小型蓄熱式加熱爐分體換向技術(shù)的升級(jí)系統(tǒng)改造應(yīng)用

張峰

[摘要]介紹了新型蓄熱式燃燒技術(shù)及換向控制系統(tǒng)，自動(dòng)換向技術(shù)是燒鋼控制的關(guān)鍵因素。通過(guò)對(duì)萊鋼特殊鋼廠小型成材車間蓄熱式加熱爐存在的問(wèn)題及原因分析，對(duì)其進(jìn)行換向技術(shù)升級(jí)改造，效果顯著，產(chǎn)品質(zhì)量得到提升。

[關(guān)鍵詞]蓄熱式加熱爐；燃燒技術(shù)；換向技術(shù)

[中圖分類號(hào)]TG155.1+2 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0177-01

1、前言

萊鋼特殊鋼廠小型成材車間加熱爐隨著優(yōu)鋼生產(chǎn)節(jié)奏的不斷加快，將原步進(jìn)加熱爐改為蓄熱式步進(jìn)加熱爐。蓄熱式燃燒技術(shù)是一項(xiàng)傳統(tǒng)技術(shù)，傳統(tǒng)的蓄熱室采用格子磚為蓄熱體，傳熱效率低，蓄熱室體積龐大，換向周期長(zhǎng)，限制了它在其它工業(yè)爐上的應(yīng)用。蓄熱式步進(jìn)加熱爐的最大特點(diǎn)是利用蓄熱體對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱，在加熱過(guò)程中兩個(gè)蓄熱體處于蓄熱與放熱不斷交替的狀態(tài)中，從而提高空氣預(yù)熱溫度，使排煙溫度控制在100～150℃。新型蓄熱室采用陶瓷小球或陶瓷蜂窩體作為蓄熱體，其比表面積高達(dá)200～1000m²/m³，比傳統(tǒng)的格子磚高幾十至幾百倍，因此，極大地提高傳熱效率，使蓄熱室的體積可以大為縮小。蓄熱式加熱爐工作的關(guān)鍵在于控制兩個(gè)蓄熱體在蓄熱與放熱狀態(tài)之間交換，如果兩個(gè)蓄熱體不能及時(shí)進(jìn)行交換，就會(huì)使處于蓄熱狀態(tài)的蓄熱體溫度過(guò)高而失去從煙氣中吸收熱量的作用，同時(shí)，處于放熱狀態(tài)的蓄熱體溫度過(guò)低而失去對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱的作用。由于換向裝置和控制技術(shù)的提高，使得換向周期大為縮短，傳統(tǒng)蓄熱室的換向周期一般為30分鐘至數(shù)小時(shí)，而新型蓄熱室的換向周期僅為0.5～3分鐘。新型蓄熱室傳熱效率高和換向周期短，帶來(lái)的效果是排煙溫度低（200℃以下），被預(yù)熱節(jié)制的預(yù)熱溫度高（約為爐溫的80～90%），因此，廢氣余熱得到接近極限的回收，蓄熱室的溫度效率可達(dá)85%以上，熱回收效率達(dá)80%以上。因此，蓄熱式加熱爐燒鋼控制的關(guān)鍵技術(shù)在于自動(dòng)換向系統(tǒng)。

2、新型蓄熱式燃燒技術(shù)原理

蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)原理如圖1所示。

新型蓄熱式燃燒呈對(duì)布置（A、B狀態(tài)），從鼓風(fēng)機(jī)出來(lái)的常溫空氣由換向閥切換進(jìn)蓄熱式燃燒器A后，再經(jīng)過(guò)蓄熱式燃燒器A（陶瓷小球或蜂窩體）時(shí)被加熱，在極短時(shí)間內(nèi)常溫空氣被加熱到接近爐膛溫度（一般為爐膛溫度的80～90%），被加熱的高溫?zé)峥諝膺M(jìn)入爐膛后，卷吸周圍爐內(nèi)的煙氣形成一股含氧量大大低于21%的稀薄貧氧高溫氣流，同時(shí)往稀薄高溫空氣附近注入燃料，燃料在貧氧狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)燃燒；與此同時(shí)，爐膛內(nèi)燃燒后的熱煙氣經(jīng)過(guò)另一個(gè)蓄熱式燃燒器B排入大氣，爐膛內(nèi)高溫?zé)釤煔馔ㄟ^(guò)蓄熱式燃燒器B時(shí)將熱量?jī)?chǔ)存在蓄熱式燃燒器B內(nèi)的蓄熱體，然后以低于150℃的低溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)換向閥排出。當(dāng)B側(cè)的蓄熱體儲(chǔ)存一定熱量后，通過(guò)程序控制換向閥自動(dòng)換向，常溫助燃空氣變?yōu)橛葿N通道經(jīng)蓄熱體進(jìn)入，熱煙氣從A側(cè)通道排出，如此循環(huán)，使得兩個(gè)蓄熱式燃燒器處于蓄熱與放熱狀態(tài)交替工作，兩個(gè)蓄熱體自動(dòng)進(jìn)行蓄熱與放熱狀態(tài)的切換，從而達(dá)到節(jié)能和降低NOX排放量等目的。常用換向周期30-180s。

