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【摘 要】 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。
【关键词】加热炉；自动化控制
Heating Furnace automation and control technology of thermal
Yang Shi-ping
(Xinyu Iron and Steel Group Co., Ltd. Xinyu Jiangxi 338000)
【Abstract】In recent years, China's steel rolling heating furnace energy saving has been made great progress, many from the original substandard heating furnace and third furnace, furnace and into a first-class ranks of the Principal furnace. However, many heating equipment levels are very poor. Therefore, the heating furnace energy saving thermal metallurgical enterprises remains a major issue for professionals.
【Key words】Furnace;Automation
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。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。
2. 温度及燃烧控制系统
轧钢加热炉在正常生产的情况下,各段的温度是均匀不变的。但是,当轧机出现故障或其它的情况时,为满足加热工艺的要求,炉子各段的温度和燃料的供应都得做出相应的变化。
进入炉内的空气和燃料量的比例,直接影响燃料的燃烧。空气不足,燃烧不完全;燃耗增加,热效率低;空气过量,烟气量增加,又会从炉内带走大量的热,热效率也不高。因此,应选择正确的空气过剩系数,以保证燃料在加热炉内进行充分的燃烧。所以,当加热炉的供热量发生变化时,进入加热炉的空气和燃料流量的比例应保持不变。而自动控制很容易实现这项功能。
一定热值的燃料有其相应的理论空气供应量,在燃油加热炉中,油的热值(对同一加热炉)是基本不变的。但对燃气加热炉,特别是对以高炉、焦炉混合煤气为燃烧的加热炉,煤气的热值和密度是经常变化的为确保空气和煤气按一定比例燃烧,有必要进行华百指数(热值)测量。华百指数是当煤气热值和密度发生变化时,校正空气过剩系数的。实际上,燃烧控制是维持空气量和煤气的热值之间,有一个固定的比例。
在较大型的炉子上,为了节省燃料,减少钢坯在内高温区的停留时间,防止钢坯脱碳和减少氧化烧损。炉子的温度的控制, 还可以采取切断烧嘴排数的方法来实现。当炉子产量下降,进入炉内的空气量和燃料量降到某一值时,炉子上的最后一排烧嘴自动关闭;产量继续下降,进入炉内的空气量和燃料量降到又一值时,自动关闭后面倒数第二排烧嘴。但是,在切断燃料供应量,应保持烧嘴中有一定的空气时,防止烧嘴损坏。
3. 压力控制系统
3.1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,防止外部冷空气吸入,影响炉子正常工作。
3.2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。
4. 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。
4.1 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。
4.2 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释空气降低烟气温度,从而降低换热器管壁温度,达到保护换热器的目的。
4.3 防止硫化物腐蚀。使用含有硫成份的燃料时,烟气中含有水蒸汽和硫的燃烧产物。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。
5. 其它控制
加热炉的热工自动化控制除了上述几项主要控制系统外,还有烟气中含氧量分析装置,彩色CRT显示终端和打印装置等。
烟气中含氧量的多少可以反映燃烧在炉膛内的燃烧情况,从而检验加热炉是否吸冷风,以及空气过剩系数是否取得合适。
彩色CRT显示终端装置,可显示大量有关炉子的工作画面和各种工艺参数。工作画面能直观反映炉子的实际工作情况及生产的各种数据.还可以通过安装在炉子上的电视摄影设备,操作者在操作室内了解炉子的生产情况。炉子区域的电视回路还可与整个轧钢厂的控制中心联络,给全厂各区域的协调生产提供了方便。
打印装置,打印在一定时间范围内炉子当时的各种情况报表,有利于生产统计工作。
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,要综合各方面的目素。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。
［文章编号］1006-7619（2011）04-28-421
［作者简介］ 杨世平（1968~），职称：轧钢工程师，工作单位：新余钢铁集团有限公司。
【关键词】加热炉；自动化控制
Heating Furnace automation and control technology of thermal
Yang Shi-ping
(Xinyu Iron and Steel Group Co., Ltd. Xinyu Jiangxi 338000)
【Abstract】In recent years, China's steel rolling heating furnace energy saving has been made great progress, many from the original substandard heating furnace and third furnace, furnace and into a first-class ranks of the Principal furnace. However, many heating equipment levels are very poor. Therefore, the heating furnace energy saving thermal metallurgical enterprises remains a major issue for professionals.
【Key words】Furnace;Automation
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。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。
2. 温度及燃烧控制系统
轧钢加热炉在正常生产的情况下,各段的温度是均匀不变的。但是,当轧机出现故障或其它的情况时,为满足加热工艺的要求,炉子各段的温度和燃料的供应都得做出相应的变化。
进入炉内的空气和燃料量的比例,直接影响燃料的燃烧。空气不足,燃烧不完全;燃耗增加,热效率低;空气过量,烟气量增加,又会从炉内带走大量的热,热效率也不高。因此,应选择正确的空气过剩系数,以保证燃料在加热炉内进行充分的燃烧。所以,当加热炉的供热量发生变化时,进入加热炉的空气和燃料流量的比例应保持不变。而自动控制很容易实现这项功能。
一定热值的燃料有其相应的理论空气供应量,在燃油加热炉中,油的热值(对同一加热炉)是基本不变的。但对燃气加热炉,特别是对以高炉、焦炉混合煤气为燃烧的加热炉,煤气的热值和密度是经常变化的为确保空气和煤气按一定比例燃烧,有必要进行华百指数(热值)测量。华百指数是当煤气热值和密度发生变化时,校正空气过剩系数的。实际上,燃烧控制是维持空气量和煤气的热值之间,有一个固定的比例。
在较大型的炉子上,为了节省燃料,减少钢坯在内高温区的停留时间,防止钢坯脱碳和减少氧化烧损。炉子的温度的控制, 还可以采取切断烧嘴排数的方法来实现。当炉子产量下降,进入炉内的空气量和燃料量降到某一值时,炉子上的最后一排烧嘴自动关闭;产量继续下降,进入炉内的空气量和燃料量降到又一值时,自动关闭后面倒数第二排烧嘴。但是,在切断燃料供应量,应保持烧嘴中有一定的空气时,防止烧嘴损坏。
3. 压力控制系统
3.1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,防止外部冷空气吸入,影响炉子正常工作。
3.2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。
4. 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。
4.1 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。
4.2 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释空气降低烟气温度,从而降低换热器管壁温度,达到保护换热器的目的。
4.3 防止硫化物腐蚀。使用含有硫成份的燃料时,烟气中含有水蒸汽和硫的燃烧产物。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。
5. 其它控制
加热炉的热工自动化控制除了上述几项主要控制系统外,还有烟气中含氧量分析装置,彩色CRT显示终端和打印装置等。
烟气中含氧量的多少可以反映燃烧在炉膛内的燃烧情况,从而检验加热炉是否吸冷风,以及空气过剩系数是否取得合适。
彩色CRT显示终端装置,可显示大量有关炉子的工作画面和各种工艺参数。工作画面能直观反映炉子的实际工作情况及生产的各种数据.还可以通过安装在炉子上的电视摄影设备,操作者在操作室内了解炉子的生产情况。炉子区域的电视回路还可与整个轧钢厂的控制中心联络,给全厂各区域的协调生产提供了方便。
打印装置,打印在一定时间范围内炉子当时的各种情况报表,有利于生产统计工作。
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,要综合各方面的目素。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。
［文章编号］1006-7619（2011）04-28-421
［作者简介］ 杨世平（1968~），职称：轧钢工程师，工作单位：新余钢铁集团有限公司。