摘要：针对蓄热式熔炼炉熔炼效率低的问题，提出了采用计算机对熔炼数据进行监控，发现问题并使问题得到及时处理，从而提高熔炼炉的生产效率。
关键词：熔炼炉；蓄热式燃烧；数据采集；熔炼效率
1前言
蓄热式天然气熔炼炉是根据铝熔炼工艺而开发的一种新型高效节能炉，它使用天然气作为燃烧的燃料，能很好地满足铝熔炼工艺中：合金成份要求严，生产不连续，单炉容量较大等要求，达到了降低消耗，减小烧损，提高产品质量，降低劳动强度，改善劳动条件和提高生产效率之功效，适用于间歇作业，配合金及回炉料多的熔炼，是铝加工熔铸行业最常用的设备，其熔炼过程也是铝加工行业能源及材料消耗最大的生产环节[1]。广西南南铝加工有限公司目前使用的熔炼炉是由苏州新长光设计制造的，其设计容量为55吨，采用天然气作为燃料的蓄热式燃烧系统。该炉子刚投入生产的前几年，在满负荷熔炼的情况下，从投炉点火到铝水完全熔化到转炉，平均需要6至8小时，天然气吨耗（平均每熔化一吨铝锭需要消耗的天然气的立方数，下同）在80m³以上，研究如何降低天然气消耗量，同时提高熔铝效率，是企业节省铝加工成本，提高生产效率的关键。本文详述了影响熔炼炉熔铝效率的一些关键因素，并通过开发上位机系统实现对影响熔炼效率的部分数据的监控，通过分析判断出熔炼过程的各种异常状况并及时处理，使熔炼炉长期保持良好状态，达到降低能耗，提高熔炼炉生产效率的效果。
2熔炼炉的电气系统以及燃烧系统
公司目前有5台熔炼炉，其中有4台为55吨级，每台炉子均由独立的PLC控制系统控制，每台炉子之间互不关联，炉子的控制系统选用 SIEMENS S7-300程控器作为控制核心，一个CPU主站，3个从站，使用西门子触摸屏作为炉子操作界面，程控器主站、子站及操作员面板之间采用PROFIBUS-DP总线连接。控制系统包括：温度控制、烧嘴热负荷调节控制、炉压控制、吹扫控制、点火控制、烧嘴切换控制、倾动控制及传动机械控制等，触摸屏显示炉子燃烧的实时工况，炉子各项功能的操作以及系统参数的设置。
苏州新长光制造的熔炼炉采用蓄热式燃烧系统，烧嘴采用2对蓄热式烧嘴，烧嘴采用小功率的烧嘴进行最初的点火。烧嘴与蓄热箱相连，燃烧废气经过没有工作的烧嘴由排气风机排出，炉子设计有辅助烟闸，当炉子燃烧的废气通过排烟风机不能完全排出导致炉压升高时，辅助烟闸自动打开，另一部分废气通过辅助烟闸排出。烧嘴的切换由PLC系统控制自动调节。燃烧系统由助燃风机、排烟风机、点火及冷却风机、电动调节蝶阀、电磁阀、阀门检漏系统、压力开关等构成。烧嘴负荷调节采用流量配比调节方式。在炉子运行期间，烧嘴控制系统自动调节烧嘴燃烧，当铝水达到设定温度时，控制系统自动调节或关闭火焰。蓄热式烧嘴在正常工作时，两只燃烧器不会处于同一种工作状态，当烧嘴A处于燃烧工作状态时，此燃料通路开通，冷空气通过蓄热室内部的蓄热球，被加热为热空气去助燃；另一只烧嘴B处于蓄热状态作为烟道，此燃烧通路关闭，燃烧产物在排烟风机的作用下经燃烧通道到蓄热室B内部的蓄热球，使蓄热球蓄积下热量后，经烟道由烟囱排出[2]。
3 影响熔炼炉燃烧效率的因素
总结公司熔炼炉投入运行数年出现的各种问题，最常出现的影响熔炼炉燃烧效率的因素主要有以下几点：（1）烧嘴频繁熄火。造成烧嘴频繁熄火的因素主要有点火电极氧化积碳，点火烧嘴被烧变形，火焰不稳定导致熄火等等,若烧嘴出现熄火不及时处理，将极大的影响炉子燃烧效率；（2）助燃风量不足。导致助燃风量不足的主要因素是吸入蓄热室内部的粉尘杂物太多，助燃风通过蓄热室的阻力大，助燃风不足，炉内天然气燃烧不充分，使燃烧效率降低；（3）空燃配比设置不合理，天然气流量过高，燃烧不充分，造成能源的浪费，空气流量过高，也会造成炉子温升速度慢，影响燃烧效率；（4）炉压高以及排烟温度高。造成炉压异常及排烟温度高的主要原因为蓄热室内部的蓄热球蓄热能力变小之后导致炉子排出来的高温废气大部分没有被蓄热球吸收，导致排烟温度过高，排烟温度过高容易导致蓄热室底部的钢网烧穿，同时大量热量被流失，为了降低排烟温度，只能通过调整排烟调节阀，减少排烟量，排烟量少了之后因炉内的气流平衡被打破，导致炉压升高，辅助排烟闸被迫打开，致使部分烟气未经蓄热室吸热就排出炉外，造成热量损失。针对以上几点问题，采取有效的方法，及时发现及时处理，对提升熔炼炉的熔铝效率，节能降耗至关重要。
