軋鋼加熱爐熱工自動(dòng)化控制與節(jié)能

陳路

摘要：目前，對(duì)于我國(guó)的冶金行業(yè)而言，加熱爐自動(dòng)化控制和節(jié)能仍然是熱工專業(yè)人員必須攻克的難題之一。加熱爐節(jié)能的方法多種多樣，在選擇加熱爐時(shí)，必須要選用結(jié)構(gòu)合理的加熱爐型，還要耐高溫、保溫性好的材料，并且采用使用先進(jìn)科學(xué)的技術(shù)和設(shè)備，這些都能提高加熱爐節(jié)能效率和熱工自動(dòng)化控制具有重要的意義。鑒于此，本文就軋鋼加熱爐熱工自動(dòng)化控制與節(jié)能展開探討，以期為相關(guān)工作起到參考作用。

關(guān)鍵詞：軋鋼加熱爐;自動(dòng)化控制;節(jié)能

1.加熱爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成

隨著自動(dòng)化控制水平的發(fā)展和提高，加熱爐的自動(dòng)化控制技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步。軋鋼加熱爐熱工自動(dòng)化控制的形式多種多樣，但無(wú)論是哪種形式的加熱爐，其核心都是由現(xiàn)場(chǎng)控制和操作站兩部分組成。為了保證加熱爐在各種環(huán)境和狀態(tài)下，一定要確保加熱爐內(nèi)的燃燒材料充分的燃燒，達(dá)到加熱爐理想狀態(tài)，因此，提高加熱爐的熱工自動(dòng)化控制水平尤為重要。溫度及磁燒控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、換熱器保護(hù)系統(tǒng)是加熱器熱工自動(dòng)化控制的重要組成部分[1]。

2.軋鋼廠加熱爐的控制現(xiàn)狀分析

2.1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(huì)隨之降低，鋼的可塑性會(huì)大幅度增強(qiáng)。以T12鋼為例，在室溫條件下，其變形抗力約為600MPa，當(dāng)加熱至1200℃后，變形抗力會(huì)下降到30MPa，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(huì)隨之降低。

2.2加熱爐的控制現(xiàn)狀

對(duì)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(guò)對(duì)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[2]。

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(huì)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(duì)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(huì)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(huì)增大能耗。為有效解決這一問(wèn)題，軋鋼廠可對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用。

3.加熱爐熱工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1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(duì)各段的爐溫進(jìn)行檢測(cè)，以供熱段的平均溫度作為自動(dòng)控制對(duì)象，各段的爐溫變化主要是通過(guò)煤氣流量的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用串級(jí)解耦的方法，對(duì)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(guò)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(duì)氧量信號(hào)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[3]。

3.2在排煙溫度控制中的應(yīng)用

對(duì)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(guò)高，容易引起設(shè)備損壞，若是該溫度過(guò)低，則會(huì)使能源浪費(fèi)，并且還會(huì)使?fàn)t壓增大。為對(duì)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(cè)裝置，該裝置能夠?qū)斓墓ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。同時(shí)，為防止溫度過(guò)高燒壞換熱器，可在煙道上加裝熱電偶，對(duì)排煙溫度進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)溫度超出設(shè)定的限值后，會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警提示。

3.3在殘氧量控制中的應(yīng)用

對(duì)加熱爐殘氧量的控制主要是通過(guò)相關(guān)的儀器設(shè)備檢測(cè)氣氛含氧量，按照檢測(cè)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(cè)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(duì)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性造成的影響。

3.4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(guò)遠(yuǎn)程控制的方式，對(duì)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[4]。

3.5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(duì)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(huì)對(duì)加熱爐的運(yùn)行安全造成影響，借助換向控制系統(tǒng)，可對(duì)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(guò)時(shí)序檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。

4.加熱爐熱工自動(dòng)化控制與節(jié)能

4.1壓力控制系統(tǒng)

