最佳空/燃比与精确控制节能技术优化方案

热处理燃料炉的节能控制涉及因素很多，如燃烧过程、空/燃比、炉内压力、炉内温度、装炉量等。严格控制燃料炉的燃烧过程，对于节约燃料消耗非常重要。正常的燃烧过程主要是通过合理控制空气与燃料的质量比例（空/燃比）来实现的。采用精确控制空/燃比的方法、仪器及传感器（如氧探头）是保证合理燃烧、降低燃料消耗的必要手段。

燃料炉在燃烧运行中的空气与燃料的比例，也影响燃烧过程中的效率，一般在烟气中每增加1%的可燃成分，燃料消耗将增加3%～5%。

1）空/燃比的合理选择。空/燃比过多，过剩空气太多，燃烧效率低，燃料消耗大。一般把过剩空气系数α（实际燃烧空气量与理论燃烧空气量之比）控制在1.1～1.2范围，以实现最节约燃料的充分燃烧（见图3-6）。

当炉子燃烧加热到1000℃，把过剩空气系数α由1.8降低到1.2时，可节约45%的燃料。在980℃加热时，把α由1.2重新调整到1.0，还可以节约13.5%的燃料。图3-6所示为过剩空气率（实际与理论燃烧空气量之差除以理论燃烧空气量）与单位燃料消耗的关系。

图3-6 过剩空气率与单位燃料消耗的关系

注：以过剩空气率20%时的燃料消耗为100%。

各种过量空气下燃料消耗量与排出气体温度的关系如图3-7所示。图3-8所示为不同过量空气下的燃烧气体温度和实际热利用率的关系。

图3-7 各种过量空气下燃料消耗（空气温度16℃）

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图3-8 燃烧气体温度与实际热利用率的关系

2）氧含量的控制。测定燃烧产物中的CO₂、O₂和CO的含量可大致估计出过剩空气系数α。CO₂、CO的量与α值的关系因燃料不同而异，而废气中的氧含量与α值的关系对各种燃料都大致相同，因而可按测出的废气中氧含量求出过量空气值。不同炉型燃料炉的废气中氧含量有很大区别。用氧探头来测控烟道废气中氧含量很有必要。

对于使用天然气的燃气热处理炉，在装炉量一定的条件下，炉温T取决于天然气流量L_N和空气流量L_g之和，以及天然气流量L_N和空气流量L_g之比。为了保证最佳燃烧，必须保证过剩空气系数α=1.02～1.10。为此，系统必须对烟道中的残O₂和CO含量进行控制，残O₂量自动调节和控制是实现最佳空/燃比和精确控制的核心，最佳空/燃比也是节能减排的重要措施。

用氧探头和执行机构测量和控制烟气中残留氧含量，使过剩空气系数α严格控制在1.1，就能产生显著节能效果。现有的SECTRON型空/燃比控制器，可精确地控制燃烧器的过剩空气，其原理如图3-9所示。

图3-9 SECTRON型空/燃比控制器原理

1—蓄热器 2—压力传感器 3—温控仪 4—温度传感器 5—控制电动机控制阀 6—空燃比控制装置 7—压力传感器 8—测量仪 9—零压调节阀 10—燃气控制阀 11—燃烧器 12—炉温传感器 13—风机

3）燃料炉计算机控制。它是提高燃料炉加热质量，节约能源，减少环境污染，提高生产管理能力的有效措施之一。燃料炉进行计算机控制的核心是燃料量与空气量的配比燃烧控制。

4）采用脉冲式燃烧供热技术。该种控制方式是在开炉调试时将小火、大火燃烧的空/燃比值设定合适，即可在加热过程中不需要动态控制空/燃比，只须控制燃料和助燃空气压力的稳定，从而降低炉子运行成本。