CN104748568A - 一种基于轧钢加热炉的加热方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金技术领域，公开了一种基于轧钢加热炉的加热方法及系统。其中，该方法包括：将一部分助燃气体脱氮，生成富氧助燃气体；对富氧助燃气体进行预热；对煤气进行预热；将富氧助燃气体与预热后的煤气混合通入加热炉的均热段进行富氧燃烧；将一部分助燃气体与预热后的煤气混合通入加热炉的加热段进行脉冲燃烧；通过炉尾烟气对富氧助燃气体和煤气进行预热。本发明将富氧燃烧技术、脉冲燃烧技术和蓄热式燃烧技术相结合，实现了富氧燃烧技术和蓄热式燃烧技术在轧钢加热炉上的耦合应用，综合了蓄热式燃烧、富氧燃烧和脉冲燃烧的技术优势，加快了轧钢加热过程中的传热速度和加热速度，最终实现了轧钢加热炉的节能降耗。

Description

一种基于轧钢加热炉的加热方法及系统

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，主要适用于基于轧钢加热炉的加热方法及系统。

背景技术

轧钢加热炉是轧钢系统的主要耗能设备，占轧钢能耗的60～70％，因此，轧钢工序的节能重点是轧钢加热炉的节能。随着近年来轧钢产能的增加，轧钢加热炉的数量也在不断增加，轧钢加热炉也朝着大型、高效、低污染等方向发展。随着轧钢加热炉技术的进步，步进梁、蓄热式燃烧、汽化冷却、节能涂料、热装热送、富氧燃烧、脉冲燃烧及过程参数优化控制等节能技术不断在轧钢加热炉上应用实施，因而轧钢加热炉节能取得了很大的进步。但是，由于各节能技术的应用原理不同，如蓄热式燃烧技术强调的是高温贫氧燃烧，要求氧含量低于或者等于15％；而富氧燃烧强调的是空气富氧，要求氧含量高于21％；脉冲燃烧强调的是燃烧的间断性，而常规燃烧强调的是燃烧的连续性，因此，在现有技术中，无法将蓄热式燃烧、富氧燃烧和脉冲燃烧进行耦合应用，从而最终实现轧钢加热炉的高效节能。

发明内容

本发明提供一种基于轧钢加热炉的加热方法及系统，它能够将富氧燃烧、贫氧燃烧和间断燃烧进行有效地结合，解决了节能技术应用过程中的富氧、贫氧、间断和不间断燃烧相矛盾的问题，综合了蓄热式燃烧、富氧燃烧和脉冲燃烧的技术优势，加快了轧钢加热过程中的传热速度和加热速度，最终实现了轧钢加热炉的节能降耗。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于轧钢加热炉的加热方法，包括：

将一部分助燃气体脱氮，生成富氧助燃气体；

对所述富氧助燃气体进行预热；

对煤气进行预热；

将预热后的富氧助燃气体与一部分预热后的煤气混合通入加热炉的均热段进行富氧燃烧；

将一部分所述助燃气体与一部分预热后的煤气混合通入所述加热炉的加热段进行脉冲燃烧；

通过所述加热炉的炉尾烟气对富氧助燃气体和煤气进行预热。

进一步地，还包括：

检测富氧燃烧时的富氧率和空气过剩系数，根据所述富氧率和所述空气过剩系数对所述富氧助燃气体和所述煤气的流量进行调节；

检测脉冲燃烧时的空气过剩系数，根据所述空气过剩系数对所述助燃气体和所述煤气的流量进行调节。

进一步地，所述根据所述富氧率和所述空气过剩系数对所述富氧助燃气体和所述煤气的流量进行调节，包括：

当所述富氧率大于第一预设值或所述空气过剩系数小于第二预设值时，则减小所述富氧助燃气体的流量或加大所述煤气的流量；

当所述富氧率小于第三预设值或所述空气过剩系数大于第四预设值时，则加大所述富氧助燃气体的流量或减小所述煤气的流量；

其中，所述第一预设值大于所述第三预设值，所述第四预设值大于所述第二预设值。

进一步地，还包括：检测所述富氧燃烧时的加热炉的炉尾烟气中的含氧量，在所述根据所述富氧率和所述空气过剩系数对所述富氧助燃气体和所述煤气的流量进行调节之后，根据所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量对所述富氧助燃气体和所述煤气的流量进行调节。

进一步地，所述根据所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量对所述富氧助燃气体和所述煤气的流量进行调节，包括：

当所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量小于第五预设值时，在所述煤气流量不变的情况下，加大所述富氧助燃气体的流量；或，在所述富氧助燃气体流量不变的情况下，减小所述煤气的流量；

当所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量大于第六预设值时，在所述煤气流量不变的情况下，减小所述富氧助燃气体的流量；或，在所述富氧助燃气体流量不变的情况下，加大所述煤气的流量；

其中，所述第六预设值大于所述第五预设值。

进一步地，所述根据所述空气过剩系数对所述助燃气体和所述煤气的流量进行调节，包括：

当所述空气过剩系数大于第七预设值时，加大所述助燃气体的流量或减小所述煤气的流量；

当所述空气过剩系数小于第八预设值时，减小所述助燃气体的流量或加大所述煤气的流量；

其中，所述第七预设值大于所述第八预设值。

进一步地，还包括：检测所述脉冲燃烧时的加热炉的炉尾烟气中的含氧量，在所述根据所述空气过剩系数对所述助燃气体和所述煤气的流量进行调节之后，根据所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量对所述助燃气体和所述煤气的流量进行调节；具体为：

