加热炉燃烧控制系统设计与仿真 大学生毕业 设计 论文.doc
曹玉坤
[摘 要]随着经济的发展，拥有高附加值的品种越来越得到用户的青睐，对钢坯加热质量的要求也越来越高，并成为众多企业竞相生产的产品，从而也对加热过程提出了更高的要求。产品质量成为竞争制胜的主要因素，为提高产品市场竞争力，要求在优质高产的前提下，尽可能减少燃料消耗，并解决板坯氧化烧损大，板坯温度不均的问题，因此，对燃烧控制系统的研究与应用具有重大意义。
[关键词]加热炉 温度控制 空/燃比
中图分类号：TU327 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0148-01
1.宽带钢数字化加热炉控制生产线工艺概况
该步进梁式加热炉引进法国斯坦因公司的数字化控制技术。炉内划分为加热段与预热段。加热段划分为14个燃烧区域，每个区配置一对烧嘴，每个烧嘴配置一个煤气切断阀和一个空气切断阀，热需求的控制是通过对烧嘴燃烧时间的控制而不是对空气和煤气的流量来实现的。烧嘴燃烧是顺序控制的，对每一个烧嘴是单独控制的。预热段主要利用炉内烟气温度对钢坯进行预加热，不配备烧嘴。炉外设有管式换热器，可以利用管外高温烟气将管内冷风加热成600℃左右的热风，这样可以提高空气燃烧效率，降低热损失。由于炉内划分为多个燃烧区域，可以保证炉内加热均匀，避免过烧及粘钢现象的发生。烧嘴切断阀采用带时间间隔的顺序控制，和采用带前馈补偿的回路控制，可以避免炉压、煤气压力、助燃风压力的瞬时过大波动，保证炉况的稳定。采用煤气空气的比例调节技术来保证煤气燃烧充分和炉内氧含量在低范围内。钢铁工业是耗能大户，其中钢坯加热就占钢铁工业总能耗的25%。加熱炉是钢铁生产企业中的主要耗能设备，尽量提高燃料利用率，是节能降耗需解决的主要问题。因此，提高加热炉热效率、降低能耗，对整个钢铁工业节能具有重要意义，在国内外都得到了广泛的重视。对于顺序控制，主要是完成钢坯的自动装出钢，炉内钢坯的周期运动以及炉内钢坯的数据跟踪。
2.燃烧控制功能研究
根据加热炉生产控制要求和特点，主要完成炉内燃烧温度控制，炉压控制，煤气压力、助燃风压力控制，烟气温度控制，助燃风温度控制，冷却系统控制等。
1）自动温度控制
热需求的控制是通过对燃烧时间的控制而不是对空气和煤气的流量来实现的。燃烧是顺序控制，对每一个烧嘴是单独控制的。燃烧炉的温度是通过下列热电偶实现的：每对上部烧嘴的炉顶中部热电偶和每对下部烧嘴的炉顶底中部热电偶。当烧嘴是打开时，它是以100%的能力工作的。烧嘴点火是交错进行的，避免空气和煤气主管突然的高压变化。操作人员的设定点温度值送到温度控制器，温度控制器将此值和1级系统定义的区域热电偶测的温度相比较，并精确地调节瞬时的热需求量。
2）相邻区域的主从控制
为了避免相邻区域的干扰及加热的均匀性，系统对这个区域进行了串级控制。下部区域的控制是通过上部区域根据操作人员或优化计算机给出的主从比实现的。这个操作模式使得我们保持相邻区域一个恒定的流量比，且在某个区域温度故障情况下仍可以使用。操作主从控制选择可操作人员也可以由二级计算机来实现。
3）助燃风压力控制
变送器安装在热风炉总管上测热空气压力，然后输送给压力控制器，通过系统安装在换热器上游的电气-阀门定位器调节阀门以改变压力。为了避免压力变送器和阀门距离产生的压力变化，参考加热炉全部助燃风流量来计算热风压力控制器输出的前馈修正系数。
4）煤气压力控制
变送器安装在煤气总管上，通过输出测量压力给控制器，用来控制阀门的位置。为了避免变送器和控制阀距离煤气压力的变化，参考加热炉全部助燃风流量来计算煤气压力控制器输出的前馈修正系统。
5）空/燃比
空/燃比可以通过两种调节方法：
-全炉：
空燃比过剩系统由空/燃比压力控制来调节，并根据空气温度来修正。
-每区
空/燃比通过各区空气和煤气阀打开的时间来计算各区的空燃比。
用热值分析仪测煤气的热值
热值分析仪实际是一个小型燃烧炉，将经过预处理后的干净煤气引入，通过减压阀减压，进入陶瓷过滤器进行过滤，并经恒压调节，至燃烧室与机柜内的小型助燃风机经恒压调节后的空气混合燃烧。微机利用热电偶检测的燃烧装置温度场的废气温度，结合标定的系数和煤气、空气压差计算出热值及空燃比，将该信号输出至参与燃烧控制的计算机或其它显示仪。
热值分析仪测得的数据较准确，但是热值分析仪一次性投资费用大，煤气清洁麻烦，维修量大。但随着热值分析仪技术水平的提高和价格的降低，热值分析仪在国内外大型加热炉上将进一步广泛运用，成为空燃比的主流检测设备。
6）安全控制
除了由控制系统实现的安全等级外，重要的报警通过外部辅助继电器直接作用与安全装置。根据重要的报警情况，辅助继电器直接作用与煤气安全阀。所有的控制阀可以由控制系统自动关闭，也可以手动关闭。继电器和控制按钮安装在柜内。
7）测量烟气中氧气的含量
采用电化学法，利用氧化锆固体电解质做成的检测器通过氧化锆测量烟气中氧含量的办法，判断炉内煤气燃烧是否充分，它可以避免煤气热值和压力波动或管道漏气而影响配比控制。残氧检测数据被送到计算机用来参与闭环控制，反馈速度快。计算机算出空燃比实现串级并联燃烧自动控制。但目前存在的主要问题是氧化锆探头价格昂贵，且使用寿命短。宽带加热炉是用一个带有氧化锆探头检测烟气中氧气的含量，它将被安装的换热区。
3、系统功能
3.1 过程控制与逻辑控制
根据生产工艺要求，将加热炉燃烧所需的炉温、炉压、空气压力、煤气压力、氧化铁热烧损量等工艺参数控制在理想的范围内。提高了钢坯的加热质量。
自动装出钢及炉内钢坯数据跟踪功能的实现，提高了自动化水平，降低了工人的劳动强度。加快了生产节奏。
3.2 人机界面
通过编制上位机程序，提供了操作员监视过程的界面，使操作员能够直观的了解生产运行情况，并对转炉生产过程进行调整。提供了历史趋势、用料累加、报表打印等数据存储方式。
结束语
莱钢宽带加热炉燃烧控制系统采用了先进的燃烧控制模型，大大提高加热炉燃烧稳定性和温度控制的可靠性。有效降低了板坯温差、减少了板坯氧化烧损、降低了能耗，能完全适应现场各种生产实际情况，满足工艺控制要求，提高模型控制系统的灵活性、适用性，可靠性。
参考文献
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[2] 侯峻巍，索勇，吴素芬，许世强。分割式脉冲燃烧控制在双蓄热加热炉上的应用[J]，《工业炉》，2014，36（5）.
