淺談加熱爐的爐溫控制方法

李夜 王志春

【摘要】以包鋼薄板廠步進(jìn)式加熱爐為研究背景，討論溫度控制方法對產(chǎn)品質(zhì)量、能耗等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要性，并詳細(xì)介紹了爐溫雙閉環(huán)比值控制與爐溫雙交叉限幅控制兩種爐溫控制方法。

【關(guān)鍵詞】加熱爐；溫度控制；節(jié)能降耗

1 前言

在冶金工業(yè)中，加熱爐是軋鋼生產(chǎn)企業(yè)主要的耗能設(shè)備，國內(nèi)外新建的熱軋車間，大多采用步進(jìn)式爐。加熱爐系統(tǒng)具體生產(chǎn)工藝為：板坯經(jīng)連鑄輥道送來，在入口處進(jìn)行核對、稱量和確認(rèn)，合格的板坯進(jìn)入加熱爐，在加熱爐內(nèi)加熱到合適范圍后，再將板坯送到出爐輥道上，鋼在軋制前加熱的好壞直接影響到產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，由此可見，加熱爐溫度的控制是該工藝過程的關(guān)鍵。

2 控制方法

加熱爐爐溫控制的關(guān)鍵是燃燒控制，為保證燃料煤氣的合理經(jīng)濟(jì)燃燒，必須對進(jìn)入爐膛的空、煤氣流量進(jìn)行合理配比，依靠控制空氣煤氣等介質(zhì)的給定量來實(shí)現(xiàn)控制目的。下面介紹兩種爐溫控制方法：

2.1 煤氣流量-空氣流量雙閉環(huán)比值控制

雙閉環(huán)比值控制方案是煤氣和空氣流量控制系統(tǒng)的一種，它對比值控制系統(tǒng)的主、從動量均進(jìn)行了閉環(huán)調(diào)節(jié)，如圖1所示，

圖1 煤氣和空氣雙閉環(huán)控制系統(tǒng)圖

系統(tǒng)中煤氣流量是主動量，空氣流量是從動量，穩(wěn)定狀態(tài)時煤、空氣流量以一定比值進(jìn)入加熱爐中，當(dāng)受到干擾時，爐溫控制器的輸出一面對煤氣流量進(jìn)行控制；另一面經(jīng)比值器對空氣流量進(jìn)行控制，具體為:1、當(dāng)爐溫升高時，爐溫控制器輸出減小，煤氣流量設(shè)定值減小，同時經(jīng)比值器給空氣流量的設(shè)定值也減小，因空、煤氣測量值暫時無變化，所以空、煤氣流量控制器輸出減小，相應(yīng)地調(diào)節(jié)閥開度減小，溫度降低。2、當(dāng)爐溫降低時，爐溫控制器輸出增大，煤氣流量設(shè)定值增大，同時經(jīng)比值器給空氣流量的設(shè)定值也增大。因空、煤氣測量值暫時無變化，所以空、煤氣流量控制器輸出增大，相應(yīng)地調(diào)節(jié)閥開度增大，溫度升高。

綜上可知，雙閉環(huán)比值控制對控制系統(tǒng)的主從動量均進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，不但能保證兩種物料流量之間的靜態(tài)比值關(guān)系，而且控制系統(tǒng)的動態(tài)比值特性也較好。

控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的四種具體操作方式：

1）手動操作。是指從空、煤氣流量調(diào)節(jié)器處直接對空、煤氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行操作，給出閥門的開度，在手動操作的情況下，調(diào)節(jié)器不起調(diào)節(jié)作用，空燃比由操作員手動調(diào)節(jié)。

2）流量自動操作。是指空、煤氣流量調(diào)節(jié)器設(shè)定值由操作員給出，調(diào)節(jié)器根據(jù)設(shè)定值對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到實(shí)際流量與設(shè)定值相等，操作員在給出流量設(shè)定值時應(yīng)考慮到空、煤氣流量設(shè)定值的比值要和空燃比相符。

3）溫度自動操作。是坯料加熱時經(jīng)常使用的方式，流量調(diào)節(jié)回路、溫度調(diào)節(jié)回路都工作在閉環(huán)狀態(tài)，其溫度設(shè)定值由操作員給出，系統(tǒng)自動成比例的調(diào)節(jié)空、煤氣流量。

4）上位機(jī)全自動操作。是指通過L2（二級計算機(jī)）根據(jù)加熱爐數(shù)學(xué)模型定期向溫度自動基礎(chǔ)級下發(fā)溫度設(shè)定值，基礎(chǔ)級接收設(shè)定值，完成溫度自動操作（同上）。

2.2 煤氣流量-空氣流量雙交叉限幅控制

雙交叉限幅控制實(shí)質(zhì)是在雙閉環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加交叉限幅功能，構(gòu)成具有兩個并聯(lián)回路的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即燃料的流量與空氣的流量相互影響，相互牽制，最終達(dá)到一個平衡點(diǎn)——合適的空燃比。這樣達(dá)到的目的有：

1)根據(jù)實(shí)際空氣流量，可以通過模塊內(nèi)的“低選器”對燃料流量進(jìn)行控制；

2)通過實(shí)際燃料氣流量通過“高選器”對空氣流量進(jìn)行控制；

這樣就構(gòu)成了“交叉限幅”，系統(tǒng)框圖如圖2所示，

圖2 爐溫雙交叉限幅控制系統(tǒng)框圖

當(dāng)生產(chǎn)過程處于穩(wěn)定、平衡的時候，溫度控制器輸出與燃料量，空氣量三者的值處于平衡狀態(tài)，這時的控制系處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)溫度發(fā)生變化，假定實(shí)際溫度高于設(shè)定溫度，這就要減少燃料氣的量使?fàn)t溫低，調(diào)節(jié)過程如下：溫控器的SV

3 結(jié)束語

選擇有效的爐溫控制方法可以保證燃燒系統(tǒng)工作在最佳燃燒區(qū)域內(nèi)，減少了缺氧燃燒和過氧燃燒帶來的熱損失，并且最大程度上降低了黑煙等污染物給環(huán)境帶來的污染，對冶金行業(yè)的節(jié)能降耗方面具有重大意義。

參考文獻(xiàn)

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[2] 陳冠軍.簡談軋鋼加熱爐問題及節(jié)能 [J].冶金能源2008,6：32~36

（作者單位：1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)； 2.包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院）