当所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量小于第九预设值时，在所述煤气流量不变的情况下，加大所述助燃气体的流量；或，在所述助燃气体流量不变的情况下，减小所述煤气的流量；

当所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量大于第十预设值时，在所述煤气流量不变的情况下，减小所述助燃气体的流量；或，在所述助燃气体流量不变的情况下，加大所述煤气的流量；

其中，所述第十预设值大于所述第九预设值。

本发明还提供了一种基于轧钢加热炉的加热系统，包括：助燃气体存储设备、煤气存储设备、空分设备、第一换热器、第二换热器、富氧烧嘴、加热炉及脉冲烧嘴；所述富氧烧嘴设置在所述加热炉的均热段；所述脉冲烧嘴设置在所述加热炉的加热段；所述助燃气体存储设备的第一输出端与所述空分设备的输入端连接；所述空分设备的输出端与所述第一换热器的第一输入端连接；所述第一换热器的第一输出端与所述富氧烧嘴的输入端连接；所述助燃气体存储设备的第二输出端与所述脉冲烧嘴的输入端连接；所述煤气存储设备的输出端与所述第二换热器的第一输入端连接；所述第二换热器的第一输出端与所述富氧烧嘴、所述脉冲烧嘴的输入端连接；所述加热炉的炉尾烟气通过所述第一换热器和所述第二换热器排出。

进一步地，还包括：第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀、第四流量调节阀、第五流量调节阀、第六流量调节阀、第七流量调节阀及第八流量调节阀；所述富氧烧嘴包括：第一富氧烧嘴、第二富氧烧嘴、第三富氧烧嘴及第四富氧烧嘴；所述第一换热器的第一输出端通过所述第一流量调节阀与所述第一富氧烧嘴的输入端连接，所述第一换热器的第一输出端通过所述第二流量调节阀与所述第二富氧烧嘴的输入端连接，所述第一换热器的第一输出端通过所述第三流量调节阀与所述第三富氧烧嘴的输入端连接，所述第一换热器的第一输出端通过所述第四流量调节阀与所述第四富氧烧嘴的输入端连接；所述第二换热器的第一输出端通过所述第五流量调节阀与所述第一富氧烧嘴的输入端连接，所述第二换热器的第一输出端通过所述第六流量调节阀与所述第二富氧烧嘴的输入端连接，所述第二换热器的第一输出端通过所述第七流量调节阀与所述第三富氧烧嘴的输入端连接，所述第二换热器的第一输出端通过所述第八流量调节阀与所述第四富氧烧嘴的输入端连接。

进一步地，还包括：第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀、第九流量调节阀、第十流量调节阀、第十一流量调节阀、第十二流量调节阀、第十三流量调节阀、第十四流量调节阀、第十五流量调节阀及第十六流量调节阀；所述脉冲烧嘴包括：第一脉冲烧嘴、第二脉冲烧嘴、第三脉冲烧嘴及第四脉冲烧嘴；所述助燃气体存储设备的第二输出端通过所述第一换向阀与所述第九流量调节阀连接，所述第九流量调节阀与所述第一脉冲烧嘴的输入端连接，所述助燃气体存储设备的第二输出端通过所述第二换向阀与所述第十流量调节阀连接，所述第十流量调节阀与所述第二脉冲烧嘴的输入端连接，所述助燃气体存储设备的第二输出端通过所述第三换向阀与所述第十一流量调节阀连接，所述第十一流量调节阀与所述第三脉冲烧嘴的输入端连接，所述助燃气体存储设备的第二输出端通过所述第四换向阀与所述第十二流量调节阀连接，所述第十二流量调节阀与所述第四脉冲烧嘴的输入端连接；所述第二换热器的第一输出端与所述第十三流量调节阀连接；所述第十三流量调节阀与所述第一脉冲烧嘴的输入端连接，所述第二换热器的第一输出端与所述第十四流量调节阀连接，所述第十四流量调节阀与所述第二脉冲烧嘴的输入端连接；所述第二换热器的第一输出端与所述第十五流量调节阀连接，所述第十五流量调节阀与所述第三脉冲烧嘴的输入端连接；所述第二换热器的第一输出端与所述第十六流量调节阀连接，所述第十六流量调节阀与所述第四脉冲烧嘴的输入端连接。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的基于轧钢加热炉的加热方法及系统，将富氧燃烧技术、脉冲燃烧技术和蓄热式燃烧技术相结合，利用烟气余热分级预热煤气和富氧助燃空气，实现了富氧燃烧技术和蓄热式燃烧技术在轧钢加热炉上的耦合应用，有效回收和利用了高温烟气余热，减少了排烟热损失，提高了轧钢加热炉的炉温和炉温的均匀性，降低了轧钢加热的炉单耗，提高了轧钢加热炉的加热强度和加热效率，并缩短了钢坯在炉的加热时间，实现了钢坯的快速高效加热。此外，本发明还具有环保的优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于轧钢加热炉的加热方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的基于轧钢加热炉的加热系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的基于轧钢加热炉的加热系统中富氧烧嘴的轴向示意图。

