一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统，包括加热炉、燃料系统、助燃系统、氮气吹扫系统、排烟系统、控制系统；加热炉包括预热段、加热段、均热段。加热段的上部加热区和下部加热区的侧墙上设置全氧无焰燃烧器，所述全氧无焰燃烧器上下分层、左右叠错布置。均热段的上部加热区和下部加热区的侧墙上设置全氧无焰燃烧器，所述全氧无焰燃烧器上下分层、左右叠错布置；所述均热段上部加热区端墙上设置全氧无焰燃烧器，水平单层布置。控制系统包括坯料跟踪系统、智能温控系统、炉膛压力控制系统、连锁报警保护系统和坯料保温待轧系统。旨在提高轧钢加热炉燃烧效率和传热效率，达到提高产能、节约燃料、减少排放及提高产品质量的目的。减少排放及提高产品质量的目的。减少排放及提高产品质量的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统


[0001]本专利技术涉及加热炉
，特别涉及一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统。

技术介绍

[0002]钢铁行业存在大量的燃烧装备，开发先进的燃烧技术，提高能源利用水平，是最为有效的CO2及污染物减排措施之一。全氧燃烧技术是近代发展起来的节能燃烧技术。全氧燃烧即将传统的燃料
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空气燃烧系统改为燃料
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氧气燃烧系统，当燃料
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氧气系统中氧纯度达到90％—100％时，称为全氧燃烧，由于其燃烧过程没有空气中氮气的参与，可以大大提高燃烧效率及减少燃烧过程NOx的排放，同时燃烧后烟气中CO2的浓度高易于回收处理，是二十一世纪实现燃烧过程“碳零排放”及控制NOx排放的关键技术之一，也是一个节能的、并富有巨大潜能的开发领域，是世界发达国家燃烧技术节能的热点之一。
[0003]国外全氧燃烧技术在轧钢加热炉上的应用起步较早，期间经历了一般全氧燃烧、分级全氧燃烧、无焰全氧燃烧三个阶段。目前已经开发出了新一代全氧无焰燃烧技术及燃烧器系列产品，并成功应用于轧钢生产线的各类加热炉。国内已经开始全氧轧钢加热炉的试验研究，但实际生产应用很少见。
[0004]目前，已投入使用的全氧加热炉相比与常规空气加热炉具有以下优点：
[0005](1)节能减排，热效率高。采用氧气代替空气助燃后，占空气总量4/5的非助燃的氮气不再进入炉内，无需再加热氮气，节省大量的燃料。并且燃烧后产生的烟气量大幅下降，排烟热损失大幅减少，污染物排放量减少、热效率更高。
[0006](2)传热效率好，加热炉产量高。氧气助燃能降低燃料的燃点温度，加快燃烧反应速度，提高燃料的理论燃烧温度，提高燃烧温度将会大大增加辐射传热能力；同时，全氧燃烧也可以提高燃烧产物中辐射性气体CO2和H2O的含量，其辐射传热能力是空气燃烧产物辐射能力的2倍。
[0007](3)加热时间短，氧化烧损少。助燃气体中氧气浓度越高，燃烧越完全，加热时间越短。高温段钢坯表面与氧接触并参与反应的时间越短，生成的氧化铁皮越少。
[0008](4)全氧助燃可提高燃料理论燃烧温度，利于高炉煤气、发生炉煤气、转炉煤气等低热值燃料的合理利用。
[0009]目前，国内外对全氧轧钢加热炉的应用研究，公考号为CN201510734589.2的中国专利：一种加热炉全氧燃烧和二氧化碳捕获系统及工艺，该专利技术涉及一种全氧加热炉燃烧废气中CO2捕集工艺，通过工艺可实现CO2的高效捕集。但该专利技术未涉及全氧加热炉的具体燃烧工艺和方法。

