加熱爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用與技術(shù)分析

韓明陽，孫高原，王 凱，李雪松

（河鋼邯鋼中板廠，河北 邯鄲 056000）

1 軋鋼廠加熱爐的控制現(xiàn)狀分析

1.1 軋鋼加熱爐的加熱原理

加熱爐是軋鋼廠生產(chǎn)中不可或缺的重要設(shè)備之一，其主要作用是將鋼坯加熱至適合軋制的溫度，隨著鋼坯本身溫度的逐步提升，其變形抗力會隨之降低，鋼的可塑性會大幅度增強(qiáng)。以T12 鋼為例，在室溫條件下，其變形抗力約為600 MPa，當(dāng)加熱至1200 ℃后，變形抗力會下降到30 MPa，僅為室溫的1/20，由此能夠使軋機(jī)的生產(chǎn)效率顯著提升，能耗也會隨之降低。

1.2 加熱爐的控制現(xiàn)狀

對于軋鋼加熱爐而言，爐膛內(nèi)的溫度主要是由燃燒系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過對空氣及煤氣流量的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制燃燒溫度的目的。加熱爐控制系統(tǒng)中的輸入和輸出量如表1 所示。

表1 加熱爐控制系統(tǒng)輸入/輸出量

加熱爐燃燒系統(tǒng)的特點(diǎn)體現(xiàn)在強(qiáng)耦合性和滯后性兩個(gè)方面，加之參數(shù)之間存在互相干擾的情況，并且燃燒系統(tǒng)還會受到外界因素的影響，從而導(dǎo)致加熱爐的燃燒效率并不理想。現(xiàn)階段，軋鋼廠加熱爐采用的控制系統(tǒng)，一般都是以人為手動(dòng)的方式對空煤配比系數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如果運(yùn)行工況出現(xiàn)變化，那么很難保證控制系統(tǒng)的響應(yīng)及時(shí)有效，偶爾會出現(xiàn)加熱爐尾冒黑煙的現(xiàn)象，不但影響了燃燒效率，而且還會增大能耗。為有效解決這一問題，軋鋼廠可對自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用。

2 加熱爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)

針對軋鋼廠加熱爐燃燒控制存在的不足，本文提出一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)，皆在為了提高加熱爐的燃燒效率，降低能耗。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成及控制方式

本次開發(fā)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要是針對鋼坯加熱爐。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成部分如下：PLC、遠(yuǎn)程I/O 站、操作員站、通信網(wǎng)絡(luò)等。在該控制系統(tǒng)中，PLC 是核心部分，可對相關(guān)的信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理，并且還能對鋼坯進(jìn)行定位控制。系統(tǒng)有兩種控制方式，一種是手動(dòng)，另一種是自動(dòng)，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，采用自動(dòng)控制方式，而系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可轉(zhuǎn)為手動(dòng)控制。

2.2 具體應(yīng)用

（1）在爐膛溫度控制中的應(yīng)用。鋼坯加熱爐分為上部供熱段和下部供熱段，利用熱電偶對各段的爐溫進(jìn)行檢測，以供熱段的平均溫度作為自動(dòng)控制對象，各段的爐溫變化主要是通過煤氣流量的改變來實(shí)現(xiàn)，采用串級解耦的方法，對加熱爐的燃燒控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從而使?fàn)t膛內(nèi)的低過剩空氣能達(dá)到充分燃燒的目的。除此之外，爐膛溫度控制系統(tǒng)還能對氧量信號實(shí)時(shí)接收，借助主從控制的方式，防止供熱段出現(xiàn)干擾。

（2）在排煙溫度控制中的應(yīng)用。對于鋼坯加熱爐而言，排煙溫度是較為重要的控制指標(biāo)之一，如果該溫度過高，容易引起設(shè)備損壞，若是該溫度過低，則會使能源浪費(fèi)，并且還會使?fàn)t壓增大。為對加熱爐的排煙溫度進(jìn)行自動(dòng)化控制，可在三通閥上加裝溫度檢測裝置，該裝置能夠?qū)斓墓ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行自動(dòng)檢測。同時(shí)，為防止溫度過高燒壞換熱器，可在煙道上加裝熱電偶，對排煙溫度進(jìn)行測量，當(dāng)溫度超出設(shè)定的限值后，會自動(dòng)發(fā)出報(bào)警提示。