其中，1-鼓风机，2-空气阀，3-空分设备，4-第一换热器，5-加热炉，6-第二流量调节阀，7-引风机，8-第二换热器，9-第一换向阀，10-第三换向阀，11-第一流量调节阀，12-第五流量调节阀，13-第三流量调节阀，14-第七流量调节阀，15-第一截止阀，16-第九流量调节阀，17-第三截止阀，18-第十三流量调节阀，19-第五截止阀，20-第十一流量调节阀，21-第七截止阀，22-第十五流量调节阀，23-第一富氧烧嘴，24-隔墙，25-第一脉冲烧嘴，26-第三脉冲烧嘴，27-第二脉冲烧嘴，28-第四脉冲烧嘴，29-第六流量调节阀，30-第八流量调节阀，31-第十流量调节阀，32-第二截止阀，33-第十四流量调节阀，34-第四截止阀，35-第十二流量调节阀，36-第六截止阀，37-第十六流量调节阀，38-第八截止阀，39-第四流量调节阀，40-第二换向阀，41-第四换向阀，42-外圆周，43-富氧助燃气体喷口，44-内圆周，45-煤气喷口，46-第二富氧烧嘴，47-第三富氧烧嘴，48-第四富氧烧嘴，49-助燃气体存储设备，50-煤气存储设备。

具体实施方式

为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于轧钢加热炉的加热方法及系统的具体实施方式及工作原理进行详细说明。

参见图1，本发明实施例提供的基于轧钢加热炉的加热方法，包括：

步骤S110：将一部分助燃气体脱氮，生成富氧助燃气体；

步骤S120：对富氧助燃气体进行预热；

步骤S130：对煤气进行预热；

步骤S140：将预热后的富氧助燃气体与一部分预热后的煤气混合通入加热炉的均热段进行富氧燃烧；

需要说明的是，在富氧燃烧的过程中，检测富氧燃烧时的富氧率和空气过剩系数，根据富氧率和空气过剩系数对富氧助燃气体和煤气的流量进行调节；具体地，

当富氧率大于第一预设值或空气过剩系数小于第二预设值时，则减小富氧助燃气体的流量或加大煤气的流量直至富氧率等于或者小于第一预设值或空气过剩系数等于或者大于第二预设值；

当富氧率小于第三预设值或空气过剩系数大于第四预设值时，则加大富氧助燃气体的流量或减小煤气的流量直至富氧率等于或者大于第三预设值或空气过剩系数等于或者小于第四预设值。

其中，第一预设值、第二预设值、第三预设值和第四预设值由富氧燃烧的燃烧条件和燃烧成本综合决定，且第一预设值大于第三预设值，第四预设值大于第二预设值。

这里还需要说明的是，在富氧燃烧的过程中，还检测富氧燃烧时的加热炉的炉尾烟气中的含氧量，在根据富氧率和空气过剩系数对富氧助燃气体和煤气的流量进行调节之后，根据加热炉的炉尾烟气中的含氧量对富氧助燃气体和煤气的流量进行反馈调节。

具体地，当加热炉的炉尾烟气中的含氧量小于第五预设值时，在煤气流量不变的情况下，加大富氧助燃气体的流量直至加热炉的炉尾烟气中的含氧量大于或者等于第五预设值；或，在富氧助燃气体流量不变的情况下，减小煤气的流量直至加热炉的炉尾烟气中的含氧量大于或者等于第五预设值；

当加热炉的炉尾烟气中的含氧量大于第六预设值时，在煤气流量不变的情况下，减小富氧助燃气体的流量直至加热炉的炉尾烟气中的含氧量小于或者等于第六预设值；或，在富氧助燃气体流量不变的情况下，加大煤气的流量直至加热炉的炉尾烟气中的含氧量小于或者等于第六预设值。

其中，第五预设值和第六预设值由富氧燃烧的燃烧条件和燃烧成本综合决定，且第六预设值大于第五预设值。

步骤S150：将一部分助燃气体与一部分预热后的煤气混合通入加热炉的加热段进行脉冲燃烧；具体地，

在第一间隔时间内，将助燃空气与预热后的煤气分别通入加热炉的一加热段和二加热段的第一侧进行混合燃烧，在加热炉的一加热段和二加热段的第二侧抽出高温烟气；

在第二间隔时间内，在加热炉的一加热段和二加热段的第一侧抽出高温烟气，将助燃空气与预热后的煤气分别通入加热炉的一加热段和二加热段的第二侧进行混合燃烧。

需要说明的是，在脉冲燃烧的过程中，检测脉冲燃烧时的空气过剩系数，根据空气过剩系数对助燃气体和煤气的流量进行调节。具体地，

当空气过剩系数大于第七预设值时，加大助燃气体的流量或减小煤气的流量直至空气过剩系数小于或者等于第七预设值；

当空气过剩系数小于第八预设值时，减小助燃气体的流量或加大煤气的流量直至空气过剩系数大于或者等于第八预设值。

其中，第七预设值和第八预设值由蓄热式燃烧和脉冲燃烧的燃烧条件和燃烧成本综合决定，且第七预设值大于第八预设值。

这里还需要说明的是，在脉冲燃烧的过程中，还检测脉冲燃烧时的加热炉的炉尾烟气中的含氧量，在根据空气过剩系数对助燃气体和煤气的流量进行调节之后，根据加热炉的炉尾烟气中的含氧量对助燃气体和煤气的流量进行反馈调节；具体为：

当加热炉的炉尾烟气中的含氧量小于第九预设值时，在煤气流量不变的情况下，加大助燃气体的流量直至加热炉的炉尾烟气中的含氧量大于或者等于第九预设值；或，在助燃气体流量不变的情况下，减小煤气的流量直至加热炉的炉尾烟气中的含氧量大于或者等于第九预设值；

