間拔燃燒工藝在蓄熱式加熱爐中的實(shí)現(xiàn)

徐 青

(馬鋼自動(dòng)化工程公司，安徽馬鞍山 243000)

1 引言

原馬鋼中板廠3#加熱爐為內(nèi)置通道蓄熱式，耗能較大，控制方式粗放，改為蓄熱燒嘴式后，采用嵌入式左右平列布置燒嘴，對(duì)側(cè)換向，分段換向技術(shù)。本座加熱爐在爐長(zhǎng)方向分四段供熱，即預(yù)熱段、加熱段、均熱上段、均熱下段；設(shè)四個(gè)爐溫自動(dòng)控制回路，其中預(yù)熱段、加熱段的上下供熱負(fù)荷可手動(dòng)調(diào)節(jié)。加熱爐采用了蓄熱式燃燒技術(shù)，爐內(nèi)氣氛流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布與傳統(tǒng)加熱爐相比差別很大，燒嘴布置于爐子兩側(cè)，成對(duì)工作，其中一個(gè)燒嘴工作時(shí)另一個(gè)燒嘴排煙蓄熱，煙氣橫向流動(dòng)，可滿足爐子寬度方向的溫度均勻性。利用多組燒嘴交替工作，顯著節(jié)省了燃?xì)庥昧浚娱L(zhǎng)爐體壽命，降低了生產(chǎn)成本。

2 控制特點(diǎn)簡(jiǎn)介

采用西門子PCS7 控制技術(shù)，由于通常PCS7 模式使用CFC 系統(tǒng)整體編譯，不能適應(yīng)加熱爐連續(xù)工作情況下的調(diào)試及在線維護(hù)，因此選用其Step7 工作方式，對(duì)OB 組織功能塊自行插入，自主配置CFC的工程設(shè)置，避開siemens 的默認(rèn)系統(tǒng)功能塊，實(shí)現(xiàn)了在CFC 系統(tǒng)中可直接修改功能并在線下載，避免了PCS7 模式修改CFC 中某功能接口就會(huì)產(chǎn)生要求下載重啟動(dòng)的缺點(diǎn)。在Step7 工作方式下，既保留了原有CFC 圖形化編程方便快捷的功能，又具有Step7 工作方式在線任意修改和調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，大大提高了編程工作效率，維護(hù)變得更加直觀，實(shí)現(xiàn)了在線維護(hù)調(diào)試功能。

3 控制功能

3.1 設(shè)備

四段燃燒控制：一加，二加，均上，均下。

全爐安裝36 個(gè)煤氣蓄熱燒嘴，36 個(gè)空氣蓄熱燒嘴。換向采用全快切方式，在一加二加上下燒嘴共用兩個(gè)快切閥換向。其中，每段分為3 組，每組包括空氣快切閥，煤氣快切閥，空煙氣快切閥，煤煙氣快切閥，全爐共安裝快切閥96 套。

3.2 換向控制

全爐換向采用快切換向。

換向控制具有定時(shí)(換向時(shí)間40～60 s)、定溫、強(qiáng)制三種方式。

正常情況下，換向動(dòng)作依據(jù)工藝設(shè)定的定時(shí)換向周期換向。當(dāng)定時(shí)換向過程中排煙溫度超溫（大于200 ℃設(shè)定）時(shí)強(qiáng)制換向。

啟動(dòng)初始狀態(tài)置快切閥為：

煤氣關(guān)，煤氣煙氣開；空氣開，空氣煙氣關(guān)。

換向啟動(dòng)后快切閥按照以下方式聯(lián)鎖：

空氣開到位煤氣才允許開；煤氣關(guān)到位空氣才允許關(guān)；煤氣煙氣關(guān)到位煤氣才允許開；

煤氣關(guān)到位煤氣煙氣才允許開；空氣煙氣關(guān)到位空氣才允許開；空氣關(guān)到位空氣煙氣才允許開。

遵循空氣煙氣關(guān)，空氣開 同時(shí) 煤氣煙氣關(guān)，煤氣開的換向順序。在執(zhí)行此順序步驟時(shí)，同組對(duì)側(cè)的換向閥按聯(lián)鎖要求執(zhí)行煤氣關(guān)，煤氣煙氣開 同時(shí)空氣關(guān)，空氣煙氣開的動(dòng)作。當(dāng)出現(xiàn)某組換向聯(lián)鎖信號(hào)故障時(shí)，10 s 后該組關(guān)閉，故障換向閥脫離自動(dòng)換向控制，并提示操作員單獨(dú)進(jìn)行遠(yuǎn)程手動(dòng)操作；也可以操作確認(rèn)后，按下強(qiáng)制按鈕，閥組按照強(qiáng)制條件工作，不檢測(cè)限位，但故障仍然保持直到確認(rèn)后復(fù)位。

換向可采用定時(shí)換向、定溫?fù)Q向，烘爐時(shí)以定溫?fù)Q向?yàn)橹?，正常生產(chǎn)時(shí)以定時(shí)換向?yàn)橹?。每個(gè)段分三組，每組控制自成系統(tǒng)，可按組依次換向，減輕爐內(nèi)工況的波動(dòng)及爐壓的波動(dòng)，換向控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定溫自動(dòng)換向，也可手動(dòng)換向，滿足各種操作需要，另外當(dāng)出蓄熱室的煙氣溫度過高且超過設(shè)定溫度時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并控制快切閥進(jìn)行強(qiáng)制換向，以保護(hù)快切閥和排煙機(jī)。

