殘氧量模型的修正方法在比例控制型燒嘴上的應(yīng)用

付振興

(北京首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司，北京 100041)

近幾年，國(guó)內(nèi)環(huán)保意識(shí)和力度空前加大，對(duì)燃燒產(chǎn)生廢氣中NOx排放量控制愈加嚴(yán)苛，河北省現(xiàn)有企業(yè)2020年10月1日起執(zhí)行，加熱爐NOx排放限值150 mg/m3的超低排放標(biāo)準(zhǔn)[1]，較2018年唐山地區(qū)執(zhí)行加熱爐廢氣NOx排放限值300 mg/m3[2]相比，限值幅度下調(diào)一半。

1 現(xiàn)狀分析

首鋼京唐某退火爐加熱段與均熱段總計(jì)147個(gè)燒嘴，分為7個(gè)獨(dú)立控制區(qū)域。燒嘴控制模式為“比例控制”，正常生產(chǎn)時(shí)燒嘴一直處于燃燒狀態(tài)，根據(jù)加熱段與均熱段的加熱功率，通過殘氧量模型對(duì)燃?xì)庖约爸伎諝庥昧窟M(jìn)行調(diào)整。

殘氧量模型首次投入使用后，利用恒功率模式對(duì)該退火爐燒嘴進(jìn)行初步檢測(cè)，加熱段與均熱段各個(gè)加熱區(qū)域殘氧量模型設(shè)定值與實(shí)測(cè)殘氧量的平均偏差為3.62%。

針對(duì)殘氧量模型設(shè)定值與實(shí)際測(cè)量值偏差問題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，推斷由于輻射管、法蘭等多處設(shè)備存在泄漏導(dǎo)致實(shí)際殘氧量偏高。利用檢修對(duì)加熱1區(qū)燃燒系統(tǒng)管道進(jìn)行捉漏：對(duì)開焊的法蘭進(jìn)行補(bǔ)焊、對(duì)開裂的輻射管進(jìn)行更換、對(duì)法蘭連接部位的螺栓進(jìn)行緊固、涂抹密封膠處理。

捉漏工作完成后，利用“恒功率”模式，手動(dòng)將加熱段加熱功率設(shè)定為75%并對(duì)加熱1區(qū)30個(gè)燒嘴煙氣中的殘氧量再次進(jìn)行測(cè)量。實(shí)際測(cè)量的殘氧量均值為2.78%，相比捉漏前3.4%的偏差量，捉漏后的偏差僅為0.22%。故推斷燃?xì)庀到y(tǒng)管道泄漏是導(dǎo)致殘氧量模型偏差的一個(gè)主要因素。

2 模型修正

根據(jù)模型殘氧量設(shè)定值與實(shí)際測(cè)量值，在假定燃?xì)饬恳欢ǖ那闆r下，分別計(jì)算出助燃空氣的流量真實(shí)值與測(cè)量值。

Fair/Fgas=rEO2

(1)

Fair-m=(Fair+ΔF)/Fgas=rm

(2)

rm=[1+RO2-m·(α/r0)/(21-RO2-m)]·r0

(3)

rEO2=[1+EO2·(α/r0)/(21-EO2)]·r0

(4)

式中，α——煙氣中的殘氧量系數(shù)，3.08；

r0——燃?xì)獾睦碚摽杖急龋? m3燃?xì)馔耆紵杩諝饬康谋戎担@里取4.075；

Fair——空氣流量真實(shí)值。

Fair-m——空氣流量測(cè)量值。

ΔF——助燃空氣流量補(bǔ)償值。

Fgas——煤氣流量真實(shí)值。

rEO2——系統(tǒng)設(shè)定空燃比。

rm——實(shí)際檢測(cè)空燃比。

EO2——系統(tǒng)設(shè)定殘氧量，%。

RO2-m——燒嘴出口測(cè)量平均殘氧量，%。

得知需要修正的助燃空氣流量需要滿足：

ΔF=Fgas·(rm-rEO2)

(5)

Fgas=Ni·Fgas-0·Pi/100

(6)

ΔF=(rm-r)·Ni·Fgas-0·Pi/100

(7)

式中，F(xiàn)gas-0——理論燃?xì)饬浚@里取29.6 Nm3/h。

Pi——加熱段第i區(qū)域加熱功率，0～100%。

Ni——加熱段第i區(qū)域燒嘴個(gè)數(shù)。

根據(jù)表1所測(cè)的每個(gè)加熱區(qū)域煙氣的平均殘氧量，得出助燃空氣理論流量修正系數(shù)，其中1～7區(qū)的助燃空氣流量修正因子分別為0.51、5.70、7.24、5.67、2.04、3.37、4.99。

3 模型驗(yàn)證

以加熱2區(qū)為分析對(duì)象，對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。測(cè)試條件：加熱功率恒定50%、殘氧量模型設(shè)定3.5%、補(bǔ)償系數(shù)設(shè)定6.4。

殘氧量模型修正前，實(shí)測(cè)平均殘氧量為6.52%，與模型偏差為3.02%。殘氧量模型修正后，測(cè)平均殘氧量為2.68%，與模型設(shè)定偏差為0.82%。

殘氧量模型修正后的實(shí)測(cè)殘氧量：其中橫坐標(biāo)1、2、3、4、5、6依次表示加熱2區(qū)、加熱3區(qū)、加熱4區(qū)、加熱5區(qū)、加熱6區(qū)、加熱7區(qū)，由圖可知，加熱3～7區(qū)的實(shí)測(cè)殘氧量與模型設(shè)定的偏差依次為0.82%、0.4%、0.53%、0.2%、0.72%，偏差范圍在允許的控制范圍以內(nèi)，未超過1%，加熱2～7區(qū)實(shí)測(cè)平均殘氧量與模型設(shè)定的絕對(duì)偏差為0.544%。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 提出一種殘氧量模型的修正方法，用于解決因管道泄漏或者設(shè)備損壞等原因?qū)е碌臍堁趿磕Ｐ团c實(shí)測(cè)不符的問題。

(2)殘氧量模型修正方法投用前，該退火爐加熱段與均熱段的殘氧量模型設(shè)定值與實(shí)際殘氧量平均偏差約為3.62%；投用后殘氧量模型設(shè)定值與實(shí)際測(cè)量值偏差0.544%，解決了由于模型設(shè)定與實(shí)測(cè)不符而導(dǎo)致模型無(wú)法正常投入使用。