当加热炉的炉尾烟气中的含氧量大于第十预设值时，在煤气流量不变的情况下，减小助燃气体的流量直至加热炉的炉尾烟气中的含氧量小于或者等于第十预设值；或，在助燃气体流量不变的情况下，加大煤气的流量直至加热炉的炉尾烟气中的含氧量小于或者等于第十预设值。

其中，第九预设值和第十预设值由蓄热式燃烧和脉冲燃烧的燃烧条件和燃烧成本综合决定，且第十预设值大于第九预设值。

步骤S160：通过加热炉的炉尾烟气对富氧助燃气体和煤气进行预热。

重复上述的步骤S110-步骤S160，就能够保证轧钢加热炉连续循环加热。需要说明的是，本发明实施例对上述的步骤S120和步骤S130之间的先后顺序不做出具体的限制，对步骤S140和步骤S150之间的先后顺序也不做出具体的限制，只要保证步骤S140和步骤S150在步骤S120和步骤S130之后即可。

参见图2，本发明实施例提供的基于轧钢加热炉的加热系统，包括：助燃气体存储设备49、煤气存储设备50、空分设备3、第一换热器4、第二换热器8、富氧烧嘴、加热炉5及脉冲烧嘴；富氧烧嘴设置在加热炉5的均热段；脉冲烧嘴设置在加热炉5的加热段；助燃气体存储设备49的第一输出端与空分设备3的输入端连接；空分设备3的输出端与第一换热器4的第一输入端连接；第一换热器4的第一输出端与富氧烧嘴的输入端连接；助燃气体存储设备49的第二输出端与脉冲烧嘴的输入端连接；煤气存储设备50的输出端与第二换热器8的第一输入端连接；第二换热器8的第一输出端与富氧烧嘴、脉冲烧嘴的输入端连接；加热炉5的炉尾烟气通过第一换热器4和第二换热器8排出。

对本发明实施例提供的基于轧钢加热炉的加热系统的结构进行进一步的说明，还包括：第一流量调节阀11、第二流量调节阀6、第三流量调节阀13、第四流量调节阀39、第五流量调节阀12、第六流量调节阀29、第七流量调节阀14、第八流量调节阀30、第一换向阀9、第二换向阀40、第三换向阀10、第四换向阀41、第九流量调节阀16、第十流量调节阀31、第十一流量调节阀20、第十二流量调节阀35、第十三流量调节阀18、第十四流量调节阀33、第十五流量调节阀22及第十六流量调节阀37；富氧烧嘴包括：第一富氧烧嘴23、第二富氧烧嘴46、第三富氧烧嘴47及第四富氧烧嘴48；脉冲烧嘴包括：第一脉冲烧嘴25、第二脉冲烧嘴27、第三脉冲烧嘴26及第四脉冲烧嘴28；加热炉5包含有均热段、二加热段、一加热段和预热段；第一富氧烧嘴23、第二富氧烧嘴46、第三富氧烧嘴47和第四富氧烧嘴48均设置在加热炉5的均热段；第一脉冲烧嘴25和第二脉冲烧嘴27设置在加热炉5的二加热段；第三脉冲烧嘴26和第四脉冲烧嘴28设置在加热炉5的一加热段；第一换热器4的第一输出端通过第一流量调节阀11与第一富氧烧嘴23的输入端连接，第一换热器4的第一输出端通过第二流量调节阀6与第二富氧烧嘴46的输入端连接，第一换热器4的第一输出端通过第三流量调节阀13与第三富氧烧嘴47的输入端连接，第一换热器4的第一输出端通过第四流量调节阀39与第四富氧烧嘴48的输入端连接；第二换热器8的第一输出端通过第五流量调节阀12与第一富氧烧嘴23的输入端连接，第二换热器8的第一输出端通过第六流量调节阀29与第二富氧烧嘴46的输入端连接，第二换热器8的第一输出端通过第七流量调节阀14与第三富氧烧嘴47的输入端连接，第二换热器8的第一输出端通过第八流量调节阀30与第四富氧烧嘴48的输入端连接。助燃气体存储设备49的第二输出端通过第一换向阀9与第九流量调节阀16连接，第九流量调节阀16与第一脉冲烧嘴25的输入端连接，助燃气体存储设备49的第二输出端通过第二换向阀40与第十流量调节阀31连接，第十流量调节阀31与第二脉冲烧嘴27的输入端连接，助燃气体存储设备49的第二输出端通过第三换向阀10与第十一流量调节阀20连接，第十一流量调节阀20与第三脉冲烧嘴26的输入端连接，助燃气体存储设备49的第二输出端通过第四换向阀41与第十二流量调节阀35连接，第十二流量调节阀35与第四脉冲烧嘴28的输入端连接；第二换热器8的第一输出端与第十三流量调节阀18连接；第十三流量调节阀18与第一脉冲烧嘴25的输入端连接，第二换热器8的第一输出端与第十四流量调节阀33连接，第十四流量调节阀33与第二脉冲烧嘴27的输入端连接；第二换热器8的第一输出端与第十五流量调节阀22连接，第十五流量调节阀22与第三脉冲烧嘴26的输入端连接；第二换热器8的第一输出端与第十六流量调节阀37连接，第十六流量调节阀37与第四脉冲烧嘴28的输入端连接。加热炉5的炉尾烟气输出端与第一换热器4的第二输入端连接，第一换热器4的第二输出端与第二换热器8的第二输入端连接。在本实施例中，还包括：鼓风机1、引风机7及空气阀2；助燃气体存储设备49的输出端与鼓风机1的输入端连接，鼓风机1的第一输出端与空分设备3的输入端连接；空气阀2设置在鼓风机1的第一输出端与空分设备3的输入端之间；鼓风机1的第二输出端与第一换向阀9、第二换向阀40、第三换向阀10和第四换向阀41连接；第二换热器8的第二输出端与引风机7的输入端连接；在本实施例中，助燃气体为助燃空气；第一换热器4为空气换热器；第二换热器8为煤气换热器。