3.3 間拔燃燒控制

在實(shí)現(xiàn)了換向控制基礎(chǔ)上，全爐四個(gè)段可分別實(shí)現(xiàn)間拔燃燒；當(dāng)每個(gè)控制段的負(fù)荷等于或小于正常的一半時(shí)，為了保證每個(gè)燒嘴的正常燃燒和溫度的相當(dāng)均勻，各段根據(jù)情況由操作員確認(rèn)并投入間拔燃燒方式。間拔燃燒控制見圖1。

圖1 間拔周期和間拔結(jié)束時(shí)的燒嘴動(dòng)作關(guān)系圖

以均熱段為例，在檢測(cè)到均熱段流量小于或等于工藝設(shè)定最小正常工作數(shù)值，具備間拔燃燒的可能，操作員可選擇此段的間拔燃燒工作方式，當(dāng)軋機(jī)側(cè)第一組燒嘴結(jié)束燃燒換向?yàn)榕艧煚顟B(tài)的同時(shí)，非軋機(jī)側(cè)的第一組燒嘴換向進(jìn)入燃燒狀態(tài)；1 s 后軋機(jī)側(cè)第二組燒嘴結(jié)束燃燒進(jìn)入歇火狀態(tài)的同時(shí)，非軋機(jī)側(cè)的第二組燒嘴進(jìn)入歇火狀態(tài)，2 s 后軋機(jī)側(cè)第三組燒嘴結(jié)束燃燒換向?yàn)榕艧煚顟B(tài)的同時(shí)，非軋機(jī)側(cè)的第三組燒嘴進(jìn)入燃燒狀態(tài)；。第一個(gè)換向周期后，非軋機(jī)側(cè)第一組燒嘴換向?yàn)榕艧煏r(shí)，軋機(jī)側(cè)第一組燒嘴換向?yàn)槿紵? s 后非軋機(jī)側(cè)第二組燒嘴繼續(xù)歇火，軋機(jī)側(cè)第二組燒嘴繼續(xù)歇火；2 s 后非軋機(jī)側(cè)第三組燒嘴換向?yàn)榕艧煟垯C(jī)側(cè)第三組燒嘴換向?yàn)槿紵５诙€(gè)換向周期后，軋機(jī)側(cè)第一組燒嘴由燃燒換向?yàn)樾馉顟B(tài)，非軋機(jī)側(cè)第一組燒嘴由排煙進(jìn)入歇火狀態(tài)；1 s 后軋機(jī)側(cè)第二組燒嘴結(jié)束歇火狀態(tài)進(jìn)入排煙狀態(tài)，非軋機(jī)側(cè)的第二組燒嘴由歇火進(jìn)入燃燒狀態(tài)；2 s 后軋機(jī)側(cè)第三組燒嘴由燃燒進(jìn)入歇火狀態(tài)，非軋機(jī)側(cè)第三組燒嘴由排煙進(jìn)入歇火狀態(tài)。第三個(gè)換向周期后，軋機(jī)側(cè)第一組燒嘴保持歇火狀態(tài)，非軋機(jī)側(cè)第一組燒嘴保持歇火狀態(tài)；1 s 后軋機(jī)側(cè)第二組由排煙換向?yàn)槿紵擒垯C(jī)側(cè)第二組燒嘴由原來的燃燒狀態(tài)換向?yàn)榕艧煚顟B(tài)；2 s 后軋機(jī)側(cè)第三組燒嘴保持歇火狀態(tài)，非軋機(jī)側(cè)第三組燒嘴保持歇火狀態(tài)。以上各個(gè)燒嘴總共經(jīng)歷4 個(gè)換向周期，統(tǒng)稱為一個(gè)間拔周期。循環(huán)上述動(dòng)作持續(xù)下去。

注：1.歇火狀態(tài)為煤氣、空氣、煙氣全部關(guān)閉。

2.間拔燃燒始終是從非軋機(jī)側(cè)開始進(jìn)入。

3.投入間拔燃燒后，在操作員手動(dòng)按下結(jié)束操作命令后，至少要經(jīng)歷一個(gè)間拔周期才可結(jié)束。

3.4 間拔燃燒控制的CFC 實(shí)現(xiàn)

運(yùn)用PCS7 的CFC 編程技術(shù)，可以快速直觀地完成上述間拔燃燒功能，調(diào)用事先編輯好的FC 塊，將實(shí)時(shí)狀態(tài)和設(shè)置發(fā)送給已經(jīng)模塊化的形參，再將控制命令連接到外部變量上，同樣的FC 可以被四個(gè)段分別調(diào)用，在編譯時(shí)形成自己獨(dú)立的程序段（在CFC 設(shè)置里可定義其程序位置），相互之間的運(yùn)行不受干擾。

根據(jù)每段功能的相似性，利用FC 編制了通用功能塊，背景數(shù)據(jù)塊內(nèi)容采用間接尋址方式導(dǎo)入到這個(gè)FC 中的相應(yīng)的通用地址，語句如下：

L DINO 取PLC 中通用背景數(shù)據(jù)塊號(hào)；

T #DINO_user 保存在內(nèi)部整型變量中；

OPN DB [#DINO_user]打開對(duì)應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊，為后續(xù)的功能所調(diào)用；

按照間拔燃燒功能順序，使用順控的方式執(zhí)行燃?xì)忾y和煙氣閥的相對(duì)開關(guān)，同時(shí)增加對(duì)異常情況下退出處理、再啟動(dòng)處理等。閥的開關(guān)狀態(tài)和故障信息發(fā)送到程序出口，通過CFC 發(fā)送給畫面HMI。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)根據(jù)西門子PCS7 技術(shù)自主開發(fā)，又同時(shí)避免了許多PCS7 的缺點(diǎn)，在PLC 中實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)板坯的燃燒跟蹤功能，目前已順利投產(chǎn)，燒嘴式加熱爐也是國(guó)內(nèi)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，在自動(dòng)化控制上達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。