步進式熱處理爐燃燒控制系統設計叢

林永 等

摘 要：本文通過對幾種燃燒控制方式的分析比較，設計一種較為理想的步進式熱處理爐燃燒控制系統，并對燃燒過程中的爐膛氧含量、爐壓的控制進行進行分析、設計。使爐膛的燃燒控制能夠滿足不同規格鋼管的熱處理要求。

關鍵詞：比例控制；串級控制；雙交叉限幅控制；燃燒效率

1 燃燒控制的任務

燃燒過程的任務和被控變量、操縱變量見表1-1。

表1-1 熱處理爐燃燒過程的任務、被控變量和操縱變量

熱處理爐在生產不同規格的鋼管時，爐內的熱負荷也隨之發生變化，尤其是生產大規格、高壁厚的管時，管料吸收大量的熱，溫降很快，為此燃燒控制系統必須能快速做出反應，及時調整溫度，使溫度的變化控制在±10℃以內。在溫度調整過程中，天然氣和空氣流量必須控制在合理的比值，確保天然氣能夠完全燃燒，并且有比較高的燃燒效率。為確保鋼管質量，爐膛的壓力也必須控制在合理范圍，我們通過控制煙道閘板的開度來控制抽風量，以確保爐壓的恒定。

2 燃燒過程的控制

2.1 燃燒過程基本控制

①基本控制方案一【見圖2-1（a）】由兩個控制系統組成：一個串級控制系統，爐膛溫度作為主被控量、天然氣流量作為副被控量；一個比例控制系統：天然氣流量作為主動量、空氣流量作為從動量。該方案使天然氣量和空氣量保持一定的比值恒定，當熱負荷增大時，天然氣量消耗也增大，助燃空氣會按照恒定的比值增大。但這種方式，助燃空氣量的增加明顯落后，不能確保天然氣的完全燃燒。

②基本控制方案二【見圖2-1（b）】它是由兩個串級控制系統組成。一個是爐膛溫度作為主被控量、天然氣量作為副被控量；另一個是爐膛溫度作為主被控變量，助燃空氣作為副被控量。該方案通過同時調節天然氣電動調節閥和助燃空氣電動調節閥來控制天然氣量和空氣量，并且使其維持在一定比值，以滿足熱處理負荷的變化，保持爐溫的基本穩定。

③邏輯提量和邏輯減量控制系統（見圖2-2）當生產大管徑、厚壁管時爐膛熱負荷增大，該方案在執行時是先增大空氣流量，然后增大天然氣量；當生產小管徑、薄壁管時，熱負荷減小，系統在執行時是先減小天然氣量，然后減小空氣量。這種方式的優點是確保天然氣能夠完全燃燒，同時確保爐膛溫度的相對穩定。

2.2 雙交叉限幅燃燒控制

在這種燃燒控制方式中，我們將熱電偶檢測到的爐膛溫度作為主被控變量，差壓變送器檢測到的天然氣流量和助燃空氣流量同時作為副被控變量。兩個副被控變量之間能夠維持在相應比值。當熱處理爐內的鋼管規格不變、產量相對恒定時，天然氣流量和空氣流量基本保持在某一數值恒定。當管料更換規格時，熱負荷發生變化，天然氣量和空氣量也會動態的發生變化，并使天然氣和空氣流量盡可能的維持在最佳比值。

[圖2-3 雙交叉限幅控制系統]