为了确保加热炉5不同段的炉温和流场均匀，本发明实施例还包括：隔墙24；隔墙24设置在加热炉5的均热段和二加热段之间。

对本发明实施例中的富氧烧嘴的结构进行进一步地说明，参见图3，在本实施例中，富氧烧嘴的输出端包括：外圆周42和内圆周44；在外圆周42和内圆周44上均开设有喷口；第一流量调节阀11、第三流量调节阀13、第二流量调节阀6和第四流量调节阀39均与外圆周42上的喷口连接，故在外圆周42上的喷口为富氧助燃气体喷口43；第五流量调节阀12、第七流量调节阀14、第六流量调节阀29和第八流量调节阀30均与内圆周44上的喷口连接，故在内圆周44上的喷口为煤气喷口45；为了保证富氧助燃气体和煤气能够分布均匀，富氧助燃气体喷口43和煤气喷口45各自分别等距均匀开设在富氧烧嘴输出端的外圆周42和内圆周44上。在本实施例中，煤气喷口45的个数为6；富氧助燃气体喷口43的个数为12；且第一富氧烧嘴23、第二富氧烧嘴46、第三富氧烧嘴47和第四富氧烧嘴48的空气过剩系数为0.85～0.95。

为了保证脉冲燃烧的换热效果，并实现脉冲烧嘴的蓄热燃烧功能，本发明实施例还包括：蓄热元件；蓄热元件设置在脉冲烧嘴中。在本实施例中，蓄热元件可以包括：陶瓷小球或陶瓷蜂窝体等。

对本发明实施例提供的基于轧钢加热炉的加热系统的结构进行更进一步的说明，还包括：第一截止阀15、第二截止阀32、第三截止阀17、第四截止阀34、第五截止阀19、第六截止阀36、第七截止阀21及第八截止阀38；第一截止阀15与第九流量调节阀16串联设置在第一换向阀9和第一脉冲烧嘴25之间；第二截止阀32与第十流量调节阀31串联设置在第二换向阀40和第二脉冲烧嘴27之间；第三截止阀17与第十三流量调节阀18串联设置在第二换热器8和第一脉冲烧嘴25之间；第四截止阀34与第十四流量调节阀33串联设置在第二换热器8和第二脉冲烧嘴27之间；第五截止阀19与第十一流量调节阀20串联设置在第三换向阀10和第三脉冲烧嘴26之间；第六截止阀36与第十二流量调节阀35串联设置在第四换向阀41和第四脉冲烧嘴28之间；第七截止阀21与第十五流量调节阀22串联设置在第二换热器8和第三脉冲烧嘴26之间；第八截止阀38与第十六流量调节阀37串联设置在第二换热器8和第四脉冲烧嘴28之间。

需要说明的是，为了实现煤气蓄热和高温预热，还可以将第一煤气换向阀设置在第二换热器8的第一输出端与第三截止阀17、第十三流量调节阀18之间，并在第一脉冲烧嘴25的煤气输出端设置第一煤气蓄热元件；将第二煤气换向阀设置在第二换热器8的第一输出端与第四截止阀34、第十四流量调节阀33之间，并在第二脉冲烧嘴27的煤气输出端设置第二煤气蓄热元件；将第三煤气换向阀设置在第二换热器8的第一输出端与第七截止阀21、第十五流量调节阀22之间，并在第三脉冲烧嘴26的煤气输出端设置第三煤气蓄热元件；将第四煤气换向阀设置在第二换热器8的第一输出端与第八截止阀38、第十六流量调节阀37之间，并在第四脉冲烧嘴28的煤气输出端设置第四煤气蓄热元件。

当本发明实施例提供的基于轧钢加热炉的加热系统在工作时，来自鼓风机1的助燃空气分两股，一股经空分设备3除去部分氮气后，变为氧含量体积比例为24％～26％的富氧助燃空气，经第一换热器4预热为温度为200～400℃的富氧助燃空气，并到达第一富氧烧嘴23、第二富氧烧嘴46、第三富氧烧嘴47和第四富氧烧嘴48；煤气存储设备50中的煤气经第二换热器8预热为温度是150～250℃，热值的6000～12000kJ/m³的煤气，并到达第一富氧烧嘴23、第二富氧烧嘴46、第三富氧烧嘴47和第四富氧烧嘴48，并与经预热的富氧助燃空气混合进入加热炉5的均热段进行富氧燃烧。另一股助燃空气经第一换向阀9和第二换向阀40到达二加热段的第一脉冲烧嘴25和第二脉冲烧嘴27，并经第三换向阀10和第四换向阀41到达一加热段的第三脉冲烧嘴26和第四脉冲烧嘴28，并被第一脉冲烧嘴25、第二脉冲烧嘴27、第三脉冲烧嘴26和第四脉冲烧嘴28预热为900～1100℃的高温助燃空气；由第二换热器8输出的煤气也经第一换向阀9和第二换向阀40到达二加热段的第一脉冲烧嘴25和第二脉冲烧嘴27，并经第三换向阀10和第四换向阀41到达一加热段的第三脉冲烧嘴26和第四脉冲烧嘴28，并与经预热的高温助燃空气混合进入加热炉5的加热段进行脉冲燃烧。脉冲烧嘴的燃烧期和排烟期交替，在脉冲烧嘴的燃烧期内，空气过剩系数为1.1～1.3。在脉冲燃烧的第一燃烧周期内，第一截止阀15、第九流量调节阀16、第十二流量调节阀35、第六截止阀36处于开启状态，第一换向阀9和第四换向阀41处于不换向状态，即气体可由换热器向加热炉5流动，第一脉冲烧嘴25和第四脉冲烧嘴28处于燃烧状态；第五截止阀19、第十一流量调节阀20、第十流量调节阀31、第二截止阀32处于开启状态，第七截止阀21和第四截止阀34处于闭合状态，第二换向阀40和第三换向阀10处于换向状态，即气体可由加热炉5向换热器流动，第二脉冲烧嘴27和第三脉冲烧嘴26处于排烟状态。一股高温烟气经第二脉冲烧嘴27和第二换向阀40到达第一换热器4，并经第一换热器4和第二换热器8换热为温度为120～200℃的低温烟气再经引风机7排出；另一股高温烟气经第三脉冲烧嘴26和第三换向阀10也到达第一换热器4，并经第一换热器4和第二换热器8换热为温度为120～200℃的低温烟气再经引风机7排出。在脉冲燃烧的第二燃烧周期内，第五截止阀19、第十一流量调节阀20、第十流量调节阀31、第二截止阀32处于开启状态，第二换向阀40和第三换向阀10处于不换向状态，即气体可由换热器向加热炉5流动，第二脉冲烧嘴27和第三脉冲烧嘴26处于燃烧状态。第一截止阀15、第九流量调节阀16、第十二流量调节阀35、第六截止阀36处于开启状态，第三截止阀17和第八截止阀38处于闭合状态，第一换向阀9和第四换向阀41处于换向状态，即气体可由加热炉5向换热器流动，第一脉冲烧嘴25和第四脉冲烧嘴28处于排烟状态；一股高温烟气经第一脉冲烧嘴25和第一换向阀9到达第一换热器4，并经第一换热器4和第二换热器8换热为温度为120～200℃的低温烟气再经引风机7排出；另一股高温烟气经第四脉冲烧嘴28和第四换向阀41也到达第一换热器4，并经第一换热器4和第二换热器8换热为温度为120～200℃的低温烟气再经引风机7排出。由此可知，第一脉冲烧嘴25的换向燃烧由第一换向阀9控制，第二脉冲烧嘴27的换向燃烧由第二换向阀40控制，第三脉冲烧嘴26的换向燃烧由第三换向阀10控制，第四脉冲烧嘴28的换向燃烧由第四换向阀41控制。另外，加热炉5的炉尾烟气的排放温度为700～900℃，经第一换热器4和第二换热器8换热后，变为温度为120～200℃的低温烟气，且烟气中残氧的体积比例为3～5％，并由引风机7排出。为了使采用蓄热式燃烧技术的成对设置的脉冲烧嘴同时换向、同步控制，从而使炉内气体能够快速往复流动，进而达到高效传热的目的。在本实施例中，脉冲烧嘴的燃烧周期和排烟周期相同，且均为1～3min。

该系统在点火时，可利用轧钢加热炉5均热段的富氧烧嘴点火，在炉温超过600℃后，启动二加热段和一加热段的脉冲烧嘴进行换向燃烧，从而实现了钢坯的快速加热。在降温停炉使炉温降低到600℃时，关闭二加热段和一加热段的脉冲烧嘴，停止换向燃烧，最后停烧富氧烧嘴。

本实施案例部分设计参数如表1所示：

如表1所示，本发明实施例的钢坯出钢温度为1180～1220℃，设置的轧钢加热炉5的均热段的富氧烧嘴的富氧率为3％～5％，设置的均热段的炉温为1200～1240℃，二加热段的炉温为1200～1250℃，一加热段的炉温为1100～1200℃，预热段的炉温为800～1000℃，且最终的排烟温度为120～200℃，分段控制调节轧钢加热炉5的均热段、二加热段和一加热段的空气过剩系数、煤气预热温度和助燃空气预热温度。

本发明实施例的燃烧控制过程具体如下：

均热段燃烧过程控制：先通过富氧率和空气过剩系数调整煤气流量和富氧助燃空气流量，再通过燃烧后烟气残氧进一步修正煤气流量和富氧助燃空气流量。其中，助燃空气中富氧量体积比例为24％～26％，空气过剩系数的控制范围为0.85～0.95。

二加热段和一加热段燃烧过程控制：先判断脉冲烧嘴是否燃烧；具体地，若脉冲烧嘴处于不换向状态，则判断该脉冲烧嘴为燃烧状态；若脉冲烧嘴处于换向状态，则判断该脉冲烧嘴处于排烟状态；将处于燃烧状态的脉冲烧嘴通过空气过剩系数调整煤气流量和助燃空气流量，并通过燃烧后烟气残氧对煤气流量和富氧助燃空气流量进行反馈调节。其中，空气过剩系数的控制范围为1.1～1.3，烟气残氧体积比例控制为3％～5％。

这里需要说明的是，在本发明实施例中，可以通过控制各流量调节阀的开度来实现对煤气和助燃空气的流量的调节。为了提高本发明实施例的自动化程度，以降低工作人员的劳动强度，可以将可编程控制器的信号输出端与各器件(如鼓风机1、空分设备3、换热器、加热炉5、流量调节阀、引风机7、富氧烧嘴、脉冲烧嘴等)的信号输入端信号连接，从而实现自动化控制。

本发明实施例提供的基于轧钢加热炉的加热方法及系统，具有如下优点：

(1)缩短钢坯加热时间，实现其快速高效地加热

由于本发明实施例利用了富氧燃烧技术和脉冲燃烧技术，因而不仅提高了燃烧温度和炉温的均匀性，而且还有效强化了炉内对流和辐射传热，同时还降低了的炉温炉压的波动，有效缩短了钢坯的加热时间，实现了加热炉5的快速高效加热。

(2)减少排烟热损失，提高炉温

在本实施例中，由于在轧钢加热炉5的均热段进行富氧燃烧，因而减少了助燃空气的需求量，从而减少了烟气生成量，进而减少了排烟的热损失，有效地提高了炉温。

(3)充分回收和利用烟气余热，降低了单耗，提高了加热效率

由于本发明实施例利用了加热炉5的炉尾高温烟气分级预热富氧助燃空气和煤气，并抽取加热炉5的二加热段和一加热段的高温烟气预热富氧助燃空气至900～1100℃，并将最终排烟的温度换热降低至120～200℃，因而本发明实施例充分地回收和利用了高温烟气的余热，实现了轧钢余热的高效回收和利用，从而降低了轧钢加热炉5的单耗，有效提高了加热效率。

(4)环保

在本发明实施例中，由于通过空分设备3将助燃气体中的氮气除去，减少了NO₂、NO等有害气体的排放，因而本发明实施例还具有环保的优点。

(5)实现了多种节能技术的优化组合应用

本发明实施例应用了富氧燃烧、脉冲燃烧和蓄热式燃烧等多种节能技术，并将这些节能技术优化组合，充分发挥了各节能技术的优势，有效实现了轧钢加热炉5的节能降耗。

本发明实施例提供的基于轧钢加热炉的加热方法及系统，将富氧燃烧技术、脉冲燃烧技术和蓄热式燃烧技术相结合，在轧钢加热炉5的均热段安装富氧烧嘴，在轧钢加热炉5的二加热段和一加热段安装脉冲烧嘴，利用烟气余热分级预热煤气和富氧助燃空气，并通过空气过剩系数和烟气残氧等参数，进一步调节优化轧钢加热炉5均热段、二加热段和一加热段的煤气和助燃空气的流量，以实现富氧燃烧技术和蓄热式燃烧技术在轧钢加热炉5上的耦合应用，有效回收和利用了高温烟气余热，减少了排烟热损失，提高了轧钢加热炉5的炉温和炉温的均匀性，降低了轧钢加热的炉单耗，提高了轧钢加热炉5的加热强度和加热效率，并缩短了钢坯在炉的加热时间，实现了钢坯的快速高效加热。此外，本发明实施例还具有环保的优点。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于轧钢加热炉的加热方法，其特征在于，包括：

将一部分助燃气体脱氮，生成富氧助燃气体；

对所述富氧助燃气体进行预热；

对煤气进行预热；

将预热后的富氧助燃气体与一部分预热后的煤气混合通入加热炉的均热段进行富氧燃烧；

将一部分所述助燃气体与一部分预热后的煤气混合通入所述加热炉的加热段进行脉冲燃烧；

通过所述加热炉的炉尾烟气对富氧助燃气体和煤气进行预热。

2.如权利要求1所述的基于轧钢加热炉的加热方法，其特征在于，还包括：

检测富氧燃烧时的富氧率和空气过剩系数，根据所述富氧率和所述空气过剩系数对所述富氧助燃气体和所述煤气的流量进行调节；

检测脉冲燃烧时的空气过剩系数，根据所述空气过剩系数对所述助燃气体和所述煤气的流量进行调节。

3.如权利要求2所述的基于轧钢加热炉的加热方法，其特征在于，所述根据所述富氧率和所述空气过剩系数对所述富氧助燃气体和所述煤气的流量进行调节，包括：

当所述富氧率大于第一预设值或所述空气过剩系数小于第二预设值时，则减小所述富氧助燃气体的流量或加大所述煤气的流量；

当所述富氧率小于第三预设值或所述空气过剩系数大于第四预设值时，则加大所述富氧助燃气体的流量或减小所述煤气的流量；

其中，所述第一预设值大于所述第三预设值，所述第四预设值大于所述第二预设值。

4.如权利要求2所述的基于轧钢加热炉的加热方法，其特征在于，还包括：检测所述富氧燃烧时的加热炉的炉尾烟气中的含氧量，在所述根据所述富氧率和所述空气过剩系数对所述富氧助燃气体和所述煤气的流量进行调节之后，根据所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量对所述富氧助燃气体和所述煤气的流量进行调节。

5.如权利要求4所述的基于轧钢加热炉的加热方法，其特征在于，所述根据所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量对所述富氧助燃气体和所述煤气的流量进行调节，包括：

当所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量小于第五预设值时，在所述煤气流量不变的情况下，加大所述富氧助燃气体的流量；或，在所述富氧助燃气体流量不变的情况下，减小所述煤气的流量；