技术实现思路

[0010]为了解决
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术提供一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统，旨在提高轧钢加热炉燃烧效率和传热效率，达到提高产能、节约燃料、减少排放及提高产品质量的目的。
[0011]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0012]一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统，包括加热炉、燃料系统、助燃系统、氮气吹扫系统、排烟系统、控制系统；加热炉包括预热段、加热段、均热段。加热段、均热段内划分为上部加热区和下部加热区；预热段不设置加热区；燃料系统包括燃料管道、燃料阀组；助燃系统包括氧气管道、氧气阀组；氮气吹扫系统包括氮气管道和氮气阀门；排烟系统包括排烟道、排烟阀和烟囱。
[0013]所述加热段的上部加热区和下部加热区的侧墙上设置全氧无焰燃烧器，所述全氧无焰燃烧器上下分层、左右叠错布置。
[0014]所述均热段的上部加热区和下部加热区的侧墙上设置全氧无焰燃烧器，所述全氧无焰燃烧器上下分层、左右叠错布置；所述均热段上部加热区端墙上设置全氧无焰燃烧器，水平单层布置。
[0015]所述的控制系统包括坯料跟踪系统、智能温控系统、炉膛压力控制系统、连锁报警保护系统和坯料保温待轧系统。
[0016]进一步地，所述预热段前后设置上部斜面挡墙和下部斜面挡墙。
[0017]进一步地，所述预热段、加热段、均热段的炉墙均采用多层耐火砖与保温浇注料复合结构。
[0018]进一步地，所述坯料跟踪系统包括钢坯物流信息模块和钢坯温度预测模块；所述钢坯物流信息模块包括钢坯位置追踪模型、基本信息采集模型；所述钢坯位置追踪模型实现钢坯刚进入加热炉一直到最后出炉的整个过程中的位置追踪；所述基本信息采集模型实现获取入炉坯料的基本数据，包括坯号、坯料尺寸、重量、钢种和加热曲线；所述钢坯温度预测模块监测实时炉温信息和钢坯物流信息模块提供的钢坯位置信息，通过钢坯温度预测模块内置的数学模型计算出在加热炉内所有钢坯的温度；所述钢坯温度预测模块内置的数学模型包括钢坯内部导热模型、燃烧设定模型、炉膛传热模型、热物性计算模型；钢坯温度预测是从钢坯刚入炉至刚出炉的整个过程；所述钢坯温度预测模块具有自动学习功能，通过钢坯刚入炉的各项参数和钢坯炉内加热完成后即将出炉的各项参数进行反馈分析，提高整体的准确性。
[0019]进一步地，加热炉的加热段和均热段分别设置智能温控系统，各段有独立的燃料支管阀组和氧气支管阀组，通过燃料支管阀组和氧气支管阀组调控全氧加热炉各段的热负荷，实现温度分段独立控制；
[0020]智能温控系统通过嘴前燃料管路上的燃料流量调节阀和嘴前氧气管路上的氧气流量调节阀控制进入全氧燃烧器的燃料量和氧气量，每台全氧燃烧器供热量的可单独精确控制，实现根据钢坯加热曲线对钢坯进行精确加热，既保证钢坯加热质量又使燃料充分燃烧；
[0021]所述智能温控系统采用改进型双交叉限幅控制方式，所述的改进型双交叉限幅控制方式为：以炉温调节回路为主环，燃料流量和氧气流量调节为副环的控制系统；在负荷变化时，既根据实测氧气流量对燃料流量进行上、下限幅，也根据实测燃料流量对氧气流量进行上、下限幅；因此在负荷增加或减小时，燃料流量和氧气流量相互限制，交替增加或减小，使得即使在动态情况下，系统也能保持良好的空燃比。
[0022]进一步地，所述的炉膛压力控制系统采用比例积分控制结合模糊控制的控制方
16.氧气总管 17.氧气支管一 18.氧气支管二 19.氧气支管三 20.嘴前氧气管路一 21.嘴前氧气管路二 22.嘴前燃料管路三 23.氧气总管阀组 24.氧气支管阀组一 25.氧气支管阀组二 26.氧气支管阀组三 27.排烟道 28.排烟阀 29.烟囱 30.上部斜面挡墙 31.下部斜面挡墙 32.流量调节阀门 33.流量计 34.炉墙 35.氮气管道 36.氮气阀门。
具体实施方式
[0042]以下结合附图对本专利技术提供的具体实施方式进行详细说明。
