加熱爐設(shè)備控制方案研究

黃文振

長樂松下開發(fā)區(qū)福建鑫海冶金有限公司基建部，福建福州 350602

0 引言

加熱爐是工業(yè)生產(chǎn)部門最重要的設(shè)備工具之一，它具有高耗能的特點(diǎn)。對加熱爐進(jìn)行理想的設(shè)備控制，不僅可以促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)部門的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以節(jié)約能源，改善我國的生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與資源、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1 加熱爐設(shè)備控制流程

本文以我國冶金企業(yè)所使用的加熱爐為例，介紹加熱爐設(shè)備的控制流程。冶金企業(yè)在使用加熱爐時(shí)，加熱爐的爐口因?yàn)槭軣岫鴾囟茸兏?，爐口溫度的高低會影響和制約著其它工序的操作效果。比如，當(dāng)爐口溫度過高時(shí)，部分材料會在加熱爐內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這樣極有可能破壞加熱爐的爐管，影響加熱爐的正常使用，其它工序也會因此遭受牽連。所以，有必要嚴(yán)格控制加熱爐出口的溫度。同時(shí)，加熱爐還可以傳送熱量。在使用加熱爐時(shí)，通過金屬管壁，熱量可以直接地傳送到加熱爐里的能源介質(zhì)上，加熱爐在傳送熱量過程中，具有滯后性的特點(diǎn)。比如爐膛，因?yàn)槠錈崛萘勘容^大，滯后性故而也比較明顯。

2 加熱爐設(shè)備自動控制方案

加熱爐自動控制，主要是指實(shí)行對加熱爐出口溫度、燃燒過程以及聯(lián)鎖保護(hù)等的自動控制。目前，我國冶金企業(yè)采用的加熱爐大多都是比較大型的，這種大型的加熱爐不僅可以自動有效地控制出口溫度，提高加熱爐的燃燒效率，使加熱爐熱量損失相對較少，而且在加熱爐的使用過程中還增加了安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)，確保冶金企業(yè)的生產(chǎn)活動能夠安全的運(yùn)行。因此加熱爐設(shè)備控制方案應(yīng)注意出口溫度控制、燃燒過程控制以及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)等方面。

2.1 出口溫度控制

加熱爐的出口溫度受諸多因素的影響，由于加熱爐在加熱過程中的動態(tài)反映比較慢，所以冶金企業(yè)加熱爐的溫度控制大多都選擇串級控制方案與前饋控制方案。串級控制方案主要是依據(jù)加熱爐的不同干擾位置，構(gòu)建多參數(shù)、多元化的串級控制系統(tǒng)。在冶煉金屬過程中，若需要應(yīng)用氣體燃料時(shí)，則必須換掉串級控制中的副調(diào)節(jié)器，對此，冶金企業(yè)可以選擇浮動閥來代替，還可以在使用氣體燃料前，改變?nèi)剂蠚?的壓力波動，減少其對出口溫度的熱作用。由于串級控制方案和前饋控制方案在實(shí)踐操作過程中簡單易行，因此在冶金企業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。

2.2 燃燒過程控制

加熱爐在使用過程中，要盡可能地降低爐里剩余的空氣量，這樣，加熱爐才有可能進(jìn)行充分的燃燒。因此在加熱爐使用時(shí)，必須對加熱爐的燃燒過程進(jìn)行自動控制。加熱爐燃燒過程的自動控制，我們可以采取比較簡單的方法。比如，通過加熱爐里的含氧量信號，可以進(jìn)行比值系數(shù)的修正。加熱爐含氧量控制系統(tǒng)包括兩個(gè)方面，即檢測機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們是加熱爐含氧量控制系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。在加熱爐含氧量檢測機(jī)構(gòu)上，我國大多冶金企業(yè)都選擇氧化鋯測氧技術(shù)。在使用氧化鋯測氧技術(shù)檢測加熱爐煙道氣中的含氧量時(shí)，應(yīng)正確選擇測量點(diǎn)，注意參比氣體的流量，控制鋯管里的溫度。目前，我國冶金企業(yè)在加熱爐燃燒控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較落后，其性能不完善，影響和制約整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。對此，冶金企業(yè)可以采用注入阻尼滯后的辦法來提高燃燒控制的質(zhì)量，或者增加非線性環(huán)節(jié)來改善整體的品質(zhì)。

2.3 聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)

冶金企業(yè)在使用加熱爐時(shí)，經(jīng)常發(fā)生回火事故。當(dāng)能源介質(zhì)因?yàn)榱髁康陀跇?biāo)準(zhǔn)而致使燒嘴中斷、火焰熄滅時(shí)，就有可能發(fā)生回火事故。此外，加熱爐內(nèi)燃料的管道壓力低于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)也經(jīng)常引發(fā)回火事故，相反，當(dāng)燃料管道壓力高于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)又有可能出現(xiàn)脫火事故。

加熱爐聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)由多個(gè)部分組成，包括溫度調(diào)節(jié)器、壓力調(diào)節(jié)器、火焰檢測器、流量變送器以及低選器等等。若加熱爐內(nèi)的燃料管道壓力比規(guī)定的壓力大時(shí)，加熱爐無法進(jìn)行正常的壓力調(diào)節(jié)工作，壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)此時(shí)會選擇低選器來進(jìn)行相關(guān)的操作，這樣很容易引起加熱爐出口溫度的變動，影響加熱爐的整體質(zhì)量。因此，必須保證壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)科學(xué)、有效的運(yùn)行，避免燃料管道壓力過高，防止脫火事故的發(fā)生。只有管道壓力符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)才會使用低選器進(jìn)行正常的操作工作，金屬燃料出口溫度才得以恢復(fù)正常。金屬燃料在進(jìn)入加熱爐時(shí)的流量低于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，加熱爐聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)就會出現(xiàn)雙位信號，以便控制加熱爐的電磁閥，取消加熱爐里的燃料氣供給量，這樣可以避免回火事故的發(fā)生。

3 加熱爐設(shè)備自動控制的發(fā)展趨勢

當(dāng)前，我國的節(jié)能技術(shù)日益發(fā)展，在節(jié)約能源方面的貢獻(xiàn)也是越來越大。加熱爐就是在這樣的背景下，不斷完善其節(jié)能控制系統(tǒng)。加熱爐節(jié)能控制系統(tǒng)的完善主要根據(jù)燃燒過程的數(shù)學(xué)模型來尋找最優(yōu)秀的燃燒過程計(jì)算機(jī)控制方案。目前，我國大部分冶金企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)這一方案，比如，有些冶金企業(yè)在生產(chǎn)過程中依據(jù)燃燒過程數(shù)學(xué)模型來構(gòu)建微機(jī)控制系統(tǒng)，有些冶金企業(yè)充分運(yùn)用高科技完成約束控制，確保加熱爐安全、有效地進(jìn)行。越來越多的冶金企業(yè)開始追求燃燒模型的工作方案，將高科技引入到加熱爐的運(yùn)用中，加熱爐設(shè)備的控制方案也在不斷地完善。

4 結(jié)論

加熱爐是工業(yè)生產(chǎn)部門不可缺少的設(shè)備之一，它影響著我國工業(yè)部門節(jié)能工程的實(shí)施。因此，有必要研究最佳的加熱爐設(shè)備控制方案，實(shí)行加熱爐設(shè)備的最佳燃燒控制。加快我國工業(yè)部門節(jié)能工程的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與資源、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

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