冶金工業加熱爐自動燃燒控制系統優化設計策略

戚鑫

山東省冶金設計院股份有限公司 山東濟南 250101

隨著當今社會對節能降耗的重視程度不斷提升，冶金工業內技術人員也加深了對綠色發展手段的研究力度。加熱爐設備作為其中產生的耗能最大的設備，顯然是最關鍵的環節，其運行穩定程度會對軋鋼生產質量產生直接影響。加熱爐本身的工況比較復雜，產生的運行慣性很大，且控制滯后。加熱爐本身的數學建模比較困難，在運行過程中必然會受到空氣，以及煤氣壓力等各種因素的影響。

1 冶金工業加熱爐自動燃燒控制系統

熱軋廠的加熱爐的主要工作就是對板坯進行加熱處理，保障其能夠滿足軋制工作需要的參數。當下行業內使用的加熱爐普遍是使用傳統串級交叉交限幅落實控制工作，后續還需要投入人力對相應的參數進行控制，最終與燃燒系統相互配合才能最終完成加熱爐溫度控制工作。

串級雙交叉限幅控制系統當中，僅能夠分析空氣以及煤氣流量參數，難以綜合分析其他因素產生的干擾，導致溫度控制工作的精準度低，系統在實際落實運行的過程中也很容易受到劇烈波動影響自動控制效果。其中最關鍵的就是混合煤氣熱值參數，在相同比例條件下的空氣和煤氣配比，若熱值波動比較大，則必然造成爐溫控制工作穩定程度不足的問題。這些因素當中最關鍵的就是混合煤氣熱值參數，在同等比例條件的空氣以及煤氣配合之下，若熱值過大，必然會產生爐溫控制失穩的情況，最終兩種煤氣產生明顯的熱值差。具體的高、焦爐煤氣工藝參數如表1所示。

表1 高、焦爐煤氣工藝參數

在一般情況下，加熱爐混合煤氣的熱值都能夠穩定在1900±70lczl/m3，壓力則是＞5kPa，這種狀態能夠保持穩定。經過分析可以得知，煤氣流量在穩定狀態下，混合煤氣配比差異過大就會產生比較大的熱值差，在這樣的條件下即便獲得的空煤配比系數相同，產生的熱量也會存在明顯差異。

2 冶金工業加熱爐自動燃燒控制系統優化設計

在進行冶金工業加熱爐自動燃燒控制系統優化設計的過程中[1]，工作人員需要注意與實際情況相互結合，同時對熱值儀進行有效的優化，最終達到優化自動燃燒控制系統的最終目的[2]。

2.1 熱值儀

這方面的工作需要技術人員從熱爐燃燒控制回路系統入手，對該環節工作進行技術改進[3]，同時在優化改進的過程中，需要注意傳統串級雙交叉限幅控制回路當中還要配合添加煤氣熱值的方式檢測[4]，這樣能夠基本加劇而不同因素導致的爐溫不穩定問題。如果工作人員選擇在熱值儀的輔助下，對混合煤氣熱值展開分析工作，則能夠將熱值信號作為參考依據，對相應的人工孔煤氣配比系數進行優化。這樣做的目的是獲得比較準確的動態發展系數參數，為后續的空氣以及煤氣流量檢驗奠定穩定基礎。但需要注意的是，這樣處理的效果智能維持在初期，設備運行超過一定年限之后，爐溫控制失穩的問題依舊會出現[5]。

在混合煤氣管道內，技術人員可選擇的工作方式比較豐富，常見的就是將取樣管道和煤氣連接起來，這樣只需要促使周邊氧氣燃燒，就能夠獲得十分準確的溫度參數。但眾所周知，熱值儀本身很容易受工藝參數限制，其管道直徑為5mm，設備運行過程中會產生粉塵等物質，這類物質會受高溫影響結塊，這就是導致數據信號失真的關鍵因素。

想要解決上述問題，技術人員可以在煤氣取樣管道上安裝凈化裝置，這樣的裝置能夠達到良好的純凈煤氣效果。但在實際使用過程中需要注意，這樣的操作方式很容易在檢測過程中引起過濾裝置堵塞的問題，因此想要達到較好的工作效果，依舊需要研究將加熱爐溫度控制失調情況解決的具體方式。

2.2 混合煤氣值計算

在相關工作落實的過程中，技術人員為獲得更加準確的空煤配比系數，需要尋找有效方式持續降低工作和計算誤差。若想要進行系數修正工作，可以檢測尾氣當中的氧氣，具體工作方式就是分析燃燒之后的尾氣成分，這一數據能夠直觀準確地反映出空煤配比系數。

眾所周知，燃燒廢氣中含有很高的氧含量，在燃燒負荷以及其自身成分的影響下，如果空煤配比系數過大，則殘留的氧含量更高，反之則比較低。在使用加熱爐設備運行工作時，需要注意的就是保障提供充足的空氣，這樣能夠達到減少熱量損失的效果，同時工作效率也能得到有效優化。總之，這一環節工作的整體落實原則就是通過方式，保障設備始終處于正常的最佳運行狀態當中。如：某技術人員選擇控制空氣燃燒的方式降低鋼坯氧化燒損效果，這也是保障最佳燃燒控制工作落實的關鍵。在燃燒處理之后，尾氣在加熱爐的尾部就能夠進入到煙囪，但溫度會比爐膛中的溫度參數更低。結合實際情況，該技術人員選擇使用過氧化皓慘樣檢測設備分析參數，最終得到了滿意的測量效果。