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4建立熔炼炉的运行数据采集
针对以上影响熔炼炉燃烧效率的因素， 需要开发一套有效的计算机数据采集系统来替代人工监控，使问题能够得到及时处理。计算机监控系统需要实现以下功能：
（1）实现对各台熔炼炉天燃气流量及用量的集中监控，此为记录熔炼炉能耗状况的关键；
（2）通过记录及对比每炉次烧嘴的熄火次数及熄火时长来实现对各台熔炼炉烧嘴稳定状况的监控；
（3）通过对每台蓄热式烧嘴助燃风流量的实时监控，建立流量趋势图，可以从助燃风流量上的减小情况判断出蓄热室是否已经堵塞，蓄热球是否已经达到更换标准。
数据采集系统使用计算机通过以太网连接与各台熔炼炉PLC进行通讯，在每台PLC主站配置以太网通讯模块，在计算机上开发一套上位机系统，实现同时对各台熔炼炉的数据采集交换。上位机系统使用FactoryTalk View Studio7.0作为开发软件，使用KEPServerEx软件作为OPC服务器，具体操作步骤可参照软件厂家提供的操作说明。上位机软件采集每台熔炼炉每炉次的天然气消耗量以及本炉次的天然气吨耗，PLC控制程序的实现方法如下：读取天然气总管上的天然气流量仪表读数，若没安装有流量仪表，则需安装流量仪表，用于计量天然气的瞬时流量及累计天燃气使用量，流量仪表与PLC之间的通讯有双线模拟量传输以及RS485传输，公司熔炼炉的流量仪表采用的是RS485通讯，通过北京艾博
志成的协议转换器实现与PLC的通讯传输，具体硬件组态与数据调用存储操作方法详见北京艾博志成厂家提供的《MOD-PRO协议转换器使用说明书》，因篇幅有限，本文不再详述。通过西门子公司提供的S7-300编程软件STEP7，实现对天然气读数的调用，需要在STEP7中创建DB2和DB3两个数据块，并定义好数据块内部的变量符号名称，数据类型以及初始值等，本次使用的变量类型为DWORD双子长整型。
在OPC服务器中需先创建连接项目，设定项目名称并设定访问各台熔炼炉PLC的IP地址。项目创建完成之后在
项目二级树分支中创建与PLC变量相对应的标签，并定义标签类型。标签创建完成之后保存，若网络连接与各项设置都正常，可在快速客户端预览窗口中查看出OPC服务器与PLC连接已成功，并且已经成功读取相应变量的实时动态数值。OPC服务器创建成功之后，在FactoryTalk View Studio上指定访问该OPC服务器，制作图表界面，建立并关联相应的标签地址。天燃气消耗量数据监测功能实现之后，可根据该数据的变化情况，及时对炉子作相应的检查与调整。
5 总结
采用计算机实现对熔炼炉运行工况数据的实时监控，通过数据对比，可及时发现熔炼炉的异常状况， 使这些异常状况，比如烧嘴异常，蓄热室异常，空燃比异常等问题得到及时处理，使炉子基本保持在良好的运行状态中，对提高熔炼炉的生产效率起到非常积极的效用。自该套系统开发完成并投入使用以来，公司的熔炼炉生产效率得到很大的提升，炉子满负荷熔炼的情况下，由原来的6~8小时熔炼时间缩短到3.5小时至4.5小时，燃气吨耗从原来的80m³/吨下降到 56m³~65m³/吨，按照满炉55吨计算，每炉可节约天燃气的消耗量至少825m³以上，不管在节能降耗，减少废气排放，还是在提高生产效率上，都取得了良好的成效。
参考文献：
[1]李鑫,王媛嫒.谈熔铝炉的设计技术及应用.黑龙江科技信息.2009（20）
[2]中色科技•苏州新长光热能科技有限公司. 广西南南铝加工有限公司50吨燃气熔炼炉、保温炉组技术文件.2011,22-36
[3]张路宁、王春健，武德刚.蓄热式熔铝炉的设计与应用. 轻金属.2002（2）
作者简介：周雄斌（1985-07），男，壮族，籍贯：南宁市，当前职务：维护站站长，当前职称：中级职称，学历：本科，研究方向：电气自动化
论文作者:周雄斌1,林小峰2,黄清宝3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/9
标签：熔炼炉论文; 蓄热论文; 炉子论文; 天然气论文; 助燃论文; 效率论文; 数据论文; 《电力设备》2018年第12期论文;