本发明涉及冶金行业轧钢加热炉的能效分析技术领域，尤其涉及一种轧钢加热炉烟道漏风量在线监测方法。
背景技术：
轧钢加热炉是轧钢工序的主要耗能设备，提高加热炉热效率及合理利用加热炉排烟余热，可以避免能源的极大浪费，降低轧钢生产成本。由于加热炉炉膛内为正压，部分烟气在正压的作用下会从炉门和孔洞逸出，剩余烟气进入烟道内。烟道内一般安装会安装余热回收装置，空气预热器和煤气预热器。在引风机的作用下，烟道内为负压，导致漏入冷风使烟气量增大，烟气温度下降。此外，在炉膛出口一般设置掺冷风装置，防止空气预热器超温，掺冷风同样会使烟气量增加。因此，漏风量的准确测算是分析加热炉系统热平衡、评价烟气余热回收装置性能的重要基础。
201811418929.0发明公开了一种排气烟道阻力和漏风量测试系统，包括风量可调的风源，风量测量装置，第一气压计、第二气压计和第三气压计，其中排气烟道贯通多层建筑的第1至n个楼层，n为大于等于4的整数；风量测量装置分别与风源和位于第i层的排气烟道的进风口流体连通；第一气压计设置在第i 1层的排气烟道中，i为选自1至n-3的整数；第二气压计设置第j层的排气烟道中，j为选自大于等于i 2且小于等于n-1的整数；第三气压计设置在排气烟道的与进风口之间具有第一距离的侧壁上。这种通过风量测量的方法是一种很直接的测试方式，其存在的问题是需要额外设置传感器进行测量，需要额外的投资和管理，势必增加生产成本。
因此目前轧钢加热炉运行监测数据普遍不能反映烟道漏风量的大小，不能及时发现烟道漏风及烟道余热回收装置性能是否处于正常水平，加热炉的耗能居高不下。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种轧钢加热炉烟道漏风量在线监测方法，克服现有技术的不足，利用过量空气系数计算实际烟气量，烟道中实际烟气成分是进入烟道烟气和烟道漏风混合后的结果，通过及时检测漏风量，方便及时判断烟道漏风水平，解决余热回收装置效率低，空气、煤气预热温度不足，排烟热损失大等问题，为准确评价加热炉热平衡提供依据，从而找到提高加热炉热效率的措施。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
s1：保持轧钢加热炉运行工况稳定，烟道空气预热器入口处掺冷风阀门关闭；
s2：测试开始后，记录炉膛压力pl，煤气量vm，空气量vk；在煤气输送管道直管段选点测定煤气成分；测定炉头、炉尾处炉气成分；测定空气预热器入口、空气预热器出口烟道直管段的烟气成分；
s3：利用公式1和公式2计算炉膛燃烧实际过量空气系数αl；
式中：l0——理论空气量，m3/m3；
s4：利用公式3计算炉膛燃烧产生的烟气量：
式中：vs——炉膛燃烧产生的实际烟气量，m3/m3；
s5：利用公式4估算炉膛在炉门处和孔洞处的漏风量vl；
式中：vl——通过炉门、孔洞的逸气量，m3/h；pl——炉门、孔洞底部的炉气表压，pa；ρc——环境温度下的空气密度，kg/m3；ρy——环境温度下的空气密度，kg/m3；h——炉门、孔洞底部的炉气表压，pa；μ——流量系数，后墙，薄墙；b——炉门孔洞的平均宽度，m；τ——炉门、孔洞1h内的开启时间，h；pc——大气压，pa；tyl——炉门、孔洞处的炉气温度，℃；
s6：轧钢加热炉进入烟道中的实际烟气量可通过炉膛中燃料燃烧产生的烟气量减去逸气量来确定，利用公式(5)计算炉膛进入烟道的烟气流量；
vyg＝vs·vm-vl(公式5)
式中：vyg——考虑炉膛逸气条件下的烟道进气量，m3/h；
s7：利用过量空气系数计算实际烟气量vs，而烟道中实际烟气成分是进入烟道烟气和烟道漏风混合后的结果，为了保证漏风量计算基准一致，利用公式(6)计算进入烟道烟气中对应的折算燃气量；
式中：vzm——进入烟道烟气中含有的折算煤气量；
s8：根据测试得到的烟道处烟气成分，基于公式7，计算含有漏风后的烟道过量空气系数αy；根据公式8，计算烟道漏风系数；
式中：
αlf＝αy-αl(公式8)
s9：在确定烟道过量空气系数基础上，基于公式3，将炉膛出口过量空气系数替换为烟道处过量空气系数，计算烟道中实际烟气流量vyg1；
s10：确定炉膛出口和烟道处的烟气量后，根据公式(9)计算烟道的平均漏风量；
vlk＝vyg1-vyg(公式9)
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：对于由于运行年限较长，存在掺冷风阀门不严、烟道漏风严重的现象的加热炉，可通过及时检测漏风量，及时发现漏风情况，解决余热回收装置效率低，空气、煤气预热温度不足，排烟热损失大等问题，本发明仅需在烟道设置氧量计或其他烟气成分测试仪器，就可配合炉膛运行数据，在监测调节炉膛燃烧工况的同时，准确判断烟道漏风情况并实现定量测算，过程参数中不采集风量参数，无需额外投资，该计算过程可准确确定漏风量，可以为准确评价加热炉热平衡提供依据，从而找到提高加热炉热效率的措施，对加热炉的生产管理和改进设计都具有积极的意义。
附图说明
图1本发明实施例计算过程流程图；
图2本发明实施例中加热炉体参数采集位置图。
图中：1－加热炉体、2－炉门炉气测点、3－炉尾炉气测点、4－空预器入口测点、5－空预器出口测点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。
下面结合实例及附图对本发明的实施步骤做具体说明：