2.3 加熱段間撥控制

實際上間撥燃燒屬于間隔切斷側面墻燒嘴供熱燃燒工作落實過程中應用的技術手段，技術人員能夠對各燒嘴的煤氣間拔數值進行設定，這樣在煤氣流量低于間拔數值時，燒嘴就會自動關閉。需要注意的是，單一燒嘴在50%-100%的負荷條件下能夠獲得最充分的燃燒，技術人員也能更便捷地落實火焰控制工作。若煤氣流量處于下降的過程，單個燒嘴的負荷也＜50%，程序會選擇在臨近爐尾的位置自動燒嘴，且其余的控制負荷都會＞50%。

如果技術人員認為工作中應該使用字表程序輔助自動控制工作落實，則能夠促使設備在工作當中能夠始終處于高負荷的狀態，這也對爐寬方向調整和整體溫度控制都有良好效果，尤其是在溫度均勻控制的工作當中，效果最為明顯。需要注意的就是間拔技術本身的傳熱效率較高，因此在燃氣過程中能源消耗量也會相應降低。顯然能夠通過延長預熱時間的方式，提升煙氣利用率，保障工作效果和流程細節都與降低能耗的要求相符。

2.4 均熱端脈沖控制

從本質上分析，脈沖技術屬于簡短的燃燒控制工作落實方式，只需要使用控制溫度調節器的形式就能達到時序信號參數開關控制的目的。與常規的燃燒方式相比較來講，脈沖燃燒方式的工作原理不是使用調節煤氣之后的空氣管道閥位控制爐溫，而是會在燒嘴工作期間，利用燃燒占空比對爐溫進行設定，這樣做的優勢在于能夠在確定燒嘴數量之后，繼續根據設定好的時間順序依次點燃。

脈沖燃燒的優勢就在于，其能夠促使燒嘴在保持滿負荷的狀態下運行，這樣產生火焰長度最大，也能保障受熱溫度均勻程度。需要注意的是火焰出口速度相對比較高，在高速運行的狀態下，發射的熱氣流也能夠對加熱爐內部的氣溫產生攪拌效果。這樣一方面能夠產生強烈腐蝕，另一方面也能促使氣體之間的對流效果加強。技術人員可以根據特定的周期，對燒嘴開關進行合理設置，也可以充分與煙氣混合，最終的工作目的都是保障板坯均勻程度。

在加熱爐當中，均熱段是最關鍵的部位，能夠在將鋼坯加熱到額定溫度的同時保障受熱均勻性。通過相同組別的燒嘴同時動作進行擾動，就能促使整體爐溫均勻性提升，這樣一方面可以降低爐門開啟需要的時間以及產生的干擾情況。另一方面，脈沖燒嘴在設置了空煤延遲之后，繼續使用“后開先關”的方式處理就能夠有效緩解總管壓力波動帶來的失衡，還能結合實際情況對開關的時間差進行調整，最終就可以獲得比較合理的空燃比。

2.5 實例分析

某課題組分析了與冶金工業加熱爐自動燃燒控制系統優化相關的問題之后，對自身的加熱爐燃燒控制回路展開了相應的技術改進工作。即在傳統的串級雙交叉限幅控制回路當中，加入煤氣熱值檢測工作環節，同時將熱值信號加入到了空煤配比的計算過程當中。不僅如此，技術人員還將值的操作由手動改為了自動，這樣有效降低了混合煤氣熱值波動因素帶來的爐溫控制不穩定的情況。

針對冶金企業當中熱值儀故障率比較高的問題，技術人員在對加熱爐燃燒控制展開了充分的論證之后，該課題組就在加熱爐燃燒控制工作的落實過程中投入使用了新的熱值儀檢測設備，并通過高、焦混合煤氣熱值計算的方式代替原本檢測方式。用F1表示高爐煤氣流量，F2表示焦爐煤氣流量，則計算公式為：

最終計算出的高爐煤氣標準熱值為830lcal/m3，焦爐煤氣標準熱值則是4700kcal/m3。這樣做能夠將熱值儀故障產生的難題有效解決，但可以注意到，計算出的值是在高爐和焦爐煤氣流量準確的基礎上得知的，顯然實際檢測還存在誤差。因此該課題組技術人員就將其他會產生影響的綜合因素與公示內容結合考慮，最終保障修正后的空煤配比系數切實可行。

3 結語

綜上所述，在綠色發展以及可持續發展觀念的支持下，行業內技術人員只需要將多種現代化手段，和冶金工業加熱爐自動燃燒系統優化工作結合起來。就能夠通過新型的間拔以及脈沖等技術提升加熱爐燒鋼的性能參數，這對加熱爐本身的設備品質提升以及各方面性能加強有明顯效果。