簡述蓄熱式加熱爐控制方法

肖 薇 / 重慶鋼鐵集團電子有限責任公司

簡述蓄熱式加熱爐控制方法

肖 薇 / 重慶鋼鐵集團電子有限責任公司

隨著經濟的發展和社會生產、生活水平的提升，燃燒系統在很多方面都必須獲得較大的進步，不能總是停留在基礎的層面上。加熱爐是熱軋系統的重要組成部分，主要是用來加熱鋼坯或者提高熱送鋼坯溫度，由此來達到其需要的工藝溫度，最終將溫度控制、廢氣排放、有效節約能源等工藝進行有效的落實。所以，在燃氣加熱爐的運轉過程中，必須針對燃燒控制方法進行研究，既要在整體上予以良好的控制，又要在經濟性方面達到標準。

加熱爐；蓄熱式加熱爐；加熱爐控制；控制方法

1.概述

常規燃燒加熱爐耗能高，蓄熱式加熱爐采用蓄熱式預熱，將高溫煙（廢）氣熱量存儲到蓄熱體中加熱助燃空氣，具有降低燃料消耗，減少NOX及CO2的排放，減少環境污染等優點。為了響應國家節能環保要求，現大部分加熱爐均采用蓄熱式加熱爐。本文將簡單敘述某空氣單蓄熱式加熱爐的控制方法。

2.系統構成

該加熱爐分為不供熱的預熱段、加熱一段、加熱二段和均熱段。共有32個燒嘴，加熱一段8個燒嘴、加熱二段和均熱段各12個燒嘴，采用空氣單蓄熱技術，爐側上下供熱。空/煙氣換向采用快切閥，煤氣換向單獨采用氣動切斷閥，上下一對燒嘴共用，全爐共計使用32套空氣/煙氣快切閥和16套煤氣氣動快切閥。加熱爐每段上下均有熱電偶測量爐內溫度，煙氣溫度用安裝在快切閥后排煙管道和各段煙氣管道上的熱電阻測量；在每路段管上設有流量孔板和單獨的空氣、煤氣、煙氣流量調節閥；煤氣、空氣及壓縮空氣均有壓力檢測。主要由如下幾個系統構成：

1）空氣供給系統：助燃風機、空氣管道、各種空氣閥門等組成。助燃風機供給的冷空氣經冷風總管分成3路后分別進入空氣換向系統。經蓄熱式燒嘴完成熱交換后噴入爐內助燃。助燃風機出風口設置蝸桿蝶閥，在冷空氣總管上設有壓力檢測裝置，并設有低壓報警和 自動停風機控制系統。

2）煤氣系統：煤氣由爐前煤氣總管分成3段分別進入加熱爐頂段管，再由段管進入燒嘴前的支管。在煤氣總管上設有電動金屬硬密封蝶閥和電動盲板閥、煤氣快速切斷閥、氣動調節閥（調壓），在煤氣總管接口前還設置一套水封閥。

3）排煙系統：排煙系統分成獨立的二路，一路是蓄熱煙氣強制排煙系統，另一路是爐尾自然排煙系統，每段排煙管道上均設測溫點，每個蓄熱燒嘴的排煙管路上均設測溫點。

a.蓄熱煙氣強制排煙系統設置引風機2臺，一用一備，出風口采用電動插板閥。從空氣蓄熱室排出的煙氣（～150℃）經煙氣換向閥、各段支管及調節閥經引風機經匯總排入空氣側強制排煙煙囪。

b. 爐尾自然排煙系統由加熱爐裝料端下部的輔助排煙口、煙道和自然排煙煙囪構成，排出煙氣經煙道和煙囪排入大氣。在煙道內裝有1套無水冷煙道轉動閘板，用于調節爐膛壓力和控制排煙量，煙道閘板由電動執行機構驅動并與爐壓檢測裝置連鎖。

3.燃燒控制

加熱爐分均熱段、加熱二段、加熱一段3段爐溫自動控制，主要控制項目是：每段爐膛溫度控制；空、煤氣的比值控制；爐壓的控制；空氣的壓力控制；換向控制；排煙溫度控制；快切閥自動切斷連鎖控制等。

1）爐溫控制

自動控制模式下，根據各段的設定溫度，加熱爐采用PID比例調節各段溫度，來實現各段溫度的控制。

手動模式，均熱段手動輸出各調節閥的開度，加熱段手動強制各燒嘴的啟停。

2）空燃比設定

人工設定：在HMI上由操作員根據經驗直接輸入合適的空燃比值；

空氣過剩系數自適應：操作員只需給定理論空燃比，系統將根據負荷情況自動計算過剩系數，求出空燃比；

空燃比的自動修正：根據殘氧分析儀測量的煙氣含氧量，動態調節空燃比；

3）爐壓控制

為防止爐膛壓力過高火焰外冒，同時也避免爐膛壓力過低時冷風從爐體開口處吸入，必須嚴格控制加熱爐的爐膛壓力為一個定值。根據爐壓信號自動調節煙道閘板的開度及引風機頻率，使爐內壓力控制在微正壓狀態。

4）空氣總管壓力控制

根據爐內燃燒負荷的變化，通過調節助燃風機的進口調節閥門對爐子供風總管壓力進行自動控制。為了避免由于壓力變送器與助燃風機間距產生的空氣壓力變化，參考加熱爐全部助燃空氣流量來計算助燃空氣壓力控制器輸出的前饋修正系數。

5）換向控制

各段換向閥以組為單位換向，可以交叉燃燒換向，也可以單邊燃燒換向。正常工作時換向周期40～70秒左右，換向時間和間隔可調。換向閥控制采用雙重信號控制，一是以時間為控制參數，二是以煙氣溫度為控制參數。當煙氣溫度正常時，換向閥按照設定的時間周期換向；當某個換向閥后排煙管道的煙氣溫度過高（>180℃）,HMI報警，該換向閥控制的燒嘴只燃燒不排煙，相對的燒嘴只排煙不燃燒，直到煙氣溫度正常再參與換向。換向閥也可以手動強制換向控制，通過人工設置來調節各組燒嘴燃燒方式。

6）排煙溫度的控制

根據各排煙管的溫度，調節各段煙氣調節閥和引風機頻率，調節煙氣排煙溫度。

7）快切閥自動切斷連鎖控制

當煤氣、空氣或者壓縮空氣壓力低時，煤氣快切閥立即切斷，操作室內蜂鳴器報警。

4.使用效果

此套蓄熱式加熱爐控制系統可分段供熱,熱負荷調節方便,可以按照加熱工藝的需要,靈活調節各段爐溫。當鋼坯為冷裝料時，對加熱不同鋼種的鋼坯，特別是加熱一些要求限制入爐溫度的特殊鋼時，可靈活調節或關閉預熱段的燒嘴供熱能力來調節爐溫，從而控制爐尾排煙溫度，以滿足鋼坯加熱質量的要求。本加熱爐燃燒排出的煙氣中NOx含量低于50PPm，爐內各段橫向溫度均勻，既保證了爐內煤氣的完全燃燒,又達到了節能降耗和提高控制水平的目的, 本加熱爐安全可靠的運行取得了顯著的經濟效益和環保效益。

[1]王永強，等.《蓄熱式軋鋼加熱爐的發展及其優缺點》[J].河北理工大學學報（自然科學版）,第3期20081201.