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蓄热式加热炉的自动化控制特点及应用

2009/9/24    来源:e-works    特约撰稿人:岳临萍      
关键字:蓄热式加热炉  换向  炉温控制  压力控制  
本文论述了蓄热式加热炉的工作原理、特点及其自动控制系统的应用。

    一、引言

    蓄热式加热炉是用于轧钢厂的一种新型的加热炉,具有高效燃烧、回收利用烟气及低二氧化碳排放等优点。在工业企业中广泛应用,对节能减排工作起着重要的促进作用。

    二、蓄热式加热炉的工作原理及其特点

    蓄热式加热炉的高效蓄热式燃烧系统主要由蓄热式烧嘴和换向系统组成。它分为预热段、加热段和均热段三个主体。其原理是采用蓄热室预蓄热全,达到在最大程度上回收调温烟气的湿热,提高助燃空气温度的效果。

    新型蓄热式加热炉的蓄热室现在普遍采用陶瓷小球或蜂窝体作为蓄热体,其表面积大,极大的提高了传热系统,使蓄热室内的体积大大缩小。再加上新型可靠的自动控制技术及预热介质预热温度高,废气预热得到接近极限的回收。是一种新型的高效、节能的加热炉。

    参与控制的主要现场设备有:各段炉温测量热电偶;煤气预热器前后烟气温度测量热电偶;各段烟气及排烟机前烟气温度测量热电偶;各段煤气、空气及烟气流量测量孔板及差压变送器;各段煤气、空气及烟气流量调节阀;各段两侧烧嘴前煤气切断阀及空气/烟气三通换向阀;炉压测量微差压变送器及用于炉压调节的烟道闸板;用于风压调节的风机入口进风阀;煤气总管切断阀及压力调节阀;其它安全保护连锁设备等。

    三、换向原理

    换向装置是加热炉的重要部件,整个燃烧过程都是靠抽象向装置完成的。可以说它是整个加热炉的心脏。它的换向原理是:初始状态下,换向装置处于某一固定状态时,向炉子一侧的燃烧器输送煤气、空气,在炉内实现混合燃烧,同时从炉子另一侧的燃烧器排出烟气,经过一个周期(120s-180s)改变方向,实现周期换向。换向装置一般采用双气缸、二位四通换向阀,它内有四个通道,每次动作开启两具通道,同时关闭两个通道以实现供气和排水气的周期性换向。

    四、自动控制系统

    蓄热式加热炉控制系统一般有:

    ⑴换向控制系统;⑵炉温控制系统;⑶炉内压力控制系统;⑷安全保护控制系统;⑸烟空比控制;⑹HMI人机对话界面的功能。

    1、换向控制系统设备的选型

    换向控制是整个加热炉燃烧、控制系统的重中之重,是燃烧控制的关键控制系统。也就是说换向控制系统的正常运行决定着整个加热炉的正常燃烧和炉温的控制。所以在控制系统上采用计算机控制系统,由传感器采集各种变量PLC,再由PLC根据设定控制方式和目标值,分别驱动相应的换向装置和相应的执行机构,调节过程变量,实现对温度、压力、流量的调节控制。

    操作人员可通过键盘和鼠标经工控机HMI界面来设定炉子的各项热工参数,计算机根据设定的参数送上工控机处理,并在HMI上显示.同时随时可查看各种历史参数和打印各种生产报表。声光报警系统可即时对故障进行报警,并向操作者提示处理方法是目前较先进、实用的计算机控制系统。

    2、换向控制

    换向控制系统设有自动、手动控制两部分。在正常的运行过程中采用自动控制,检修和故障状态下才采用手动控制。
   
    自动控制:换向控制系统设有自动、手动转换开关,当系统处于自动控制时换向就会按照事先编好的自动控制程序和设定睥换向时间实现周期性自动换向,在这个换向过程中无需人员操作。
   
