小型蓄熱式加熱爐分體換向技術(shù)的升級系統(tǒng)改造應(yīng)用

張峰

[摘要]介紹了新型蓄熱式燃燒技術(shù)及換向控制系統(tǒng)，自動換向技術(shù)是燒鋼控制的關(guān)鍵因素。通過對萊鋼特殊鋼廠小型成材車間蓄熱式加熱爐存在的問題及原因分析，對其進行換向技術(shù)升級改造，效果顯著，產(chǎn)品質(zhì)量得到提升。

[關(guān)鍵詞]蓄熱式加熱爐；燃燒技術(shù)；換向技術(shù)

[中圖分類號]TG155.1+2 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0177-01

1、前言

萊鋼特殊鋼廠小型成材車間加熱爐隨著優(yōu)鋼生產(chǎn)節(jié)奏的不斷加快，將原步進加熱爐改為蓄熱式步進加熱爐。蓄熱式燃燒技術(shù)是一項傳統(tǒng)技術(shù)，傳統(tǒng)的蓄熱室采用格子磚為蓄熱體，傳熱效率低，蓄熱室體積龐大，換向周期長，限制了它在其它工業(yè)爐上的應(yīng)用。蓄熱式步進加熱爐的最大特點是利用蓄熱體對空氣進行預(yù)熱，在加熱過程中兩個蓄熱體處于蓄熱與放熱不斷交替的狀態(tài)中，從而提高空氣預(yù)熱溫度，使排煙溫度控制在100～150℃。新型蓄熱室采用陶瓷小球或陶瓷蜂窩體作為蓄熱體，其比表面積高達200～1000m²/m³，比傳統(tǒng)的格子磚高幾十至幾百倍，因此，極大地提高傳熱效率，使蓄熱室的體積可以大為縮小。蓄熱式加熱爐工作的關(guān)鍵在于控制兩個蓄熱體在蓄熱與放熱狀態(tài)之間交換，如果兩個蓄熱體不能及時進行交換，就會使處于蓄熱狀態(tài)的蓄熱體溫度過高而失去從煙氣中吸收熱量的作用，同時，處于放熱狀態(tài)的蓄熱體溫度過低而失去對空氣進行預(yù)熱的作用。由于換向裝置和控制技術(shù)的提高，使得換向周期大為縮短，傳統(tǒng)蓄熱室的換向周期一般為30分鐘至數(shù)小時，而新型蓄熱室的換向周期僅為0.5～3分鐘。新型蓄熱室傳熱效率高和換向周期短，帶來的效果是排煙溫度低（200℃以下），被預(yù)熱節(jié)制的預(yù)熱溫度高（約為爐溫的80～90%），因此，廢氣余熱得到接近極限的回收，蓄熱室的溫度效率可達85%以上，熱回收效率達80%以上。因此，蓄熱式加熱爐燒鋼控制的關(guān)鍵技術(shù)在于自動換向系統(tǒng)。

2、新型蓄熱式燃燒技術(shù)原理

蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)原理如圖1所示。

新型蓄熱式燃燒呈對布置（A、B狀態(tài)），從鼓風機出來的常溫空氣由換向閥切換進蓄熱式燃燒器A后，再經(jīng)過蓄熱式燃燒器A（陶瓷小球或蜂窩體）時被加熱，在極短時間內(nèi)常溫空氣被加熱到接近爐膛溫度（一般為爐膛溫度的80～90%），被加熱的高溫熱空氣進入爐膛后，卷吸周圍爐內(nèi)的煙氣形成一股含氧量大大低于21%的稀薄貧氧高溫氣流，同時往稀薄高溫空氣附近注入燃料，燃料在貧氧狀態(tài)下實現(xiàn)燃燒；與此同時，爐膛內(nèi)燃燒后的熱煙氣經(jīng)過另一個蓄熱式燃燒器B排入大氣，爐膛內(nèi)高溫熱煙氣通過蓄熱式燃燒器B時將熱量儲存在蓄熱式燃燒器B內(nèi)的蓄熱體，然后以低于150℃的低溫煙氣經(jīng)過換向閥排出。當B側(cè)的蓄熱體儲存一定熱量后，通過程序控制換向閥自動換向，常溫助燃空氣變?yōu)橛葿N通道經(jīng)蓄熱體進入，熱煙氣從A側(cè)通道排出，如此循環(huán)，使得兩個蓄熱式燃燒器處于蓄熱與放熱狀態(tài)交替工作，兩個蓄熱體自動進行蓄熱與放熱狀態(tài)的切換，從而達到節(jié)能和降低NOX排放量等目的。常用換向周期30-180s。

