本发明公开了一种升温脱硝热风炉节能装置及其控制系统，包括烟空混合器、风机以及压力仪表等；所述烟空混合器的低温侧入口管道与热风炉助燃风机出口管道相连，助燃风机出口管道设有调节阀门、流量计和温度计；烟空混合器的高温侧入口管道与高温风机出口管道相连，高温风机出口管道设有调节阀门、流量计和温度计；烟空混合器内的高温烟气和助燃风按照一定比例进行充分混合，达到预热效果。该装置通过热风炉入口煤气管道流量计信号，在控制程序中计算出所需助燃风和热烟气的目标流量，通过分别调节高温烟气与助燃风管道上调节阀门开度，按照差值算法将两根管道上的流量调整至目标流量，在保障热风炉的稳定燃烧额前期下，降低煤气耗量。
1.一种升温脱硝热风炉节能装置的控制系统，其特征在于：所述节能装置包括助燃风机(1)、调节阀门(2)、压力变送器(3)、流量计(4)、热风炉(5)、烟气混合器(6)、高温风机(7)、工控机(8)、氧化锆分析仪(9)以及温度变送器(10)；所述调节阀门(2)、压力变送器(3)、流量计(4)以及氧化锆分析仪(9)设置在所述助燃风机(1)的出口管道上并与所述烟气混合器(6)连接；所述调节阀门(2)、压力变送器(3)、流量计(4)、氧化锆分析仪(9)以及温度变送器(10)设置在所述高温风机(7)的出口管道上并与所述烟气混合器(6)连接；所述调节阀门(2)、压力变送器(3)、流量计(4)以及氧化锆分析仪(9)采集的数据经输出端口最终传输至工控机(8)；所述高温风机(7)采集的热烟气源自脱硝反应器出口；所述调节阀门(2)、压力变送器(3)、流量计(4)、以及温度变送器(10)通过一种算法进行调节，其计算如下：每隔10S对煤气管道的流量进行一次判定，对应计算出相对应的高温烟气和助燃空气流量，其表达式为：Lm＝(LG1+LZ1)/α
其中Lm是煤气流量，LG1是高温烟气的目标流量，LZ1是助燃风的目标流量，α是空气过量系数，β为高温烟气含氧量；升温脱硝热风炉控制系统步骤如下：S1：根据已有的高温烟气的目标流量和高温烟气流量计反馈流量比对，调整调节阀门的开度，使反馈流量无限逼近目标流量，实现自动调节的目的，其控制逻辑为：If(LG≤LG1×
其中aG1为高温烟气调节阀开度目标数值，aG为高温烟气调节阀开度反馈数值；
S2：根据已有的助燃空气的目标流量和助燃风流量计反馈流量比对，调整调节阀门的开度，使反馈流量无限接近目标流量，实现自动调节的目的，其控制逻辑为：If(LG≤LG1×
其中aZ1为助燃空气调节阀开度目标数值，aZ为助燃空气调节阀开度反馈数值；
S3：根据系统中高温烟气管道上的温度变送器和流量计实时计算助燃空气余热节省的煤气耗量，其表达式为：Q＝(T‑20)×Δq1×LG
其中Q为高温烟气循环利用的总热量，T为温度变送器反馈温度，Δq1为高温烟气比热，LM1为单位时间内节约煤气耗量，LJQ为前节约煤气累计耗量；LJH为后节约煤气累计耗量；Δt＝10s。
2.如权利要求1所述的一种升温脱硝热风炉节能装置的控制系统，其特征在于：所述节能装置上还设有煤气进口端(11)；所述煤气进口端(11)通过管道连接热风炉(5)后与所述烟气混合器(6)连接；所述煤气进口端(11)的出口管道上也设有所述调节阀门(2)、压力变送器(3)、流量计(4)以及氧化锆分析仪(9)。
3.如权利要求2所述的一种升温脱硝热风炉节能装置的控制系统，其特征在于：所述工控机(8)与所述助燃风机(1)、高温风机(7)以及煤气进口端(11)的出口管道上的所述调节阀门(2)、压力变送器(3)、流量计(4)、氧化锆分析仪(9)以及温度变送器(10)之间进行信息传送。
4.如权利要求1所述的一种升温脱硝热风炉节能装置的控制系统，其特征在于：所述烟气混合器(6)由热烟气进口(61)、助燃风进口(62)、外壳体(63)、支撑杆(64)以及混风旋流叶片(65)组成；所述混风旋流叶片(65)通过所述支撑杆(64)固定于所述外壳体(63)内；助燃风与热烟气分别经热烟气进口(61)及助燃风进口(62)进入所述烟气混合器(6)混合后再通过混风旋流叶片(65)分成多股自旋流热气流。
5.如权利要求4所述的一种升温脱硝热风炉节能装置的控制系统，其特征在于：所述混风旋流叶片(65)为同排错列设计，叶片与烟气顺流方向呈30～60°夹角，同排错列叶片呈60～90°夹角，同排叶片间距是叶片与外壳体间距的1.5～2倍。
