軋鋼加熱爐優化燃燒系統開發與應用

周本勝 劉向陽 唐榮彬 吳劍雯 周文華

（丹東屹欣科技有限公司，遼寧 丹東 118000）

0 引言

（1）加熱爐優化燃燒系統開發背景

鋼鐵工業是國家最重要的材料和基礎工業，擔負著國民經濟高速發展和國防安全所需鋼鐵材料的生產重任。隨著經濟的持續快速發展，國家倡導低碳節能環保這與我國目前的能源短缺狀況存在巨大的矛盾，已經制約了我國現代化的進程，必須降低生產能耗。鋼鐵行業其能耗在各行業中首屈一指，占總能耗的20%，而加熱爐的能耗占鋼鐵能耗的25%。針對這種加熱能耗關系，在保證生產正常進行的前提下，盡可能地降低鋼坯的加熱能耗可以使軋鋼生產的總能耗得到最大程度的降低，因此如何提高加熱爐的加熱效率，優化加熱爐的爐溫控制和燃燒技術的更新對于冶金工業的節能降耗、降低生產成本、提高產品質量具有重要的現實意義。低能耗高效率的生產，已經成為目前冶金工業控制技術的重點和主要的研究方向。

（2）軋鋼加熱爐現狀

軋鋼加熱爐的爐壓變化頻繁、空燃比難以抓取，對人工操作技術要求較高。

軋鋼加熱爐燃燒燃料使用的是高爐煤氣,由于外網壓力經常波動。爐內煤氣燃燒的好壞將直接影響爐膛溫度、出鋼溫度、燃燒熱效率及氧化燒損率，因此燃燒控制環節亦是加熱爐控制中最關鍵的環節之一。

目前加熱爐控制過程中頻繁的出現過氧燃燒和缺氧燃燒，進而導致爐壓不穩，出現爐膛進出口躥火現象，空燃比難以維持在最佳狀態，不但浪費了煤氣，而且影響加熱爐的產量。

（3）加熱爐優化燃燒系統開發目的

丹東屹欣加熱爐優化燃燒系統目的在于提高加熱爐熱效率、提高產品質量、節約燃氣、減少殘氧排放量以實現低碳生產、延長加熱爐的使用壽命、減輕操作人員勞動強度等功能及指標。旨在對現有鋼廠的加熱爐燃燒系統進行控制技術優化并提升企業設備的技術功能和操作穩定等優點，已成為降低成本和增加經濟效益的深受歡迎的項目之一。該技術已成功運用在國內數家鋼鐵企業。

1 系統設計指導思想

加熱爐優化燃燒的目的，主要是在保證加熱爐各溫度達到工藝要求，并在工藝條件允許的前提下，進行降低燃氣的消耗和減少廢氣的排放。即在完成工藝指標的前提下進行節能降耗。

加熱爐生產必須要求計算機控制系統能夠很好地保證生產過程的連續性、準確性、和實時監控性，而且要求接收及發送數據有一定穩定性及準確性，所有設備的自動化程度要高。

加熱爐的優化燃燒方案，首先應著重系統的可靠性、安全性和實用性，其次考慮系統的先進性及節能性，并在以上基礎上提高系統的性價比。

1.1 可靠性

系統的安全性和可靠性（即穩定性）放在加熱爐優化燃燒系統設計的首位。在硬件設備方面，加熱爐優化燃燒系統與原控制系統中的加熱爐燒爐控制部分相互獨立，需要優化燒爐時切入優化燃燒系統實現智能燃燒，需要手動控制時可切換至本系統手動燒爐狀態，也可切出本系統通過原有加熱爐控制系統手動控制，完全不影響原系統正常操作。

1.2 實用性

系統以上、下位機相結合綜合分析并建立數學模型，以此作為人工操作或自動調節的有效依據，并充分利用上位機存儲信息量大以及下位機運行速度快等優點，為操作提供更準確、合理、有效的控制策略。

1.3 先進性

1.4 節能性

1.5 預期技術指標

1）可降低原氧化燒損率的2%以上；

2）爐膛溫度平穩控制，能抑制燒爐過程爐膛溫度的大幅波動；

3）克服煤氣壓力波動的時間≤25s；

4）同等條件下，節約煤氣約2%～5%。

2 工業試驗結果及經濟效益分析

2.1 項目應用及其效果分析

2.1.1 節約煤氣

系統對總管壓力的波動進行實時的監控，并能進行及時的調節，在最短的時間內平穩總管壓力，使之恢復到波動前壓力值；在燒爐過程中對煤氣熱值分析信號以及煙道殘氧量信號為基數，并對燒爐中的溫度及流量變化自動的對設定空燃比進行校驗，并輔助修正空燃比設定值；整個燒爐過程中實時對實際空燃比進行采樣，并調節控制實際空燃比無限趨近于期望值，盡最大可能使各段爐膛中的實際空燃比分別處于最佳配比狀態。

2.1.2 降低氧化燒損

系統能夠通過實時控制實際空燃比值來杜絕過氧燃燒這種狀況，且能保證爐溫在工藝條件范圍內波動，進而降低氧化燒損率。

2.1.3 爐膛穩定

系統通過對空燃比的實時控制，以及燃氣與助燃氣體總量的調節，控制調節閥以及排煙閥的相互協調來實現爐膛的穩定。

2.2 經濟效益分析

在維持原有生產規模、產值不變的情況下，即日產量不變的基礎上，采用智能控制燃燒系統比原有手動調控燒爐的生產方式，可達到每年節能效益約237.28萬元。

2.2.1 理論效益分析

如今，屹欣加熱爐優化燃燒系統已成功應用于國內多家鋼鐵企業的軋鋼加熱爐，并取得了較好的經濟效果，提高了產量的同時，節省了煤氣，減少了廢氣排放，真正實現了節能減排，低碳生產。

以三段式加熱爐為例。項目實施后，由于采用優化燃燒，可降低原氧化燒損率1%的2%以上，按照鋼材價格3500元/t，日產鋼材6000t、全年工作355天計算。加熱爐每小時煤氣使用量約為6萬m3，如果采用自動燒爐的方式生產，煤氣節約量約為2%～5%，取下限值2%，即小時節約量為1200m3。按日加熱爐爐燃燒時間23小時，按1m3煤氣0.09元計算。

降低氧化燒損率：該加熱爐每年節約鋼材的經濟效益為：

6000×1%×2%×3500×355＝149.10 萬元

節約煤氣：此項目投產后一年可以節省的煤氣量為2.0%，即1200Nm3/h。每年可節省煤氣的經濟效益：

1200×23×355×0.09＝88.18 萬元

即年總收益：237.28萬元。

節約煤氣應用于發電，4m3可發1kWh的電力產生的經濟效益尚未計算在內。

3 結束語

優化燃燒就是利用機械、電氣、計算機等組合的自動控制系統，保證加熱爐在燃燒的過程中達到空氣、煤氣配合比時刻處于最佳狀態，與手動燒爐相比，節約了能源，提高了生產效率，降低了廢氣排放，屹欣優化燃燒系統已成功應用于國內多家鋼鐵企業的軋鋼加熱爐，用戶數據表明，通常情況下，采用優化燃燒系統可降低原氧化燒損率的2%以上，節約煤氣2.0%-5.0%。

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