CSP薄板坯辊底式隧道加热炉的燃烧热负荷分布控制方法

摘要

本发明公开了一种CSP薄板坯辊底式隧道加热炉的燃烧热负荷分布控制方法，所述加热炉包括加热段、均热段、摆渡段和公用保温段；该方法为控制加热段、均热段、摆渡段和公用保温段各段的各个烧嘴的热负荷；本发明延长烧嘴喷射的空煤气的混合燃烧时间，提高燃烧效率与高温燃烧气体热效率，降低排烟的不完全燃烧热损失与热量损失，减少二次燃烧对换热器的损害，最终实现减少烟道内二次燃烧、降低加热炉能耗、提高板坯加热质量、延长换热器使用寿命等目的。

说明书

技术领域

本发明涉及加热炉领域，具体地指一种CSP薄板坯辊底式隧道加热炉的燃烧热负荷分布控制方法。

背景技术

CSP产线薄板坯加热用辊底式隧道加热炉主要有三项功能：

1)板坯的加热和均热功能，连续接收铸机生产的高温板坯.经加热和均热后及时供给轧机满足质量要求的薄板坯：

2)缓冲功能，当轧机正常生产换工作辊或下游设备临时故障不能轧制板坯时辊底炉仍能在一定的时间内接受板坯，起调节缓冲作用，即在“刚性”铸机和轧机之间增加了辊底炉的“柔性”缓冲环节，使连铸连轧工艺能顺利进行。这是目前薄板坯实现连铸连轧并稳定生产的关键：

3)调节生产节奏功能，连铸机板坯的拉速为2.0～6.0m/min，而第一架轧机的板坯咬入速度为12.0～15.6m/min，最大速度30m/min，这两种速度的差别，主要靠辊底炉来调节，炉辊的速度在2～65m/min之间，可有效地调节铸机和轧机的生产节奏。

为了有效满足上述功能，目前国内外CSP产线连铸机后面均配备有两座超长、空间高度与宽度狭小的辊底式隧道加热炉，炉内空间高度与宽度分别约为1.4m和2m，分为加热段、均热段、摆动段和公用保温段，各段沿炉长方向均匀布置有数量庞大的烧嘴进行供热，并分设不同数量的多个温度控制区，以确保炉长方向合理的炉温分布；为了便于炉内燃烧烟气的排放，在各段中部区域的炉底设置有排烟口(摆动段设置在端头)，以便炉内压力的控制和合理的烟气流场分布。

由于CSP产线辊底式隧道加热炉特殊的结构特征，导致各段炉底排烟口正上方或正上方两侧布置有烧嘴，由于各个段分为多个区的炉温控制技术，导致各个烧嘴燃烧负荷均衡分布，从而使各段炉底排烟口正上方的烧嘴喷射的空煤气未能及时混合燃烧便抽入排烟口，引起未燃烧的空煤气在烟道内二次燃烧，不仅造成能源的浪费，同时也造成烟道内空、煤气换热器入口烟气温度超温，引起换热器高温破损、加热炉燃烧控制失常、板坯加热工艺无法正确执行，被迫停炉检修。此外，由于加热炉内空间高度与宽度狭小，一旦出现烧嘴混合特性的劣化，势必引起炉内整体燃烧不完全、炉内燃烧气氛控制困难，甚至失灵，不仅造成燃烧不完全热损失，增大烟道内二次燃烧与换热器高温损毁的风险，还大幅度降低了钢坯炉内加热质量，严重影响热轧产品的最终质量，甚至产生废品。

由此可见，在现有的CSP产线辊底式隧道加热炉设备与控制技术条件下，如何避免炉内燃烧不完全所带来的系列不足还有进一步研究与提升的空间。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，一种CSP薄板坯辊底式隧道加热炉的燃烧热负荷分布控制方法。该方法可使加热炉的炉内燃烧完全、防止烟道二次燃烧、延长换热器使用寿命；同时还能降低加热炉能耗、提高板坯加热质量。

为实现上述目的，本发明提供的一种CSP薄板坯辊底式隧道加热炉的燃烧热负荷分布控制方法，所述加热炉包括加热段、均热段、摆渡段和公用保温段；该方法为控制加热段、均热段、摆渡段和公用保温段各段的各个烧嘴的热负荷，包括以下步骤：

(1)对于炉底排烟口在炉长中部的加热段、均热段与公用保温段，排烟口左右两端的烧嘴均参与调整，在每段总热负荷不变的前提下，各段烧嘴热负荷根据公式1～2进行调整；

Q_优n＝Q_优0×Yn(Y_n＝0～1)(1)

其中，Q_优n为加热段、均热段与公用保温段中优化后单个烧嘴热负荷，Q_优0为加热段、均热段与公用保温段中优化后烧嘴全开时单个烧嘴热负荷，Y_n为烧嘴开关程度，Y_n为0～1，Y_n为0，烧嘴完全关闭，Y_n为1，烧嘴全开，Q_原为加热段、均热段与公用保温段中单个烧嘴原分配热负荷，M为该炉段烧嘴总数量。

