加热炉燃烧控制技术的发展现状

薛志新

中国石油化工股份有限公司天津分公司

加热炉燃烧控制技术的发展现状

薛志新

中国石油化工股份有限公司天津分公司

加热炉是轧钢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。国内外冶金行业的燃料主要为焦炉、高炉混合煤气及各单一煤气，部分使用天然气，个别小型轧钢厂使用重油。计算机控制燃烧过程，就是在各种燃烧工况条件下，找到合理的最佳空燃比，使燃烧处于较佳状态，从而提高炉温控制精度，保证钢锭以较快的速度达到出钢温度，节约能源，减少氧化烧损。鉴于此，本文分析了加热炉燃烧技术的发展现状，并提出了一些列优化措施。

加热炉；燃烧；控制技术；发展现状；优化措施

1、加热炉燃烧控制现状

一是热电偶测试炉膛温度和烟气成分进行燃烧控制技术，国内绝大多数加热炉采用此技术，存在煤气消耗和氧化铁皮烧损较高的问题。

二是黑体技术，即采用“黑体强化辐射传热节能”机理，在加热炉热流的源头，对热射线进行有效调控，提高加热炉的炉墙黑度、增大炉内墙面积以及提高热射线到位率等改善加热炉加热质量、提高热效率。该技术需改动原炉膛内壁结构，是针对加热炉本身的一种技术改造。存在设计、施工周期长，投资大，后期维护调整难度大的问题。

三是钢坯温度监测的燃烧智能控制技术，即通过高温成像探头检测炉内钢坯实际温度，并把参数传给智能控制系统，智能系统根据工艺要求和实际检测参数对加热炉进行优化控制，可以实现在保证工艺的前提下钢温最合适，在保证钢温前提下燃料消耗最低，在保证最佳空燃配比前提下氧化烧损最少，达到系统节能降耗目标。

2、加热炉燃烧控制技术的优化

2.1 加热炉设计应采用的新技术

2.1.1 高效、低成本换热器。换热器作为加热炉烟气余热回收的一种专用节能设备，已在轧钢加热炉上广泛应用。空、煤气预热温度高，投资与维护成本低一直是企业所追求的重点。目前主要采用的有片状管式换热器、管状插入件式换热器、喷流换热器等。但普遍存在的问题是空气预热温度低(400～500℃)，导致轧钢加热炉烟气余热回收率低。目前国内某些高校、科研院所正在研究高效、低成本换热器，在换热器的结构及材料上将会有较大的改变，有望在3～5年内实现工业化。

2.1.2 脉冲燃烧技术。轧钢加热炉脉冲燃烧技术是近期发展起来的一种燃烧控制技术，其核心思想是将模拟量燃烧控制改变成数字量燃烧控制，火焰长度、温度分布不受炉子供热负荷变化的影响，没有空、煤气流量调节的过渡期，适用于煤气热值相对稳定、对炉内温度场要求均匀的场合，不适于煤气热值波动频繁且无法稳定的场合。其优点是：烧嘴结构简单、容易控制、温度场均匀、燃料利用率高。

2.1.3 相变储热换热技术。随着蓄热式燃烧技术的发展，人们开始关注储热材料的研究。目前国内外部分高校对相变储热材料已完成了实验室试验，开始进入中间试验阶段，不久便可实现工业化。实验室研究结果表明，相变储热材料可利用的储热量是常规储热材料的5倍以上，若将其应用到常规蓄热式加热炉，换向时间可延长5倍以上，它将大幅度提高换向阀寿命、减少换向时煤气损失5倍以上，同时具有空气预热温度稳定且波动量很小等诸多优点，是蓄热式燃烧技术的一次重大革命，应给予高度关注。

2.2 操作层面所采用的新技术

2.2.1 人工智能专家系统。该系统是在未知环境下，仿效专家的智能，实现对系统的控制，由知识库、推理机、知识获取和解释界面四部分组成，知识库和推理机是核心。加热炉专家系统以基本数学模型为基础，再融入热工专家及操作工人的经验，编辑知识库。可根据加热钢种、原料及轧制规格、冷料、热料、轧制节奏变化及待轧等具体情况，自动推断出各种加热制度，并直接设定各段炉温和升温曲线，指导基础自动化系统操作。

2.2.2 加热炉模糊控制系统。模糊控制技术以模糊数学、模糊语言和模糊逻辑的规则推理为理论基础，采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通道的闭环结构的数学控制系统。它的组成核心是具有智能性的模糊控制器，符合被控制对象的复杂性、动态性和模糊性，使控制简便、精度高，且适应性强。模糊控制采用直接数字控制(DDC)、监督控制(SCC)两级计算机控制系统，分别进行实时控制和智能控制。模糊控制具有精度高、响应快、过渡过程短、抗干扰能力强等特点，已在国内某些钢厂应用。

2.3 连铸坯热送热装工艺技术

连铸坯热送热装工艺是利用连铸坯自身的物理热，采取相应的生产管控措施，使得连铸工序与轧制工序紧密衔接，达到节能降耗的目的。对此，我国钢铁行业清洁生产标准规定：热装温度≥600℃、热装比≥50%，为清洁生产一级标准。目前，我国平均热装温度为500～600℃，平均热装率为40%，先进生产线平均热装温度可达到800℃以上，平均热装率大于80%以上。实现高水平热装热送的基本条件是：无缺陷连铸坯合格率≥95%，具有在线检测连铸坯表面缺陷的实用技术。在科学管理层面要从整体考虑，统筹布局，主要从三个方面入手：(1)解决炼钢与热轧之间的物流衔接和工艺控制，实现规模化、连续化生产管理。关键是统筹安排，编制炼钢-热轧的一体化生产计划；(2)在线调整，通过在线板坯与轧制计划的调节，解决炼钢板坯来料与热轧计划对板坯顺序要求不匹配问题；(3)解决板坯热装的规模化生产问题，一旦炼钢来坯不满足热轧最小节能热装量，板坯暂时下线，并及时修订热装计划和轧制计划，实现热坯的规模化装炉生产。

总而言之，加热炉高效、优质和节能减排是钢铁企业共同追求的目标，同时也是一项系统工程。只有在设计层面、操作层面、管理层面同时发力，不断采用新技术，才能实现轧钢加热炉节能效益最大化。

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