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关于轧钢加热炉自动化节能控制的研究

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  摘 要 为了有效节约能源,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。
  关键词 轧钢加热炉;热工自动化;控制与节能
  导言
  近年来,我国轧钢加热炉节能工作已经取得了很大的进步,许多加热炉从原来的等外炉和三等炉,跨入了一等炉和特等炉的行列。但许多加热炉的装备水平还很差,因此,加热炉节能依然是冶金企业热工专业人员的主要课题之一。加热炉节能的途径有许多种,选择合理的炉型结构,使用耐高温、保温性能好的新型耐火材料,采用先进的燃烧技术和燃烧装置等,都能取得明显的节能效果。但如何使各种节能措施得到充分的利用,合理地组织生产,加热炉实现热工自动化控制有着重要的意义。
  1 加热炉自动化控制系统的组成
  轧钢加热炉热工控制的形式有各种各样的,但核心是由现场控制单元和操作站两大部分组成,为确保加热炉在各种状态下,特别是在热负荷变化的动态过程中。保证燃料的合理燃烧,实现炉子的“最佳状态”。因此,提高加热炉的控制水平就显得尤为重要。近年来,随着计算机和自动化控制技术水平的不断提高和普及,在加热炉生产中的自动化控制方面也取得了非常大的成绩。加热炉热工自动控制一般由下面几个系统组成:①温度及燃烧控制系统;②压力控制系统;③换热器保护系统。此外,还有烟气含氧量分析,声光报警装置、彩色CRT显示终端及打印装置[1]。
  2 温度及燃烧控制系统
  一般情况下,轧钢加热炉各段的温度是均匀的、不变的。但是,如果轧钢加热炉出现问题或是其他问题时,为了满足生产的要求,加热炉的每一段的温度和材料都要发生改变。进入加热炉的空气和材料的比例也影响着加热炉内燃料的燃烧,若燃料过多,导致空气不足,则燃料燃烧会不充分,空气过多,产生的烟雾过多,炉内的热量会过分的丧失,热效率低。因此,应该严格控制空氣与燃料之间的比例,保证加热炉内的燃料充分燃烧。所以不管加热炉中的供热量如何变化,加热炉内的空气和燃料量的比例是不变的,而自动化控制对于控制这一比例是很容易的。一般而已,一定的热值的燃料都有相应的空气量。在加热炉中,若燃料是燃油,油的热值是稳定的,不会发生变化,而如果燃料是燃气的话,则会发生变化。比如,煤气在不同类型的加热炉中,煤气的密度和热值会发生变化。一般会选用华百指数测量方法,保证空气与煤气的比例。华百指数会根据煤气热值的变化而检测空气中的过剩系数,但实际上,燃烧控制主要是为了保持空气量与煤气量之间的比例,这个比例也可以说是固定的。如果加热炉较大时,为了节约燃料,还要适当减少钢坯在加热炉内的时间,控制好加热炉内的温度。如果加热炉内的燃料减少时,进入炉内的空气也要相应的减少,与炉内的燃料比例不能发生改变,与此同时,炉内上的最后一排烧嘴自动关闭,产量仍下降,进入炉内的空气和燃料数量又会减少,又相继的关闭倒数第二排烧嘴,以此类推。在燃料逐渐减少的过程中,应该保持烧嘴中的空气,防止烧嘴损坏[2]。
  3 压力控制系统
  3.1 炉压控制
  炉膛内的压力控制是将压力控制在微正压水平上,目的是为了使炉膛内中充满高温,减少外面的冷空气进入炉膛,影响加热炉的正常运行。
  3.2 助燃空气和煤气压力控制
  助燃空气和煤气值一定要保持在设定的数值内。因为每一个烧嘴的工作是在适应的空气和煤气压力中,才能进行正常的工作,一个稳定的空气和煤气压力能够提高烧嘴工作效率,保证烧嘴正常工作。除此之外,当煤气压力的起伏大或是空气与煤气压力系统出现问题时,应该还设有煤气稳定压力装置和自动切断煤气供应的装置,保证加热炉的安全[3]。
  4 换热器的保护
  加热炉节能中,回收烟气的余热也是重要的措施。但余热回收器(换热器)的价格昂贵,在使用过程中,如果使用操作不当或是错误操作,都会造成换热器的损坏,因此要设置换热器的保护系统。目前,换热器的保护系统措施主要有三种,分别是放散热空气,控制稀释空气,防止硫化物腐蚀。
  4.1 热空气放散
  为了加热炉防止出现助燃空气的温度过高,温度过高会导致换热器的损坏,所以要有一个空气放散的系统装置,降低温度。换热器主要安装在加热炉的空气总管和换热器的出口之间。一般情况下,空气鼓散阀门都是关闭的,但温度到达之前的设定值时,放散阀门会自动打开,因此换热器的空气流量会增加,换热器温度降低,加热炉的工作运行也不会受到影响。
  4.2 稀释空气控制
  为了保证温度在换热器的安全设计范围内,需要控制进入换热器中的烟气量。向测点换热器前列管的温度,当温度上升到设定的数值时,自动引入冷稀释空气到换热器的前烟管中,降低温度。
  4.3 防止硫化物腐蚀
  当燃料中含有硫化物时,烟气中会含有水蒸气和硫等成分。这些硫化物会对换热器及其他装置产生腐蚀作用,影响加热炉和换热器正常工作。为了防止烟气温度过低,减少硫化物的腐蚀作用,一般会将换热器的烟气出口温度要超过320℃[4]。
  5 结束语
  为了节约能源,合理组织有效燃烧,必须加强加热炉的热工自动化控制。计算机参与热工自动化控制,有控制精度准确,操作灵活,并且可实现多项参数控制的特点,为加热炉全面实现自动化提供了有利条件。对于一座炉子是否要全面进行热工自动化控制,要综合各方面的因素。对于一些小的炉子,热工系统简单,采取一般的控制就能满足要求;对于比较大的炉子,加工系统复杂,可以考虑进行全面热工自动化控制。所以,应针对炉子本身的具体情况,因地制宜,合理地配置加热炉的热工控制水平。
  参考文献
  [1] 华建社,陈佳宜,杜金星.蓄热式轧钢加热炉热工分析[J].工业炉,2017,39(03):35-38.
  [2] 王超.轧钢加热炉热平衡测试分析[J].应用能源技术,2017,(02): 42-44.
  [3] 唐顺,韩枫,李朝祥,等.热轧轧钢加热炉热装制度的优化研究[J].安徽工业大学学报(自然科学版),2014,31(01):20-24.
  [4] 陈冠军,张忠结,陈军,等.首钢轧钢加热炉的节能[J].工业炉,2011, 33(01):16-19.
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