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        加熱爐燃燒控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

        2017-03-09 21:33:19薛志新
        環(huán)球市場 2017年12期
        關(guān)鍵詞:軋鋼板坯連鑄

        薛志新

        中國石油化工股份有限公司天津分公司

        加熱爐燃燒控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

        薛志新

        中國石油化工股份有限公司天津分公司

        加熱爐是軋鋼生產(chǎn)企業(yè)中的主要耗能設(shè)備,盡量提高燃料利用率,是節(jié)能降耗需解決的主要問題。國內(nèi)外冶金行業(yè)的燃料主要為焦?fàn)t、高爐混合煤氣及各單一煤氣,部分使用天然氣,個別小型軋鋼廠使用重油。計算機(jī)控制燃燒過程,就是在各種燃燒工況條件下,找到合理的最佳空燃比,使燃燒處于較佳狀態(tài),從而提高爐溫控制精度,保證鋼錠以較快的速度達(dá)到出鋼溫度,節(jié)約能源,減少氧化燒損。鑒于此,本文分析了加熱爐燃燒技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,并提出了一些列優(yōu)化措施。

        加熱爐;燃燒;控制技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;優(yōu)化措施

        1、加熱爐燃燒控制現(xiàn)狀

        一是熱電偶測試爐膛溫度和煙氣成分進(jìn)行燃燒控制技術(shù),國內(nèi)絕大多數(shù)加熱爐采用此技術(shù),存在煤氣消耗和氧化鐵皮燒損較高的問題。

        二是黑體技術(shù),即采用“黑體強(qiáng)化輻射傳熱節(jié)能”機(jī)理,在加熱爐熱流的源頭,對熱射線進(jìn)行有效調(diào)控,提高加熱爐的爐墻黑度、增大爐內(nèi)墻面積以及提高熱射線到位率等改善加熱爐加熱質(zhì)量、提高熱效率。該技術(shù)需改動原爐膛內(nèi)壁結(jié)構(gòu),是針對加熱爐本身的一種技術(shù)改造。存在設(shè)計、施工周期長,投資大,后期維護(hù)調(diào)整難度大的問題。

        三是鋼坯溫度監(jiān)測的燃燒智能控制技術(shù),即通過高溫成像探頭檢測爐內(nèi)鋼坯實際溫度,并把參數(shù)傳給智能控制系統(tǒng),智能系統(tǒng)根據(jù)工藝要求和實際檢測參數(shù)對加熱爐進(jìn)行優(yōu)化控制,可以實現(xiàn)在保證工藝的前提下鋼溫最合適,在保證鋼溫前提下燃料消耗最低,在保證最佳空燃配比前提下氧化燒損最少,達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能降耗目標(biāo)。

        2、加熱爐燃燒控制技術(shù)的優(yōu)化

        2.1 加熱爐設(shè)計應(yīng)采用的新技術(shù)

        2.1.1 高效、低成本換熱器。換熱器作為加熱爐煙氣余熱回收的一種專用節(jié)能設(shè)備,已在軋鋼加熱爐上廣泛應(yīng)用??铡⒚簹忸A(yù)熱溫度高,投資與維護(hù)成本低一直是企業(yè)所追求的重點。目前主要采用的有片狀管式換熱器、管狀插入件式換熱器、噴流換熱器等。但普遍存在的問題是空氣預(yù)熱溫度低(400~500℃),導(dǎo)致軋鋼加熱爐煙氣余熱回收率低。目前國內(nèi)某些高校、科研院所正在研究高效、低成本換熱器,在換熱器的結(jié)構(gòu)及材料上將會有較大的改變,有望在3~5年內(nèi)實現(xiàn)工業(yè)化。

        2.1.2 脈沖燃燒技術(shù)。軋鋼加熱爐脈沖燃燒技術(shù)是近期發(fā)展起來的一種燃燒控制技術(shù),其核心思想是將模擬量燃燒控制改變成數(shù)字量燃燒控制,火焰長度、溫度分布不受爐子供熱負(fù)荷變化的影響,沒有空、煤氣流量調(diào)節(jié)的過渡期,適用于煤氣熱值相對穩(wěn)定、對爐內(nèi)溫度場要求均勻的場合,不適于煤氣熱值波動頻繁且無法穩(wěn)定的場合。其優(yōu)點是:燒嘴結(jié)構(gòu)簡單、容易控制、溫度場均勻、燃料利用率高。

        2.1.3 相變儲熱換熱技術(shù)。隨著蓄熱式燃燒技術(shù)的發(fā)展,人們開始關(guān)注儲熱材料的研究。目前國內(nèi)外部分高校對相變儲熱材料已完成了實驗室試驗,開始進(jìn)入中間試驗階段,不久便可實現(xiàn)工業(yè)化。實驗室研究結(jié)果表明,相變儲熱材料可利用的儲熱量是常規(guī)儲熱材料的5倍以上,若將其應(yīng)用到常規(guī)蓄熱式加熱爐,換向時間可延長5倍以上,它將大幅度提高換向閥壽命、減少換向時煤氣損失5倍以上,同時具有空氣預(yù)熱溫度穩(wěn)定且波動量很小等諸多優(yōu)點,是蓄熱式燃燒技術(shù)的一次重大革命,應(yīng)給予高度關(guān)注。

