改善工業(yè)窯爐溫度均勻性的設(shè)計方法

單 嶺

（安徽東升機電有限責(zé)任公司，安徽 合肥230000）

0 前言

工業(yè)窯爐均勻性是該類設(shè)備的一項關(guān)鍵的評價指標(biāo)，其優(yōu)劣直接影響設(shè)備的適用范圍以及所燒結(jié)產(chǎn)品的品質(zhì)。當(dāng)前，改善均勻性方面，主要采用如下方法進(jìn)行改善：

（1）更改加熱器功率分布。該方法主要基于標(biāo)準(zhǔn)爐膛下的設(shè)計經(jīng)驗，一旦結(jié)構(gòu)變化將會很難適應(yīng)。

（2）按爐膛截面劃分多個子區(qū)域，由多個控制器單獨控制。由于相鄰溫場耦合相互干擾，很容易造成控溫不穩(wěn)定。

因此本文提出了一種改善方法，可實現(xiàn)在線調(diào)整爐膛截面功率分布，達(dá)到改善均勻性的目的，且控制精度高穩(wěn)定性好。

1 加熱方式

爐膛截面示意圖如圖1。

將溫區(qū)加熱器按爐膛截面從左到右細(xì)分為多個子區(qū)域（本文以上、下加熱器各三個區(qū)域為例），每個區(qū)域通過固態(tài)繼電器單獨驅(qū)動，固態(tài)控制端由相互獨立的PLC輸出信號分別給定。控制線路示意如圖2。

圖1 爐膛截面示意

圖2 控制線路示意

2 控制軟件設(shè)計

控制軟件主要為溫度控制器溫控算法、以及控制信號輸出處理。下圖為控制部分功能框圖（圖3）：

圖3 控制軟件框圖

上位工控計算機通過OPC通訊寫入控制器溫度設(shè)定值，控制器采集當(dāng)前溫度，進(jìn)行PID計算得出輸出功率百分比OUT，輸出率經(jīng)過分配環(huán)節(jié)，將輸出率OUT乘以比例系數(shù)K1-K6后分配給PWM生成器，PWM生成器根據(jù)輸入百分比生成PWM信號，由輸出接口送至相應(yīng)的固態(tài)繼電器控制加熱。其中K1-K6可通過上位軟件進(jìn)行修改，因此達(dá)到了通過修改K系數(shù)改變爐膛加熱功率分布，進(jìn)而達(dá)到改善均勻性的目的。

3 工程應(yīng)用

該方法已經(jīng)應(yīng)用于多臺燒結(jié)爐，效果顯著。以帶寬1m網(wǎng)帶燒結(jié)爐為例，介紹該方法的應(yīng)用。

該網(wǎng)帶爐供有6個溫區(qū)，每溫區(qū)加熱器細(xì)分為6各子區(qū)域。圖4、圖5、圖6為不同K系數(shù)（見表1、表2、表3所列K值）情況下，爐膛截面左、中、右三點溫度曲線。

圖4 K系數(shù)為表1時爐膛曲線(恒溫區(qū)最大溫差12℃)

圖5 K系數(shù)為表2時爐膛曲線(恒溫區(qū)最大溫差8℃)

圖6 K系數(shù)為表3時爐膛曲線(恒溫區(qū)最大溫差3℃)

表1

表2

表3

實際結(jié)果來看，在K均為100時，即加熱器功率均勻分布，爐膛恒溫區(qū)最大溫差12℃，通過逐步調(diào)整K系數(shù)，最終恒溫區(qū)最大溫差減小至3℃。

4 結(jié)論

從實際應(yīng)用來看，本文介紹的方法能夠有效改善溫度均勻性，且操作簡單，精度高。但依然存在不足和有待改進(jìn)的空間。K系數(shù)調(diào)整需要了解操作人員比較了解爐膛溫場特性，且需要多次曲線測試進(jìn)行修正。今后考慮增加智能算法調(diào)節(jié)K系數(shù)值，將人的經(jīng)驗直接賦予控制器實現(xiàn)爐膛均勻性的自動調(diào)節(jié)。