一种升温脱硝热风炉节能装置及其控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及升温脱硝热风炉节能装置及其控制系统，具体涉及一种升温脱硝热风炉节能装置及其控制系统。
背景技术
[0002] 钢厂升温脱硝装置运行中，热风炉的助燃风主要采用常温空气，且热风炉入口煤气管道调节阀门开度是根据热风炉膛温度进行调节，助燃风流量根据煤气流量相应调整，但这种控制方式存在以下问题：
[0003] 1)助燃风采用常温空气，升温需要额外消耗一定的热量；
[0004] 2)由于钢厂内煤气的负荷波动频繁且变化较大，仅依靠炉膛温度调整调节阀门开度时，容易因煤气压力低导致热风炉熄火。
[0005] 3)数字化程度低，热风炉停运分析主要依靠人工经验判断，运行参数控制的合理性、可靠性存在进一步提升空间。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种升温脱硝热风炉节能装置及其控制系统。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种升温脱硝热风炉节能装置及其控制系统，所述节能装置包括助燃风机、调节阀门、压力变送器、流量计、热风炉、烟气混合器、高温风机、工控机、氧化锆分析仪以及温度变送器；所述调节阀门、压力变送器、流量计以及氧化锆分析仪设置在所述助燃风机的出口管道上并与所述烟气混合器连接；所述调节阀门、压力变送器、流量计、氧化锆分析仪以及温度变送器设置在所述高温风机的出口管道上并与所述烟气混合器连接；所述调节阀门、压力变送器、流量计以及氧化锆分析仪采集的数据经输出端口最终传输至工控机；所述高温风机采集的热烟气源自脱硝反应器出口。
[0008] 经由高温风机采集引入的脱硝反应器中的热烟气中含有一氧化碳，其中一氧化碳气体会被作为燃料引燃，有效降低煤气消耗。
[0009] 较佳的，所述节能装置上还设有煤气进口端；所述煤气进口端通过管道连接热风炉后与所述烟气混合器连接；所述煤气进口端的出口管道上也设有所述调节阀门、压力变送器、流量计以及氧化锆分析仪。
[0010] 较佳的，所述工控机与所述助燃风机、高温风机以及煤气进口端的出口管道上的所述调节阀门、压力变送器、流量计、氧化锆分析仪以及温度变送器之间进行信息传送。
[0011] 较佳的，所述调节阀门、压力变送器、流量计、以及温度变送器通过一种算法进行调节，其计算如下：
[0012] 每隔10S对煤气管道的流量进行一次判定，对应计算出相对应的高温烟气和助燃空气流量，其表达式为：
[0013] Lm＝(LG1+LZ1)/α
[0014] LG1＝Δ×LZ1
[0015] Δ＝(21‑β)/2
[0016] 其中Lm是煤气流量，LG1是高温烟气的目标流量，LZ1是助燃空气的目标流量，α是空气过量系数，β为高温烟气含氧量。
[0017] 较佳的，控制系统的步骤如下：
[0018] S1：根据已有的高温烟气的目标流量和高温烟气流量计反馈流量比对，调整调节阀门的开度，使反馈流量无限逼近目标流量，实现自动调节的目的，其控制逻辑为：
[0019] If(LG≤LG1×0.95)
[0020] aG1＝aG+0.01
[0021] Else aG1＝aG‑0.01
[0022] 其中aG1为高温烟气调节阀开度目标数值，aG为高温烟气调节阀开度反馈数值；
[0023] S2：根据已有的助燃空气的目标流量和助燃空气流量计反馈流量比对，调整调节阀门的开度，使反馈流量无限接近目标流量，实现自动调节的目的，其控制逻辑为：
[0024] If(LG≤LG1×1.05)
[0025] aZ1＝aZ+0.01
[0026] Else aZ1＝aZ‑0.01
[0027] 其中aZ1为助燃风调节阀开度目标数值，aZ为助燃风调节阀开度反馈数值；
[0028] S3：根据系统中高温烟气管道上的温度变送器和流量计实时计算助燃空气余热节省的煤气耗量，其表达式为：
[0029] Q＝(T‑20)×Δq1×LG
[0030] LM1＝Q/Δq1
[0031] LJH＝LJQ+LM1*Δt
