冶金工业加热炉自动燃烧控制系统优化设计策略
时间：2022-12-08 11:55:05 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
戚鑫
山东省冶金设计院股份有限公司 山东济南 250101
随着当今社会对节能降耗的重视程度不断提升，冶金工业内技术人员也加深了对绿色发展手段的研究力度。加热炉设备作为其中产生的耗能最大的设备，显然是最关键的环节，其运行稳定程度会对轧钢生产质量产生直接影响。加热炉本身的工况比较复杂，产生的运行惯性很大，且控制滞后。加热炉本身的数学建模比较困难，在运行过程中必然会受到空气，以及煤气压力等各种因素的影响。
热轧厂的加热炉的主要工作就是对板坯进行加热处理，保障其能够满足轧制工作需要的参数。当下行业内使用的加热炉普遍是使用传统串级交叉交限幅落实控制工作，后续还需要投入人力对相应的参数进行控制，最终与燃烧系统相互配合才能最终完成加热炉温度控制工作。
串级双交叉限幅控制系统当中，仅能够分析空气以及煤气流量参数，难以综合分析其他因素产生的干扰，导致温度控制工作的精准度低，系统在实际落实运行的过程中也很容易受到剧烈波动影响自动控制效果。其中最关键的就是混合煤气热值参数，在相同比例条件下的空气和煤气配比，若热值波动比较大，则必然造成炉温控制工作稳定程度不足的问题。这些因素当中最关键的就是混合煤气热值参数，在同等比例条件的空气以及煤气配合之下，若热值过大，必然会产生炉温控制失稳的情况，最终两种煤气产生明显的热值差。具体的高、焦炉煤气工艺参数如表1所示。
表1 高、焦炉煤气工艺参数
在一般情况下，加热炉混合煤气的热值都能够稳定在1900±70lczl/m³，压力则是＞5kPa，这种状态能够保持稳定。经过分析可以得知，煤气流量在稳定状态下，混合煤气配比差异过大就会产生比较大的热值差，在这样的条件下即便获得的空煤配比系数相同，产生的热量也会存在明显差异。
在进行冶金工业加热炉自动燃烧控制系统优化设计的过程中[1]，工作人员需要注意与实际情况相互结合，同时对热值仪进行有效的优化，最终达到优化自动燃烧控制系统的最终目的[2]。
2.1 热值仪
这方面的工作需要技术人员从热炉燃烧控制回路系统入手，对该环节工作进行技术改进[3]，同时在优化改进的过程中，需要注意传统串级双交叉限幅控制回路当中还要配合添加煤气热值的方式检测[4]，这样能够基本加剧而不同因素导致的炉温不稳定问题。如果工作人员选择在热值仪的辅助下，对混合煤气热值展开分析工作，则能够将热值信号作为参考依据，对相应的人工孔煤气配比系数进行优化。这样做的目的是获得比较准确的动态发展系数参数，为后续的空气以及煤气流量检验奠定稳定基础。但需要注意的是，这样处理的效果智能维持在初期，设备运行超过一定年限之后，炉温控制失稳的问题依旧会出现[5]。
在混合煤气管道内，技术人员可选择的工作方式比较丰富，常见的就是将取样管道和煤气连接起来，这样只需要促使周边氧气燃烧，就能够获得十分准确的温度参数。但众所周知，热值仪本身很容易受工艺参数限制，其管道直径为5mm，设备运行过程中会产生粉尘等物质，这类物质会受高温影响结块，这就是导致数据信号失真的关键因素。
想要解决上述问题，技术人员可以在煤气取样管道上安装净化装置，这样的装置能够达到良好的纯净煤气效果。但在实际使用过程中需要注意，这样的操作方式很容易在检测过程中引起过滤装置堵塞的问题，因此想要达到较好的工作效果，依旧需要研究将加热炉温度控制失调情况解决的具体方式。
2.2 混合煤气值计算
在相关工作落实的过程中，技术人员为获得更加准确的空煤配比系数，需要寻找有效方式持续降低工作和计算误差。若想要进行系数修正工作，可以检测尾气当中的氧气，具体工作方式就是分析燃烧之后的尾气成分，这一数据能够直观准确地反映出空煤配比系数。
众所周知，燃烧废气中含有很高的氧含量，在燃烧负荷以及其自身成分的影响下，如果空煤配比系数过大，则残留的氧含量更高，反之则比较低。在使用加热炉设备运行工作时，需要注意的就是保障提供充足的空气，这样能够达到减少热量损失的效果，同时工作效率也能得到有效优化。总之，这一环节工作的整体落实原则就是通过方式，保障设备始终处于正常的最佳运行状态当中。如：某技术人员选择控制空气燃烧的方式降低钢坯氧化烧损效果，这也是保障最佳燃烧控制工作落实的关键。在燃烧处理之后，尾气在加热炉的尾部就能够进入到烟囱，但温度会比炉膛中的温度参数更低。结合实际情况，该技术人员选择使用过氧化皓惨样检测设备分析参数，最终得到了满意的测量效果。
