简述蓄热式加热炉控制方法

肖薇

【摘 要】随着经济的发展和社会生产、生活水平的提升，燃烧系统在很多方面都必须获得较大的进步，不能总是停留在基础的层面上。加热炉是热轧系统的重要组成部分，主要是用来加热钢坯或者提高热送钢坯温度，由此来达到其需要的工艺温度，最终将温度控制、废气排放、有效节约能源等工艺进行有效的落实。所以，在燃气加热炉的运转过程中，必须针对燃烧控制方法进行研究，既要在整体上予以良好的控制，又要在经济性方面达到标准。

【关键词】加热炉；蓄热式加热炉；加热炉控制；控制方法

1.概述

常规燃烧加热炉耗能高，蓄热式加热炉采用蓄热式预热，将高温烟（废）气热量存储到蓄热体中加热助燃空气，具有降低燃料消耗，减少NOX及CO2的排放，减少环境污染等優点。为了响应国家节能环保要求，现大部分加热炉均采用蓄热式加热炉。本文将简单叙述某空气单蓄热式加热炉的控制方法。

2.系统构成

该加热炉分为不供热的预热段、加热一段、加热二段和均热段。共有32个烧嘴，加热一段8个烧嘴、加热二段和均热段各12个烧嘴，采用空气单蓄热技术，炉侧上下供热。空/烟气换向采用快切阀，煤气换向单独采用气动切断阀，上下一对烧嘴共用，全炉共计使用32套空气/烟气快切阀和16套煤气气动快切阀。加热炉每段上下均有热电偶测量炉内温度，烟气温度用安装在快切阀后排烟管道和各段烟气管道上的热电阻测量；在每路段管上设有流量孔板和单独的空气、煤气、烟气流量调节阀；煤气、空气及压缩空气均有压力检测。主要由如下几个系统构成：

1）空气供给系统：助燃风机、空气管道、各种空气阀门等组成。助燃风机供给的冷空气经冷风总管分成3路后分别进入空气换向系统。经蓄热式烧嘴完成热交换后喷入炉内助燃。助燃风机出风口设置蜗杆蝶阀，在冷空气总管上设有压力检测装置，并设有低压报警和 自动停风机控制系统。

2）煤气系统：煤气由炉前煤气总管分成3段分别进入加热炉顶段管，再由段管进入烧嘴前的支管。在煤气总管上设有电动金属硬密封蝶阀和电动盲板阀、煤气快速切断阀、气动调节阀（调压），在煤气总管接口前还设置一套水封阀。

3）排烟系统：排烟系统分成独立的二路，一路是蓄热烟气强制排烟系统，另一路是炉尾自然排烟系统，每段排烟管道上均设测温点，每个蓄热烧嘴的排烟管路上均设测温点。

a.蓄热烟气强制排烟系统设置引风机2台，一用一备，出风口采用电动插板阀。从空气蓄热室排出的烟气（～150℃）经烟气换向阀、各段支管及调节阀经引风机经汇总排入空气侧强制排烟烟囱。

b. 炉尾自然排烟系统由加热炉装料端下部的辅助排烟口、烟道和自然排烟烟囱构成，排出烟气经烟道和烟囱排入大气。在烟道内装有1套无水冷烟道转动闸板，用于调节炉膛压力和控制排烟量，烟道闸板由电动执行机构驱动并与炉压检测装置连锁。

3.燃烧控制

加热炉分均热段、加热二段、加热一段3段炉温自动控制，主要控制项目是：每段炉膛温度控制；空、煤气的比值控制；炉压的控制；空气的压力控制；换向控制；排烟温度控制；快切阀自动切断连锁控制等。

1）炉温控制

自动控制模式下，根据各段的设定温度，加热炉采用PID比例调节各段温度，来实现各段温度的控制。

手动模式，均热段手动输出各调节阀的开度，加热段手动强制各烧嘴的启停。

2）空燃比设定

人工设定：在HMI上由操作员根据经验直接输入合适的空燃比值；

空气过剩系数自适应：操作员只需给定理论空燃比，系统将根据负荷情况自动计算过剩系数，求出空燃比；

空燃比的自动修正：根据残氧分析仪测量的烟气含氧量，动态调节空燃比；

3）炉压控制

为防止炉膛压力过高火焰外冒，同时也避免炉膛压力过低时冷风从炉体开口处吸入，必须严格控制加热炉的炉膛压力为一个定值。根据炉压信号自动调节烟道闸板的开度及引风机频率，使炉内压力控制在微正压状态。

4）空气总管压力控制

根据炉内燃烧负荷的变化，通过调节助燃风机的进口调节阀门对炉子供风总管压力进行自动控制。为了避免由于压力变送器与助燃风机间距产生的空气压力变化，参考加热炉全部助燃空气流量来计算助燃空气压力控制器输出的前馈修正系数。

5）换向控制

各段换向阀以组为单位换向，可以交叉燃烧换向，也可以单边燃烧换向。正常工作时换向周期40～70秒左右，换向时间和间隔可调。换向阀控制采用双重信号控制，一是以时间为控制参数，二是以烟气温度为控制参数。当烟气温度正常时，换向阀按照设定的时间周期换向；当某个换向阀后排烟管道的烟气温度过高（>180℃），HMI报警，该换向阀控制的烧嘴只燃烧不排烟，相对的烧嘴只排烟不燃烧，直到烟气温度正常再参与换向。换向阀也可以手动强制换向控制，通过人工设置来调节各组烧嘴燃烧方式。

6）排烟温度的控制

根据各排烟管的温度，调节各段烟气调节阀和引风机频率，调节烟气排烟温度。

7）快切阀自动切断连锁控制

当煤气、空气或者压缩空气压力低时，煤气快切阀立即切断，操作室内蜂鸣器报警。

4.使用效果

此套蓄热式加热炉控制系统可分段供热，热负荷调节方便，可以按照加热工艺的需要，灵活调节各段炉温。当钢坯为冷装料时，对加热不同钢种的钢坯，特别是加热一些要求限制入炉温度的特殊钢时，可灵活调节或关闭预热段的烧嘴供热能力来调节炉温，从而控制炉尾排烟温度，以满足钢坯加热质量的要求。本加热炉燃烧排出的烟气中NOx含量低于50PPm，炉内各段横向温度均匀，既保证了炉内煤气的完全燃烧，又达到了节能降耗和提高控制水平的目的， 本加热炉安全可靠的运行取得了显著的经济效益和环保效益。

参考文献：

[1]王永强，等.《蓄热式轧钢加热炉的发展及其优缺点》[J] .河北理工大学学报（自然科学版），第3期20081201.