[0032] 其中Q为高温烟气循环利用的总热量，T为温度变送器反馈温度，Δq1为高温烟气比热，LM1为单位时间内节约煤气耗量，LJQ为前节约煤气累计耗量；LJH为后节约煤气累计耗量；Δt＝10s。
[0033] 较佳的，所述烟气混合器由热烟气进口、助燃风进口、外壳体、支撑杆以及混风旋流叶片组成；所述混风旋流叶片通过所述支撑杆固定于所述外壳体内；助燃风与热烟气分别经热烟气进口及助燃风进口进入所述烟气混合器混合后再通过混风旋流叶片分成多股自旋流热气流。
[0034] 较佳的，所述混风旋流叶片为同排错列设计，叶片与烟气顺流方向呈30～60°夹角，同排错列叶片呈60～90°夹角，同排叶片间距是叶片与外壳体间距的1.5～2倍。
[0035] 与现有技术相比，本发明 的有益效果为：
[0036] 1、混兑脱硝反应器中高温烟气，有效降低热风炉产生的烟气总量，减少烟气总量。
[0037] 2、预热助燃风有效降低煤气耗量，实现升温脱硝热风炉的节能降耗。
[0038] 3、增加新的调节模式，根据煤气流量变化反向调节助燃风量，确保煤气低压状态下热风炉也不熄火。
[0039] 4、引入的高温烟气中含有一氧化碳，被作为燃料引燃，降低煤气消耗。
附图说明
[0040] 图1为一种升温脱硝热风炉节能装置及其控制系统的结构示意图；
[0041] 图2为采用图1进行升温脱硝热风炉节能控制系统的流程示意图；
[0042] 图3为烟气混合器6的结构示意图；
[0043] 图中：1‑助燃风机；2‑调节阀门；3‑压力变送器；4‑流量计；5‑热风炉； 6‑烟气混合器；7‑高温风机；8‑工控机；9‑氧化锆分析仪；10‑温度变送器；11‑煤气进口端；61‑热烟气进口；62‑助燃风进口；63‑外壳体； 64‑支撑杆；65‑风旋流叶片。
具体实施方式
[0044] 为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
[0045] 请结合参照图1、图2以及图3，本发明提供了一种升温脱硝热风炉节能装置及其控制系统，所述节能装置包括助燃风机1、调节阀门2、压力变送器3、流量计4、热风炉5、烟气混合器6、高温风机 7、工控机8、氧化锆分析仪9以及温度变送器10。
[0046] 所述调节阀门2、压力变送器3、流量计4以及氧化锆分析仪9 设置在所述助燃风机1的出口管道上并与所述烟气混合器6连接。
[0047] 所述调节阀门2、压力变送器3、流量计4、氧化锆分析仪9以及温度变送器10设置在所述高温风机7的出口管道上并与所述烟气混合器6连接；增加温度变送器10用于计算高温烟气中循环利用的总热量。
[0048] 所述调节阀门2、压力变送器3、流量计4以及氧化锆分析仪9 采集的数据经输出端口最终传输至工控机8；所述高温风机7采集的热烟气源自脱硝反应器出口；对现有的热风炉系统提出了更高的控制和制作要求。
[0049] 较佳的，所述节能装置上还设有煤气进口端11；所述煤气进口端11通过管道连接热风炉5后与所述烟气混合器6连接；所述煤气进口端11的出口管道上也设有所述调节阀门2、压力变送器3、流量计4以及氧化锆分析仪9。
[0050] 所述节能装置所产出高温助燃风与所述煤气进口端11在所述烟气混合器6内混合；所述煤气进口端11的出口管道上也设有所述调节阀门2、压力变送器3、流量计4以及氧化锆分析仪9；对热风炉系统的控制仪表设置提出更高的要求，对实现热风炉系统的全自动化调节进行完善和补充。
[0051] 较佳的，所述工控机8与所述助燃风机1、高温风机7以及煤气进口端11的出口管道上的所述调节阀门2、压力变送器3、流量计4、氧化锆分析仪8以及温度变送器10之间进行信息传送。
[0052] 较佳的，所述调节阀门2、压力变送器3、流量计4、以及温度变送器10通过一种算法进行调节，其计算如下：
[0053] 每隔10S对煤气管道的流量进行一次判定，对应计算出相对应的高温烟气和助燃空气流量的目标流量，其表达式为：
[0054] Lm＝(LG1+LZ1)/α
[0055] LG1＝Δ×LZ1
[0056] Δ＝(21‑β)/2
[0057] 其中Lm是煤气流量，LG1是高温烟气的目标流量，LZ1是助燃空气的目标流量，α是空气过量系数，β为高温烟气含氧量。
