臺車式加熱爐加熱復合制坯燃燒控制

孫成龍

摘 要：濟南鋼鐵4300線臺車式加熱爐主要用于濟南鋼鐵4300線復合鋼坯的軋制前加熱，在溫度控制和壓力控制等過程控制中采用先進的PLC實現高精度自動化并可靠地滿足生產要求。燃燒控制完成爐內空氣和煤氣介質的合理燃燒控制，保證爐膛各區段溫度滿足復合鋼坯加熱的要求，最終出爐鋼坯溫度滿足軋鋼工序的要求，完成設備安全運行所必須的聯鎖保護，并盡可能地保證燃燒的經濟合理性，即節能、環保、低燒損的目的。

關鍵詞：臺車式加熱爐 復合制坯 燃燒控制

中圖分類號：TG307 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（a）-0067-02

1 臺車式加熱爐管路系統

管路系統主要包括燃氣管路、空氣管路和氮氣管路。

1.1 燃氣管路

燃氣管路主要由手動蝶閥、自動調壓閥、氣動切斷閥、放散閥、壓力變送器、孔板流量計和各處煤氣管連接組成。手動蝶閥位于廠房與該爐的接點位置，該爐日常生產過程中保持閥處于打開狀態；自動調壓閥是氣動閥，用于在一定范圍內調節燃氣壓力；氣動切斷閥用于緊急情況下自動快速切斷燃氣源，閥動作與煤氣壓力、助燃風壓力及氮氣源壓力等聯鎖；放散閥用于燃氣自動放散，閥動作與氣動切斷閥動作及氮氣吹掃等聯鎖；壓力變送器用于實時采集燃氣壓力；孔板流量計用于記錄燃氣瞬時流量，配有積算儀可積算燃氣累計流量。

燃氣壓力自動調節：壓力變送器實時采集燃氣壓力并輸出給PLC系統，PLC系統通過燃氣壓力實際值與燃氣壓力設定值比較進行計算，輸出值用于控制自動調壓閥開度，從而實現了對燃氣壓力的閉環控制。

1.2 空氣管路

空氣管路分類：（1）按空氣功用分類：助燃空氣管路和摻冷空氣管路；（2）按空氣溫度分類：冷風管路和熱風管路。

助燃空氣管路主要由助燃風機、助燃風壓變送器、孔板流量計、空氣預熱器、熱風測溫熱偶（K型）、熱風放散閥和各處空氣管連接組成。助燃風機轉速變頻控制，調節鼓風量；助燃風壓變送器用于實時采集助燃風壓力；孔板流量計用于記錄助燃空氣瞬時流量；空氣預熱器用于冷空氣預熱以提高助燃效率（空氣預熱器安裝于該爐地下煙道）；熱風測溫熱偶實時測量熱風溫度；熱風放散閥用于自動放散熱風，閥動作與熱風溫度聯鎖。摻冷空氣管路主要由摻冷風機、摻冷閥門和空氣管組成。摻冷風機啟停和摻冷閥門開關動作與預熱器前煙氣溫度聯鎖，以保護預熱器。摻冷閥為雙位蝶閥。

空氣管路在預熱器前的部分為冷風管路，預熱器后的部分為熱風管路。助燃風壓自動調節：壓力變送器實時采集助燃風壓力并輸出給PLC系統，PLC系統通過助燃風壓力實際值與助燃風壓力設定值比較進行計算，輸出值用于變頻，從而實現了對助燃風壓力的閉環控制。熱風放散閥與熱風溫度聯鎖，當熱風溫度高時，熱風自動放散。摻冷風機啟停和摻冷閥門動作與預熱器前煙氣溫度聯鎖，當預熱器溫度較高時，摻冷風機自動啟動，摻冷閥調整半開狀態；當預熱器超溫時，摻冷風機已運行，摻冷閥調整全開狀態。該爐日常使用時，助燃風壓力設定值設置4.5～5.5 kPa；助燃風機變頻范圍0～50 HZ；助燃風壓低壓報警值2.5 kPa；氣動切斷閥聯鎖控制值2.5 kPa。

1.3 氮氣管路

氮氣管路主要分為儀表氣源用氮氣管路和吹掃用氮氣管路。儀表氣源用氮氣接點：0.5 MPa，該爐主要用于燃氣氣動切斷閥和自動調節閥氣源。氣源用氮氣壓力與燃氣氣動切斷閥聯鎖，聯鎖壓力不低于0.4 MPa。此外，用于各UV火檢器等冷卻氣源。吹掃用氮氣接點要求不高于20 kPa，有一個氮氣自動吹掃電磁閥，閥動作與燃氣氣動切斷閥動作及燃氣自動放散閥閥動作聯鎖。吹掃用氮氣管路與燃氣管路有多處活動接頭，實現對各段燃氣管路進行有效的氮氣吹掃。

