軋鋼加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

周本勝 劉向陽(yáng) 唐榮彬 吳劍雯 周文華

（丹東屹欣科技有限公司，遼寧 丹東 118000）

0 引言

（1）加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)開發(fā)背景

鋼鐵工業(yè)是國(guó)家最重要的材料和基礎(chǔ)工業(yè)，擔(dān)負(fù)著國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和國(guó)防安全所需鋼鐵材料的生產(chǎn)重任。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，國(guó)家倡導(dǎo)低碳節(jié)能環(huán)保這與我國(guó)目前的能源短缺狀況存在巨大的矛盾，已經(jīng)制約了我國(guó)現(xiàn)代化的進(jìn)程，必須降低生產(chǎn)能耗。鋼鐵行業(yè)其能耗在各行業(yè)中首屈一指，占總能耗的20%，而加熱爐的能耗占鋼鐵能耗的25%。針對(duì)這種加熱能耗關(guān)系，在保證生產(chǎn)正常進(jìn)行的前提下，盡可能地降低鋼坯的加熱能耗可以使軋鋼生產(chǎn)的總能耗得到最大程度的降低，因此如何提高加熱爐的加熱效率，優(yōu)化加熱爐的爐溫控制和燃燒技術(shù)的更新對(duì)于冶金工業(yè)的節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。低能耗高效率的生產(chǎn)，已經(jīng)成為目前冶金工業(yè)控制技術(shù)的重點(diǎn)和主要的研究方向。

（2）軋鋼加熱爐現(xiàn)狀

軋鋼加熱爐的爐壓變化頻繁、空燃比難以抓取，對(duì)人工操作技術(shù)要求較高。

軋鋼加熱爐燃燒燃料使用的是高爐煤氣,由于外網(wǎng)壓力經(jīng)常波動(dòng)。爐內(nèi)煤氣燃燒的好壞將直接影響爐膛溫度、出鋼溫度、燃燒熱效率及氧化燒損率，因此燃燒控制環(huán)節(jié)亦是加熱爐控制中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。

目前加熱爐控制過程中頻繁的出現(xiàn)過氧燃燒和缺氧燃燒，進(jìn)而導(dǎo)致爐壓不穩(wěn)，出現(xiàn)爐膛進(jìn)出口躥火現(xiàn)象，空燃比難以維持在最佳狀態(tài)，不但浪費(fèi)了煤氣，而且影響加熱爐的產(chǎn)量。

（3）加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)開發(fā)目的

丹東屹欣加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)目的在于提高加熱爐熱效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約燃?xì)?、減少殘氧排放量以實(shí)現(xiàn)低碳生產(chǎn)、延長(zhǎng)加熱爐的使用壽命、減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度等功能及指標(biāo)。旨在對(duì)現(xiàn)有鋼廠的加熱爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行控制技術(shù)優(yōu)化并提升企業(yè)設(shè)備的技術(shù)功能和操作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，已成為降低成本和增加經(jīng)濟(jì)效益的深受歡迎的項(xiàng)目之一。該技術(shù)已成功運(yùn)用在國(guó)內(nèi)數(shù)家鋼鐵企業(yè)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

加熱爐優(yōu)化燃燒的目的，主要是在保證加熱爐各溫度達(dá)到工藝要求，并在工藝條件允許的前提下，進(jìn)行降低燃?xì)獾南暮蜏p少?gòu)U氣的排放。即在完成工藝指標(biāo)的前提下進(jìn)行節(jié)能降耗。

加熱爐生產(chǎn)必須要求計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠很好地保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性、準(zhǔn)確性、和實(shí)時(shí)監(jiān)控性，而且要求接收及發(fā)送數(shù)據(jù)有一定穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，所有設(shè)備的自動(dòng)化程度要高。

加熱爐的優(yōu)化燃燒方案，首先應(yīng)著重系統(tǒng)的可靠性、安全性和實(shí)用性，其次考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性及節(jié)能性，并在以上基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的性價(jià)比。

1.1 可靠性

系統(tǒng)的安全性和可靠性（即穩(wěn)定性）放在加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首位。在硬件設(shè)備方面，加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)與原控制系統(tǒng)中的加熱爐燒爐控制部分相互獨(dú)立，需要優(yōu)化燒爐時(shí)切入優(yōu)化燃燒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能燃燒，需要手動(dòng)控制時(shí)可切換至本系統(tǒng)手動(dòng)燒爐狀態(tài)，也可切出本系統(tǒng)通過原有加熱爐控制系統(tǒng)手動(dòng)控制，完全不影響原系統(tǒng)正常操作。

1.2 實(shí)用性

系統(tǒng)以上、下位機(jī)相結(jié)合綜合分析并建立數(shù)學(xué)模型，以此作為人工操作或自動(dòng)調(diào)節(jié)的有效依據(jù)，并充分利用上位機(jī)存儲(chǔ)信息量大以及下位機(jī)運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，為操作提供更準(zhǔn)確、合理、有效的控制策略。

