连续退火炉辐射管的燃烧调整

范超

摘 要：针对燃气辐射管电磁阀堵塞、燃烧废气中残余CO值偏高、燃烧效率低的问题，通过改进燃烧调整过程，增加火焰监测器等手段降低了废气中的残余CO值，提高燃烧效率。旨在为相关工作提供借鉴。

关键词：辐射管；燃烧；调整；效率

1 概况

新钢连续退火炉加热区采用燃气辐射管将酸轧机组冷硬卷由常温加热至再结晶退火温度，降低带钢强度并提高其塑形，以获得更好的力学加工性能。加热区分为加热段和均热段，分别布置了334个和18个W型燃气辐射管。

2 辐射管工作原理

混合煤气和预热后的助燃空气经烧嘴点火电极放电点火后在辐射管体内燃烧，产生650℃的高温废气通过换热器与助燃空气入口处的常温助燃空气换热后由废气风机抽至相应的集气室。常温助燃空气经过换热后温度升至450℃，与混合煤气一起点燃后可以获得更好的燃烧效果。

混合煤气由转炉煤气（热值约KJ/m3）和焦炉煤气（热值约KJ/m3）按 的 配比混合，以达到炉子设计公司Fives Stein煤气热值7500KJ/m3的要求。W型辐射管燃烧方式为ON-OFF控制，板温控制程序在不同的加热模式下向加热区352个辐射管烧嘴控制单元（BCU）发送点火或关闭信号，以达到实时所需加热量的动态控制效果。通常以检测辐射管燃烧后废气中残氧量的方式来判断整个燃烧状态，一般情况下将残氧量控制在3.8%～4.2%之间，烧嘴可以获得最佳的燃烧效果，此时燃烧温度最高且废气中残留的CO值少，安全节能。

燃气辐射管由烧嘴控制单元BCU（Burner control unit）控制其点火动作，一次完整的自动燃烧过程，共有4次电磁阀动作。工作程序为：a.空气电磁阀开启，吹扫辐射管。b.煤气电磁阀开启，同时点火电极放电，产生火焰。c.煤气电磁阀关闭，火焰熄灭。d.空气电磁阀关闭，辐射管为准备状态。在加热区辐射管的操作画面上可以看见辐射管依次显示为初始状态白色→蓝色a→绿色b→蓝色c→白色d。

正常生产时，点火成功，窥视孔可见蓝色火焰；火焰熄灭时可见暗红色的辐射管本体。

3 辐射管燃烧调整及故障分析

3.1 燃烧调整现状

新钢连续退火机组于2011年8月热负荷试车，整个炉区RTF、SF辐射管本体及相关管道系统安装集中在2011年1月至3月，之后进行了一系列的辐射管燃烧调整。在长期生产过程中，由于混合煤气配比发生变化，热值波动，辐射管煤气及助燃空气电磁阀堵塞，流量调节螺母松动等一系列问题均会给辐射管的燃烧效果带来巨大影响，过量的CO不但会造成能源浪费，还会在高温环境下的废气管道中燃烧，过度消耗和损坏设备。2013年12月起，对连续退火机组的辐射管重新进行了系统的燃烧调整。

3.2 燃烧调整过程中发现的主要问题

（1）空气压差普遍偏低，大多只有标准值（30/40/50mbar）的一半，个别压差极低，造成烧嘴残余CO含量极高。

分析：空气压差是燃烧调整的基础，其正确才能顺利进行后续废气残氧量、CO值的调节。压差是气体介质通过流量孔板前后的压力差，与流量是对应的换算关系，调节压差即调节流量大小。

考虑到现实生产中空气流量波动至低位，煤气流量波动至高位或成分发生变化的可能性（ON-OFF控制、煤气及空气电磁阀不断开关，燃烧热量需求的不断改变），空气压差不能偏小，以保证安全及减少CO的过剩量。

