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(gè)別小型軋鋼廠使用重油。計(jì)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(cè)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(duì)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(dòng)原爐膛內(nèi)壁結(jié)構(gòu)，是針對(duì)加熱爐本身的一種技術(shù)改造。存在設(shè)計(jì)、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(cè)的燃燒智能控制技術(shù)，即通過高溫成像探頭檢測(cè)爐內(nèi)鋼坯實(shí)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(shí)際檢測(cè)參數(shù)對(duì)加熱爐進(jìn)行優(yōu)化控制，可以實(shí)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(jì)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。空、煤氣預(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(diǎn)。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(huì)有較大的改變，有望在3～5年內(nèi)實(shí)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(duì)穩(wěn)定、對(duì)爐內(nèi)溫度場(chǎng)要求均勻的場(chǎng)合，不適于煤氣熱值波動(dòng)頻繁且無法穩(wěn)定的場(chǎng)合。其優(yōu)點(diǎn)是：燒嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易控制、溫度場(chǎng)均勻、燃料利用率高。

2.1.3 相變儲(chǔ)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(chǔ)熱材料的研究。目前國內(nèi)外部分高校對(duì)相變儲(chǔ)熱材料已完成了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，開始進(jìn)入中間試驗(yàn)階段，不久便可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果表明，相變儲(chǔ)熱材料可利用的儲(chǔ)熱量是常規(guī)儲(chǔ)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(shí)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(shí)煤氣損失5倍以上，同時(shí)具有空氣預(yù)熱溫度穩(wěn)定且波動(dòng)量很小等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，由知識(shí)庫、推理機(jī)、知識(shí)獲取和解釋界面四部分組成，知識(shí)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(yàn)，編輯知識(shí)庫?？筛鶕?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(dòng)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(dòng)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(jì)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(duì)象的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性和模糊性，使控制簡(jiǎn)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(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，分別進(jìn)行實(shí)時(shí)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(diǎn)，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(duì)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(jí)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(shí)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(cè)連鑄坯表面缺陷的實(shí)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(gè)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(shí)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(jì)劃；(2)在線調(diào)整，通過在線板坯與軋制計(jì)劃的調(diào)節(jié)，解決煉鋼板坯來料與熱軋計(jì)劃對(duì)板坯順序要求不匹配問題；(3)解決板坯熱裝的規(guī)模化生產(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(shí)下線，并及時(shí)修訂熱裝計(jì)劃和軋制計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)熱坯的規(guī)模化裝爐生產(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(shí)也是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。只有在設(shè)計(jì)層面、操作層面、管理層面同時(shí)發(fā)力，不斷采用新技術(shù)，才能實(shí)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)祉担R世偉，沈跳，王建國，饒文濤.軋鋼加熱爐燃燒工況在線測(cè)控系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)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(bào)，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.