[0043]如图1所示，一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统，包括加热炉、燃料系统、助燃系统、氮气吹扫系统、排烟系统、控制系统。加热炉包括预热段1、加热段2、均热段3。加热段2、均热段3内划分为上部加热区和下部加热区。预热段1不设置加热区。燃料系统包括燃料管道、燃料阀组。助燃系统包括氧气管道、氧气阀组。氮气吹扫系统包括氮气管道35和氮气阀门36。排烟系统包括排烟道27、排烟阀28和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统，包括加热炉、燃料系统、助燃系统、氮气吹扫系统、排烟系统、控制系统；加热炉包括预热段、加热段、均热段。加热段、均热段内划分为上部加热区和下部加热区；预热段不设置加热区；燃料系统包括燃料管道、燃料阀组；助燃系统包括氧气管道、氧气阀组；氮气吹扫系统包括氮气管道和氮气阀门；排烟系统包括排烟道、排烟阀和烟囱；其特征在于，所述加热段的上部加热区和下部加热区的侧墙上设置全氧无焰燃烧器，所述全氧无焰燃烧器上下分层、左右叠错布置；所述均热段的上部加热区和下部加热区的侧墙上设置全氧无焰燃烧器，所述全氧无焰燃烧器上下分层、左右叠错布置；所述均热段上部加热区端墙上设置全氧无焰燃烧器，水平单层布置；所述的控制系统包括坯料跟踪系统、智能温控系统、炉膛压力控制系统、连锁报警保护系统和坯料保温待轧系统。2.根据权利要求1所述的一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统，其特征在于，所述预热段前后设置上部斜面挡墙和下部斜面挡墙。3.根据权利要求1所述的一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统，其特征在于，所述预热段、加热段、均热段的炉墙均采用多层耐火砖与保温浇注料复合结构。4.根据权利要求1所述的一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统，其特征在于，所述坯料跟踪系统包括钢坯物流信息模块和钢坯温度预测模块；所述钢坯物流信息模块包括钢坯位置追踪模型、基本信息采集模型；所述钢坯位置追踪模型实现钢坯刚进入加热炉一直到最后出炉的整个过程中的位置追踪；所述基本信息采集模型实现获取入炉坯料的基本数据，包括坯号、坯料尺寸、重量、钢种和加热曲线；所述钢坯温度预测模块监测实时炉温信息和钢坯物流信息模块提供的钢坯位置信息，通过钢坯温度预测模块内置的数学模型计算出在加热炉内所有钢坯的温度；所述钢坯温度预测模块内置的数学模型包括钢坯内部导热模型、燃烧设定模型、炉膛传热模型、热物性计算模型；钢坯温度预测是从钢坯刚入炉至刚出炉的整个过程；所述钢坯温度预测模块具有自动学习功能，通过钢坯刚入炉的各项参数和钢坯炉内加热完成后即将出炉的各项参数进行反馈分析，提高整体的准确性。5.根据权利要求1所述的一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统，其特征在于，加热炉的加热段和均热段分别设置智能温控系统，各段有独立的燃料支管阀组和氧气支管阀组，通过燃料支管阀组和氧气支管阀组调控全氧加热炉各段的热负荷，实现温度分段独立控制；智能温控系统通过嘴前燃料管路上的燃料流量调节阀和嘴前氧气管路上的氧气流量调节阀控制进入全氧燃烧器的燃料量和氧气量，每台全氧燃烧器供热量的可单独精确控制，实现根据钢坯加热曲线对钢坯进行精确加热，既保证钢坯加热质量又使燃料充分燃烧。6.根据权利要求1所述的一种用于轧钢加热炉的全氧燃烧系统，其特征在于，所述的智能温控系统具体包括：炉温调节回路以炉温设定值为输入变量，炉温设定值被坯料跟踪系统计算得到的钢坯实时温度动态修正后，作为炉温PID调节器输入值，在炉温PID调节器内的输入值与炉温实际值经比例/积分/微分运算，得到的输出值A作为氧气流量调节回路和燃料流量调节回路的输入值。燃料流量调节回路设有高值选择器HS1和低值选择器LS1。在氧气流量调节回路中设有高值选择器HS2和低值选择器LS2。在燃料流量调节回路中，炉温PID调节器输出信号A，与根据实际测量氧气流量算出的燃料流量分别乘以偏差系数K1和偏
差系数K3而得到的信号B和C相比较，由高值选择器HS1和低值选择器LS1进行选定，并以选定值作为燃料流量调节器的设定值。在氧气流量调节回路中，炉温PID调节器的输出信号A，与实际测量的燃料流量分别乘以偏差信号K2和偏差信号K4而得出的信号D和E相比较，由高值选择器HS2和低值选...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏元，谢国威，徐阳，门传政，张世煜，范天骄，徐永权，赵健，
申请(专利权)人：中钢集团鞍山热能研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：