改善工業窯爐溫度均勻性的設計方法

單 嶺

（安徽東升機電有限責任公司，安徽 合肥230000）

0 前言

工業窯爐均勻性是該類設備的一項關鍵的評價指標，其優劣直接影響設備的適用范圍以及所燒結產品的品質。當前，改善均勻性方面，主要采用如下方法進行改善：

（1）更改加熱器功率分布。該方法主要基于標準爐膛下的設計經驗，一旦結構變化將會很難適應。

（2）按爐膛截面劃分多個子區域，由多個控制器單獨控制。由于相鄰溫場耦合相互干擾，很容易造成控溫不穩定。

因此本文提出了一種改善方法，可實現在線調整爐膛截面功率分布，達到改善均勻性的目的，且控制精度高穩定性好。

1 加熱方式

爐膛截面示意圖如圖1。

將溫區加熱器按爐膛截面從左到右細分為多個子區域（本文以上、下加熱器各三個區域為例），每個區域通過固態繼電器單獨驅動，固態控制端由相互獨立的PLC輸出信號分別給定。控制線路示意如圖2。

圖1 爐膛截面示意

圖2 控制線路示意

2 控制軟件設計

控制軟件主要為溫度控制器溫控算法、以及控制信號輸出處理。下圖為控制部分功能框圖（圖3）：

圖3 控制軟件框圖

上位工控計算機通過OPC通訊寫入控制器溫度設定值，控制器采集當前溫度，進行PID計算得出輸出功率百分比OUT，輸出率經過分配環節，將輸出率OUT乘以比例系數K1-K6后分配給PWM生成器，PWM生成器根據輸入百分比生成PWM信號，由輸出接口送至相應的固態繼電器控制加熱。其中K1-K6可通過上位軟件進行修改，因此達到了通過修改K系數改變爐膛加熱功率分布，進而達到改善均勻性的目的。

3 工程應用

該方法已經應用于多臺燒結爐，效果顯著。以帶寬1m網帶燒結爐為例，介紹該方法的應用。

該網帶爐供有6個溫區，每溫區加熱器細分為6各子區域。圖4、圖5、圖6為不同K系數（見表1、表2、表3所列K值）情況下，爐膛截面左、中、右三點溫度曲線。

圖4 K系數為表1時爐膛曲線(恒溫區最大溫差12℃)

圖5 K系數為表2時爐膛曲線(恒溫區最大溫差8℃)

圖6 K系數為表3時爐膛曲線(恒溫區最大溫差3℃)

表1

表2

表3

實際結果來看，在K均為100時，即加熱器功率均勻分布，爐膛恒溫區最大溫差12℃，通過逐步調整K系數，最終恒溫區最大溫差減小至3℃。

4 結論

從實際應用來看，本文介紹的方法能夠有效改善溫度均勻性，且操作簡單，精度高。但依然存在不足和有待改進的空間。K系數調整需要了解操作人員比較了解爐膛溫場特性，且需要多次曲線測試進行修正。今后考慮增加智能算法調節K系數值，將人的經驗直接賦予控制器實現爐膛均勻性的自動調節。