本發明涉及燃燒系統及方法，具體涉及加熱爐可視化燃燒控制系統及控制方法。

背景技術：

加熱爐是冶金、化工、石油化工、有色金屬等行業重要的耗能設備，同時也是二氧化碳、氮氧化物等污染物排放的主要來源之一，國內加熱爐多采用過氧燃燒控制技術，存在燃燒效率低、爐管表面氧化滲碳速度快、污染排放多，爐管使用壽命短和安全隱患等問題，專利cn201410341338.3公開了一種基于plc的低氮氧化物控制方法和系統，根據氮氧化物實測值和排放目標值進行對比，dcs控制二次風門開度指令和分離式燃盡風sofa風門開度指令，實現鍋爐得低氮燃燒和優化運行，但氮氧化物濃度值難以連續在線測量，且該方法所示結構僅為電廠燃煤鍋爐，專利cn01133648.x公開了一種鍋爐多火嘴爐膛燃燒優化控制方法，通過在爐膛內布置多個火焰圖像探測器獲取爐膛三維溫度場分布，根據火焰中心偏離其理想位置的狀態給出燃燒爐中燃料量和風量的分配控制指令，該方法對火焰圖像進行采集，瞬態干擾較大，對爐膛三維溫度場的模擬方法可靠性要求高。

技術實現要素：

發明目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于多參量檢測的加熱爐可視化燃燒控制系統，和該控制系統的控制方法，dcs控制系統根據加熱爐排放煙氣中co濃度、爐膛負壓、o2濃度檢測值進行優化控制決策，控制引風機轉速及風門擋板開度，通過可視化監測裝置直觀顯示燒嘴配風、估算燃燒效率，測量目標溫度，為燃燒優化控制系統提供豐富的檢測手段和評估方法，并直接反饋于控制系統，保障最佳優化控制效果，實現節能、降耗、減排，特別是降低nox和co2的排放。

技術方案：本發明所述的基于多參量檢測的加熱爐可視化燃燒控制系統，包括用于在線精密檢測煙氣中co含量的co分析儀、用于在線檢測爐膛內o2含量的o2分析儀、可視化監測裝置、壓力傳感器、變頻器、引風機、驅動器、風門擋板以及與co分析儀、o2分析儀、壓力傳感器閉環控制連接的dcs控制系統，用于檢測裝置運行狀態參數的co分析儀、o2分析儀和壓力傳感器將結果信號發送至dcs控制系統，所述引風機通過變頻器連接于dcs控制系統，所述風門擋板通過驅動器連接于dcs控制系統，所述dcs控制系統根據設定的控制系統安全調節閾值控制驅動器以及變頻器，進而調節風門擋板開度和引風機轉速，優化調整加熱爐燃燒狀態，所述可視化監測裝置顯示加熱爐內燒嘴燃燒狀態，估算燃燒效率，計算爐膛橫向溫度均勻性和縱向溫度梯度。

優選的，所述co分析儀包括分別安裝于加熱爐頂部煙道上的發射端和接收端，所述發射端包括光源、驅動電路和準直光路，所述接收端包含耦合光路、探測器和信號處理電路。

優選的，所述可視化監測裝置利用紅外輻射測溫原理測量目標表面溫度以及燒嘴燃燒火焰形態，所述可視化監測裝置的探測器像元根據在特定波段連續接收到的紅外輻射變化計算燃燒效率，實時監測燃燒控制狀態及效果，并反饋于燃燒控制系統。

優選的，所述o2分析儀安裝于加熱爐拱頂或橫跨段，并測量煙氣中o2濃度含量。

基于多參量檢測的加熱爐可視化燃燒控制系統的控制方法，包括以下步驟：

1)壓力傳感器檢測爐膛壓強；

2)dcs控制系統對比爐膛壓強實測值和爐膛壓強設定值調節變頻器參數，控制引風機轉速，保證燃燒過程中爐膛始終處于穩定的負壓狀態；

3)o2分析儀檢測爐膛內部o2濃度，設定安全調節閾值范圍，若超出閾值范圍則立即停止dcs控制系統動作并人工干預、發出報警提示，否則進入步驟4)；

4)co分析儀檢測煙氣中的co濃度，與燃燒理論計算確定的加熱爐最優運行狀態下co濃度范圍進行對比，若在最優范圍內則回到步驟1)，否則進入步驟5)；

5)pid控制器動態調整風門擋板開度，優化調節加熱爐配風量。

優選的，爐膛壓強實測值為若干壓力傳感器中各個傳感器測量數據的中位數。

優選的，當爐膛壓強發生變化時，先通過控制引風機轉速來穩定爐膛壓強，若壓強實測值與設定值之間誤差或誤差率仍然持續增大，則微調風門擋板，改變進風量來維持爐膛壓力的穩定。