3、存在的問(wèn)題及原因分析

3，1存在問(wèn)題

萊鋼特殊鋼廠小型成材車間蓄熱式步進(jìn)加熱爐換向控制系統(tǒng)的換向控制是基于時(shí)間的控制。但該控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中存在以下問(wèn)題：（1）因閥位狀態(tài)判斷失誤容易引起系統(tǒng)誤動(dòng)作。（2）閥體與閥桿脫落引起系統(tǒng)不換向。

3.2 故障原因

（1）由于系統(tǒng)要求快速通斷閥的響應(yīng)必須迅速，在零點(diǎn)幾秒之內(nèi)完成開(kāi)/關(guān)動(dòng)作，即認(rèn)為閥已開(kāi)到位或關(guān)到位，否則就認(rèn)為閥開(kāi)不到位或關(guān)不到位。快速通斷閥在使用一段時(shí)間后，響應(yīng)速度變慢，經(jīng)常發(fā)出虛假的開(kāi)不到位或關(guān)不到位信號(hào)，而引起系統(tǒng)誤動(dòng)作。

（2）目前的解決辦法只能是定期檢查更換快速通斷閥和換向閥，但很難保證所有閥都能處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，而且也增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和設(shè)備維修費(fèi)用。

4、改進(jìn)方案

在燃燒狀態(tài)下，來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)的常溫助燃空氣首先由換向閥進(jìn)入左側(cè)通道，通過(guò)蓄熱體時(shí)被加熱，在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到接近爐膛溫度（一般為爐膛溫度的80%～90%），煤氣由通斷閥向稀薄高溫空氣附近注入燃料，燃料在貧氧狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)燃燒；與此同時(shí)，爐膛內(nèi)燃燒后的熱煙氣通過(guò)另一側(cè)蓄熱體時(shí)將熱量?jī)?chǔ)存在蓄熱體內(nèi)，然后以低于150℃的低溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)換向閥由引風(fēng)機(jī)引出。通過(guò)規(guī)定的時(shí)間后換向閥自動(dòng)換向，常溫助燃空氣變?yōu)橛捎覀?cè)通道經(jīng)蓄熱體進(jìn)入，熱煙氣從左側(cè)通道排出，兩個(gè)蓄熱體自動(dòng)進(jìn)行蓄熱與放熱狀態(tài)的切換，從而達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。另外，由于該控制系統(tǒng)是基于時(shí)間的控制，換向周期是人為設(shè)定的，因此，其控制效果受人為因素影響較大，排煙溫度和空氣預(yù)熱溫度只能控制在一定范圍內(nèi)。若能綜合蓄熱體溫度、排煙溫度、燃燒狀況等因素，采用基于溫度的人工智能控制方法，由蓄熱體和煙氣溫度決定換向，控制效果可能會(huì)更好。

5、本項(xiàng)目的技術(shù)特色

5.1 該換向系統(tǒng)控制功能

（1）空氣、煙氣換向閥順序控制，換向周期、順序間隔周期設(shè)定。（2）煤氣通斷閥順序換向，換向周期、順序間隔周期設(shè)定時(shí)間與空氣/煙氣換向閥相對(duì)應(yīng)。

（3）排煙溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)、顯示，參與燒嘴換向控制。

（4）排煙溫度超溫報(bào)警、強(qiáng)制換向，報(bào)警溫度人工設(shè)定。

5.2 系統(tǒng)設(shè)有安全保護(hù)功能

換向連鎖條件是：開(kāi)始時(shí)先通空氣，后開(kāi)煤氣；換向時(shí)先關(guān)煤氣，后排煙氣。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)煤氣通斷閥開(kāi)不到位或空氣換向閥開(kāi)不到位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)斷煤氣通斷閥，同時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，上位機(jī)畫(huà)面上各加熱段狀態(tài)圖中顯示相應(yīng)閥位“開(kāi)不到位”或“關(guān)不到位”，操作人員通過(guò)故障指示及時(shí)找到故障閥，并采取相應(yīng)的處理措施，可避免在換向過(guò)程中因閥位不到位引起的各類安全問(wèn)題。新系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了故障率大為減少，查找、排除故障時(shí)間縮短，降低維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

5.3 完善的人機(jī)操作模式：

通過(guò)以太通訊接口實(shí)現(xiàn)主站S7-400 PLC和上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，采用WinCC組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)建立了換向主畫(huà)面、燒嘴溫度監(jiān)控、閥位控制與報(bào)警等畫(huà)面；界面友好，簡(jiǎn)潔直觀，便于操作。

6、應(yīng)用效果

總之，該蓄熱式加熱爐換向系統(tǒng)自改造完成投入使用以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，具有安全性和可靠性。排煙溫度控制在150℃以下，爐內(nèi)鋼坯受熱均勻?qū)μ岣邇?yōu)鋼產(chǎn)量和質(zhì)量、延長(zhǎng)加熱爐壽命、降低氧化燒損起到了積極作用。為穩(wěn)定生產(chǎn)提升品質(zhì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。并且也創(chuàng)造了可觀的社會(huì)效益，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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