关键词：蓄热式加热炉；自动燃烧控制技术；
蓄热式加热炉的最大特点是采用蓄热式烧嘴, 利用蓄热体对空气进行预热,在加热过程中加热炉两侧的两组蓄热体处于蓄热与放热不断交替的状态中, 从而提高空气预热温度,同时, 处于放热状态的蓄热体温度过低而失去对空气进行预热的作用。因此, 蓄热式加热炉自动燃烧控制的关键技术在于自动换向控制。
一、蓄热式加热炉的自动燃烧控制技术
1.蓄热式控制技术。蓄热式加热炉自动控制系统主要分为三个部分，即炉膛温度控制部分、烧嘴换向控制部分以及炉膛压力控制部分。其中炉膛温度控制一般通过控制炉内烧嘴的燃烧来实现。加热炉自动控制系统的设计理念是通过选用合适的控制算法和策略，使加热炉内燃气能够最大程度的实现充分燃烧，并能够控制加热温度快速精准的达到设定值。在我国的冶金行业中蓄热式加热炉的控制算法主要为PID控制，它的控制优点是能够精确快速的达到控制要求，且控制系统较为稳定，但是当出现较大的干扰及出现突发状况时，控制效果并不是很理想。由于目前控制技术领域的发展还不够完善，所以蓄热式加热炉的自动控制系统还需要更加仔细的研究。
2.设计方案。加热炉烧嘴燃烧方案选用脉冲燃烧控制方案，采用独立脉冲燃烧和时序脉冲燃烧二者相结合的方法，烧嘴独立脉冲燃烧，它主要的控制方式是通过一定的计算，得到该区域的热需求量，应用脉宽调制技术来调节系统加热燃烧的占空比，进而控制烧嘴的燃烧时间。烧嘴时序脉冲燃烧，就是每过一定的时间间隔，控制全炉的烧嘴按事先设定顺序依次打开。烧嘴换向控制方案，采用全分散换向控制策略，换向模式为时序队列式换向控制与定温换向控制以及手动换向控制相结合的方式。此控制方案的操作流程为：当蓄热式加热炉正常加热运行时，此控制方案将烧嘴按照事先设定的顺序依次进行换向;当烧嘴的排烟侧温度高于设定值上限时，强制控制系统完成换向动作，当排烟侧温度恢复到设定值范围内时，系统则恢复到正常的换向状态; 当加热炉切换到手动控制状态时，系统可由人工操作进行换向。炉膛压力的控制结构较为简单，可以设计为负反馈闭环控制系统，采用PID 控制策略，通过调节PID 参数来控制引风机的转速，实现对炉膛压力的控制。
3.控制策略的建立及控制软件的编程调试。根据烟气温度可判断蓄热体工作状态, 从而调整自动换向控制周期及烟空比(烟气流量和空气流量之比)这两个蓄热式燃烧控制的重要参数。因此烟气流量测量应根据烟气温度测量值按烟气平均温度为175 ℃进行相应的温度补正。在调试初期没考虑此因素，空气流量及烟气流量控制效果及执行器动作均不理想，空气调节阀及烟气调节阀动作幅度大，且空气、烟气流量调节难以达到稳态，空气、烟气流量稳态偏差大，造成空燃比及烟空比控制不理想。加热炉自动换向控制是基于周期的控制, 并采用段控制方式, 在燃烧状态下, 来自助燃风机的常温助燃空气首先经左侧通道空气/烟气三通阀进入烧嘴, 通过蓄热体时被加热, 在设计时间内达到接近炉膛温度;煤气经过左侧煤气切断阀向高温空气附近注入燃料并实现充分燃烧;与此同时, 炉膛内燃烧后的热烟气通过右侧B 烧嘴蓄热体时将热量储存在蓄热体内, 然后低于200 ℃的低温烟气经过三通阀由排烟机引出, 到烧嘴的煤气被切断。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过一定的周期时间后空气/烟气三通阀及煤气切断阀自动换向, 常温助燃空气变为由右侧通道经蓄热体进入烧嘴, 煤气经过右侧煤气切断阀向高温空气附近注入燃料并实现充分燃烧, 热烟气从左侧烧嘴排出, 到烧嘴的煤气被切断。