一种双蓄热式轧钢加热炉炉生烟气成分的计算方法

技术领域

本发明属于热工节能技术领域，特别是涉及一种双蓄热式轧钢加热炉炉生烟气成分的计算方法。

背景技术

双碳背景下，钢铁行业极致能效推广势在必行。轧钢工序是钢铁行业的重要生产环节，而加热占轧钢工序能耗的70％，因此，加热炉的节能降耗尤为关键。

对加热炉进行热平衡测试是明确炉窑能效水平、暴露系统问题的有效方法，然而，对于空、煤气双蓄热燃烧方式，无法直接测定炉生烟气成分，从而无法由此进行炉膛燃烧过程的燃烧计算，也就无法判断空煤比的合理性及燃烧的完全性。

为简化计算，有时将空烟烟道和煤烟烟道的烟气成分加权平均作为炉生烟气成分来进行燃烧计算，然而，实际过程中，由于蓄热式燃烧的特点，换向后，空烟蓄热室中仍残留有空气，故而，空烟烟道中混合了残余的空气，同理，煤烟烟道中混合了残余的煤气，空烟和煤烟与炉生烟气成分有很大差别。没有炉生烟气成分，也无法计算空气和煤气的残留量，而残留煤气量，对进入炉膛燃烧的供热负荷有很大的影响。

目前，对双蓄热炉窑的热平衡测试计算没有相应的标准规定，查阅相关文献未发现对炉生烟气成分计算的报导。

因此，本发明通过在炉内设置残氧仪检测烟气O

发明内容

本发明的目的在于提供一种双蓄热式轧钢加热炉炉生烟气成分的计算方法，通过在炉内设置残氧仪检测烟气O

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的一方面，提供一种双蓄热式轧钢加热炉炉生烟气成分的计算方法，包括以下步骤：

1)获取煤气干成分含量及水分含量、获取煤烟烟气成分含量、获取空烟烟气成分含量、计算得出干空气含湿量并获取炉生烟气中氧含量；

2)设定炉生烟气中水分含量的初始值，并基于步骤1)获取的数值和设定的炉生烟气中水分含量的初始值以及氧气平衡方程来计算得到煤烟蓄热室煤气残留率和空烟蓄热室空气残留率；

3)基于煤烟蓄热室煤气残留率和空烟蓄热室空气残留率以及煤烟烟气成分含量和空烟烟气成分含量来计算得到炉生烟气干成分含量；

4)由煤气干成分含量及水分含量计算得到煤气湿成分含量，然后基于煤气湿成分含量和炉生烟气干成分含量计算炉膛燃烧过程的过剩空气系数、理论干空气量、理论干烟气量、实际湿烟气量和不完全燃烧烟气量修正系数；

5)根据煤气湿成分含量、过剩空气系数、理论干空气量、不完全燃烧时烟气修正系数、实际湿烟气量和干空气含湿量计算得出炉生烟气中水分含量；

6)利用计算得到的水分含量值代替设定的初始值，重新进行步骤1)至步骤5)的计算，直到二者水分含量的差值非常小时停止计算，得到此时的炉生烟气成分含量、煤烟蓄热室煤气残留率和空烟蓄热室空气残留率，完成炉膛燃烧计算。

在本发明的一个实施例中，在步骤1)中，煤气干成分含量通过煤气分析仪测得，煤气中水分含量通过水分仪测试获得；煤烟烟气成分含量和空烟烟气成分含量均通过烟气分析仪现场测试获得。

在本发明的一个实施例中，在步骤1)中，干空气含湿量通过干球温度、湿球温度、相对湿度和饱和蒸气压计算得到。

在本发明的一个实施例中，在步骤1)中，炉生烟气中氧含量通过设置在加热炉内的残氧仪测试获得。

在本发明的一个实施例中，在步骤2)中，煤烟蓄热室煤气残留率和空烟蓄热室空气残留率分别通过如下公式计算：

其中，式子中，a

在本发明的一个实施例中，在步骤3)中，炉生烟气干成分含量的计算式如下：

其中，式子中，CO

在本发明的一个实施例中，在步骤4)中：

过剩空气系数计算式如下：

理论干空气量计算式如下：

理论干烟气量计算式如下：

实际湿烟气量计算式如下：

不完全燃烧时烟气修正系数计算式如下：

其中，式子中，α：过剩空气系数；L

在本发明的一个实施例中，在步骤5)中，炉生烟气中水分含量的计算式如下：

在本发明的一个实施例中，在步骤6)中，重新进行步骤1)至步骤5)的计算，直至计算得到的炉生烟气中水分含量与设定的炉生烟气中水分含量的差值满足如下式子时停止计算：

在本发明的一个实施例中，步骤6)中得到的炉生烟气成分含量包括炉生烟气干成分含量和炉生烟气湿成分含量。

通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：

本发明提供了一种双蓄热式轧钢加热炉炉生烟气成分的计算方法，通过在炉内设置残氧仪检测烟气O

附图说明

图1示出了本发明提供的一种双蓄热式轧钢加热炉炉生烟气成分的计算方法的流程示意图。

具体实施方式

应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。

如图1所示，本发明提供一种双蓄热式轧钢加热炉炉生烟气成分的计算方法，包括以下步骤：

步骤S101：获取煤气干成分含量及水分含量、获取煤烟烟气成分含量、获取空烟烟气成分含量、计算得出干空气含湿量并获取炉生烟气中氧含量；

步骤S102：设定炉生烟气中水分含量的初始值，并基于步骤S101获取的数值和设定的炉生烟气中水分含量的初始值以及氧气平衡方程来计算得到煤烟蓄热室煤气残留率和空烟蓄热室空气残留率；