優選的，步驟5)中pid控制器的控制模型為：

α′＝α(ae1+be2+ce3)(1)

式(1)中α為風門擋板開度的原控制信號，α′為調節后風門擋板開度的新控制信號，e1為本次調控循環中煙氣所含co濃度相對誤差，e2為上次調控循環煙氣所含co濃度相對誤差，e3為再上次調控循環煙氣所含co濃度相對誤差，a、b、c為調節系數。

有益效果：本發明的基于多參量檢測的加熱爐可視化燃燒控制系統及控制方法，改變以往國內加熱爐均采用基于氧含量控制的過氧燃燒狀態，采用co含量控制使加熱爐處于近理論燃燒狀態，提高燃燒效率、提高裝置運行效率、降低污染物排放，特別是co2和nox的排放，可視化裝置通過監測燒嘴燃燒狀態、燃燒效率及爐膛溫度為燃燒優化控制系統提供直觀的檢驗手段和控制效果的實時在線評價方法，并直接反饋于控制系統，確保裝置安全、穩定、高效運行，o2濃度含量用于優化控制的參考量，設定安全閾值，減少爐膛內過剩空氣含量，減少排煙損失，提高熱效率。

附圖說明

圖1為本發明的燃燒控制系統結構示意圖；

圖2為本發明的co分析儀結構圖；

圖3為本發明的可視化系統原理框圖；

圖4為本發明的燃燒控制系統的控制方法流程圖。

具體實施方式

下面對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護范圍不局限于所述實施例。

如圖1所示，本發明的基于多參量檢測的加熱爐可視化燃燒控制系統，包括用于在線精密檢測煙氣中co含量的co分析儀1、用于在線檢測爐膛內o2含量的o2分析儀8、可視化監測裝置6、壓力傳感器7、變頻器2、引風機3、驅動器5、風門擋板4以及與co分析儀1、o2分析儀8、壓力傳感器7閉環控制連接的dcs控制系統，若干壓力傳感器7成組的安裝于加熱爐輻射段和對流段內部，通過取所有單個壓力傳感器7檢測數據的中位數來確定爐膛壓強，用于檢測前端檢測裝置運行狀態參數的co分析儀1、o2分析儀8和壓力傳感器7將結果信號發送至dcs控制系統，引風機3通過變頻器2連接于dcs控制系統，風門擋板4通過驅動器5連接于dcs控制系統，dcs控制系統根據設定的控制系統安全調節閾值控制驅動器5以及變頻器2，進而調節風門擋板4開度和引風機3轉速，優化調整配風量，實現燃料和空氣的最佳配比，穩定爐膛負壓，提高加熱爐運行效率，實現加熱爐安全、穩定、高效、長周期運行的目的，優化調整加熱爐燃燒狀態，如圖3所示，可視化監測裝置6顯示加熱爐內燒嘴燃燒狀態，估算燃燒效率，計算爐膛橫向溫度均勻性和縱向溫度梯度，反演爐膛內目標和空間溫度直觀反映燃燒控制效果，給燃燒控制系統提供更豐富的檢測手段，指導燃燒優化控制系統實現和保持最佳控制狀態，可視化監測裝置6還可與dcs控制系統進行通訊連接，將燃燒效率直接輸入dcs控制系統，還可通過視頻、圖像、數據等信息直觀反應加熱爐工作狀態，便于人工觀測和手動干預，co分析儀1采用光譜吸收技術實時在線精確測量煙氣中co濃度，根據物質對不同頻率的電磁波有不同的吸收特征，因此吸收譜線可作為識別不同氣體分子的“指紋”，根據吸收譜線的位置和強度可以確定分子的成分和濃度，采用分布反饋式結構的近紅外波段半導體激光器作為光源，利用可調諧半導體激光器的窄線寬、快速調諧特性，通過檢測目標氣體的一條孤立吸收線實現氣體濃度的快速檢測，同時采用調制和多次反射技術可使系統的測量精度達到ppm甚至ppb量級，如圖2所示，co分析儀1包括分別安裝于加熱爐頂部煙道上的發射端9和接收端10，發射端9包括光源、驅動電路和準直光路，接收端10包含耦合光路、探測器和信號處理電路，安裝完成第一次使用時，需要對準直光路和耦合光路進行定標，co濃度測量范圍可達0～1000ppm，精確度可達1ppm，根據燃燒理論和加熱爐煙氣中co、o2和nox含量的關系可確定滿足加熱爐燃燒效果好且nox排放少時co最優濃度范圍，并通過對co濃度的控制來直接控制燃燒效果，實現燃料和空氣的最佳配比，可視化監測裝置6利用紅外輻射測溫原理測量目標表面溫度以及燒嘴燃燒火焰形態，通過選取合適的波長、帶寬及波長間距可有效減少目標輻射率和高溫煙氣對測溫精度的影響，準確測量壁面溫度分布。在波長λ1和λ2下，同時測量目標同一點發射的光譜輻照度為m(t,λ1)和m(t,λ2)，利用二者的比值可反演目標任一點的溫度：