两组蓄热体自动进行蓄热与放热状态的周期性切换, 从而达到节能的目的。自动换向控制周期的确定对于蓄热式燃烧控制的效果至关重要, 选择恰当的自动换向控制周期可使蓄热体工作在最佳状态、热利用率和节能效果达到最佳、保持炉温稳定。如果周期偏大则浪费能源, 且在放热状态的周期末端会失去对空气进行预热的作用, 对烧嘴燃烧性能影响相对较小;而周期偏小则可能造成空气始终得不到充分预热, 对烧嘴燃烧性能影响很大。相比而言, 周期偏大比偏小对于蓄热式燃烧控制效果要好些。
二、发展趋势
蓄热式加热炉控制中的关键技术是自动换向控制，技术难点是换向阀的使用寿命。蓄热式加热炉采用段控制方法，即将烧嘴分为左右两侧两组进行换向控制，各段只需两个煤气切断阀及两个空气/烟气三通阀分别控制两组烧嘴。世界上有不少蓄热式加热炉采用烧嘴控制方法，即各烧嘴分别用一个煤气切断阀、一个空气/烟气三通阀(或一个空气切断阀加一个烟气切断阀)进行单独控制。两者相比：段控制简单实用，节省控制设备及电缆，故障点少，但如任何一个换向阀故障，将直接影响相应段的自动换向控制，换向阀故障期间只能停止换向并使用常规控制；烧嘴控制相对复杂，控制方法灵活，换向时序可采用多种方案，如有换向阀故障只影响相应烧嘴，对整段影响较小，该段自动换向控制可照常进行，但控制设备及电缆数量成倍增长，控制适用于要求节省投资、控制要求相对简单、减少施工及维护量的用户，烧嘴控制适用于控制要求相对较高、资金充足、管理及维护人员完备的用户。换向阀阀位状态判断对于自动换向控制、空气及烟气流量调节、安全连锁控制等极为重要。加热炉选用的空气/烟气三通阀为国产，其限位开关结构形式不够特别合理，由于换向控制阀门动作频繁，生产运行时间较长后阀门开关限位偶尔会出现不到位情况，影响了系统正常运行。换向阀是蓄热式加热炉实现自动换向控制最重要的设备，其选型务必要求质量优良、动作精准、响应速度快、使用寿命长，这也是我们在今后的蓄热式加热炉设计选型过程中有必要且完全可以得到改进的地方。从众多用户反馈的意见来看，钢铁行业已将节能降耗摆在最重要位置，新上加热炉均首选蓄热式加热炉，且对于蓄热式自动燃烧控制寄予厚望，自动控制要求高，舍得投入大量资金和人力追求技术进步。这些新上项目均采用先进的烧嘴控制方法，烧嘴基本都燃烧器有限公司专业且性能优良的蓄热式烧嘴，换向阀的选型以进口著名品牌为首选，完全有理由相信这些蓄热式加热炉投运后其生产效果将更为理想，为钢铁行业节能降耗并带来不可限量的可观经济效益。
蓄热式加热炉是应用于冶金工业的一种新型的加热炉，具有高效燃烧、回收利用烟气及低二氧化碳排放等优点。加热炉能否稳定运行不仅会影响钢坯的加热质量和效率，还会对钢板的成材率造成影响。作为轧制生产中的重要环节，采用先进的控制方法和燃烧技术，提高其自动控制系统性能，降低能耗提高产品质量, 对我国钢铁企业的发展具有十分重要的意义。
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论文作者:,杜志刚
论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期
论文发表时间:2020/4/28
标签：蓄热论文; 加热炉论文; 烟气论文; 空气论文; 炉膛论文; 煤气论文; 温度论文; 《科学与技术》2019年19期论文;