    手动控制:手动控制主要在检修和系统处于故障状态下使用.在控制程序中对换向阀、煤气快切阀都做有手动控制,都能在手动状态下使换向阀动作,能使快切阀开关。
   
    排烟温度控制:系统对排烟温度有一定的要求,一般不能高于180度,当高于180度时要强制换向。所以在换向控制系统对排烟温度控制有两种方法:一是少通过蓄热室内的烟气量,二是改变换向的周期时间来控制温度。

    3、炉温控制
  
    在加热炉操作过程中,保证燃烧的空燃比极为重要空燃比过高,使钢坯表面氧化,热量损失增加。空燃比过低,使燃料不能完全燃烧,使煤气外流,浪费了燃料并污染环境。为保证空燃比的合理性及供热区段温度的可控性。具体控制过程是:根据工艺要求把设定加热曲线输入计算机,过程检测就根据预置的曲线控制,若有偏差,则通过改变煤气的流量,同时按比例自动改变空气流量,从而控制三段的炉温,使三段炉温控制在要求范围之内。

    4、炉内压力控制
  
    为减少换向对炉内压力调节的干扰,采用远程控制煤气废气总管、空气废气总管调节阀门,保证了炉膛压力的稳定。具体控制过程是:在计算机上设定炉压控制值,计算机通过控制煤气废气、空气废气调节阀的开度来自动跳跃设定值,保证炉压处于设定值范围内。

    5、烟空比控制
   
    空燃比控制的目的是将各段空气/煤气流量比控制在设定空燃比范围内使烧嘴充分完全燃烧,烟空比控制的目的则是将各段烟气/空气流量比控制在设定烟空比范围内,使蓄热体工作在最佳状态、热利用率和节能效果达到最佳、保持炉温稳定。烟空比控制对于蓄热式燃烧控制效果非常关键,经反复调试和实际生产,认为烟空比在1.0~1.3 之间较为合适,具体根据供热段、加热时间及钢种不同有所区别。

    6、安全保护系统
  
    当煤气总管低于1.5kPa、空气总管压力低于2kPa及鼓风机、引风机断电时,控制系统会自动切断煤气总管快速切断阀。换向阀上装有上、下接近开关。接近开关发出的信号接批示灯和报警系统。当控制换向阀的电磁阀在一次通电10秒而接近开关不发出信号时,报警系统就会发出报警信号并延时关闭煤气总管快速切断阀。供电系统采用山特的UPS供电,以保证在动力电源失电的情况下,使系统的安全保护系统动作,达到安全运行的目的。

    7、HMI界面的功能
  
    (1) 流行的WINCC界面,方便的人机对话方式。操作人员可通过键盘和鼠标进行各种操作,设定各种工艺参数。若操作和控制出现问题,HMI将直接提示错误。

    (2) HMI的主要画面

    ① 工艺监控图:可以方便、直观的系统监视加热炉各段的炉温、炉压、风量、煤气及空气压力等热工参数,以及动态显示换向动作状态及调节阀的开关度。
    ② 历史温度曲线图:可以绘制出生产过程中各点温度历史曲线,可使操作从人员直观的了解温度趋势,以便做出及时的调整。
    ③ 报警图:对炉温、废气超温、炉压过高、煤气及空气总管压力过低等进行声光报警,同时提示故障点和建议处理方法。
    ④ 数据库 :此控制系统的工控机可以把各种需要保存的工艺参数定时存入数据库。各种历史数据、曲线可以通过查询菜单方便快捷的检索、查询。还可以打印用户不同要求的报表。

    五、结束语

    济钢3#步进梁式加热炉自2004年初投产以来,自动控制系统运行稳定,排烟温度控制在180℃以下,炉内钢坯受热均匀,加热能力达到120t/h 的设计产量。其采用的蓄热式燃烧控制对提高钢坯产量和质量、延长加热炉寿命、降低氧化烧损、节能降耗起到了十分重要的积极作用。

责任编辑:江琦
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