1.3 先進(jìn)性

1.4 節(jié)能性

1.5 預(yù)期技術(shù)指標(biāo)

1）可降低原氧化燒損率的2%以上；

2）爐膛溫度平穩(wěn)控制，能抑制燒爐過程爐膛溫度的大幅波動(dòng)；

3）克服煤氣壓力波動(dòng)的時(shí)間≤25s；

4）同等條件下，節(jié)約煤氣約2%～5%。

2 工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果及經(jīng)濟(jì)效益分析

2.1 項(xiàng)目應(yīng)用及其效果分析

2.1.1 節(jié)約煤氣

系統(tǒng)對(duì)總管壓力的波動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并能進(jìn)行及時(shí)的調(diào)節(jié)，在最短的時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)總管壓力，使之恢復(fù)到波動(dòng)前壓力值；在燒爐過程中對(duì)煤氣熱值分析信號(hào)以及煙道殘氧量信號(hào)為基數(shù)，并對(duì)燒爐中的溫度及流量變化自動(dòng)的對(duì)設(shè)定空燃比進(jìn)行校驗(yàn)，并輔助修正空燃比設(shè)定值；整個(gè)燒爐過程中實(shí)時(shí)對(duì)實(shí)際空燃比進(jìn)行采樣，并調(diào)節(jié)控制實(shí)際空燃比無限趨近于期望值，盡最大可能使各段爐膛中的實(shí)際空燃比分別處于最佳配比狀態(tài)。

2.1.2 降低氧化燒損

系統(tǒng)能夠通過實(shí)時(shí)控制實(shí)際空燃比值來杜絕過氧燃燒這種狀況，且能保證爐溫在工藝條件范圍內(nèi)波動(dòng)，進(jìn)而降低氧化燒損率。

2.1.3 爐膛穩(wěn)定

系統(tǒng)通過對(duì)空燃比的實(shí)時(shí)控制，以及燃?xì)馀c助燃?xì)怏w總量的調(diào)節(jié)，控制調(diào)節(jié)閥以及排煙閥的相互協(xié)調(diào)來實(shí)現(xiàn)爐膛的穩(wěn)定。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

在維持原有生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)值不變的情況下，即日產(chǎn)量不變的基礎(chǔ)上，采用智能控制燃燒系統(tǒng)比原有手動(dòng)調(diào)控?zé)隣t的生產(chǎn)方式，可達(dá)到每年節(jié)能效益約237.28萬元。

2.2.1 理論效益分析

如今，屹欣加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)的軋鋼加熱爐，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果，提高了產(chǎn)量的同時(shí)，節(jié)省了煤氣，減少了廢氣排放，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，低碳生產(chǎn)。

以三段式加熱爐為例。項(xiàng)目實(shí)施后，由于采用優(yōu)化燃燒，可降低原氧化燒損率1%的2%以上，按照鋼材價(jià)格3500元/t，日產(chǎn)鋼材6000t、全年工作355天計(jì)算。加熱爐每小時(shí)煤氣使用量約為6萬m3，如果采用自動(dòng)燒爐的方式生產(chǎn)，煤氣節(jié)約量約為2%～5%，取下限值2%，即小時(shí)節(jié)約量為1200m3。按日加熱爐爐燃燒時(shí)間23小時(shí)，按1m3煤氣0.09元計(jì)算。

降低氧化燒損率：該加熱爐每年節(jié)約鋼材的經(jīng)濟(jì)效益為：

6000×1%×2%×3500×355＝149.10 萬元

節(jié)約煤氣：此項(xiàng)目投產(chǎn)后一年可以節(jié)省的煤氣量為2.0%，即1200Nm3/h。每年可節(jié)省煤氣的經(jīng)濟(jì)效益：

1200×23×355×0.09＝88.18 萬元

即年總收益：237.28萬元。

節(jié)約煤氣應(yīng)用于發(fā)電，4m3可發(fā)1kWh的電力產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益尚未計(jì)算在內(nèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化燃燒就是利用機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)等組合的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證加熱爐在燃燒的過程中達(dá)到空氣、煤氣配合比時(shí)刻處于最佳狀態(tài)，與手動(dòng)燒爐相比，節(jié)約了能源，提高了生產(chǎn)效率，降低了廢氣排放，屹欣優(yōu)化燃燒系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)的軋鋼加熱爐，用戶數(shù)據(jù)表明，通常情況下，采用優(yōu)化燃燒系統(tǒng)可降低原氧化燒損率的2%以上，節(jié)約煤氣2.0%-5.0%。

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［4］滕均成.蓄熱式軋鋼加熱爐的改進(jìn)[J].冶金動(dòng)力，2012.