残氧量模型的修正方法在比例控制型烧嘴上的应用

付振兴

(北京首钢自动化信息技术有限公司，北京 100041)

近几年，国内环保意识和力度空前加大，对燃烧产生废气中NOx排放量控制愈加严苛，河北省现有企业2020年10月1日起执行，加热炉NOx排放限值150 mg/m3的超低排放标准[1]，较2018年唐山地区执行加热炉废气NOx排放限值300 mg/m3[2]相比，限值幅度下调一半。

1 现状分析

首钢京唐某退火炉加热段与均热段总计147个烧嘴，分为7个独立控制区域。烧嘴控制模式为“比例控制”，正常生产时烧嘴一直处于燃烧状态，根据加热段与均热段的加热功率，通过残氧量模型对燃气以及助燃空气用量进行调整。

残氧量模型首次投入使用后，利用恒功率模式对该退火炉烧嘴进行初步检测，加热段与均热段各个加热区域残氧量模型设定值与实测残氧量的平均偏差为3.62%。

针对残氧量模型设定值与实际测量值偏差问题，经现场调查分析，推断由于辐射管、法兰等多处设备存在泄漏导致实际残氧量偏高。利用检修对加热1区燃烧系统管道进行捉漏：对开焊的法兰进行补焊、对开裂的辐射管进行更换、对法兰连接部位的螺栓进行紧固、涂抹密封胶处理。

捉漏工作完成后，利用“恒功率”模式，手动将加热段加热功率设定为75%并对加热1区30个烧嘴烟气中的残氧量再次进行测量。实际测量的残氧量均值为2.78%，相比捉漏前3.4%的偏差量，捉漏后的偏差仅为0.22%。故推断燃气系统管道泄漏是导致残氧量模型偏差的一个主要因素。

2 模型修正

根据模型残氧量设定值与实际测量值，在假定燃气量一定的情况下，分别计算出助燃空气的流量真实值与测量值。

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——烟气中的残氧量系数，3.08；

r0——燃气的理论空燃比，即1 m3燃气完全燃烧所需空气量的比值，这里取4.075；

Fair——空气流量真实值。

Fair-m——空气流量测量值。

ΔF——助燃空气流量补偿值。

Fgas——煤气流量真实值。

rEO2——系统设定空燃比。

rm——实际检测空燃比。

EO2——系统设定残氧量，%。

RO2-m——烧嘴出口测量平均残氧量，%。

得知需要修正的助燃空气流量需要满足：

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——理论燃气量，这里取29.6 Nm3/h。

Pi——加热段第i区域加热功率，0～100%。

Ni——加热段第i区域烧嘴个数。

根据表1所测的每个加热区域烟气的平均残氧量，得出助燃空气理论流量修正系数，其中1～7区的助燃空气流量修正因子分别为0.51、5.70、7.24、5.67、2.04、3.37、4.99。

3 模型验证

以加热2区为分析对象，对模型进行验证。测试条件：加热功率恒定50%、残氧量模型设定3.5%、补偿系数设定6.4。

残氧量模型修正前，实测平均残氧量为6.52%，与模型偏差为3.02%。残氧量模型修正后，测平均残氧量为2.68%，与模型设定偏差为0.82%。

残氧量模型修正后的实测残氧量：其中横坐标1、2、3、4、5、6依次表示加热2区、加热3区、加热4区、加热5区、加热6区、加热7区，由图可知，加热3～7区的实测残氧量与模型设定的偏差依次为0.82%、0.4%、0.53%、0.2%、0.72%，偏差范围在允许的控制范围以内，未超过1%，加热2～7区实测平均残氧量与模型设定的绝对偏差为0.544%。

4 结语

(1) 提出一种残氧量模型的修正方法，用于解决因管道泄漏或者设备损坏等原因导致的残氧量模型与实测不符的问题。

(2)残氧量模型修正方法投用前，该退火炉加热段与均热段的残氧量模型设定值与实际残氧量平均偏差约为3.62%；投用后残氧量模型设定值与实际测量值偏差0.544%，解决了由于模型设定与实测不符而导致模型无法正常投入使用。