2 燃燒系統

該爐共14套高速燒嘴，雙層兩側不對稱分布。各燒嘴均配套有一個燒嘴控制箱、一個點火變壓器、一支點火棒、兩個煤氣電磁切斷閥、一個空氣電動雙位調節閥、一個UV探頭和若干管路等。燒嘴控制箱主要用于本地點火操作。各按鈕操作在“手動”有效，可以進行點火、開閥、關閥等。該爐日常使用時，各燒嘴控制箱在“系統”狀態，點火等動作由計算機實現。自動控溫時，PLC對比曲線溫度與各區實際爐溫，進行PID運算，通過輸出值自動控制各燒嘴點火、小火、大火和停火等動作。各指示燈直觀地顯示相應的各部分工作狀態。

3 燒嘴控制箱

各燒嘴控制箱都有一個獨立的PLC系統，與主控PLC系統交換數字量信息。

燒嘴控制箱“手動”：多用于測試燒嘴配套各電氣件，各按鈕輸入有效。“點火”輸入用于測試點火變壓器及點火棒，持續高壓點火2 s后停止；“小風”輸入，風閥開到25%，再次“小風”輸入為復位信號，風閥關至5%；“大風”輸入，風閥開到65%，再次“大風”輸入為復位信號，風閥關至5%。風閥為三位置蝶閥，分別設置5%、25%和65%。“小燃氣”輸入，打開小燃氣電磁閥，持續10 s自動復位；“大燃氣”輸入，打開大燃氣電磁閥，持續10 s自動復位。各按鈕自帶燈表示各電氣件的工作狀態。此外，UV火檢可用明火測試。

燒嘴控制箱“本機”：進行點小火操作，依次自動進行開小風、點火和開小燃氣。調整合適的小火空燃比（微調風閥小風開度并調節小燃氣管路的手動閥），若火檢檢到有火則持續小火狀態并有“有火”指示，可以進行“本機大火”操作，依次自動進行開大風，開大燃氣。調整合適的大火空燃比（微調風閥大風開度并調節大燃氣管路的手動閥）。若火檢未檢到火則立即切斷大燃氣閥和小燃氣閥，風閥復位，并發出“熄火”報警。

該爐正常使用時，各燒嘴控制箱“系統”，對各燒嘴控制通過計算機實現。

4 排煙系統

該爐采用爐后集中排煙方式。煙道內裝有高溫煙閥執行器，用于自動控制爐壓。爐壓變送器用于實時采集爐壓。爐壓自動調節：爐壓變送器實時采集爐壓并輸出給PLC系統，PLC系統對比設定爐壓和實際爐壓進行運算，輸出信號給煙閥執行器并調節煙閥開度，從而對爐壓進行閉環控制。該爐正常使用時，建議爐壓控制在-10～10 Pa，爐壓設定值為0 Pa。爐壓超壓報警值設置為高于50 Pa，與低于-50 Pa。煙閥執行器調節范圍設置10%～100%（與水平線夾角10°～90°）。該爐煙道內（地下）裝有空氣預熱器，另配置兩支測溫熱偶（K型），實時測量預熱器前、后的煙氣溫度。該爐日常使用在高溫段時，要注意比較預熱器前、后的煙氣溫度，謹防預熱器燒壞。

5 電氣控制系統

電氣控制系統主要由計算機監控系統、配電柜、PLC控制柜、爐門爐車控制柜、助燃風機控制柜、摻冷風機控制柜、各燒嘴控制箱、各處傳感器和各處控制器等。計算機監控系統可以實現除爐門升降、爐車進出爐等以外的所有操作。本爐正常使用時，助燃風機和摻冷風機等處于“遠程”，各燒嘴控制處于“系統”，各處控制器處于“遠方”，即實現助燃風機的啟停，摻冷風機的啟停和各燒嘴的點火、小火、大火和停火等計算機操作。

6 結語

概述了濟鋼臺車式加熱爐燃燒控制的系統組成、控制思想，并簡述了燃燒控制系統的機理及主要控制方式。

參考文獻

[1] 趙元國.軋鋼生產機械設備操作與自動化控制技術實用手冊[M].中國科技文化出版社，2005.

[2] 孫豐昌，樂愷，姜澤毅，等.智能控制算法對加熱爐爐溫控制研究[J].熱能與動力工程，2009，24（3）：337-341.