中冶华天南京电气工程技术有限公司 江苏 南京 210019
【摘 要】热风炉的燃烧效率直接影响着高炉产量和质量，如何能够精确控制热风炉燃烧温度，保证燃烧效率成为降低生产成本，提高生产质量的关键。文章通过检测传感器的实时数据，利用煤气／空气的交叉限幅控制实现自动燃烧控制，即及时准确地调节热风炉内的燃气和空气比例，从而达到控制热风炉的送风温度的稳定。结合我公司设计的多座高炉热风炉实际案例，介绍热风炉自动控制技术的应用，利用PLC系统实现热风炉的自动化控制，其中包括利用煤气／空气的交叉限幅控制实现自动燃烧控制。
【关键词】热风炉；燃烧控制；温度控制；煤气／空气交叉限幅控制
前 言：
在发展规模和速度的持续提升的社会背景下，社会的各个行业和领域，能源的消耗能源节约备受关注和重视。在能源消耗大户钢铁企业显得更为重要，特别是当前的经济形势下更为迫切。热风炉是向高炉提供热风热量，是高炉炼铁生产过程中的重要设备，其提供的热量约占高炉炼铁生产耗热的四分之一左右，热风炉的生产效率直接影响到高炉的能源的消耗能源节约效果。随着高炉技术的不断发展，热风炉技术也随高炉的高风温成要求，应用技术亦不断创新发展，对热风炉的自动化要求也不断提高。
一、生产工艺概述：
热风炉的主要作用是把鼓风机站供来的冷风加热到高炉要求的温度，供高炉炼铁生产用，热风炉是一种利用蓄热原理工作的换热设备，其工作原理决定它的工作方式是交替循环周期性的。通常一座高炉需要3到4座热风炉交替循环周期性工作，才能满足高炉连续生产的需要。每座热风炉工作又分燃烧阶段、焖炉阶段和送风阶段。（1）燃烧阶段。先关闭冷风阀停止进冷风，将预热后的煤气和助燃空气按一定的空燃比在热风炉顶部进行燃烧，烟气通过烟道排出。燃烧高温气体对热风炉内的蓄热体自上而下进行加热，当拱顶和烟道温度达到设定值，蓄热室储存足够热量，操作阀门使热风炉处于焖炉状态，燃烧过程结束，等待送风；（2）送风阶段。打开冷风阀，让鼓风机站送来冷风自下而上进入热风炉与蓄热体充分热交换，达到一定温度时由热风管道送入高炉。随着时间的增长风温渐渐的下降，低于高炉要求值时，热风炉需要再转入燃烧阶段，如此循环；（3）对每一座热风炉是一种序批式生产过程，高炉热风炉有不同的送风制式：两烧一送，交错并联，两烧两送，半并联方式。
二、热风炉的控制方式
热风炉在其结构上有多种形式，其工作原理是基本相同的，而热风炉的自动化控制也基本相同，主要分为燃烧控制和各设备间的逻辑顺序控制，自动化系统通常采用PLC控制系统实现。
1、顺序控制是对热风炉的冷风阀、热风阀、烟气阀等设备的逻辑顺序控制，PLC顺序控制完全能够实现自动，热风炉基础自动化系统PLC的典型结构。以西门子PLC的S7-400为控制设备的自动化系统为例，通过其Profibus-DP总线接口扩展带DP接口的远程站ET200的I/O模块，上位机监控机为WINCC操作站，PLC配置工业以太网接口模块，PLC与上位机通过网络交换机通讯，主控设备。
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2、热风炉燃烧控制，在热风炉正常运行过程中，其自动化系统逻辑控制要完成的主要任务主要是通过对各种阀门的顺序和连锁开/关操作，实现热风炉从燃烧阶段到燃烧阶段、或者从送风阶段到燃烧阶段的状态转换，按照热风炉操作规程的规定，在由送风转为燃烧，或者由燃烧状态转为送风时都要经过焖炉状态。
