脈沖式燃燒控制技術在鍍鋅線連退爐上的應用

袁進超

1 前言

現階段國內引進的熱浸鍍鋅帶鋼生產線，主要生產建材用板,高檔家電用板和汽車板，對帶鋼產品的力學性能和表面質量都有很高的要求。在熱浸鍍鋅線上的連續退火爐的工作性能對冷軋帶鋼產品的質量至關重要。燒嘴脈沖式燃燒控制技術，由于提高了燒嘴的燃燒效率，降低了能耗，改善了加熱區域的溫度均勻性，減少了NOx的生成，等以上眾多優點，正在被越來越多的工業爐和熱處理設備所使用。

2 燒嘴脈沖式燃燒工作過程

連退爐每個加熱區燒嘴上配備的都是推拉型輻射管。輻射管在爐內交錯布置燒嘴為開關脈沖式工作方式，為了將區域溫度控制在溫度設定值，每個燒嘴在一個點火循環周期內被單獨點火。當一個燒嘴點燃后，燒嘴前的空氣和煤氣閥全部打開，且燒嘴在額定功率下燃燒,有良好的空燃比。每個區的燒嘴的點火時間都要受區域熱功率負荷的影響，燒嘴的點火次序由工藝技術人員給出計劃表，按照特定的方法固定下來。且燒嘴根據計算的時間一個個依次啟動，在燃燒時間結束后被停止。

圖1 五個燒嘴循環點火示例圖

Top為兩個燒嘴啟動命令之間的延遲時間。Ton為燒嘴燃燒工作時間。Toff為燒嘴燃燒完以后的關斷時間。Tc為全部燒嘴工作一遍的循環時間。

在一個循環期間內所有燒嘴基于能量的平均分配原則將需要的熱負荷轉換為燒嘴的開關順序和燃燒時間。在一個循環周期內，一個燒嘴點燃后按設定的工作時間開始燃燒，到達設定的時間燒嘴停止燃燒。這種燃燒現象相對于每個燒嘴，依次序執行，見圖1。

3 燒嘴的燃燒與關閉加熱計算公式

3.1 原理（見圖1）

對于每一個區需要的加熱負荷需求，換算成燒嘴燃燒的時間和數量。因此加熱負荷是點火時間和全部循環時間的比率。總的來說，循環時間是固定的，稱作基本循環時間Base cycle time（Tc bace）,Top時間是在兩個燒嘴啟動命令之間的延遲時間。在計算程序的反應時間和大范圍的精確控制之間，選擇一個好的基本循環時間Tc bace來平衡。燒嘴的最小工作時間Tonmin和最小關斷時間Toffmin分別作為燒嘴的最小燃燒和關閉時間。在高負荷需求下循環時間自動的增加，在保證最小關斷時間前提下，來實現一個精確的熱負荷控制。（見圖2）

在低負荷需求下循環時間自動的增加，在保證最小運行時間前提下，同樣實現一個精確的熱負荷控制。（見圖2）

圖2 負載特性對應循環燃燒時間示意圖

3.2 高低負荷限制值計算（見圖2）

在高負荷和低負荷限制值之間，循環時間固定到Tc Bace。

Tonmin=最小打開時間。Toffmin=最小關閉時間。

Tc base=基本循環時間。Brn rdy=本區域準備好的燒嘴數量。Brn tot=本區域燒嘴的全部數量。Tcmax=最大循環時間。

3.3 循環時間計算

基本上循環時間Tc固定為Tc base，但是在低負荷以下和高負荷以上，循環時間是燒嘴最小打開和關斷時間為限制進行增大。如果負載模式LOAD LTcmax那么Tc=Tcmax（負載模式為燒嘴全關閉）。如果負載模式LOAD final>LOAD H那么負載模式是高載荷：但是如果Tc>Tc max那么Tc=Tcmax（負載模式為燒嘴全打開）。

3.4 點火時間計算

以循環時間計算為依據，所有的燒嘴燃燒時間和需要的負荷對應。標定一下計算，將燒嘴燃燒時間是定在（0～100）時間范圍。

3.5 每個燒嘴的開關時間Top計算

總的來說，每個燒嘴在它的打開時間上必須被點著（0～100的時間范圍內）一個區內的所有燒嘴根據本區的一個燒嘴參數表接受指令。除去沒準備好的燒嘴以外這區內的燒嘴必須重新進行排序，（從1到準備好燒嘴的數量）。每個準備好的燒嘴的開關時間計算，在（1～100）范圍內。Top on=（n-1）×Top。n=這個區可接受命令的正常燒嘴數量。這些Top on和Ton的值通過現場控制總線網絡傳遞給燒嘴控制器，來管理燒嘴點火。

4 結束語

現在脈沖式燃燒控制技術在各種工業爐燒嘴燃燒控制系統中也被大量采用。燒嘴脈沖燃燒技術應用前景廣闊，是對傳統燒嘴連續流量自動化控制方式的一種革新，正廣泛應用于陶瓷生產、冶金軋鋼、石油化工等多個行業，對提高產品質量、降低燃耗、減少污染發揮了重大作用。

[1]趙建新.脈沖式熱處理爐設計及熱工特性研究.東北大學，2008，3.

[2]王魯.數字化脈沖燃燒技術在冷軋帶鋼退火爐上的應用.冶金自動化，2009，31（S2）：28～32.