淺談無段流量調節脈沖控制加熱爐調試要點

唐龍偉，趙建明

（重慶賽迪熱工環保工程技術有限公司，重慶401122）

脈沖燃燒控制加熱爐具有爐溫控制精度高、控制分區靈活、爐內溫度均勻性好、鋼坯氧化燒損少、NOx排放低等優點[1]，被廣泛應用于鋼鐵行業高端產品軋制生產線的鋼坯加熱。脈沖燃燒控制加熱爐一般有帶段流量調節和不帶段流量調節兩種，其中不帶段流量調節的脈沖控制系統，由于其自身特點的限制，前期調試對充分發揮脈沖控制系統優點顯得至關重要。

本文以某鋼廠不帶段流量調節脈沖燃燒控制加熱爐為例，對脈沖控制系統投運前的調試要點進行了梳理，供設計和生產使用參考。

1 加熱爐概況

本次調試對象為某廠不銹鋼生產線加熱爐。加熱爐設計額定生產能力為262 t/h，加熱爐砌體長度51.2 m，內寬12.7 m。從裝料端至出料端，加熱爐沿爐長分為熱回收段、預熱段、加熱段和均熱段，其中上均熱段采用爐頂平焰燒嘴，雙交叉限幅連續燃燒控制，其余各段采用側向燒嘴，脈沖燃燒控制。

加熱爐爐型結構簡圖參見圖1。

加熱爐各段采用脈沖控制的燒嘴數量見表1。

圖1 某廠不銹鋼生產線加熱爐結構簡圖

表1 各段采用脈沖控制的燒嘴數量

2 調試前準備工作

在調試工作開始前，應對加熱爐的燃燒系統做詳細的了解并對脈沖燒嘴進行編號，準備好計算資料、數據記錄表格等。

2.1 系統簡圖及脈沖燒嘴編號

本項目脈沖燃燒控制段采用大環管結構，空氣、煤氣系統簡圖見圖2、圖3。

圖2 空氣系統簡圖

圖3 煤氣系統簡圖

為方便后續敘述，本工程的燒嘴編號如下方式進行（從裝料端至出料端）：

軋機側上部燒嘴：NA01～NA08；

軋機側下部燒嘴：NB01～NB11；

非軋機側上部燒嘴：FA01～FA08；

非軋機側下部燒嘴：FB01～FB11。

2.2 計算資料

脈沖燒嘴的調平及空氣、煤氣配比都是通過調節燒嘴前手動閥的開度來實現，而流量只能通過測量燒嘴前孔板前后壓差△P來進行計算。因此，為提高調試效率，需要預先準備好各脈沖燒嘴在不同負荷下燒嘴前空氣、煤氣孔板的壓差?？装迩昂髩翰睢鱌可按式（1）計算：

式中：△P為燒嘴前孔板前后壓差，Pa；ρ為介質密度，kg/m3（標準）；Q為介質流量，m3/h（標準）；K為孔板結構系數；D為工況下孔板開孔直徑；E為介質可膨脹系數；A為介質流量系數。

3 調 試

調試工作主要為脈沖燒嘴空氣、煤氣調平和數據測試、分析，每個燒嘴的調試方法基本相同。為節約篇幅和便于敘述，本文選取加熱段的4 個脈沖燒嘴來進行闡述，4個燒嘴分別為加上軋機側NA07、加下軋機側NB07、加上非軋機側FA07、加下非軋機側FB07。

3.1 脈沖燒嘴調平

脈沖燒嘴的調平工作是指在額定空氣、煤氣總管壓力下，通過調整燒嘴前空氣、煤氣手動調節閥的開度，將燒嘴能力、空燃比調整到目標值。根據本項目的特點，需先將空氣總管壓力穩定在8.5 kPa、煤氣總管壓力穩定在7.5 kPa，所有脈沖燒嘴的負荷調整為最大負荷的90%，其中預熱段空氣過剩系數為1.1、加熱段為1.08、均熱段為1.05。具體調試步驟如下：

（1）計算燒嘴在目標負荷、目標空氣過剩系數下，燒嘴前空氣、煤氣流量測量孔板的壓差，以NA07、NB07、FA07、FB07為例，計算出的孔板壓差見表2。

表2 燒嘴前空氣、煤氣流量測量孔板壓差 Pa

（2）將空氣總管壓力調節閥和煤氣總管壓力調節閥的設定值分別設為8.5 kPa和7.5 kPa，同時將總管壓力穩定在上述設定值。

（3）逐個測量每個脈沖燒嘴前空氣、煤氣孔板前后壓差，通過調節燒嘴前手動閥門的開度，使空氣、煤氣孔板前后壓差穩定在表2中的計算值附近。

3.2 數據測試與分析

在加熱爐各脈沖燒嘴調平的基礎上，分別改變空氣、煤氣總管的壓力，測試各脈沖燒嘴的空燃比及空氣過剩系數變化范圍，為自動控制提供基礎數據。注意，在數據測試過程中，燒嘴前的空氣、煤氣手動閥門開度需保持不變。

1）數據測試

根據本項目特點，空氣總管的壓力分別設定為7.0、7.5、8.0、8.5、9.1 kPa，煤氣總管的壓力分別設定為7.0、7.5、8.0、8.5、9.0 kPa。通過測量燒嘴前空氣、煤氣孔板的壓差，再由公式（1）算出對應的空氣、煤氣流量。以NA07、NB07、FA07、FB07 為例，測量的數據參見表3～表6。

2）數據分析

數據分析的目的主要有兩點，一是對前期調平過程的檢驗，二是將測試的數據提供給自動化控制系統，作為控制的原始數據。數據分析的內容主要包括空燃比和空氣過剩系數。本項目燃料為天然氣，理論空燃比為10.042，第1 步測試的數據分析如表7～表10所示。

表3 燒嘴NA07、FA07的空氣流量

表4 燒嘴NB07、FB07的空氣流量

表5 燒嘴NA07、FA07的煤氣流量

表6 燒嘴NB07、FB07的煤氣流量

表7 燒嘴NA07、FA07的空燃比

表8 燒嘴NB07、FB07的空燃比

表9 燒嘴NA07、FA07的空氣過剩系數

表10 燒嘴NB07、FB07的空氣過剩系數

分析結果：

（1）從表7～表10 可以看出，當空氣、煤氣總管壓力波動一致時，燒嘴的空燃比、空氣過剩系數基本保持一致；

（2）從表7～表10 可以看出，當空氣、煤氣總管壓力在7.0～9.0 kPa波動時，對應的四個燒嘴的空燃比在9～11.8波動，對應的空氣過剩系數在0.9～1.18波動。

為分析全爐的數據，可將所有燒嘴的數據進行算術平均。為了便于敘述，此處仍以上述4 個燒嘴為例，其數據分析參見表11、表12。

表11 平均后的空燃比

分析結果：

（1）通過調整空氣、煤氣總管壓力，可調整全爐的空氣過剩系數。

（2）如表12所示，若煤氣總管壓力設定為7.5 kPa，空氣總管壓力在7～9 kPa波動時，空氣過剩系數在1.00～1.13波動，對應的殘氧值波動幅度在0%～2.4%。

表12 平均后的空氣過剩系數

（3）如表12所示，若空氣、煤氣總管壓力同時波動時，全爐的空氣過剩系數可在0.9～1.16調整。

4 結 論

從以上分析可以看出，脈沖燃燒控制加熱爐燃燒系統前期調試對發揮脈沖系統的優點至關重要，其調試工作量也是傳統加熱爐的數倍，所以調試前應做好充分的準備工作，測試數據應認真分析，給自動化控制提供正確的原始數據。