各种状态转换过程中各阀门的连锁关系如下：
a、燃烧转焖炉：关闭煤气调节阀、关闭助燃空气调节阀、煤气切断阀关到位煤气切断阀关到位，助燃空气切断阀关到位，煤气放散阀开到位，烟道阀关到位。
b、焖炉转送风：开冷风调节阀冷风均压阀开到位冷风阀开到位，热风阀开到位。
c、送风转焖炉：热风阀关到位、冷风阀关到位冷风均压阀关到位。
d、焖炉转燃烧：助燃风机运行、废气阀开到位烟道阀开到位、废气阀关到位空气切断阀开到位、煤气放散阀关到位、煤气切断阀开到位开助燃空气调节阀开煤气调节阀。对于热风炉的换炉操作，热风炉的自动化系统均能通过操作站和PLC系统按照程序要求给出各个阀门的开关顺序和连锁条件实现热风炉的状态自动转换。
e、热风炉工艺参数的检测：温度：拱顶温度、废气温度、热风温度、冷风温度、煤气和助燃空气温度。
f、压力参数：煤气压力、助燃空气压力、冷风压力、热风压力。
g、冷风流量、煤气流量、助燃空气流量。
h、各个煤气和助燃空气调节阀阀位给定和反馈。
三、热风炉自动化系统组成
快换炉自动控制功能热风炉的工作状态有燃烧、焖炉、送风三种状态，状态的转换靠控制各阀门的动作，本控制系统实现了热风炉状态转换时阀门联锁和自动开关，以及实现多座热风炉状态转换时的相互联锁。热风炉换炉设计有自动（四座热风炉顺序转换）、单炉自动以及手动（供检修时使用）等操作方式，操作方式灵活，满足各种生产条件的要求。
1、燃烧控制功能，以热风炉炉顶温度作为主环，以煤气支管流量为副环，并将煤气量与空气量进行比值控制，构成串级比值能动控制系统，根据炉况的变化，自动寻找最佳空燃比，使燃烧最佳最经济，提高了热风炉的风温。整个燃烧过程可分为4 个时段，分别是燃烧初期、快速燃烧期、管理期以及压力波动期。燃烧初期，热风炉刚入烧炉状态，程序设定为助燃风调节阀及煤气调节阀小开，程序自动完成这一指令，即将指令直接送往输出模块，到执行机构去控制阀位开度，遵从“ 升温时空气先行，降温时煤气先行” 的控制原理，指令先送往空气执行机构，后送煤气执行机构。
2、单炉自动为了满足各种工艺状况，本控制系统设计单炉自动操作方式，即操作人员根据热风炉炉况在其单炉自动操作画面上选择其工作状态。例如：炯炉转燃烧、燃烧转娴炉，炯炉转送风，送风转炯炉等多种转换状态，各阀门按规定的程序动作。
3、全自动换炉（四座热风护顺序转换）热风炉全自动换炉控制包括自动闭炉控制、自动送风控制以及自动烧炉控制。自动闭炉控制燃烧终点由废气温度确定，当废气温度达到时3 5 0 叱时，结束燃烧期，进入烟炉期。
按照程序设计自动完成烧炉转炯炉的操作过程：阀门动作顺序为：关煤气与助燃风调节阀一关煤气切断阀一关煤气燃烧阀一开煤气安全阀（放散阀）叶关助燃风切断阀、关烟道阀。
四、结束语
该套控制系统自投运以来，运行稳定，由于减少了人为干扰，节约了煤气的使用量，自动燃烧严格的空燃比确保燃烧完全，同时减少了污染的排放，减缓了热风炉的老化，延长了热风炉使用寿命。达到了节能降耗目的，取得了较好的经济效益和安全效益。
论文作者:盛国忠
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第8期
论文发表时间:2016/9/5
标签：热风炉论文; 煤气论文; 高炉论文; 助燃论文; 冷风论文; 温度论文; 空气论文; 《低碳地产》2016年第8期论文;