（1）爐壓控制。爐膛的壓力控制是將其壓力控制在微正壓水平上，主要是為了使高溫爐氣充滿爐膛，防止外部的冷空氣吸入，影響爐子的正常工作。

（2）助燃空氣和煤氣壓力控制。助燃空氣和煤氣壓力要保持在設(shè)定值上。這是因?yàn)槊糠N燒嘴都是在一定的空氣和煤氣壓力范圍內(nèi)工作的，穩(wěn)定的空氣和煤氣壓力能保證燒嘴發(fā)揮最佳的工作性能。在煤氣壓力波動(dòng)特別大的地方，以及空氣和煤氣供應(yīng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，還應(yīng)有煤氣穩(wěn)壓裝置和自動(dòng)切斷煤氣供應(yīng)的功能，以保證爐子能安全生產(chǎn)[5]。

4.2換熱器的保護(hù)

煙氣的余熱回收是一項(xiàng)加熱爐節(jié)能的有力措施。但余熱回收裝置——換熱器。其價(jià)格昂貴，使用過(guò)程中，使用不當(dāng)容易損壞，因此，應(yīng)設(shè)置換熱器自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。換熱器的保護(hù)措施主要有下面三種：熱空氣放散、稀釋空氣控制、防止硫化物腐蝕。

（1）熱空氣放散。為避免爐子的助燃空氣溫度過(guò)高，換熱器由于溫度太高引起損壞，要求有一個(gè)空氣放散系統(tǒng)，在爐子空氣總管和換熱器空氣出口之間的某一個(gè)位置放散空氣。通常，空氣放散閥門是關(guān)閉的，當(dāng)助燃空氣預(yù)熱溫度上升到設(shè)定值時(shí)，放散閥門打開，這時(shí)流經(jīng)換熱器的空氣量增加了。這樣，使換熱器的壁溫下降，又不影響爐子的正常工作。

（2）稀釋空氣控制。為了不超過(guò)換熱器的安全設(shè)計(jì)極限，必要時(shí)控制煙氣進(jìn)入換熱器的溫度。用熱電偶檢測(cè)換熱器前列管管壁的溫度，當(dāng)溫度上升到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)向換熱器前的煙道內(nèi)引入冷稀釋空氣降低煙氣溫度，從而降低換熱器管壁溫度，達(dá)到保護(hù)換熱器的目的。

（3）防止硫化物腐蝕。當(dāng)使用含有硫成分的燃料時(shí)，煙氣中含有水蒸氣和硫的燃燒產(chǎn)物。這些硫化物的溫度達(dá)到露點(diǎn)時(shí)，會(huì)粘在換熱器的表面，腐蝕和堵塞換熱器，影響它的正常工作。為避免煙氣溫度過(guò)低，煙氣中的硫化物腐蝕換熱器，必須將換熱器的煙氣出口溫度控制在320℃以上，而爐子產(chǎn)量低時(shí)，煙氣往往會(huì)在這個(gè)溫度之下。這種控制是讓一定的助燃空氣通過(guò)換熱器的旁路管道，降低換熱器的熱交換，不致煙氣溫度太低。

結(jié)語(yǔ)

為了有效的節(jié)約能源，合理的控制加熱爐燃料的有效燃燒，必須加強(qiáng)加熱爐的熱工自動(dòng)化控制水平。熱工自動(dòng)化控制將計(jì)算機(jī)引入其中，能夠有效的提高控制的精確度，靈活操作，并實(shí)現(xiàn)加熱爐多向控制系統(tǒng)同時(shí)操作，保證加熱爐正常運(yùn)行工作。與此同時(shí)，要綜合考慮加熱爐內(nèi)的各種影響因素，對(duì)加熱爐實(shí)現(xiàn)全面的熱工自動(dòng)化控制，并且要對(duì)不同類型的加熱爐進(jìn)行不同的考慮，合理的設(shè)置熱工自動(dòng)化控制水平和技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]雷緯暉.軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制研究[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2020（01）：167-168.

[3]王稱.軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制分析[J].冶金管理，2019（23）：11+13.

[4]趙俁，馬光宇，劉常鵬，張?zhí)熨x.軋鋼加熱爐墊塊的選型應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].鞍鋼技術(shù)，2019（05）：7-10.

[5]蘇志偉.軋鋼廠加熱爐均熱段的均熱溫度調(diào)節(jié)[J].冶金管理，2019（17）：7+9.