蓄熱式加熱爐的自動(dòng)化控制特點(diǎn)及應(yīng)用

　　一、引言 

　　蓄熱式加熱爐是用于軋鋼廠的一種新型的加熱爐，具有高效燃燒、回收利用煙氣及低二氧化碳排放等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)企業(yè)中廣泛應(yīng)用，對節(jié)能減排工作起著重要的促進(jìn)作用。 

　　二、蓄熱式加熱爐的工作原理及其特點(diǎn) 

　　蓄熱式加熱爐的高效蓄熱式燃燒系統(tǒng)主要由蓄熱式燒嘴和換向系統(tǒng)組成。它分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段三個(gè)主體。其原理是采用蓄熱室預(yù)蓄熱全，達(dá)到在最大程度上回收調(diào)溫?zé)煔獾臐駸幔岣咧伎諝鉁囟鹊男Ч?nbsp;

　　新型蓄熱式加熱爐的蓄熱室現(xiàn)在普遍采用陶瓷小球或蜂窩體作為蓄熱體，其表面積大，極大的提高了傳熱系統(tǒng)，使蓄熱室內(nèi)的體積大大縮小。再加上新型可靠的自動(dòng)控制技術(shù)及預(yù)熱介質(zhì)預(yù)熱溫度高，廢氣預(yù)熱得到接近極限的回收。是一種新型的高效、節(jié)能的加熱爐。 

　　參與控制的主要現(xiàn)場設(shè)備有：各段爐溫測量熱電偶；煤氣預(yù)熱器前后煙氣溫度測量熱電偶；各段煙氣及排煙機(jī)前煙氣溫度測量熱電偶；各段煤氣、空氣及煙氣流量測量孔板及差壓變送器；各段煤氣、空氣及煙氣流量調(diào)節(jié)閥；各段兩側(cè)燒嘴前煤氣切斷閥及空氣/煙氣三通換向閥；爐壓測量微差壓變送器及用于爐壓調(diào)節(jié)的煙道閘板；用于風(fēng)壓調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)入口進(jìn)風(fēng)閥；煤氣總管切斷閥及壓力調(diào)節(jié)閥；其它安全保護(hù)連鎖設(shè)備等。 

　　三、換向原理 

　　換向裝置是加熱爐的重要部件，整個(gè)燃燒過程都是靠抽象向裝置完成的?？梢哉f它是整個(gè)加熱爐的心臟。它的換向原理是：初始狀態(tài)下，換向裝置處于某一固定狀態(tài)時(shí)，向爐子一側(cè)的燃燒器輸送煤氣、空氣，在爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)混合燃燒，同時(shí)從爐子另一側(cè)的燃燒器排出煙氣，經(jīng)過一個(gè)周期（120s-180s)改變方向，實(shí)現(xiàn)周期換向。換向裝置一般采用雙氣缸、二位四通換向閥，它內(nèi)有四個(gè)通道，每次動(dòng)作開啟兩具通道，同時(shí)關(guān)閉兩個(gè)通道以實(shí)現(xiàn)供氣和排水氣的周期性換向。 

　　四、自動(dòng)控制系統(tǒng) 

　　蓄熱式加熱爐控制系統(tǒng)一般有： 

　　⑴換向控制系統(tǒng)；⑵爐溫控制系統(tǒng)；⑶爐內(nèi)壓力控制系統(tǒng)；⑷安全保護(hù)控制系統(tǒng)；⑸煙空比控制；⑹HMI人機(jī)對話界面的功能。 

　　1、換向控制系統(tǒng)設(shè)備的選型 

　　換向控制是整個(gè)加熱爐燃燒、控制系統(tǒng)的重中之重，是燃燒控制的關(guān)鍵控制系統(tǒng)。也就是說換向控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行決定著整個(gè)加熱爐的正常燃燒和爐溫的控制。所以在控制系統(tǒng)上采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由傳感器采集各種變量PLC，再由PLC根據(jù)設(shè)定控制方式和目標(biāo)值，分別驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的換向裝置和相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)過程變量，實(shí)現(xiàn)對溫度、壓力、流量的調(diào)節(jié)控制。 

　　操作人員可通過鍵盤和鼠標(biāo)經(jīng)工控機(jī)HMI界面來設(shè)定爐子的各項(xiàng)熱工參數(shù),計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)送上工控機(jī)處理,并在HMI上顯示.同時(shí)隨時(shí)可查看各種歷史參數(shù)和打印各種生產(chǎn)報(bào)表。聲光報(bào)警系統(tǒng)可即時(shí)對故障進(jìn)行報(bào)警，并向操作者提示處理方法是目前較先進(jìn)、實(shí)用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 

　　2、換向控制 

　　換向控制系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)控制兩部分。在正常的運(yùn)行過程中采用自動(dòng)控制，檢修和故障狀態(tài)下才采用手動(dòng)控制。 

　　自動(dòng)控制：換向控制系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)控制時(shí)換向就會(huì)按照事先編好的自動(dòng)控制程序和設(shè)定睥換向時(shí)間實(shí)現(xiàn)周期性自動(dòng)換向，在這個(gè)換向過程中無需人員操作。 

　　手動(dòng)控制：手動(dòng)控制主要在檢修和系統(tǒng)處于故障狀態(tài)下使用.在控制程序中對換向閥、煤氣快切閥都做有手動(dòng)控制，都能在手動(dòng)狀態(tài)下使換向閥動(dòng)作，能使快切閥開關(guān)。 