以某钢铁企业轧钢加热炉为端进端出常规步进式为例，设计年产量70万吨，燃料为高炉煤气和焦炉煤气混合煤气，煤气、配置空气双预热烟气余热回收系统。由于运行年限较长，存在掺冷风阀门不严、烟道漏风严重的现象，造成余热回收装置效率低，空气、煤气预热温度不足，排烟热损失大等问题。漏风量的测算实施步骤如下：
s1：测试时间为2020年7月份，数据采集及测试开始前一个小时，保持轧钢加热炉运行稳定，不更换物料规格，处理物料量维持在24块/h。
s2：记录供入炉膛的煤气量和空气量，vm＝20200m3/h，vk＝48000m3/h；测试燃料成分，
s3：根据公式(1)和(2)计算炉膛过量空气系数αl＝1.237；
s4：根据公式(3)计算炉膛燃烧产生的烟气量vs＝64229m3/h；
为了确定炉门处逸气量，记录炉门处的温度，炉头处炉气温度tyl,lt＝1100℃，炉尾处炉气温度tyl,lw＝600℃；炉门每次开启时间55s；记录炉膛压力pl＝5pa；炉门开启宽度b＝8000mm。
s5：根据公式(4)，计算炉门逸气量vl＝13121m3/h；
s6：根据公式(5)，计算从炉膛进入烟道的烟气量vyg＝51108m3/h；
s7：根据公式(6)，计算折算煤气量vzm＝16073m3/h；
s8：如图2所示，在烟道空气预热器入口处测试烟气成分，o2＝6.2％，n2＝80.05％，co2＝13.75％；根据公式(7)，计算空预器入口处过量空气系数ay＝1.5114；根据公式(8)，计算烟道漏风系数alf＝0.2744；
s9：根据公式(4)和公式(5)计算烟道中空气预热器入口实际烟气流量vyg1＝60722m3/h；
s10：根据公式(9)，计算炉膛出口至空气预热器入口烟道处漏风量vlk＝9614m3/h，漏风率达到18.8％；
经过测算，烟道漏风系数为0.2744，漏风率达到18.8％，明显高于正常漏风系数0.02-0.03，判断烟道漏风是比较严重。通过查找原因，发现掺冷风处的阀门无法关严，导致漏风严重。大量的漏风使烟气温度降低，空预器的余热回收效率下降。确定漏风量为准确评价加热炉热平衡提供了依据，从而找到提高加热炉热效率的措施。
当然，本发明还可以有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变与变形，但这些相应的改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
1.一种轧钢加热炉烟道漏风量在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1：保持轧钢加热炉运行工况稳定，烟道空气预热器入口处掺冷风阀门关闭；
s2：测试开始后，记录炉膛压力pl，煤气量vm，空气量vk；在煤气输送管道直管段选点测定煤气成分；测定炉头、炉尾处炉气成分；测定空气预热器入口、空气预热器出口烟道直管段的烟气成分；
s3：利用公式1和公式2计算炉膛燃烧实际过量空气系数αl；
式中：l0——理论空气量，m3/m3；
s4：利用公式3计算炉膛燃烧产生的烟气量：
式中：vs——炉膛燃烧产生的实际烟气量，m3/m3；
s5：利用公式4估算炉膛在炉门处和孔洞处的漏风量vl；
式中：vl——通过炉门、孔洞的逸气量，m3/h；pl——炉门、孔洞底部的炉气表压，pa；ρc——环境温度下的空气密度，kg/m3；ρy——环境温度下的空气密度，kg/m3；h——炉门、孔洞底部的炉气表压，pa；μ——流量系数，后墙，薄墙；b——炉门孔洞的平均宽度，m；τ——炉门、孔洞1h内的开启时间，h；pc——大气压，pa；tyl——炉门、孔洞处的炉气温度，℃；
s6：轧钢加热炉进入烟道中的实际烟气量可通过炉膛中燃料燃烧产生的烟气量减去逸气量来确定，利用公式(5)计算炉膛进入烟道的烟气流量；
vyg＝vs·vm-vl(公式5)
式中：vyg——考虑炉膛逸气条件下的烟道进气量，m3/h；
s7：利用过量空气系数计算实际烟气量vs，而烟道中实际烟气成分是进入烟道烟气和烟道漏风混合后的结果，为了保证漏风量计算基准一致，利用公式(6)计算进入烟道烟气中对应的折算燃气量；
式中：vzm——进入烟道烟气中含有的折算煤气量；
s8：根据测试得到的烟道处烟气成分，基于公式7，计算含有漏风后的烟道过量空气系数αy；根据公式8，计算烟道漏风系数；
式中：
αlf＝αy-αl(公式8)
s9：在确定烟道过量空气系数基础上，基于公式3，将炉膛出口过量空气系数替换为烟道处过量空气系数，计算烟道中实际烟气流量vyg1；
s10：确定炉膛出口和烟道处的烟气量后，根据公式(9)计算烟道的平均漏风量；
vlk＝vyg1-vyg(公式9)。
2.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉烟道漏风量在线监测方法，其特征在于，所述步骤1)中轧钢加热炉运行工矿控制为常规控制，上述过程参数均为正常烟气余热回收系统的过程参数，通过在现有烟气余热回收系统控制程序中增加在线监测子程序实现漏风量的在线监测。
3.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉烟道漏风量在线监测方法，其特征在于，所述过程参数中不采集风量参数，无需额外投资。
4.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉烟道漏风量在线监测方法，其特征在于，所述步骤1)中运行工况稳定是指炉膛压力、炉膛温度、煤气量、空气量、烟气成分种类及处理量各参数波动在正常平均值的±5％范围内。
技术总结