脈沖技術(shù)在武鋼大型廠空煤氣雙蓄熱加熱爐上的應(yīng)用

工程簡介

武鋼大型廠萬能生產(chǎn)線步進(jìn)粱式加熱爐工程是我公司2006年6月簽定的總承包工程，1#爐于2007年L2月投產(chǎn)，2#爐于2008年1月授產(chǎn)。

每座加熱爐額定產(chǎn)量120t／h，最大產(chǎn)量150t／h。有效爐長34000mm，內(nèi)寬8900mm，上爐膛高度2300mm，下爐膛高度2500mm。壘爐共分六個(gè)溫度控制段：第一加熱段上部、第一加熱段下部、第二加熱段上部、第二加熱段下部、均熱段上部和均熱段下部，另外設(shè)置較短的不供熱的預(yù)熱段。各控制段分別采用高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣作為燃料——第一、二加熱段采用高爐煤氣(熱值750Kcal／m3)、均熱段采用轉(zhuǎn)爐煤氣(熱值1670Kcal／m3)。

因?yàn)槊簹鉄嶂刀急容^低，故此工程采用空、煤氣雙蓄熱的燃燒技術(shù)。全爐共配備30N蓄熱式燒嘴，24對高爐煤氣燒嘴布置在加熱段，6對轉(zhuǎn)爐煤氣燒嘴布置在均熱段。每套燒嘴含一個(gè)空氣蓄熱燒嘴和一個(gè)煤氣蓄熱燒嘴，上下布置，空氣和煤氣噴口成一個(gè)交角在爐膛內(nèi)匯合。全爐燒嘴使用莫來石蜂窩體作為蓄熱體，單體尺寸為3x3xlmm，全爐總使用量為28m。

燒嘴采用閥組式換向形式，即每個(gè)燒嘴配置4個(gè)氣動(dòng)蝶閥(見下圖)，通過4個(gè)閥門的開關(guān)配合來實(shí)現(xiàn)燒嘴的燃燒／蓄熱的轉(zhuǎn)換，換向周期為60秒。由此配置，全爐采用分散換向，避免了爐壓波動(dòng)大的問題。另外，換向閥的布置可盡量的靠近燒嘴，減少了換向過程中煤氣的浪費(fèi)；更換某個(gè)燒嘴的蓄熱體時(shí)，直接切斷這個(gè)燒嘴，不需要停產(chǎn)。最大的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)脈沖燃燒方式，擴(kuò)大各段燃燒能力的調(diào)節(jié)比。

脈沖燃燒和蓄熱式燃燒兩種技術(shù)，我們都有成功應(yīng)用的實(shí)例，也為武鋼大型項(xiàng)目上二者結(jié)合使用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過這次成功嘗試，也為今后蓄熱式加熱爐燃燒控制方面提供了很好的借鑒。

脈沖燃燒控制的原理

當(dāng)加熱爐熱負(fù)荷變化時(shí)，常用的方法是改變燒嘴的燃料和助燃空氣的流量。脈沖控制不改變燒嘴的燃料和空氣的流量而改變燒嘴的供熱時(shí)間，通過在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)燒嘴工作時(shí)間的變化來實(shí)現(xiàn)供熱能力的改變。燒嘴的工作狀態(tài)像脈沖一樣時(shí)開時(shí)關(guān)，開關(guān)的時(shí)間按照規(guī)定的程序來進(jìn)行控制。如下圖所示：

脈沖燃燒控制原理圖

脈沖燃燒控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：

燃燒的最佳狀態(tài)：脈沖機(jī)理是通過調(diào)整燒嘴開閉時(shí)間計(jì)算供熱量，保證了燒嘴本體的定量輸出，實(shí)現(xiàn)了燃燒充分、溫度、流量和壓力場的最佳化，即保證每個(gè)燒嘴的最佳燃燒狀態(tài)。

爐溫的均勻性：燒嘴性能始終保證最佳化，在爐寬方向?qū)崿F(xiàn)了穩(wěn)定、均勻的分布，解決了傳統(tǒng)比例燃燒在供熱波動(dòng)時(shí)所造成的爐寬方向溫度場劇烈變化的問題。

供熱負(fù)荷的線性輸出：當(dāng)燒鋼制度(爐溫曲線)確定后，根據(jù)熱負(fù)荷及加熱爐供熱量的需要自動(dòng)設(shè)定各區(qū)域燒嘴的開閉時(shí)間和順序，在保證溫度場分布均勻的前提下，實(shí)現(xiàn)0％～100％熱負(fù)荷的線性輸出，溫度跟蹤精度高。

帶脈沖寬度控制的蓄熱式燃燒

武鋼大型蓄熱式加熱爐同其他類似工程一樣，采用分散式換向方式，燒嘴需成對投入時(shí)序控制，每對兩個(gè)燒嘴分別位于爐子兩側(cè)，一個(gè)燃燒，另一個(gè)蓄熱。正常時(shí)，各段同一側(cè)相鄰的兩個(gè)燒嘴其燃燒／蓄熱狀態(tài)是交錯(cuò)的，只有在狀態(tài)切換時(shí)才會(huì)有短時(shí)間的相同。

以換向周期30秒，12個(gè)(6對)燒嘴的段為例，切換間隔時(shí)間為5秒，一組燒嘴切換后，下一組燒嘴開始切換倒計(jì)時(shí)(畫面中有倒計(jì)時(shí)顯示)，時(shí)間到啟動(dòng)換向，依次循環(huán)。

在爐子正常使用過程中，常規(guī)控制的蓄熱式燒嘴的狀態(tài)只有兩種：蓄熱和燃燒，燒嘴在燃燒或蓄熱狀態(tài)時(shí)相應(yīng)的閥門在整個(gè)周期內(nèi)都是打開的，該段的空煤氣流量是通過段管上的流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。蓄熱式燒嘴的煤氣和空氣是在爐膛內(nèi)完成混合后再燃燒，即使在爐子的熱負(fù)荷比較低(如軋制節(jié)奏緩慢或保溫狀態(tài))時(shí)，也不用擔(dān)心像常規(guī)燒嘴出現(xiàn)的回火問題。另外，彌散式燃燒和爐內(nèi)氣氛攪動(dòng)的特性又解決了爐內(nèi)溫度均勻性問題。即便蓄熱式燃燒有以上的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)段管調(diào)節(jié)閥的開度很小，處于閥門的非線性段，很難調(diào)節(jié)，同時(shí)流量小，測量的精度也低，燒嘴蓄熱／燃燒切換時(shí)流量測量值的波動(dòng)大，使得空煤氣流量難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這時(shí)需通過調(diào)節(jié)燒嘴閥的開啟時(shí)間來控制流量，即控制其開啟的時(shí)間寬度。這樣出現(xiàn)了燒嘴的第三種狀態(tài)——關(guān)閉(此時(shí)燒嘴配置的4個(gè)氣動(dòng)蝶閥均處在關(guān)閉狀態(tài))。

當(dāng)溫度調(diào)節(jié)器的輸出低于一定值時(shí)(武鋼大型項(xiàng)目設(shè)定為30％)，可以認(rèn)為已處于低負(fù)荷狀態(tài)，這時(shí)段管空煤氣調(diào)節(jié)閥保持此時(shí)的開度，通過調(diào)節(jié)燒嘴閥門開啟的時(shí)間來控制流量。

以換向周期30秒為例，若溫度調(diào)節(jié)器輸出為20％，則燒嘴閥門的開啟時(shí)間為30x2／3=20秒，另外10秒燒嘴處于第三種狀態(tài)——關(guān)閉，其4個(gè)閥門全關(guān)。

下圖表示了帶脈沖寬度控制的蓄熱式燃燒的不同之處：

以往在加熱爐產(chǎn)量減少的情況下，單一的通過關(guān)閉燒嘴個(gè)數(shù)來調(diào)整供熱量的變化，不僅造成人力和設(shè)備的浪費(fèi)，更重要的是使加熱爐的操作滯后，無法在第一時(shí)間內(nèi)響應(yīng)產(chǎn)量變化的要求。經(jīng)過近兩年的生產(chǎn)觀察，該項(xiàng)技術(shù)對低產(chǎn)量下的加熱爐運(yùn)行起到了很好的保障作用。得到了生產(chǎn)廠的一致好評。