（3）在殘氧量控制中的應(yīng)用。本系統(tǒng)中，對加熱爐殘氧量的控制主要是通過相關(guān)的儀器設(shè)備檢測氣氛含氧量，按照檢測所得的數(shù)據(jù)，利用改變通風(fēng)量的方式，調(diào)整混合氣體中空氣與燃料的質(zhì)量比例。可以采用在線測量的方式，其優(yōu)點(diǎn)是便于安裝、基本不存在滯后性，能夠避免空氣滲漏對測量結(jié)果準(zhǔn)確性造成的影響。

（4）在爐膛壓力控制中的應(yīng)用。當(dāng)加熱爐內(nèi)部的壓力升高后，可以通過遠(yuǎn)程控制的方式，對空氣流量和煤氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并打開煙道閘板，使煙氣排出量增大，這樣便可有效降低爐膛內(nèi)部的壓力，從而確保加熱爐穩(wěn)定運(yùn)行。各個(gè)燃燒段的溫度，則可利用排煙調(diào)節(jié)閥進(jìn)行自動(dòng)控制。同時(shí)，為在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，降低因爐膛內(nèi)部壓力偏離正軌引起的氣氛紊亂幾率，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以加入自學(xué)習(xí)功能模塊。

（5）在換向控制中的應(yīng)用。這是鋼坯加熱爐中較為重要的一個(gè)控制環(huán)節(jié)，主要的控制對象為三通換向閥。在加熱爐中，三通換向閥的作用是確保運(yùn)行穩(wěn)定，其具備定時(shí)換向、自動(dòng)保護(hù)和報(bào)警等功能。如果三通換向閥的運(yùn)行出現(xiàn)異常，則會對加熱爐的運(yùn)行安全造成影響，借助換向控制系統(tǒng)，可對三通換向閥進(jìn)行自動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)時(shí)，按照定溫度、定時(shí)間的原則，通過時(shí)序檢測，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。

（6）在聯(lián)鎖控制中的應(yīng)用。本文所提出的加熱爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，加入了安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，其主要作用是提高加熱爐的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，避免安全事故的發(fā)生。聯(lián)鎖控制分為三級，其中一級聯(lián)鎖的觸發(fā)條件是燃燒壓力或是爐膛內(nèi)的空氣壓力過低，此時(shí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)會自行啟動(dòng)聯(lián)鎖控制功能，將煤氣總管切斷；二級聯(lián)鎖的觸發(fā)條件是換向閥故障；三級聯(lián)鎖的觸發(fā)條件是爐膛溫度超高。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

在軋鋼加熱爐中，汽化冷卻是不可或缺的重要裝置，為對該裝置的運(yùn)行過程進(jìn)行有效地控制，可采取如下技術(shù)措施：（1） 水位檢測技術(shù)。對汽包的水位進(jìn)行檢測時(shí)，可以通過差壓或是電接點(diǎn)等方法，將測點(diǎn)布設(shè)在汽包兩側(cè)。（2）壓力控制技術(shù)。由汽包產(chǎn)生的蒸汽是經(jīng)由壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行排放，由此可以達(dá)到壓力控制的效果。然而，若是汽包本身的壓力超過限值，為確保汽包的安全性，控制系統(tǒng)則會開啟放散閥，對蒸汽進(jìn)行快速排放，從而降低汽包的壓力。（3）除氧器調(diào)節(jié)與控制技術(shù)。在對除氧器的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可以利用減壓閥進(jìn)行降壓，然后由調(diào)節(jié)閥為除氧器提供蒸汽，這部分壓力經(jīng)由變送器檢測后，會轉(zhuǎn)換為電信號傳給汽化冷卻控制系統(tǒng)。（4）濃度監(jiān)控技術(shù)。鋼坯加熱爐的操作者在工作時(shí)，可能會受到一氧化碳的影響，對此可在爐區(qū)兩側(cè)加裝一氧化碳濃度監(jiān)控報(bào)警器，當(dāng)現(xiàn)場的一氧化碳濃度超標(biāo)時(shí)，報(bào)警器會自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，提示操作人員。

3 結(jié) 語

綜上所述，加熱爐運(yùn)行穩(wěn)定與否直接關(guān)系到軋鋼廠的生產(chǎn)能效，因此，軋鋼廠可對自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行合理運(yùn)用，借助該系統(tǒng)對加熱爐的運(yùn)行過程進(jìn)行自動(dòng)化控制。同時(shí)，可以采取有效的技術(shù)措施，對加熱爐的汽化冷卻裝置進(jìn)行控制。這樣能夠確保加熱爐的運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠。