戚鑫

山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司 山東濟(jì)南 250101

隨著當(dāng)今社會(huì)對(duì)節(jié)能降耗的重視程度不斷提升，冶金工業(yè)內(nèi)技術(shù)人員也加深了對(duì)綠色發(fā)展手段的研究力度。加熱爐設(shè)備作為其中產(chǎn)生的耗能最大的設(shè)備，顯然是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其運(yùn)行穩(wěn)定程度會(huì)對(duì)軋鋼生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。加熱爐本身的工況比較復(fù)雜，產(chǎn)生的運(yùn)行慣性很大，且控制滯后。加熱爐本身的數(shù)學(xué)建模比較困難，在運(yùn)行過(guò)程中必然會(huì)受到空氣，以及煤氣壓力等各種因素的影響。

1 冶金工業(yè)加熱爐自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)

熱軋廠(chǎng)的加熱爐的主要工作就是對(duì)板坯進(jìn)行加熱處理，保障其能夠滿(mǎn)足軋制工作需要的參數(shù)。當(dāng)下行業(yè)內(nèi)使用的加熱爐普遍是使用傳統(tǒng)串級(jí)交叉交限幅落實(shí)控制工作，后續(xù)還需要投入人力對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行控制，最終與燃燒系統(tǒng)相互配合才能最終完成加熱爐溫度控制工作。

串級(jí)雙交叉限幅控制系統(tǒng)當(dāng)中，僅能夠分析空氣以及煤氣流量參數(shù)，難以綜合分析其他因素產(chǎn)生的干擾，導(dǎo)致溫度控制工作的精準(zhǔn)度低，系統(tǒng)在實(shí)際落實(shí)運(yùn)行的過(guò)程中也很容易受到劇烈波動(dòng)影響自動(dòng)控制效果。其中最關(guān)鍵的就是混合煤氣熱值參數(shù)，在相同比例條件下的空氣和煤氣配比，若熱值波動(dòng)比較大，則必然造成爐溫控制工作穩(wěn)定程度不足的問(wèn)題。這些因素當(dāng)中最關(guān)鍵的就是混合煤氣熱值參數(shù)，在同等比例條件的空氣以及煤氣配合之下，若熱值過(guò)大，必然會(huì)產(chǎn)生爐溫控制失穩(wěn)的情況，最終兩種煤氣產(chǎn)生明顯的熱值差。具體的高、焦?fàn)t煤氣工藝參數(shù)如表1所示。

表1 高、焦?fàn)t煤氣工藝參數(shù)

在一般情況下，加熱爐混合煤氣的熱值都能夠穩(wěn)定在1900±70lczl/m3，壓力則是＞5kPa，這種狀態(tài)能夠保持穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)分析可以得知，煤氣流量在穩(wěn)定狀態(tài)下，混合煤氣配比差異過(guò)大就會(huì)產(chǎn)生比較大的熱值差，在這樣的條件下即便獲得的空煤配比系數(shù)相同，產(chǎn)生的熱量也會(huì)存在明顯差異。

2 冶金工業(yè)加熱爐自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行冶金工業(yè)加熱爐自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中[1]，工作人員需要注意與實(shí)際情況相互結(jié)合，同時(shí)對(duì)熱值儀進(jìn)行有效的優(yōu)化，最終達(dá)到優(yōu)化自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)的最終目的[2]。

2.1 熱值儀

這方面的工作需要技術(shù)人員從熱爐燃燒控制回路系統(tǒng)入手，對(duì)該環(huán)節(jié)工作進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)[3]，同時(shí)在優(yōu)化改進(jìn)的過(guò)程中，需要注意傳統(tǒng)串級(jí)雙交叉限幅控制回路當(dāng)中還要配合添加煤氣熱值的方式檢測(cè)[4]，這樣能夠基本加劇而不同因素導(dǎo)致的爐溫不穩(wěn)定問(wèn)題。如果工作人員選擇在熱值儀的輔助下，對(duì)混合煤氣熱值展開(kāi)分析工作，則能夠?qū)嶂敌盘?hào)作為參考依據(jù)，對(duì)相應(yīng)的人工孔煤氣配比系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。這樣做的目的是獲得比較準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)發(fā)展系數(shù)參數(shù)，為后續(xù)的空氣以及煤氣流量檢驗(yàn)奠定穩(wěn)定基礎(chǔ)。但需要注意的是，這樣處理的效果智能維持在初期，設(shè)備運(yùn)行超過(guò)一定年限之后，爐溫控制失穩(wěn)的問(wèn)題依舊會(huì)出現(xiàn)[5]。

在混合煤氣管道內(nèi)，技術(shù)人員可選擇的工作方式比較豐富，常見(jiàn)的就是將取樣管道和煤氣連接起來(lái)，這樣只需要促使周邊氧氣燃燒，就能夠獲得十分準(zhǔn)確的溫度參數(shù)。但眾所周知，熱值儀本身很容易受工藝參數(shù)限制，其管道直徑為5mm，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生粉塵等物質(zhì)，這類(lèi)物質(zhì)會(huì)受高溫影響結(jié)塊，這就是導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)失真的關(guān)鍵因素。

想要解決上述問(wèn)題，技術(shù)人員可以在煤氣取樣管道上安裝凈化裝置，這樣的裝置能夠達(dá)到良好的純凈煤氣效果。但在實(shí)際使用過(guò)程中需要注意，這樣的操作方式很容易在檢測(cè)過(guò)程中引起過(guò)濾裝置堵塞的問(wèn)題，因此想要達(dá)到較好的工作效果，依舊需要研究將加熱爐溫度控制失調(diào)情況解決的具體方式。

2.2 混合煤氣值計(jì)算

在相關(guān)工作落實(shí)的過(guò)程中，技術(shù)人員為獲得更加準(zhǔn)確的空煤配比系數(shù)，需要尋找有效方式持續(xù)降低工作和計(jì)算誤差。若想要進(jìn)行系數(shù)修正工作，可以檢測(cè)尾氣當(dāng)中的氧氣，具體工作方式就是分析燃燒之后的尾氣成分，這一數(shù)據(jù)能夠直觀(guān)準(zhǔn)確地反映出空煤配比系數(shù)。

眾所周知，燃燒廢氣中含有很高的氧含量，在燃燒負(fù)荷以及其自身成分的影響下，如果空煤配比系數(shù)過(guò)大，則殘留的氧含量更高，反之則比較低。在使用加熱爐設(shè)備運(yùn)行工作時(shí)，需要注意的就是保障提供充足的空氣，這樣能夠達(dá)到減少熱量損失的效果，同時(shí)工作效率也能得到有效優(yōu)化?？傊@一環(huán)節(jié)工作的整體落實(shí)原則就是通過(guò)方式，保障設(shè)備始終處于正常的最佳運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中。如：某技術(shù)人員選擇控制空氣燃燒的方式降低鋼坯氧化燒損效果，這也是保障最佳燃燒控制工作落實(shí)的關(guān)鍵。在燃燒處理之后，尾氣在加熱爐的尾部就能夠進(jìn)入到煙囪，但溫度會(huì)比爐膛中的溫度參數(shù)更低。結(jié)合實(shí)際情況，該技術(shù)人員選擇使用過(guò)氧化皓慘樣檢測(cè)設(shè)備分析參數(shù)，最終得到了滿(mǎn)意的測(cè)量效果。

2.3 加熱段間撥控制

實(shí)際上間撥燃燒屬于間隔切斷側(cè)面墻燒嘴供熱燃燒工作落實(shí)過(guò)程中應(yīng)用的技術(shù)手段，技術(shù)人員能夠?qū)Ω鳠斓拿簹忾g拔數(shù)值進(jìn)行設(shè)定，這樣在煤氣流量低于間拔數(shù)值時(shí)，燒嘴就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。需要注意的是，單一燒嘴在50%-100%的負(fù)荷條件下能夠獲得最充分的燃燒，技術(shù)人員也能更便捷地落實(shí)火焰控制工作。若煤氣流量處于下降的過(guò)程，單個(gè)燒嘴的負(fù)荷也＜50%，程序會(huì)選擇在臨近爐尾的位置自動(dòng)燒嘴，且其余的控制負(fù)荷都會(huì)＞50%。

如果技術(shù)人員認(rèn)為工作中應(yīng)該使用字表程序輔助自動(dòng)控制工作落實(shí)，則能夠促使設(shè)備在工作當(dāng)中能夠始終處于高負(fù)荷的狀態(tài)，這也對(duì)爐寬方向調(diào)整和整體溫度控制都有良好效果，尤其是在溫度均勻控制的工作當(dāng)中，效果最為明顯。需要注意的就是間拔技術(shù)本身的傳熱效率較高，因此在燃?xì)膺^(guò)程中能源消耗量也會(huì)相應(yīng)降低。顯然能夠通過(guò)延長(zhǎng)預(yù)熱時(shí)間的方式，提升煙氣利用率，保障工作效果和流程細(xì)節(jié)都與降低能耗的要求相符。

