动干预，CO分析仪1采用光谱吸收技术实时在线精确测量烟气中CO浓度，根据物质对不同频率的电磁波有不同的吸收特征，因此吸收谱线可作为识别不同气体分子的“指纹”，根据吸收谱线的位置和强度可以确定分子的成分和浓度，采用分布反馈式结构的近红外波段半导体激光器作为光源，利用可调谐半导体激光器的窄线宽、快速调谐特性，通过检测目标气体的一条孤立吸收线实现气体浓度的快速检测，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于多参量检测的加热炉可视化燃烧控制系统，其特征在于：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，用于检测装置运行状态参数的CO分析仪、O2分析仪和压力传感器将结果信号发送至DCS控制系统，所述引风机通过变频器连接于DCS控制系统，所述风门挡板通过驱动器连接于DCS控制系统，所述DCS控制系统根据设定的控制系统安全调节阈值控制驱动器以及变频器，进而调节风门挡板开度和引风机转速，优化调整加热炉燃烧状态，所述可视化监测装置显示加热炉内烧嘴燃烧状态，估算燃烧效率，计算炉膛横向温度均匀性和纵向温度梯度。

【技术特征摘要】
1.基于多参量检测的加热炉可视化燃烧控制系统，其特征在于：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，用于检测装置运行状态参数的CO分析仪、O2分析仪和压力传感器将结果信号发送至DCS控制系统，所述引风机通过变频器连接于DCS控制系统，所述风门挡板通过驱动器连接于DCS控制系统，所述DCS控制系统根据设定的控制系统安全调节阈值控制驱动器以及变频器，进而调节风门挡板开度和引风机转速，优化调整加热炉燃烧状态，所述可视化监测装置显示加热炉内烧嘴燃烧状态，估算燃烧效率，计算炉膛横向温度均匀性和纵向温度梯度。2.根据权利要求1所述的基于多参量检测的加热炉可视化燃烧控制系统，其特征在于：所述CO分析仪包括分别安装于加热炉顶部烟道上的发射端和接收端，所述发射端包括光源、驱动电路和准直光路，所述接收端包含耦合光路、探测器和信号处理电路。3.根据权利要求1所述的基于多参量检测的加热炉可视化燃烧控制系统，其特征在于：所述可视化监测装置利用红外辐射测温原理测量目标表面温度以及烧嘴燃烧火焰形态，所述可视化监测装置的探测器像元根据在特定波段连续接收到的红外辐射变化计算燃烧效率，实时监测燃烧状态及控制效果，并反馈于燃烧控制系统。4.根据权利要求1所述的基于多参量检测的加热炉可视化燃烧控制系统，其特征在于：所述O2分析仪安装于加热炉拱顶或横跨段，并测量烟气中O2浓度含量。5.根据权利要求1所述的基于多参...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐磊，蒋杉，舒志峰，冯俊生，赵晓虎，熊丹枫，毕玉，李大创，仓亚军，吴海滨，
申请(专利权)人：合肥瑞石测控工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32