步骤S103：基于煤烟蓄热室煤气残留率和空烟蓄热室空气残留率以及煤烟烟气成分含量和空烟烟气成分含量来计算得到炉生烟气干成分含量；

步骤S104：由煤气干成分含量及水分含量计算得到煤气湿成分含量，然后基于煤气湿成分含量和炉生烟气干成分含量计算炉膛燃烧过程的过剩空气系数、理论干空气量、理论干烟气量、实际湿烟气量和不完全燃烧烟气量修正系数；

步骤S105：根据煤气湿成分含量、过剩空气系数、理论干空气量、不完全燃烧时烟气修正系数、实际湿烟气量和干空气含湿量计算得出炉生烟气中水分含量；

步骤S106：利用计算得到的水分含量值代替设定的初始值，重新进行步骤S101至步骤S105的计算，直到二者水分含量的差值非常小时停止计算，得到此时的炉生烟气成分含量、煤烟蓄热室煤气残留率和空烟蓄热室空气残留率，完成炉膛燃烧计算。

本发明通过在炉内设置残氧仪检测烟气O

在上述计算方法中，在步骤S101中，煤气干成分含量通过煤气分析仪测得，煤气中水分含量通过水分仪测试获得；煤烟烟气成分含量和空烟烟气成分含量均通过烟气分析仪现场测试获得；干空气含湿量通过干球温度、湿球温度、相对湿度和饱和蒸气压计算得到；炉生烟气中氧含量通过设置在加热炉内的残氧仪测试获得。

在上述计算方法中，在步骤S102中，煤烟蓄热室煤气残留率和空烟蓄热室空气残留率分别通过如下公式计算：

其中，式子中，a

在上述计算方法中，在步骤S103中，炉生烟气干成分含量的计算式如下：

其中，式子中，CO

在上述计算方法中，在步骤S104中：

过剩空气系数计算式如下：

理论干空气量计算式如下：

理论干烟气量计算式如下：

实际湿烟气量计算式如下：

不完全燃烧时烟气修正系数计算式如下：

其中，式子中，α：过剩空气系数；L

在上述计算方法中，在步骤S105中，炉生烟气中水分含量的计算式如下：

在上述计算方法中，在步骤S106中，重新进行步骤S101至步骤S105的计算，直至计算得到的炉生烟气中水分含量与设定的炉生烟气中水分含量的差值满足如下式子时停止计算：

得到的炉生烟气成分含量包括炉生烟气干成分含量和炉生烟气湿成分含量。

下面通过具体实施例对本发明的上述技术方案进行说明。

本发明实施例中，对某厂双蓄热式加热炉进行热工测试，该加热炉在炉膛加热段两侧分别安装了残氧仪，可测试炉内烟气中的O

(1)获取已知参数和确定待求参数：

(1.1)已知参数

煤气干成分含量可分别为

煤烟烟气成分分别为

空烟烟气成分分别为

煤烟和空烟气体成分可通过烟气分析仪进行现场测试。

干空气含湿量g

炉膛残氧含量(炉生烟气中O

本发明实施例中加热炉以高炉煤气为燃料，采用煤气分析仪分析高炉煤气中各成分含量，采用水分仪分析高炉煤气中水分含量，具体数值如表1所示。

表1高炉煤气成分

通过烟气分析仪测试空烟和煤烟烟气成分，具体见表2。

表2各烟气成分

读取炉膛内残氧仪数据，获得炉生烟气氧气含量

干空气含湿量g

(1.2)待求参数：

煤烟蓄热室煤气残留率(残留煤气量与排入烟气量之比)a

空烟蓄热室空气残留率(残留空气量与排入烟气量之比)a

炉生烟气干成分：CO

(2)炉膛燃烧计算

(2.1)假设炉生烟气中水分含量的初始值

设炉生烟气水分含量初始值H

设空气蓄热室内残留空气量与排入烟气量比值为a

设煤气蓄热室内残留煤气量与排入烟气量比值为a

(2.2)计算a

根据O

进入煤烟蓄热室炉生烟气中O

故，1m

同理，1m

化简式(2-1)、式(2-2)，得到

本实施例中，将已知参数代入式(2-3)式(2-4)，得a

(3)计算炉生烟气各组分干成分含量

根据煤气残留率a

在本实施例中，根据已知条件，结合式(3-1)～(3-5)，计算得到炉生烟气的成分含量，依据设定的水分含量H

表3炉生烟气成分

(4)燃烧计算

由煤气湿成分和炉生烟气干成分计算炉膛燃烧过程的过剩空气系数α、理论干空气量L

(4.1)计算过剩空气系数α：

在本实施例中，根据煤气成分、炉生烟气成分计算过剩空气系数，本实施例的炉生烟气中没有SO

(4.2)计算理论干空气量L

在本实施例中，本实施例的煤气成分中没有H

(4.3)计算理论干烟气量V

在本实施例中，本实施例的煤气成分中没有H

(4.4)计算实际湿烟气量V

在本实施例中，代入已知条件得到V

(4.5)计算不完全燃烧时烟气修正系数b：

在本实施例中，代入炉生烟气干成分数值得b＝1.0001。

(5)炉生烟气水分含量的验算

根据煤气湿成分、理论干空气量、不完全燃烧时烟气修正系数、实际湿烟气量等参数计算炉生烟气水分含量H

计算得H

(6)迭代计算

用步骤(5)中式(5-1)计算得到的H

在本实施例中，计算得到的H

计算结束。

此时，计算得到的炉生烟气成分如表4所示。

表4炉生烟气成分

此时，a

由此可见，本发明提供了一种双蓄热式轧钢加热炉炉生烟气成分的计算方法，通过在炉内设置残氧仪检测烟气O

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。