(2)对于炉底排烟口在炉长端头的摆动段，排烟口某一端的烧嘴可参与调整，在该段总热负荷不变的前提下，各段烧嘴热负荷根据公式3～4进行调整；

Q′_优n＝Q′_优n×Y′_n(Y’_n＝0～1)(3)

其中，Q’_优n为摆动段中优化后单个烧嘴热负荷，Q’_优0为摆动段中优化后烧嘴全开时单个烧嘴热负荷，Y’_n为烧嘴开关程度，Y’_n为0～1，Y’_n为0，烧嘴完全关闭，Y’_n为1，烧嘴全开，Q’_原为摆动段中单个烧嘴原分配热负荷，M’为该炉段烧嘴总数量。

进一步地，所述步骤1)中，

Y_n＝0(n＝0)(5)

或，

Y_n＝3.03×10^-3+4.485×10^-1×n-1.095×10^-1×n²+1.557×10^-2×n³-8.838×10^-4×n⁴

(n为整数，1≤n≤7)(6)

或，Y_n＝1(n为整数，n>7)(7)

其中，Y_n为烧嘴开关程度，Y_n为0～1，Y_n为0，烧嘴完全关闭，Y_n为1，烧嘴全开，n为距离炉底排烟口中心的烧嘴序号，位于炉底排烟口正上方的烧嘴n值为零，位于炉底排烟口正上方两侧最近的烧嘴n值为1，次近的烧嘴n值为2，依次类推。

再进一步地，所述步骤2)中，

Y’_n＝0(n＝0)(8)

或，

Y’_n＝1.217×10^-2+2.631×10^-1×n-4.717×10^-2×n²+4.69×10^-3×n³-1.68×10^-4×n⁴

(n为整数，1≤n≤12) (9)

或，Y’_n＝1(n为整数，n>12)(10)

其中，Y’_n为烧嘴开关程度，Y’_n为0～1，Y’_n为0，烧嘴完全关闭，Y’_n为1，烧嘴全开，n为距离炉底排烟口中心的烧嘴序号，位于炉底排烟口正上方的烧嘴n值为零，位于炉底排烟口正中心一侧最近的烧嘴n值为1，次近的烧嘴n值为2，依次类推。

本发明的有益效果在于：

本发明针对CSP薄板坯辊底式隧道加热炉超长与炉膛空间狭小的特殊结构易引起的燃烧不完全与炉底排烟二次燃烧问题，基于加热炉各段沿炉长方向烧嘴燃烧热负荷均匀分布控制条件下，炉底排烟口正上方烧嘴与正上方两侧烧嘴空煤气混合燃烧时间短易造成燃烧不充分的不足，在保持加热炉的加热段、均热段、摆渡段与公用保温段的各段总燃烧热负荷不变的条件下，按照各段沿炉长方向布置的烧嘴离炉底排烟口距离的减小烧嘴燃烧热负荷减小的总体原则，进行加热炉各段烧嘴燃烧热负荷的分配与调整，可以延长烧嘴喷射的空煤气的混合燃烧时间，提高燃烧效率与高温燃烧气体热效率，降低排烟的不完全燃烧热损失与热量损失，减少二次燃烧对换热器的损害，最终实现减少烟道内二次燃烧、降低加热炉能耗、提高板坯加热质量、延长换热器使用寿命等目的。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

以CSP薄板坯辊底式隧道加热炉A线为例，分为四个功能段：加热段、均热段、摆动段和公用保温段。加热段长58米，包括1～43#烧嘴(烧嘴由炉头开始编号)；均热段长85米，包括44～82#烧嘴；摆动段长52.8m，包括83～107#烧嘴；公用保温段长63.8m，包括108～138#烧嘴。每个段设计有一个烟道，加热段20#和21#烧嘴位于Ⅰ号烟道排烟口正上方，均热段62#和63#烧嘴位于Ⅱ号烟道排烟口正上方，摆动段83#和84#烧嘴位于Ⅲ号烟道排烟口正上方，公用保温段122#和123#烧嘴位于Ⅳ号烟道排烟口正上方，上述8个烧嘴n值取值为零，同一炉段内位于炉底排烟口正上方两侧最近的烧嘴n值取值为1，次近的烧嘴n值取值为2，其他烧嘴依次类推。

优化前、后各段烧嘴热负荷分配变化如表1～4所示。

优化后CSP加热炉烟道内CO含量由6000ppm以上降至50ppm以下，避免了烟道内二次燃烧现象，换热器使用寿命由1.5年延长至3年；同时提高了炉内温度均匀性，解决了烟道排烟口附近炉温异常高的问题，板坯温度均匀性得到大幅提高，产品氧化铁皮缺陷引起的改判由0.6％降低至0.2以下；此外加热炉能耗由1.1GJ/t_钢下降到0.9GJ/t_钢，最终实现了减少烟道内二次燃烧、降低加热炉能耗、提高板坯加热质量、延长换热器使用寿命等目的。

表1、优化前、后加热段烧嘴热负荷占全炉热负荷比例表(％)

表2、优化前、后均热段烧嘴热负荷占全炉热负荷比例表(％)

表3、优化前、后摆动段烧嘴热负荷占全炉热负荷比例表(％)

表4、优化前、后公用保温段烧嘴热负荷占全炉热负荷比例表(％)

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。