[0058] 通过这种控制方式保证了在热风炉系统的空燃时，比在计算的基础上引入能源管理的概念，对热风炉的节能降耗提出了新的思路，有效的限制了热风炉的节能降耗的问题。
[0059] 较佳的，控制系统的步骤如下：
[0060] S1：根据已有的高温烟气的目标流量和高温烟气流量计反馈流量比对，调整调节阀门的开度，使反馈流量无限逼近目标流量，实现自动调节的目的，其控制逻辑为：
[0061] If(LG≤LG1×0.95)
[0062] aG1＝aG+0.01
[0063] Else aG1＝aG‑0.01
[0064] 其中aG1为高温烟气调节阀开度目标数值，aG为高温烟气调节阀开度反馈数值。
[0065] S2：根据已有的助燃空气的目标流量和助燃空气流量计反馈流量比对，调整调节阀门的开度，使反馈流量无限接近目标流量，实现自动调节的目的，其控制逻辑为：
[0066] If(LG≤LG1×1.05)
[0067] aZ1＝aZ+0.01
[0068] Else aZ1＝aZ‑0.01
[0069] 其中aZ1为助燃风调节阀开度目标数值，aZ为助燃风调节阀开度反馈数值；
[0070] S3：根据系统中高温烟气管道上的温度变送器和流量计实时计算助燃空气余热节省的煤气耗量，其表达式为：
[0071] Q＝(T‑20)×Δq1×LG
[0072] LM1＝Q/Δq1
[0073] LJH＝LJQ+LM1*Δt
[0074] 其中Q为高温烟气循环利用的总热量，T为温度变送器反馈温度，
[0075] Δq1为高温烟气比热，LM1为单位时间内节约煤气耗量，LJQ为前节约煤气累计耗量；LJH为后节约煤气累计耗量；Δt＝10s。
[0076] 通过提高热风炉的自动化控制水平，使得热风炉系统的节能降耗达到量化的指标；便于业主使用时计算节能指标，这是目前碳中和概念的重要指标，此处的作用时节碳节能；主要目的提高热风炉的自动化控制水平，并对热风炉系统的节能降耗提供量化指标。
[0077] 较佳的，所述烟气混合器6由热烟气进口61、助燃风进口62、外壳体63、支撑杆64以及混风旋流叶片65组成；所述混风旋流叶片65通过所述支撑杆64固定于所述外壳体63内；助燃空气与热烟气分别经热烟气进口61及助燃风进口62进入所述烟气混合器6混合后再通过混风旋流叶片65分成多股自旋流热气流。
[0078] 较佳的，所述混风旋流叶片65为同排错列设计，叶片与烟气顺流方向呈30～60°夹角，同排错列叶片呈60～90°夹角，同排叶片间距是叶片与外壳体间距的1.5～2倍。
[0079] 预混合装置的设计的理论计算范围进行描述，这是对混合装置的具体制作方法的保护
[0080] 具体实施：
[0081] 第一步：热风炉5助燃空气及高温烟气阀门，打开点火用的甲烷气；
[0082] 第二步：热风炉点火成功，炉膛温度达到500℃以上时，打开高炉煤气阀门，使热风炉正常稳定运行；
[0083] 第三步：根据脱硝出口高温烟气的氧量变化和高炉煤气的流量变化，按比例调整助燃空气和高温烟气流量；
[0084] Lm＝(LG1+LZ1)/α
[0085] LG1＝Δ×LZ1
[0086] Δ＝(21‑β)/2
[0087] 第四步：计算累计节省煤气量。
[0088] 依次通过与高温风机7、助燃风机1以及煤气进口端11的管道上连接的调节阀门2、压力变送器3、流量计4、氧化锆分析仪9以及温度变送器10获取实时的数据；然后把所获得的数据通过信息传输至工控机8中，然后根据算法进行判定调节；通过调整调节阀门的开度，使反馈流量无限逼近目标流量，实现自动调节的目的，进一步深化数字化程度，使得热风炉停运分析主由人工经验判断转为机器判定，提高运行参数控制的合理性以及可靠性。
[0089] 本发明 已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明 的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明 的范围。相反地，在不脱离本发明 的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明 的专利保护范围。
