蓄热式加热炉的自动化控制特点及应用|蓄热式加热炉

　　摘要:蓄热式加热炉是一种新型的加热炉,利用各种自动控制手段,达到高效燃烧、回收利用烟气及低二氧化碳排放等优点。在工业企业中广泛应用,对节能减排工作有着重要的作用。 　　关键词:蓄热式 加热炉 自动 换向 燃烧 空燃比
　　
　　1 引言
　　       蓄热式加热炉是用于重钢4100中厚板厂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。在工业企业中广泛应用,对节能减排工作有着重要的作用。
　　
　　2 蓄热式加热炉的工作原理及其特点
　　      蓄热式加热炉的高效蓄热式燃烧系统主要由蓄热式烧嘴和换向系统组成。它分为预热段、加热一段、二段和均热段四个主体。其原理是采用蓄热式预蓄热,达到在最大程度上回收调温烟气的湿热,提高助燃空气温度的效果。
　　    重钢中厚板厂加热炉的蓄热室采用蜂窝体作为蓄热体,其表面积大,极大的提高了传热系统,使蓄热室内的体积大大缩小。再加上新型可靠的自动控制技术及预热介质预热温度高,废气预热得到接近极限的回收,是一种新型、高效、节能的加热炉。
　　      参与控制的主要现场设备有:各段炉温测量热电偶;各烧嘴后排烟温度测量热电阻;各段烟气温度测量热电偶;各段煤气、空气及烟气流量测量孔板及差压变送器;各段煤气、空气及烟气流量调节阀;各段两侧烧嘴前煤气切断阀及空气、烟气切断阀;炉压测量微差压变送器及用于炉压调节的烟道闸板;用于风压调节的风机入口进风阀;煤气总管切断阀及压力调节阀;锅筒压力、水位调节阀;其它安全保护连锁设备等。
　　
　　3 换向原理
　　      换向装置是加热炉的重要部件,整个燃烧过程都是靠换向装置完成的。它是整个加热炉的心脏。本加热炉烧嘴采用空气单蓄热烧嘴。蓄热式燃烧采用两侧炉墙交替供热,全炉采用分段分散换向。预热段、加热段左右两个烧嘴空气管路共用2套快切阀换向,煤气管路共用1套快切阀换向。它的换向原理是:初始状态下,换向装置处于某一固定状态时,向炉子一侧的烧嘴输送煤气、空气,在炉内实现混合燃烧,同时从炉子另一侧的烧嘴排出烟气,经过一个周期(120s-180s)改变方向,实现周期换向。
　　
　　4 自动控制系统
　　    蓄热式加热炉控制系统一般有:
　　换向控制系统;炉温控制系统;炉内压力控制系统;安全保护控制系统;烟空比控制;HMI人机对话界面的功能。
　　4.1 换向控制系统设备的选型
　　     换向控制是整个加热炉燃烧、控制系统的重中之重,是燃烧控制的关键控制系统。也就是说换向控制系统的正常运行决定着整个加热炉的正常燃烧和炉温的控制。所以在控制系统上采用浙大中控的ECS-100控制系统,由传感器采集各种变量到ECS,再由ECS根据设定控制方式和目标值,分别驱动相应的换向装置和相应的执行机构,调节过程变量,实现对温度、压力、流量的调节控制。
　　      操作人员可通过工控机HMI界面来设定炉子的各项热工参数,计算机根据设定的参数送控制站处理,并在HMI上显示.同时随时可查看各种历史参数和打印各种生产报表。声音报警系统可即时对故障进行报警,是目前较先进、实用的计算机控制系统。
　　4.2 换向控制
　　       当各段煤气流量大于设定值时,换向系统正常换向,设有自动、手动控制两部分。在正常的运行过程中采用自动控制,检修和故障状态下才采用手动控制。
