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蓄热式燃烧器系统在冶金加热炉中的应用

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：张平方张海生

[导读] 摘要：现阶段，我国的冶金工程建设的发展迅速，我国的资源和环境问题日益突出，迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。

        河钢集团唐钢公司型钢厂河北唐山 063000
        摘要：现阶段，我国的冶金工程建设的发展迅速，我国的资源和环境问题日益突出，迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。蓄热式燃烧技术，又称高温空气燃烧技术，是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型的燃烧技术。它具有烟气余热回收效率高、空气和燃气预热温度高以及低氮氧化物排放的优越性，主要用于钢铁、冶金、机械、建材等工业部门中，并已出现迅猛发展的势头。蓄热式燃烧器采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换烟气和空气或燃气，使之流经蓄热体进行高温预热。低热值燃料借助高温预热后的空气或燃料可获得较高的炉温，扩展了低热值燃料的应用范围。该方法能够最大限度地回收高温烟气的物理热，大幅度节约能源，提高热工设备的热效率，减少CO2排放，同时使烟气中氮氧化物体积分数降低40%以上，符合国家清洁生产和节能减排的相关要求。
        关键词：蓄热式燃烧器系统；冶金加热炉；应用
        引言
        随着人们节能降耗意识的不断提升，冶金工业也在探究绿色发展技术手段。加热炉作为最大的耗能设备是工艺流程中最为关键的设备，加热炉运行的稳定性直接影响轧钢的生产质量。解决加热炉燃烧问题，使其稳定运行是现阶段的重点问题。加热炉工况复杂、参数多变，其运行惯性相对较大，具有控制滞后的特征。加热炉的数学模型建立困难，在运行中会受到空气、煤气压力值以及燃料发热值等多种因素的频繁波动与影响，导致其各个变量之间互相耦合、干扰，会影响其稳定运行。
        1蓄热式燃烧器工作原理
        蓄热式燃烧系统是由蓄热式双烧嘴、助燃鼓风机、助燃风量调节阀、换向阀、燃料调节阀、燃料切断阀、点火电动阀、长明火（点火枪）、排烟引风机、排烟温度变送器等组成。该系统通过蓄热式双烧嘴周期性地换向燃烧，从而用高温排烟烟气加热助燃空气。当其中1个烧嘴燃烧时，高温烟气通过另1个烧嘴进行排烟，加热蓄热体的蓄热介质，当排烟温度测量值超过设定排烟温度时，换向阀换向，此烧嘴开始燃烧，原来燃烧的烧嘴开始引风抽吸并排放高温烟气，加热蓄热介质，如此反复循环燃烧。
        2加热炉区电气控制方案
        2.1加热炉电控的操作方式
        加热炉的电气控制，一般分为三种操作方式：自动模式，半自动模式和手动模式。自动模式也称为ACC模式，L2由计算机设置，半自动模式也称为OPE模式，在运行期间，手动给出启动说明，并通过基本的自动化系统完成。手动模式缩写为MAN模式，它是通过手动设置PLC控制标准来控制的，在正常生产中，使用“自动模式”，如果系统出现故障，则可以手动操作。
        2.2钢坯库的电气控制
        从上到下的方坯信息是在级别L1上跟踪的方坯号，发送给SYC的方坯号，方坯长度和方坯目的地。当坯料进入辊道时，进行长度测量，根据所测量的长度在辊道上进行定位，并向小吊车发送定位完成信号。来自辊道存放处的坯料会根据目的自动放置在提升点，并处于等待存放状态。
        2.3装炉侧电气控制
        装炉侧的电气控制主要作用是将坯料按照生产需求送入加热炉指定位置。这个过程需要控制坯料的位置保持纵向居中，并测量钢坯的质量，长度及温度。L1将实际测得的体重，长度和度信息传输到L2计算机以进行定位和跟踪。