当所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量大于第六预设值时，在所述煤气流量不变的情况下，减小所述富氧助燃气体的流量；或，在所述富氧助燃气体流量不变的情况下，加大所述煤气的流量；

其中，所述第六预设值大于所述第五预设值。

6.如权利要求2所述的基于轧钢加热炉的加热方法，其特征在于，所述根据所述空气过剩系数对所述助燃气体和所述煤气的流量进行调节，包括：

当所述空气过剩系数大于第七预设值时，加大所述助燃气体的流量或减小所述煤气的流量；

当所述空气过剩系数小于第八预设值时，减小所述助燃气体的流量或加大所述煤气的流量；

其中，所述第七预设值大于所述第八预设值。

7.如权利要求2所述的基于轧钢加热炉的加热方法，其特征在于，还包括：检测所述脉冲燃烧时的加热炉的炉尾烟气中的含氧量，在所述根据所述空气过剩系数对所述助燃气体和所述煤气的流量进行调节之后，根据所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量对所述助燃气体和所述煤气的流量进行调节；具体为：

当所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量小于第九预设值时，在所述煤气流量不变的情况下，加大所述助燃气体的流量；或，在所述助燃气体流量不变的情况下，减小所述煤气的流量；

当所述加热炉的炉尾烟气中的含氧量大于第十预设值时，在所述煤气流量不变的情况下，减小所述助燃气体的流量；或，在所述助燃气体流量不变的情况下，加大所述煤气的流量；

其中，所述第十预设值大于所述第九预设值。

8.一种基于轧钢加热炉的加热系统，其特征在于，包括：助燃气体存储设备、煤气存储设备、空分设备、第一换热器、第二换热器、富氧烧嘴、加热炉及脉冲烧嘴；所述富氧烧嘴设置在所述加热炉的均热段；所述脉冲烧嘴设置在所述加热炉的加热段；所述助燃气体存储设备的第一输出端与所述空分设备的输入端连接；所述空分设备的输出端与所述第一换热器的第一输入端连接；所述第一换热器的第一输出端与所述富氧烧嘴的输入端连接；所述助燃气体存储设备的第二输出端与所述脉冲烧嘴的输入端连接；所述煤气存储设备的输出端与所述第二换热器的第一输入端连接；所述第二换热器的第一输出端与所述富氧烧嘴、所述脉冲烧嘴的输入端连接；所述加热炉的炉尾烟气通过所述第一换热器和所述第二换热器排出。

9.如权利要求8所述的基于轧钢加热炉的加热系统，其特征在于，还包括：第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀、第四流量调节阀、第五流量调节阀、第六流量调节阀、第七流量调节阀及第八流量调节阀；所述富氧烧嘴包括：第一富氧烧嘴、第二富氧烧嘴、第三富氧烧嘴及第四富氧烧嘴；所述第一换热器的第一输出端通过所述第一流量调节阀与所述第一富氧烧嘴的输入端连接，所述第一换热器的第一输出端通过所述第二流量调节阀与所述第二富氧烧嘴的输入端连接，所述第一换热器的第一输出端通过所述第三流量调节阀与所述第三富氧烧嘴的输入端连接，所述第一换热器的第一输出端通过所述第四流量调节阀与所述第四富氧烧嘴的输入端连接；所述第二换热器的第一输出端通过所述第五流量调节阀与所述第一富氧烧嘴的输入端连接，所述第二换热器的第一输出端通过所述第六流量调节阀与所述第二富氧烧嘴的输入端连接，所述第二换热器的第一输出端通过所述第七流量调节阀与所述第三富氧烧嘴的输入端连接，所述第二换热器的第一输出端通过所述第八流量调节阀与所述第四富氧烧嘴的输入端连接。

10.如权利要求8或9所述的基于轧钢加热炉的加热系统，其特征在于，还包括：第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀、第九流量调节阀、第十流量调节阀、第十一流量调节阀、第十二流量调节阀、第十三流量调节阀、第十四流量调节阀、第十五流量调节阀及第十六流量调节阀；所述脉冲烧嘴包括：第一脉冲烧嘴、第二脉冲烧嘴、第三脉冲烧嘴及第四脉冲烧嘴；所述助燃气体存储设备的第二输出端通过所述第一换向阀与所述第九流量调节阀连接，所述第九流量调节阀与所述第一脉冲烧嘴的输入端连接，所述助燃气体存储设备的第二输出端通过所述第二换向阀与所述第十流量调节阀连接，所述第十流量调节阀与所述第二脉冲烧嘴的输入端连接，所述助燃气体存储设备的第二输出端通过所述第三换向阀与所述第十一流量调节阀连接，所述第十一流量调节阀与所述第三脉冲烧嘴的输入端连接，所述助燃气体存储设备的第二输出端通过所述第四换向阀与所述第十二流量调节阀连接，所述第十二流量调节阀与所述第四脉冲烧嘴的输入端连接；所述第二换热器的第一输出端与所述第十三流量调节阀连接；所述第十三流量调节阀与所述第一脉冲烧嘴的输入端连接，所述第二换热器的第一输出端与所述第十四流量调节阀连接，所述第十四流量调节阀与所述第二脉冲烧嘴的输入端连接；所述第二换热器的第一输出端与所述第十五流量调节阀连接，所述第十五流量调节阀与所述第三脉冲烧嘴的输入端连接；所述第二换热器的第一输出端与所述第十六流量调节阀连接，所述第十六流量调节阀与所述第四脉冲烧嘴的输入端连接。