　　      自动控制:换向控制系统设有自动、手动转换开关,当系统处于自动控制时换向就会按照事先编好的自动控制程序和设定的换向时间实现周期性自动换向,在这个换向过程中无需人员操作。
　　      手动控制:手动控制主要在检修和系统处于故障状态下使用.在控制程序中对换向阀、煤气快切阀都做有手动控制,都能在手动状态下使换向阀动作,能使快切阀开关。
　　    当各段煤气流量低于设定值时,换向系统进入间拔模式,即部份烧嘴自动歇火,使余下的烧嘴燃烧更充分。
　　4.3 炉温控制
　　     在加热炉操作过程中,保证燃烧的空燃比极为重要空燃比过高,使钢坯表面氧化,热量损失增加。空燃比过低,使燃料不能完全燃烧,使煤气外流,浪费了燃料并污染环境。为保证空燃比的合理性及供热区段温度的可控性。现采用双叉式限幅控制方式,即以炉内温度为主环,空煤气为副环的炉温控制回路。这样可以在炉温低时,先增加空气量后增加煤气量。炉温过高时,先减煤气量后再减空气量,实现空气、煤气交叉控制。具体控制过程是:根据工艺要求把PID参数输入计算机,过程检测就根据设定的PID进行控制,若有偏差,则通过改变煤气的流量,同时按比例自动改变空气流量,从而控制四段的炉温,使四段炉温控制在要求范围之内。
　　4.4 炉内压力控制
　　 上均热段设一点炉膛压力测量,在画面上输入炉压设定值,通过手动或自动调节烟道闸板的开度自动控制炉压。在自动方式下,可在画面上对烟道闸板B设定补偿系数,则烟道闸板B开度=烟道闸板A开度×补偿系数。在手动方式下,可分别直接给定烟道闸板开度。
　　 炉门全开全闭信号引入回路进行炉压自学习控制,正常停炉或者紧急停炉时烟道闸板自动锁定到全开位置,人为干涉可以解除这种锁定。当装料炉门或者出料炉门开启时对炉内压力形成干扰时,需在炉门开启期间进行炉压自学习控制功能。
　　4.5 空燃比控制
　　 空燃比控制的目的是将各段空气/煤气流量比控制在设定空燃比范围内使烧嘴充分完全燃烧,烟空比控制的目的则是将各段烟气/空气流量比控制在设定烟空比范围内,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。烟空比控制对于蓄热式燃烧控制效果非常关键,具体根据供热段、加热时间及钢种不同有所区别。理论空气需求量:L0=1.68Nm3/Nm3(混合煤气热值为1800kcal/Nm3)
　　4.6 HMI界面的功能
　　   ⑴方便的人机对话方式。操作人员可通过键盘和鼠标进行各种操作,设定各种工艺参数。若操作和控制出现问题,HMI将直接提示错误。
　　   ⑵HMI的主要画面。①流程监控图:可以方便、直观的系统监视加热炉各段的炉温、炉压、风量、煤气及空气压力等热工参数,以及动态显示换向动作状态及调节阀的开关度。②历史温度曲线图:可以绘制出生产过程中各点温度历史曲线,可使操作从人员直观的了解温度趋势,以便做出及时的调整。③报警图:对炉温、废气超温、炉压过高、煤气及空气总管压力过低等进行声光报警,同时提示故障点和建议处理方法。④数据库:此控制系统的工控机可以把各种需要保存的工艺参数定时存入数据库。各种历史数据、曲线可以通过查询菜单方便快捷的检索、查询。还可以打印用户不同要求的报表。
　　
　　5 结语
　　      重钢现有两个步进梁式加热炉自09年投产以来,自动控制系统运行稳定,排烟温度控制在150℃以下,炉内钢坯受热均匀,加热能力达到220t/h 的设计产量。其采用的蓄热式燃烧控制对提高钢坯产量和质量、延长加热炉寿命、降低氧化烧损、节能降耗起到了十分重要的积极作用。