殘氧量模型的修正方法在比例控制型燒嘴上的應用

付振興

(北京首鋼自動化信息技術有限公司，北京 100041)

近幾年，國內環保意識和力度空前加大，對燃燒產生廢氣中NOx排放量控制愈加嚴苛，河北省現有企業2020年10月1日起執行，加熱爐NOx排放限值150 mg/m3的超低排放標準[1]，較2018年唐山地區執行加熱爐廢氣NOx排放限值300 mg/m3[2]相比，限值幅度下調一半。

1 現狀分析

首鋼京唐某退火爐加熱段與均熱段總計147個燒嘴，分為7個獨立控制區域。燒嘴控制模式為“比例控制”，正常生產時燒嘴一直處于燃燒狀態，根據加熱段與均熱段的加熱功率，通過殘氧量模型對燃氣以及助燃空氣用量進行調整。

殘氧量模型首次投入使用后，利用恒功率模式對該退火爐燒嘴進行初步檢測，加熱段與均熱段各個加熱區域殘氧量模型設定值與實測殘氧量的平均偏差為3.62%。

針對殘氧量模型設定值與實際測量值偏差問題，經現場調查分析，推斷由于輻射管、法蘭等多處設備存在泄漏導致實際殘氧量偏高。利用檢修對加熱1區燃燒系統管道進行捉漏：對開焊的法蘭進行補焊、對開裂的輻射管進行更換、對法蘭連接部位的螺栓進行緊固、涂抹密封膠處理。

捉漏工作完成后，利用“恒功率”模式，手動將加熱段加熱功率設定為75%并對加熱1區30個燒嘴煙氣中的殘氧量再次進行測量。實際測量的殘氧量均值為2.78%，相比捉漏前3.4%的偏差量，捉漏后的偏差僅為0.22%。故推斷燃氣系統管道泄漏是導致殘氧量模型偏差的一個主要因素。

2 模型修正

根據模型殘氧量設定值與實際測量值，在假定燃氣量一定的情況下，分別計算出助燃空氣的流量真實值與測量值。

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，3.08；

r0——燃氣的理論空燃比，即1 m3燃氣完全燃燒所需空氣量的比值，這里取4.075；

Fair——空氣流量真實值。

Fair-m——空氣流量測量值。

ΔF——助燃空氣流量補償值。

Fgas——煤氣流量真實值。

rEO2——系統設定空燃比。

rm——實際檢測空燃比。

EO2——系統設定殘氧量，%。

RO2-m——燒嘴出口測量平均殘氧量，%。

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，Fgas-0——理論燃氣量，這里取29.6 Nm3/h。

Pi——加熱段第i區域加熱功率，0～100%。

Ni——加熱段第i區域燒嘴個數。

根據表1所測的每個加熱區域煙氣的平均殘氧量，得出助燃空氣理論流量修正系數，其中1～7區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 模型驗證

以加熱2區為分析對象，對模型進行驗證。測試條件：加熱功率恒定50%、殘氧量模型設定3.5%、補償系數設定6.4。

殘氧量模型修正前，實測平均殘氧量為6.52%，與模型偏差為3.02%。殘氧量模型修正后，測平均殘氧量為2.68%，與模型設定偏差為0.82%。

殘氧量模型修正后的實測殘氧量：其中橫坐標1、2、3、4、5、6依次表示加熱2區、加熱3區、加熱4區、加熱5區、加熱6區、加熱7區，由圖可知，加熱3～7區的實測殘氧量與模型設定的偏差依次為0.82%、0.4%、0.53%、0.2%、0.72%，偏差范圍在允許的控制范圍以內，未超過1%，加熱2～7區實測平均殘氧量與模型設定的絕對偏差為0.544%。

4 結語

(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備損壞等原因導致的殘氧量模型與實測不符的問題。

(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定值與實際殘氧量平均偏差約為3.62%；投用后殘氧量模型設定值與實際測量值偏差0.544%，解決了由于模型設定與實測不符而導致模型無法正常投入使用。