轧钢加热炉热工自动化控制与节能

陈路

摘要：目前，对于我国的冶金行业而言，加热炉自动化控制和节能仍然是热工专业人员必须攻克的难题之一。加热炉节能的方法多种多样，在选择加热炉时，必须要选用结构合理的加热炉型，还要耐高温、保温性好的材料，并且采用使用先进科学的技术和设备，这些都能提高加热炉节能效率和热工自动化控制具有重要的意义。鉴于此，本文就轧钢加热炉热工自动化控制与节能展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：轧钢加热炉;自动化控制;节能

1.加热炉自动化控制系统的组成

随着自动化控制水平的发展和提高，加热炉的自动化控制技术也取得了很大的进步。轧钢加热炉热工自动化控制的形式多种多样，但无论是哪种形式的加热炉，其核心都是由现场控制和操作站两部分组成。为了保证加热炉在各种环境和状态下，一定要确保加热炉内的燃烧材料充分的燃烧，达到加热炉理想状态，因此，提高加热炉的热工自动化控制水平尤为重要。温度及磁烧控制系统、压力控制系统、换热器保护系统是加热器热工自动化控制的重要组成部分[1]。

2.轧钢厂加热炉的控制现状分析

2.1轧钢加热炉的加热原理

加热炉是轧钢厂生产中不可或缺的重要设备之一，其主要作用是将钢坯加热至适合轧制的温度，随着钢坯本身温度的逐步提升，其变形抗力会随之降低，钢的可塑性会大幅度增强。以T12钢为例，在室温条件下，其变形抗力约为600MPa，当加热至1200℃后，变形抗力会下降到30MPa，仅为室温的1/20，由此能够使轧机的生产效率显著提升，能耗也会随之降低。

2.2加热炉的控制现状

对于轧钢加热炉而言，炉膛内的温度主要是由燃烧系统进行控制，通过对空气及煤气流量的调节，从而达到控制燃烧温度的目的。加热炉控制系统中的输入和输出量如表1所示[2]。

加热炉燃烧系统的特点体现在强耦合性和滞后性两个方面，加之参数之间存在互相干扰的情况，并且燃烧系统还会受到外界因素的影响，从而导致加热炉的燃烧效率并不理想。现阶段，轧钢厂加热炉采用的控制系统，一般都是以人为手动的方式对空煤配比系数进行设定，如果运行工况出现变化，那么很難保证控制系统的响应及时有效，偶尔会出现加热炉尾冒黑烟的现象，不但影响了燃烧效率，而且还会增大能耗。为有效解决这一问题，轧钢厂可对自动化控制系统进行应用。

3.加热炉热工自动化控制系统的应用

3.1在炉膛温度控制中的应用

钢坯加热炉分为上部供热段和下部供热段，利用热电偶对各段的炉温进行检测，以供热段的平均温度作为自动控制对象，各段的炉温变化主要是通过煤气流量的改变来实现，采用串级解耦的方法，对加热炉的燃烧控制系统进行优化，从而使炉膛内的低过剩空气能达到充分燃烧的目的。除此之外，炉膛温度控制系统还能对氧量信号实时接收，借助主从控制的方式，防止供热段出现干扰[3]。

3.2在排烟温度控制中的应用

对于钢坯加热炉而言，排烟温度是较为重要的控制指标之一，如果该温度过高，容易引起设备损坏，若是该温度过低，则会使能源浪费，并且还会使炉压增大。为对加热炉的排烟温度进行自动化控制，可在三通阀上加装温度检测装置，该装置能够对烧嘴的工作状态进行自动检测。同时，为防止温度过高烧坏换热器，可在烟道上加装热电偶，对排烟温度进行测量，当温度超出设定的限值后，会自动发出报警提示。

3.3在残氧量控制中的应用

对加热炉残氧量的控制主要是通过相关的仪器设备检测气氛含氧量，按照检测所得的数据，利用改变通风量的方式，调整混合气体中空气与燃料的质量比例。可以采用在线测量的方式，其优点是便于安装、基本不存在滞后性，能够避免空气渗漏对测量结果准确性造成的影响。