式(2)中，c2為溫度常數，t為壁面溫度，ε為目標輻射率，目標溫度分布作為空間溫度場重建方程求解的關鍵邊界條件，求解空間單元輻射對流能量平衡方程組即可得到爐膛空間溫度，利用探測器像元在連續時間段內接收的目標紅外輻射及目標輻射的對比度變化可反演輻射光程上燃燒效率，進而得到爐膛空間燃燒效率，根據燒嘴燃燒火焰形態可直觀判斷燒嘴燃燒狀態，通過燒嘴火焰形態變化直觀反映加熱爐配風情況，利用燃燒爐配風、爐膛空間燃燒效率和溫度分布情況可直觀體現裝置運行情況，判斷優化燃燒控制效果，給燃燒優化控制系統提供最直接、最有效的檢測手段和評價方法，o2分析儀8安裝于加熱爐拱頂或橫跨段，測量煙氣中o2濃度含量，及時發現燃燒過程中的異常情況，由于傳統加熱爐控制系統采用爐膛內o2含量來調節給風量的方法控制燃燒效果，所以o2分析儀8可與傳統加熱爐控制系統實現兼容，并給基于co控制的燃燒控制系統設定操作的安全閾值范圍，如圖4所示，基于多參量檢測的加熱爐可視化燃燒控制系統的控制方法，包括以下步驟：

1)壓力傳感器7檢測爐膛壓強，對爐膛不同位置、不同高度的壓力進行多點測量，監測加熱爐運行狀態；

2)dcs控制系統對比爐膛壓強實測值和爐膛壓強設定值調節變頻器2參數，控制引風機3轉速，保證燃燒過程中爐膛始終處于穩定的負壓狀態；

3)o2分析儀8檢測爐膛內部o2濃度，與低氧燃燒設定范圍對比，設定安全調節閾值范圍，若超出閾值范圍則立即停止dcs控制系統動作并將異常信號輸出至控制室人工干預、發出報警提示，否則進入步驟4)；

4)co分析儀1檢測煙氣中的co濃度，與燃燒理論計算確定的加熱爐最優運行狀態下co濃度范圍進行對比，若在最優范圍內則回到步驟1)，否則進入步驟5)；

5)pid控制器動態調整風門擋板開度，優化調節加熱爐配風量。

爐膛壓強實測值為若干壓力傳感器7中各個傳感器測量數據的中位數，當爐膛壓強發生變化時，先通過控制引風機3轉速來穩定爐膛壓強，避免影響加熱爐進風量進而改變了燒嘴處空燃比，當引風機3轉速調節不能滿足要求，壓強實測值與設定值之間誤差或誤差率仍然持續增大，則微調風門擋板4，改變進風量來維持爐膛壓力的穩定，步驟5)中pid控制器的控制模型為：

α′＝α(ae1+be2+ce3)(1)

式(1)中α為風門擋板開度的原控制信號，α′為調節后風門擋板開度的新控制信號，e1為本次調控循環中煙氣所含co濃度相對誤差，e2為上次調控循環煙氣所含co濃度相對誤差，e3為再上次調控循環煙氣所含co濃度相對誤差，a、b、c為調節系數。

如上所述，盡管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。