軋鋼加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

周本勝 劉向陽 唐榮彬 吳劍雯 周文華

（丹東屹欣科技有限公司，遼寧 丹東 118000）

0 引言

（1）加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)開發(fā)背景

鋼鐵工業(yè)是國家最重要的材料和基礎(chǔ)工業(yè)，擔負著國民經(jīng)濟高速發(fā)展和國防安全所需鋼鐵材料的生產(chǎn)重任。隨著經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，國家倡導低碳節(jié)能環(huán)保這與我國目前的能源短缺狀況存在巨大的矛盾，已經(jīng)制約了我國現(xiàn)代化的進程，必須降低生產(chǎn)能耗。鋼鐵行業(yè)其能耗在各行業(yè)中首屈一指，占總能耗的20%，而加熱爐的能耗占鋼鐵能耗的25%。針對這種加熱能耗關(guān)系，在保證生產(chǎn)正常進行的前提下，盡可能地降低鋼坯的加熱能耗可以使軋鋼生產(chǎn)的總能耗得到最大程度的降低，因此如何提高加熱爐的加熱效率，優(yōu)化加熱爐的爐溫控制和燃燒技術(shù)的更新對于冶金工業(yè)的節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。低能耗高效率的生產(chǎn)，已經(jīng)成為目前冶金工業(yè)控制技術(shù)的重點和主要的研究方向。

（2）軋鋼加熱爐現(xiàn)狀

軋鋼加熱爐的爐壓變化頻繁、空燃比難以抓取，對人工操作技術(shù)要求較高。

軋鋼加熱爐燃燒燃料使用的是高爐煤氣,由于外網(wǎng)壓力經(jīng)常波動。爐內(nèi)煤氣燃燒的好壞將直接影響爐膛溫度、出鋼溫度、燃燒熱效率及氧化燒損率，因此燃燒控制環(huán)節(jié)亦是加熱爐控制中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。

目前加熱爐控制過程中頻繁的出現(xiàn)過氧燃燒和缺氧燃燒，進而導致爐壓不穩(wěn)，出現(xiàn)爐膛進出口躥火現(xiàn)象，空燃比難以維持在最佳狀態(tài)，不但浪費了煤氣，而且影響加熱爐的產(chǎn)量。

（3）加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)開發(fā)目的

丹東屹欣加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)目的在于提高加熱爐熱效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約燃氣、減少殘氧排放量以實現(xiàn)低碳生產(chǎn)、延長加熱爐的使用壽命、減輕操作人員勞動強度等功能及指標。旨在對現(xiàn)有鋼廠的加熱爐燃燒系統(tǒng)進行控制技術(shù)優(yōu)化并提升企業(yè)設(shè)備的技術(shù)功能和操作穩(wěn)定等優(yōu)點，已成為降低成本和增加經(jīng)濟效益的深受歡迎的項目之一。該技術(shù)已成功運用在國內(nèi)數(shù)家鋼鐵企業(yè)。

1 系統(tǒng)設(shè)計指導思想

加熱爐優(yōu)化燃燒的目的，主要是在保證加熱爐各溫度達到工藝要求，并在工藝條件允許的前提下，進行降低燃氣的消耗和減少廢氣的排放。即在完成工藝指標的前提下進行節(jié)能降耗。

加熱爐生產(chǎn)必須要求計算機控制系統(tǒng)能夠很好地保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性、準確性、和實時監(jiān)控性，而且要求接收及發(fā)送數(shù)據(jù)有一定穩(wěn)定性及準確性，所有設(shè)備的自動化程度要高。

加熱爐的優(yōu)化燃燒方案，首先應(yīng)著重系統(tǒng)的可靠性、安全性和實用性，其次考慮系統(tǒng)的先進性及節(jié)能性，并在以上基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的性價比。

1.1 可靠性

系統(tǒng)的安全性和可靠性（即穩(wěn)定性）放在加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)設(shè)計的首位。在硬件設(shè)備方面，加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)與原控制系統(tǒng)中的加熱爐燒爐控制部分相互獨立，需要優(yōu)化燒爐時切入優(yōu)化燃燒系統(tǒng)實現(xiàn)智能燃燒，需要手動控制時可切換至本系統(tǒng)手動燒爐狀態(tài)，也可切出本系統(tǒng)通過原有加熱爐控制系統(tǒng)手動控制，完全不影響原系統(tǒng)正常操作。

1.2 實用性

系統(tǒng)以上、下位機相結(jié)合綜合分析并建立數(shù)學模型，以此作為人工操作或自動調(diào)節(jié)的有效依據(jù)，并充分利用上位機存儲信息量大以及下位機運行速度快等優(yōu)點，為操作提供更準確、合理、有效的控制策略。