3.4在炉膛压力控制中的应用

当加热炉内部的压力升高后，可以通过远程控制的方式，对空气流量和煤气流量进行调节，并打开烟道闸板，使烟气排出量增大，这样便可有效降低炉膛内部的压力，从而确保加热炉稳定运行。各个燃烧段的温度，则可利用排烟调节阀进行自动控制。同时，为在现有的基础上，降低因炉膛内部压力偏离正轨引起的气氛紊乱几率，在系统设计中，可以加入自学习功能模块[4]。

3.5在换向控制中的应用

这是钢坯加热炉中较为重要的一个控制环节，主要的控制对象为三通换向阀。在加热炉中，三通换向阀的作用是确保运行稳定，其具备定时换向、自动保护和报警等功能。如果三通换向阀的运行出现异常，则会对加热炉的运行安全造成影响，借助换向控制系统，可对三通换向阀进行自动控制，在设计时，按照定温度、定时间的原则，通过时序检测，实现控制目标。

4.加热炉热工自动化控制与节能

4.1压力控制系统

（1）炉压控制。炉膛的压力控制是将其压力控制在微正压水平上，主要是为了使高温炉气充满炉膛，防止外部的冷空气吸入，影响炉子的正常工作。

（2）助燃空气和煤气压力控制。助燃空气和煤气压力要保持在设定值上。这是因为每种烧嘴都是在一定的空气和煤气压力范围内工作的，稳定的空气和煤气压力能保证烧嘴发挥最佳的工作性能。在煤气压力波动特别大的地方，以及空气和煤气供应系统出现故障的时候，还应有煤气稳压装置和自动切断煤气供应的功能，以保证炉子能安全生产[5]。

4.2换热器的保护

烟气的余热回收是一项加热炉节能的有力措施。但余热回收装置——换热器。其价格昂贵，使用过程中，使用不当容易损坏，因此，应设置换热器自动保护系统。换热器的保护措施主要有下面三种：热空气放散、稀释空气控制、防止硫化物腐蚀。

（1）热空气放散。为避免炉子的助燃空气温度过高，换热器由于温度太高引起损坏，要求有一个空气放散系统，在炉子空气总管和换热器空气出口之间的某一个位置放散空气。通常，空气放散阀门是关闭的，当助燃空气预热温度上升到设定值时，放散阀门打开，这时流经换热器的空气量增加了。这样，使换热器的壁温下降，又不影响炉子的正常工作。

（2）稀释空气控制。为了不超过换热器的安全设计极限，必要时控制烟气进入换热器的温度。用热电偶检测换热器前列管管壁的温度，当温度上升到设定值时，自动向换热器前的烟道内引入冷稀釋空气降低烟气温度，从而降低换热器管壁温度，达到保护换热器的目的。

（3）防止硫化物腐蚀。当使用含有硫成分的燃料时，烟气中含有水蒸气和硫的燃烧产物。这些硫化物的温度达到露点时，会粘在换热器的表面，腐蚀和堵塞换热器，影响它的正常工作。为避免烟气温度过低，烟气中的硫化物腐蚀换热器，必须将换热器的烟气出口温度控制在320℃以上，而炉子产量低时，烟气往往会在这个温度之下。这种控制是让一定的助燃空气通过换热器的旁路管道，降低换热器的热交换，不致烟气温度太低。

结语

为了有效的节约能源，合理的控制加热炉燃料的有效燃烧，必须加强加热炉的热工自动化控制水平。热工自动化控制将计算机引入其中，能够有效的提高控制的精确度，灵活操作，并实现加热炉多向控制系统同时操作，保证加热炉正常运行工作。与此同时，要综合考虑加热炉内的各种影响因素，对加热炉实现全面的热工自动化控制，并且要对不同类型的加热炉进行不同的考虑，合理的设置热工自动化控制水平和技术。

参考文献：

[1]崔新华.轧钢加热炉钢坯氧化烧损分析[J].工业炉，2020，42（01）：30-32.

[2]雷纬晖.轧钢加热炉在生产中的温度控制研究[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2020（01）：167-168.

[3]王称.轧钢加热炉在生产中的温度控制分析[J].冶金管理，2019（23）：11+13.

[4]赵俣，马光宇，刘常鹏，张天赋.轧钢加热炉垫块的选型应用及发展趋势[J].鞍钢技术，2019（05）：7-10.

[5]苏志伟.轧钢厂加热炉均热段的均热温度调节[J].冶金管理，2019（17）：7+9.