        2.2 操作層面所采用的新技術(shù)

        2.2.1 人工智能專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在未知環(huán)境下,仿效專家的智能,實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制,由知識庫、推理機(jī)、知識獲取和解釋界面四部分組成,知識庫和推理機(jī)是核心。加熱爐專家系統(tǒng)以基本數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),再融入熱工專家及操作工人的經(jīng)驗,編輯知識庫。可根據(jù)加熱鋼種、原料及軋制規(guī)格、冷料、熱料、軋制節(jié)奏變化及待軋等具體情況,自動推斷出各種加熱制度,并直接設(shè)定各段爐溫和升溫曲線,指導(dǎo)基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)操作。

        2.2.2 加熱爐模糊控制系統(tǒng)。模糊控制技術(shù)以模糊數(shù)學(xué)、模糊語言和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎(chǔ),采用計算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)控制系統(tǒng)。它的組成核心是具有智能性的模糊控制器,符合被控制對象的復(fù)雜性、動態(tài)性和模糊性,使控制簡便、精度高,且適應(yīng)性強(qiáng)。模糊控制采用直接數(shù)字控制(DDC)、監(jiān)督控制(SCC)兩級計算機(jī)控制系統(tǒng),分別進(jìn)行實時控制和智能控制。模糊控制具有精度高、響應(yīng)快、過渡過程短、抗干擾能力強(qiáng)等特點,已在國內(nèi)某些鋼廠應(yīng)用。

        2.3 連鑄坯熱送熱裝工藝技術(shù)

        連鑄坯熱送熱裝工藝是利用連鑄坯自身的物理熱,采取相應(yīng)的生產(chǎn)管控措施,使得連鑄工序與軋制工序緊密銜接,達(dá)到節(jié)能降耗的目的。對此,我國鋼鐵行業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:熱裝溫度≥600℃、熱裝比≥50%,為清潔生產(chǎn)一級標(biāo)準(zhǔn)。目前,我國平均熱裝溫度為500~600℃,平均熱裝率為40%,先進(jìn)生產(chǎn)線平均熱裝溫度可達(dá)到800℃以上,平均熱裝率大于80%以上。實現(xiàn)高水平熱裝熱送的基本條件是:無缺陷連鑄坯合格率≥95%,具有在線檢測連鑄坯表面缺陷的實用技術(shù)。在科學(xué)管理層面要從整體考慮,統(tǒng)籌布局,主要從三個方面入手:(1)解決煉鋼與熱軋之間的物流銜接和工藝控制,實現(xiàn)規(guī)模化、連續(xù)化生產(chǎn)管理。關(guān)鍵是統(tǒng)籌安排,編制煉鋼-熱軋的一體化生產(chǎn)計劃;(2)在線調(diào)整,通過在線板坯與軋制計劃的調(diào)節(jié),解決煉鋼板坯來料與熱軋計劃對板坯順序要求不匹配問題;(3)解決板坯熱裝的規(guī)?;a(chǎn)問題,一旦煉鋼來坯不滿足熱軋最小節(jié)能熱裝量,板坯暫時下線,并及時修訂熱裝計劃和軋制計劃,實現(xiàn)熱坯的規(guī)?;b爐生產(chǎn)。

        總而言之,加熱爐高效、優(yōu)質(zhì)和節(jié)能減排是鋼鐵企業(yè)共同追求的目標(biāo),同時也是一項系統(tǒng)工程。只有在設(shè)計層面、操作層面、管理層面同時發(fā)力,不斷采用新技術(shù),才能實現(xiàn)軋鋼加熱爐節(jié)能效益最大化。

        [1]魏振華.步進(jìn)蓄熱式加熱爐工作原理[J].電子制作,2015,09:243. [2]張?zhí)祉?,馬世偉,沈跳,王建國,饒文濤.軋鋼加熱爐燃燒工況在線測控系統(tǒng)[J].計算機(jī)測量與控制,2015,10:3367-3369.

        [3]張彪.推鋼式加熱爐節(jié)能燃燒控制系統(tǒng)及熱工制度優(yōu)化研究[D].齊魯工業(yè)大學(xué),2015.

        [4]云飛.蓄熱-換熱聯(lián)用式軋鋼加熱爐技術(shù)[N].世界金屬導(dǎo)報,2015-11-03B05.

        [5]杜鵬.新型蓄熱式燒嘴在數(shù)字化軋鋼加熱爐上的應(yīng)用[J].工業(yè)加熱,2015,06:21-23.

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