1.3 先進性

1.4 節(jié)能性

1.5 預期技術(shù)指標

1）可降低原氧化燒損率的2%以上；

2）爐膛溫度平穩(wěn)控制，能抑制燒爐過程爐膛溫度的大幅波動；

3）克服煤氣壓力波動的時間≤25s；

4）同等條件下，節(jié)約煤氣約2%～5%。

2 工業(yè)試驗結(jié)果及經(jīng)濟效益分析

2.1 項目應(yīng)用及其效果分析

2.1.1 節(jié)約煤氣

系統(tǒng)對總管壓力的波動進行實時的監(jiān)控，并能進行及時的調(diào)節(jié)，在最短的時間內(nèi)平穩(wěn)總管壓力，使之恢復到波動前壓力值；在燒爐過程中對煤氣熱值分析信號以及煙道殘氧量信號為基數(shù)，并對燒爐中的溫度及流量變化自動的對設(shè)定空燃比進行校驗，并輔助修正空燃比設(shè)定值；整個燒爐過程中實時對實際空燃比進行采樣，并調(diào)節(jié)控制實際空燃比無限趨近于期望值，盡最大可能使各段爐膛中的實際空燃比分別處于最佳配比狀態(tài)。

2.1.2 降低氧化燒損

系統(tǒng)能夠通過實時控制實際空燃比值來杜絕過氧燃燒這種狀況，且能保證爐溫在工藝條件范圍內(nèi)波動，進而降低氧化燒損率。

2.1.3 爐膛穩(wěn)定

系統(tǒng)通過對空燃比的實時控制，以及燃氣與助燃氣體總量的調(diào)節(jié)，控制調(diào)節(jié)閥以及排煙閥的相互協(xié)調(diào)來實現(xiàn)爐膛的穩(wěn)定。

2.2 經(jīng)濟效益分析

在維持原有生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)值不變的情況下，即日產(chǎn)量不變的基礎(chǔ)上，采用智能控制燃燒系統(tǒng)比原有手動調(diào)控燒爐的生產(chǎn)方式，可達到每年節(jié)能效益約237.28萬元。

2.2.1 理論效益分析

如今，屹欣加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)的軋鋼加熱爐，并取得了較好的經(jīng)濟效果，提高了產(chǎn)量的同時，節(jié)省了煤氣，減少了廢氣排放，真正實現(xiàn)了節(jié)能減排，低碳生產(chǎn)。

以三段式加熱爐為例。項目實施后，由于采用優(yōu)化燃燒，可降低原氧化燒損率1%的2%以上，按照鋼材價格3500元/t，日產(chǎn)鋼材6000t、全年工作355天計算。加熱爐每小時煤氣使用量約為6萬m3，如果采用自動燒爐的方式生產(chǎn)，煤氣節(jié)約量約為2%～5%，取下限值2%，即小時節(jié)約量為1200m3。按日加熱爐爐燃燒時間23小時，按1m3煤氣0.09元計算。

降低氧化燒損率：該加熱爐每年節(jié)約鋼材的經(jīng)濟效益為：

6000×1%×2%×3500×355＝149.10 萬元

節(jié)約煤氣：此項目投產(chǎn)后一年可以節(jié)省的煤氣量為2.0%，即1200Nm3/h。每年可節(jié)省煤氣的經(jīng)濟效益：

1200×23×355×0.09＝88.18 萬元

即年總收益：237.28萬元。

節(jié)約煤氣應(yīng)用于發(fā)電，4m3可發(fā)1kWh的電力產(chǎn)生的經(jīng)濟效益尚未計算在內(nèi)。

3 結(jié)束語

優(yōu)化燃燒就是利用機械、電氣、計算機等組合的自動控制系統(tǒng)，保證加熱爐在燃燒的過程中達到空氣、煤氣配合比時刻處于最佳狀態(tài)，與手動燒爐相比，節(jié)約了能源，提高了生產(chǎn)效率，降低了廢氣排放，屹欣優(yōu)化燃燒系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)的軋鋼加熱爐，用戶數(shù)據(jù)表明，通常情況下，采用優(yōu)化燃燒系統(tǒng)可降低原氧化燒損率的2%以上，節(jié)約煤氣2.0%-5.0%。

［1］張杰.軋鋼設(shè)備及自動控制[M].化學工業(yè)出版社，2010.

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［3］彭好義，等.低氧燃燒及其實現(xiàn)途徑分析[J].冶金能源，2002，2.

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