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        3冶金工业加热炉自动燃烧控制系统优化设计探究
        进行冶金工业加热炉自动燃烧控制系统优化设计时要综合传统的控制方案，通过对热值仪进行优化、混合煤气热值计算方案、加热段间拔控制技术设计以及均热端脉冲控制技术设计等方式进行完善优化，达到优化自动燃烧控制系统的目的。对此，在实践中就要综合冶金工业级热的控制系统对其进行优化完善，其主要方案以及技术原理如下：
        3.1热值仪方案
        探究热炉燃烧控制回路系统，对其进行技术改进。改进优化时在传统串级双交叉限幅控制回路中通过添加煤气热值的方式进行检测，在空煤配比系数计算中融合热值信号，通过自动设定进行分析，根据空煤配比系数了解热值信号的变化，解决各种因素造成的炉温不稳定问题。借助热值仪分析混合煤气热值，通过热值信号修正人工设定的孔煤气配比系数可以获得动态的系数参数，计算分析空气、煤气流量，可以获得动态的幅值参数，对其进行动态的双交叉限幅值控制分析，可以实时掌握加热炉热值信号波动参数。通过此种方式进行处理，在初期效果显著，但是运行一定年限之后就会导致炉温控制失稳等问题。在混合煤气管道中利用取样管道可以与煤气连接，通过点燃氧气燃烧获得温度参数，综合热值仪进行计算分析可以获得其热值参数。热值仪受到工艺等参数的限制，其管道直径为５ｍｍ左右；混合煤气中残留一些冶炼的粉尘以及焦油，这些物质在高温环境中容易凝结成块，是诱发信号失真的关键因素。因此，最为关键的就是进行加热炉温度控制。要想解决此种问题就要在煤气取样管道上添加净化装置，这样就可以纯净煤气。在实践中发现此种方式在检测中还是会诱发过滤装置堵塞等问题，对此仍然要解决加热炉温度控制失调的关键问题。
        3.2混合煤气热值计算方案
        通过对高焦混合煤气热值进行计算处理，在混合煤气加压站中对高焦炉煤气流量的信号进行检测分析，综合纯净的煤气热值参数，利用体积流量进行计算分析，获得混合煤气的热值参数。在处理时为了获得更为精准的空煤配比系数，降低误差就要综合多种因素，充分保障其计算精准性。通过研究分析在燃烧之后其产生的尾气组分可以反映空煤配比系数，对此可以通过检测尾气中氧气的方式进行系数修正。燃烧废气中残氧量在燃烧负荷以及成分的影响之下，如果其空煤配比系数较大则其残氧量相对较高；反之则低。加热炉燃烧要确保空气充足，减少热损失，达到提升燃烧效率的目的。通过残氧量进行闭环修正处理可以保持其最佳的燃烧状态。同时，通过对空气燃烧的控制可达到降低钢坯氧化烧损的效果，此种方式是进行最佳燃烧控制的关键内容。燃烧处理之后的尾气在加热炉尾部之后进入到烟囱中排放，其温度要低于炉膛中的温度参数，其尾部位置通，过氧化锆残氧分析仪则可以达到满意的测量效果。3.3加热段间拔控制技术设计间拔燃烧属于间隔切断侧面墙烧嘴供热燃烧技术手段，通过对各个烧嘴的煤气间拔数值的设定，在其实际的煤气流量小于间拔数值的时候就会自动关闭烧嘴系统。其中单个烧嘴在５０％～１００％的负荷条件之下燃烧最充分，火焰的形状控制也最好。在某段煤气流量下降过程中，单个烧嘴负荷在不满足５０％的时候，程序就会在邻近炉尾位置的自动烧嘴，其余的负荷控制在５０％以上。在此段煤气流量不断上升的过程中，程序会对炉尾的自动烧嘴进行控制。利用仪表程序进行自动化的控制，其在工作中始终处于高负荷状态，充分保障了炉宽方向整体温度的均匀性。同时，间拔技术具有较高的传热效率，可以有效降低燃气中的能源消耗，通过延长预热段供热的方式可以切实提升烟气的利用效率，达到降低能耗的目的。
        结语
        热值利用率高、规模大、钢坯加热均匀等是步进式加热炉具有的优点，步进式加热炉是轧钢生产中较为先进的，轧钢企业在生产过程中，如何保障钢坯加热均匀、稳定，是每个轧钢企业需保障的基础，加热炉的高效运行是整个轧线系统经济、高效运行的基础。
        参考文献：
        ［1］郭伯伟，高泰萌，薄宗昭，等.现代工业炉燃烧技术［M］.北京：科学出版社，1994.
        ［2］李晓鹏，刘亭，王春娟，等.西门子S7-200在加热炉控制系统中的应用［J］.科技资讯，2008（17）：101.