残氧量过低，燃烧不充分，火焰温度低，燃烧效率低下；过剩的CO，可能与废气管道内氧气在高温状态下发生二次燃烧。比如废气管道密封性差，管道负压带入氧气；辐射管热交换器内漏，助燃空气通过热交换器直接进入废气管道，而没有全部进入烧嘴与混合煤气燃烧。

（2）废气温度偏高

分析：2013年12月16日晚班生产厚料时，由于E1换热器前废气温度高报690℃以上，E1前废气管道空气稀释阀开度100%，导致煤气安全阀跳3次，自动化现场发现管道烧红。废气管道温度报高仍需关注，当多个热电偶温度报高或某一层辐射管出现锁死后应该通知检修维护方到现场检查。

如发现集气室压力报高（管道负压不够大）或废气风机转速过高，炉子应适当降低速度、减缓加热需求，使得产生的高温废气能够迅速、及时被抽出而不会影响辐射管的正常燃烧，同时也保护设备、延长管道寿命；另确认预热段循环风机运行状态和转速是否正常。

（3）数据不够准确，电流值波动较大

分析：正常情况下废气温度一般保持在600℃～700℃，此时的检测数据较为准确，能较全面的反映辐射管常态燃烧的基本状况。在调试时，Fives Stein公司建议采用点火控制的新技术，即通过每一个辐射管点火电极与接地线形成的回路，以此产生的电流值来作为该辐射管的燃烧状态依据。但新技术采用后，电流值普遍波动大，辐射管容易故障报红。在试行一段时间后，决定重新采用之前的技术，安装额外的火焰监测器，便于捕捉火焰光波，且反馈电流值十分稳定。该火焰检测器能确保辐射管燃烧过程稳定，电流值基本稳定在25μA，但一定程度上掩盖了辐射管燃烧效率的好坏。所以必须通过燃烧调整进一步确认残氧量。

（4）常见报错故障诊断

报错数字1→停止燃烧后仍有火焰信号，说明阀体有漏或是元器件故障；报错数字2→点火失败，说明点火电极积碳或是煤气空气阀故障；报错数字4→未检测到火焰信号，说明电流值μA过低，辐射管燃烧状态十分不稳定。

4 燃烧调整流程

（1）确认废气分析仪和压差计完好，检查烧嘴各个元件完好、如缺失进行记录。

（2）检测设备均校零，压差计测试前应检查软管是否松动并校零。

（3）连接压差计→手动吹扫→打开两个空气阀门→调整压差（30/40mbar）并记录→用扳手稍紧固螺母→关闭阀门。

（4）打开废气管螺母→手动点火→废气分析仪START→待电流值显示后进行废气分析→时长推荐不超过1分半。

（5）根据残氧量调节煤气流量阀（3.8%～4.2%）

残氧量高：5% 或者更大→增大煤气

残氧量低或CO值不为0→减小煤气。

注意调节的目标方向是否与残氧量的变化趋势一致，否则应稍停留观察或重新进行此次燃烧调整。废气分析开始30秒至1分半，数值相对稳定；时间过长，温度过高，废气分析仪管会被烧红，影响数据准确。

5 结束语

连续退火炉加热区燃气辐射管的燃烧调整对于降低煤气消耗，提高生产安全性有着重要作用，经过固定空气压差、增加火焰监测器、改进调整调整过程等手段使得辐射管燃烧效果更佳。通过燃烧调整后，连续退火炉加热区集气室的残余CO值水平从2013年的3000ppm左右降至目前的700ppm左右，煤气消耗得到大幅度的降低，且燃烧效率提高。

参考文献

[1]于盈盈.连续退火炉二级控制系统的研究[D].河北工业大学，2013. [2]吴敦锋.连续退火炉快冷段温度控制设计与研究[D].东北大学，2009.

[3]陈波.连续退火炉温度控制系统的设计与实现[D].东北大学，2011. [4]陈达兴.连续退火炉加热段模型化及动态响应研究[D].华中科技大学，2012.