3、存在的問題及原因分析

3，1存在問題

萊鋼特殊鋼廠小型成材車間蓄熱式步進加熱爐換向控制系統(tǒng)的換向控制是基于時間的控制。但該控制系統(tǒng)在運行過程中存在以下問題：（1）因閥位狀態(tài)判斷失誤容易引起系統(tǒng)誤動作。（2）閥體與閥桿脫落引起系統(tǒng)不換向。

3.2 故障原因

（1）由于系統(tǒng)要求快速通斷閥的響應(yīng)必須迅速，在零點幾秒之內(nèi)完成開/關(guān)動作，即認為閥已開到位或關(guān)到位，否則就認為閥開不到位或關(guān)不到位。快速通斷閥在使用一段時間后，響應(yīng)速度變慢，經(jīng)常發(fā)出虛假的開不到位或關(guān)不到位信號，而引起系統(tǒng)誤動作。

（2）目前的解決辦法只能是定期檢查更換快速通斷閥和換向閥，但很難保證所有閥都能處于良好的運行狀態(tài)，而且也增加了工人的勞動強度和設(shè)備維修費用。

4、改進方案

在燃燒狀態(tài)下，來自鼓風機的常溫助燃空氣首先由換向閥進入左側(cè)通道，通過蓄熱體時被加熱，在極短時間內(nèi)達到接近爐膛溫度（一般為爐膛溫度的80%～90%），煤氣由通斷閥向稀薄高溫空氣附近注入燃料，燃料在貧氧狀態(tài)下實現(xiàn)燃燒；與此同時，爐膛內(nèi)燃燒后的熱煙氣通過另一側(cè)蓄熱體時將熱量儲存在蓄熱體內(nèi)，然后以低于150℃的低溫煙氣經(jīng)過換向閥由引風機引出。通過規(guī)定的時間后換向閥自動換向，常溫助燃空氣變?yōu)橛捎覀?cè)通道經(jīng)蓄熱體進入，熱煙氣從左側(cè)通道排出，兩個蓄熱體自動進行蓄熱與放熱狀態(tài)的切換，從而達到節(jié)能和環(huán)保的目的。另外，由于該控制系統(tǒng)是基于時間的控制，換向周期是人為設(shè)定的，因此，其控制效果受人為因素影響較大，排煙溫度和空氣預(yù)熱溫度只能控制在一定范圍內(nèi)。若能綜合蓄熱體溫度、排煙溫度、燃燒狀況等因素，采用基于溫度的人工智能控制方法，由蓄熱體和煙氣溫度決定換向，控制效果可能會更好。

5、本項目的技術(shù)特色

5.1 該換向系統(tǒng)控制功能

（1）空氣、煙氣換向閥順序控制，換向周期、順序間隔周期設(shè)定。（2）煤氣通斷閥順序換向，換向周期、順序間隔周期設(shè)定時間與空氣/煙氣換向閥相對應(yīng)。

（3）排煙溫度實時檢測、顯示，參與燒嘴換向控制。

（4）排煙溫度超溫報警、強制換向，報警溫度人工設(shè)定。

5.2 系統(tǒng)設(shè)有安全保護功能

換向連鎖條件是：開始時先通空氣，后開煤氣；換向時先關(guān)煤氣，后排煙氣。系統(tǒng)運行過程中，如果出現(xiàn)煤氣通斷閥開不到位或空氣換向閥開不到位時，系統(tǒng)自動關(guān)斷煤氣通斷閥，同時，蜂鳴器報警，上位機畫面上各加熱段狀態(tài)圖中顯示相應(yīng)閥位“開不到位”或“關(guān)不到位”，操作人員通過故障指示及時找到故障閥，并采取相應(yīng)的處理措施，可避免在換向過程中因閥位不到位引起的各類安全問題。新系統(tǒng)實現(xiàn)了故障率大為減少，查找、排除故障時間縮短，降低維修人員的勞動強度。

5.3 完善的人機操作模式：

通過以太通訊接口實現(xiàn)主站S7-400 PLC和上位機之間的數(shù)據(jù)通訊，采用WinCC組態(tài)軟件開發(fā)建立了換向主畫面、燒嘴溫度監(jiān)控、閥位控制與報警等畫面；界面友好，簡潔直觀，便于操作。

6、應(yīng)用效果

總之，該蓄熱式加熱爐換向系統(tǒng)自改造完成投入使用以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，具有安全性和可靠性。排煙溫度控制在150℃以下，爐內(nèi)鋼坯受熱均勻?qū)μ岣邇?yōu)鋼產(chǎn)量和質(zhì)量、延長加熱爐壽命、降低氧化燒損起到了積極作用。為穩(wěn)定生產(chǎn)提升品質(zhì)打下了堅實的基礎(chǔ)，并產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益。并且也創(chuàng)造了可觀的社會效益，具有很好的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻

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