2.4 均熱端脈沖控制

從本質(zhì)上分析，脈沖技術(shù)屬于簡(jiǎn)短的燃燒控制工作落實(shí)方式，只需要使用控制溫度調(diào)節(jié)器的形式就能達(dá)到時(shí)序信號(hào)參數(shù)開(kāi)關(guān)控制的目的。與常規(guī)的燃燒方式相比較來(lái)講，脈沖燃燒方式的工作原理不是使用調(diào)節(jié)煤氣之后的空氣管道閥位控制爐溫，而是會(huì)在燒嘴工作期間，利用燃燒占空比對(duì)爐溫進(jìn)行設(shè)定，這樣做的優(yōu)勢(shì)在于能夠在確定燒嘴數(shù)量之后，繼續(xù)根據(jù)設(shè)定好的時(shí)間順序依次點(diǎn)燃。

脈沖燃燒的優(yōu)勢(shì)就在于，其能夠促使燒嘴在保持滿(mǎn)負(fù)荷的狀態(tài)下運(yùn)行，這樣產(chǎn)生火焰長(zhǎng)度最大，也能保障受熱溫度均勻程度。需要注意的是火焰出口速度相對(duì)比較高，在高速運(yùn)行的狀態(tài)下，發(fā)射的熱氣流也能夠?qū)訜釥t內(nèi)部的氣溫產(chǎn)生攪拌效果。這樣一方面能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈腐蝕，另一方面也能促使氣體之間的對(duì)流效果加強(qiáng)。技術(shù)人員可以根據(jù)特定的周期，對(duì)燒嘴開(kāi)關(guān)進(jìn)行合理設(shè)置，也可以充分與煙氣混合，最終的工作目的都是保障板坯均勻程度。

在加熱爐當(dāng)中，均熱段是最關(guān)鍵的部位，能夠在將鋼坯加熱到額定溫度的同時(shí)保障受熱均勻性。通過(guò)相同組別的燒嘴同時(shí)動(dòng)作進(jìn)行擾動(dòng)，就能促使整體爐溫均勻性提升，這樣一方面可以降低爐門(mén)開(kāi)啟需要的時(shí)間以及產(chǎn)生的干擾情況。另一方面，脈沖燒嘴在設(shè)置了空煤延遲之后，繼續(xù)使用“后開(kāi)先關(guān)”的方式處理就能夠有效緩解總管壓力波動(dòng)帶來(lái)的失衡，還能結(jié)合實(shí)際情況對(duì)開(kāi)關(guān)的時(shí)間差進(jìn)行調(diào)整，最終就可以獲得比較合理的空燃比。

2.5 實(shí)例分析

某課題組分析了與冶金工業(yè)加熱爐自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)優(yōu)化相關(guān)的問(wèn)題之后，對(duì)自身的加熱爐燃燒控制回路展開(kāi)了相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)工作。即在傳統(tǒng)的串級(jí)雙交叉限幅控制回路當(dāng)中，加入煤氣熱值檢測(cè)工作環(huán)節(jié)，同時(shí)將熱值信號(hào)加入到了空煤配比的計(jì)算過(guò)程當(dāng)中。不僅如此，技術(shù)人員還將值的操作由手動(dòng)改為了自動(dòng)，這樣有效降低了混合煤氣熱值波動(dòng)因素帶來(lái)的爐溫控制不穩(wěn)定的情況。

針對(duì)冶金企業(yè)當(dāng)中熱值儀故障率比較高的問(wèn)題，技術(shù)人員在對(duì)加熱爐燃燒控制展開(kāi)了充分的論證之后，該課題組就在加熱爐燃燒控制工作的落實(shí)過(guò)程中投入使用了新的熱值儀檢測(cè)設(shè)備，并通過(guò)高、焦混合煤氣熱值計(jì)算的方式代替原本檢測(cè)方式。用F1表示高爐煤氣流量，F(xiàn)2表示焦?fàn)t煤氣流量，則計(jì)算公式為：

最終計(jì)算出的高爐煤氣標(biāo)準(zhǔn)熱值為830lcal/m3，焦?fàn)t煤氣標(biāo)準(zhǔn)熱值則是4700kcal/m3。這樣做能夠?qū)嶂祪x故障產(chǎn)生的難題有效解決，但可以注意到，計(jì)算出的值是在高爐和焦?fàn)t煤氣流量準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上得知的，顯然實(shí)際檢測(cè)還存在誤差。因此該課題組技術(shù)人員就將其他會(huì)產(chǎn)生影響的綜合因素與公示內(nèi)容結(jié)合考慮，最終保障修正后的空煤配比系數(shù)切實(shí)可行。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在綠色發(fā)展以及可持續(xù)發(fā)展觀(guān)念的支持下，行業(yè)內(nèi)技術(shù)人員只需要將多種現(xiàn)代化手段，和冶金工業(yè)加熱爐自動(dòng)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化工作結(jié)合起來(lái)。就能夠通過(guò)新型的間拔以及脈沖等技術(shù)提升加熱爐燒鋼的性能參數(shù)，這對(duì)加熱爐本身的設(shè)備品質(zhì)提升以及各方面性能加強(qiáng)有明顯效果。