2.3 加热段间拨控制
实际上间拨燃烧属于间隔切断侧面墙烧嘴供热燃烧工作落实过程中应用的技术手段，技术人员能够对各烧嘴的煤气间拔数值进行设定，这样在煤气流量低于间拔数值时，烧嘴就会自动关闭。需要注意的是，单一烧嘴在50%-100%的负荷条件下能够获得最充分的燃烧，技术人员也能更便捷地落实火焰控制工作。若煤气流量处于下降的过程，单个烧嘴的负荷也＜50%，程序会选择在临近炉尾的位置自动烧嘴，且其余的控制负荷都会＞50%。
如果技术人员认为工作中应该使用字表程序辅助自动控制工作落实，则能够促使设备在工作当中能够始终处于高负荷的状态，这也对炉宽方向调整和整体温度控制都有良好效果，尤其是在温度均匀控制的工作当中，效果最为明显。需要注意的就是间拔技术本身的传热效率较高，因此在燃气过程中能源消耗量也会相应降低。显然能够通过延长预热时间的方式，提升烟气利用率，保障工作效果和流程细节都与降低能耗的要求相符。
2.4 均热端脉冲控制
从本质上分析，脉冲技术属于简短的燃烧控制工作落实方式，只需要使用控制温度调节器的形式就能达到时序信号参数开关控制的目的。与常规的燃烧方式相比较来讲，脉冲燃烧方式的工作原理不是使用调节煤气之后的空气管道阀位控制炉温，而是会在烧嘴工作期间，利用燃烧占空比对炉温进行设定，这样做的优势在于能够在确定烧嘴数量之后，继续根据设定好的时间顺序依次点燃。
脉冲燃烧的优势就在于，其能够促使烧嘴在保持满负荷的状态下运行，这样产生火焰长度最大，也能保障受热温度均匀程度。需要注意的是火焰出口速度相对比较高，在高速运行的状态下，发射的热气流也能够对加热炉内部的气温产生搅拌效果。这样一方面能够产生强烈腐蚀，另一方面也能促使气体之间的对流效果加强。技术人员可以根据特定的周期，对烧嘴开关进行合理设置，也可以充分与烟气混合，最终的工作目的都是保障板坯均匀程度。
在加热炉当中，均热段是最关键的部位，能够在将钢坯加热到额定温度的同时保障受热均匀性。通过相同组别的烧嘴同时动作进行扰动，就能促使整体炉温均匀性提升，这样一方面可以降低炉门开启需要的时间以及产生的干扰情况。另一方面，脉冲烧嘴在设置了空煤延迟之后，继续使用“后开先关”的方式处理就能够有效缓解总管压力波动带来的失衡，还能结合实际情况对开关的时间差进行调整，最终就可以获得比较合理的空燃比。
2.5 实例分析
某课题组分析了与冶金工业加热炉自动燃烧控制系统优化相关的问题之后，对自身的加热炉燃烧控制回路展开了相应的技术改进工作。即在传统的串级双交叉限幅控制回路当中，加入煤气热值检测工作环节，同时将热值信号加入到了空煤配比的计算过程当中。不仅如此，技术人员还将值的操作由手动改为了自动，这样有效降低了混合煤气热值波动因素带来的炉温控制不稳定的情况。
针对冶金企业当中热值仪故障率比较高的问题，技术人员在对加热炉燃烧控制展开了充分的论证之后，该课题组就在加热炉燃烧控制工作的落实过程中投入使用了新的热值仪检测设备，并通过高、焦混合煤气热值计算的方式代替原本检测方式。用F1表示高炉煤气流量，F2表示焦炉煤气流量，则计算公式为：
最终计算出的高炉煤气标准热值为830lcal/m³，焦炉煤气标准热值则是4700kcal/m³。这样做能够将热值仪故障产生的难题有效解决，但可以注意到，计算出的值是在高炉和焦炉煤气流量准确的基础上得知的，显然实际检测还存在误差。因此该课题组技术人员就将其他会产生影响的综合因素与公示内容结合考虑，最终保障修正后的空煤配比系数切实可行。
综上所述，在绿色发展以及可持续发展观念的支持下，行业内技术人员只需要将多种现代化手段，和冶金工业加热炉自动燃烧系统优化工作结合起来。就能够通过新型的间拔以及脉冲等技术提升加热炉烧钢的性能参数，这对加热炉本身的设备品质提升以及各方面性能加强有明显效果。
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