　　排煙溫度控制：系統(tǒng)對排煙溫度有一定的要求，一般不能高于180度，當(dāng)高于180度時(shí)要強(qiáng)制換向。所以在換向控制系統(tǒng)對排煙溫度控制有兩種方法：一是少通過蓄熱室內(nèi)的煙氣量，二是改變換向的周期時(shí)間來控制溫度。 

　　3、爐溫控制 

　　在加熱爐操作過程中，保證燃燒的空燃比極為重要空燃比過高，使鋼坯表面氧化，熱量損失增加?？杖急冗^低，使燃料不能完全燃燒，使煤氣外流，浪費(fèi)了燃料并污染環(huán)境。為保證空燃比的合理性及供熱區(qū)段溫度的可控性。現(xiàn)采用雙叉式限幅控制方式，即以爐內(nèi)溫度為主環(huán)，空煤氣為副環(huán)的爐溫控制回路。這樣可以在爐溫低時(shí)，先增加空氣量后增加煤氣量。爐溫過高時(shí)，先減煤氣量后再減空氣量，實(shí)現(xiàn)空氣、煤氣交叉控制。具體控制過程是：根據(jù)工藝要求把設(shè)定加熱曲線輸入計(jì)算機(jī)，過程檢測就根據(jù)預(yù)置的曲線控制，若有偏差，則通過改變煤氣的流量，同時(shí)按比例自動(dòng)改變空氣流量，從而控制三段的爐溫，使三段爐溫控制在要求范圍之內(nèi)。 

　　4、爐內(nèi)壓力控制 

　　為減少換向?qū)t內(nèi)壓力調(diào)節(jié)的干擾，采用遠(yuǎn)程控制煤氣廢氣總管、空氣廢氣總管調(diào)節(jié)閥門，保證了爐膛壓力的穩(wěn)定。具體控制過程是：在計(jì)算機(jī)上設(shè)定爐壓控制值，計(jì)算機(jī)通過控制煤氣廢氣、空氣廢氣調(diào)節(jié)閥的開度來自動(dòng)跳躍設(shè)定值，保證爐壓處于設(shè)定值范圍內(nèi)。 

　　5、煙空比控制 

　　空燃比控制的目的是將各段空氣/煤氣流量比控制在設(shè)定空燃比范圍內(nèi)使燒嘴充分完全燃燒，煙空比控制的目的則是將各段煙氣/空氣流量比控制在設(shè)定煙空比范圍內(nèi)，使蓄熱體工作在最佳狀態(tài)、熱利用率和節(jié)能效果達(dá)到最佳、保持爐溫穩(wěn)定。煙空比控制對于蓄熱式燃燒控制效果非常關(guān)鍵，經(jīng)反復(fù)調(diào)試和實(shí)際生產(chǎn)，我們認(rèn)為煙空比在1.0～1.3 之間較為合適，具體根據(jù)供熱段、加熱時(shí)間及鋼種不同有所區(qū)別。 

　　6、安全保護(hù)系統(tǒng) 

　　當(dāng)煤氣總管低于2.5kPa、空氣總管壓力低于3kPa及鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)斷電時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切斷煤氣總管快速切斷閥。換向閥上裝有上、下接近開關(guān)。接近開關(guān)發(fā)出的信號接批示燈和報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)控制換向閥的電磁閥在一次通電10秒而接近開關(guān)不發(fā)出信號時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號并延時(shí)關(guān)閉煤氣總管快速切斷閥。供電系統(tǒng)采用山特的UPS供電，以保證在動(dòng)力電源失電的情況下，使系統(tǒng)的安全保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，達(dá)到安全運(yùn)行的目的。 

　　7、HMI界面的功能 

　?、帕餍械腤INCC界面，方便的人機(jī)對話方式。操作人員可通過鍵盤和鼠標(biāo)進(jìn)行各種操作，設(shè)定各種工藝參數(shù)。若操作和控制出現(xiàn)問題，HMI將直接提示錯(cuò)誤。 

　?、艸MI的主要畫面 

　?、倭鞒瘫O(jiān)控圖：可以方便、直觀的系統(tǒng)監(jiān)視加熱爐各段的爐溫、爐壓、風(fēng)量、煤氣及空氣壓力等熱工參數(shù)，以及動(dòng)態(tài)顯示換向動(dòng)作狀態(tài)及調(diào)節(jié)閥的開關(guān)度。 

　　②歷史溫度曲線圖：可以繪制出生產(chǎn)過程中各點(diǎn)溫度歷史曲線，可使操作從人員直觀的了解溫度趨勢，以便做出及時(shí)的調(diào)整。 

　?、蹐?bào)警圖：對爐溫、廢氣超溫、爐壓過高、煤氣及空氣總管壓力過低等進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)提示故障點(diǎn)和建議處理方法。 

　?、軘?shù)據(jù)庫 ：此控制系統(tǒng)的工控機(jī)可以把各種需要保存的工藝參數(shù)定時(shí)存入數(shù)據(jù)庫。各種歷史數(shù)據(jù)、曲線可以通過查詢菜單方便快捷的檢索、查詢。還可以打印用戶不同要求的報(bào)表。 

　　五、結(jié)束語 

　　濟(jì)鋼3#步進(jìn)梁式加熱爐自2004年初投產(chǎn)以來，自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，排煙溫度控制在180℃以下，爐內(nèi)鋼坯受熱均勻，加熱能力達(dá)到120t/h 的設(shè)計(jì)產(chǎn)量。其采用的蓄熱式燃燒控制對提高鋼坯產(chǎn)量和質(zhì)量、延長加熱爐壽命、降低氧化燒損、節(jié)能降耗起到了十分重要的積極作用。