在雙蓄熱加熱爐上換向燃燒延時控制工藝的應用

夏小街

摘 要：隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，社會各領域發(fā)展對資源需求量日漸增加。雙蓄熱加熱爐作為一種新型加熱爐，具有高效燃燒、回收利用煙氣余熱等優(yōu)勢，在工業(yè)發(fā)展中得到了廣泛推廣和應用。但是，受到各類因素的影響，加熱爐在工作中會過度消耗能源，而換向燃燒延時控制工藝的滲透及應用，不僅能夠減少能源消耗，控制企業(yè)生產(chǎn)成本，還能夠減少對環(huán)境的污染。文章將從雙蓄熱式加熱爐概念及傳統(tǒng)控制方式的弊端入手，對換向燃燒延時控制工藝在雙蓄熱加熱爐中的應用進行分析和研究，最終對實際的應用效果進行研究，旨在為我國相關領域的健康發(fā)展提供參考和借鑒。

關鍵詞：雙蓄熱加熱爐；換向燃燒；延時控制工藝；應用

中圖分類號：TG307 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）29-0050-02

近年來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，對環(huán)境造成了嚴重污染，特別是工業(yè)領域蓬勃發(fā)展，雖然，在一定程度上促進了國民經(jīng)濟不斷發(fā)展，但是，經(jīng)濟發(fā)展背后是犧牲生態(tài)環(huán)境為代價，與可持續(xù)發(fā)展理念相違背。為了改變這一現(xiàn)狀，將雙蓄熱加熱爐與換向燃燒延時控制工藝有機整合到一起，不僅能夠提高燃燒效率，還能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境的有效保護。為此，加強對在雙蓄熱加熱爐上應用換向燃燒延時控制工藝的研究具有極強的現(xiàn)實意義。

1 雙蓄熱式加熱爐概念及傳統(tǒng)控制方式的弊端

1.1 概 念

雙蓄熱式加熱爐主要是指利用獨立設置的蓄熱室或者蓄熱式燒嘴，將空氣或者煤氣預熱的加熱爐，如圖1所示。其本質(zhì)上是一種高效蓄熱式換熱器與常規(guī)加熱爐有機整合的設備，一般是由加熱爐爐體、蓄熱室及換向系統(tǒng)等構成。目前，燃料選擇范圍較廣，適合輕油、重油及天然氣等燃料，特別是對低熱值的高爐煤氣等具有較好的預熱助燃作用。

1.2 傳統(tǒng)控制方式存在的弊端

傳統(tǒng)雙交叉限幅控制串級PID控制方式在加熱爐上的應用，主要是通過設置溫度與實際溫度之間的差別，并運用PID計算調(diào)節(jié)幅度及相應速度，并結(jié)合輸出閥門的調(diào)解率有效控制煤氣及空氣之間的閥門開度，以此來實現(xiàn)控制溫度目標。從本質(zhì)上來看，傳統(tǒng)方式是通過調(diào)節(jié)空煤氣流量調(diào)整爐內(nèi)溫度，且無論是空氣，還是煤氣均需要持續(xù)供應，才能夠保證爐內(nèi)正常燃燒。但是由于加熱爐產(chǎn)量變化幅度偏大，煤氣熱值也會處于不斷變化之中，采用傳統(tǒng)方式，勢必會造成爐內(nèi)火焰長度隨著空煤氣流量的減少而變短，使得爐內(nèi)溫度不夠穩(wěn)定。

如上所述，為了能夠有效突破這一弊端，將換向燃燒延時控制工藝應用到雙蓄熱加熱爐上顯得尤為必要。

2 換向燃燒延時控制工藝在雙蓄熱加熱爐中的應用

2.1 延時控制工藝原理

現(xiàn)階段，國內(nèi)很多雙蓄熱式加熱爐儀控主要采取手動遠程操作方式，對操作人員專業(yè)水平要求較高，直接增加了設備運行穩(wěn)定性。為了能夠提高加熱爐燃控系統(tǒng)自動化水平，提高燃燒效率，技術人員將換向燃燒延時控制工藝引入到加熱爐當中，在具體應用中，取得了顯著成效，延時控制工藝程序圖，如圖2所示。

通過對爐溫變化趨勢分析和研究發(fā)現(xiàn)，設定爐內(nèi)溫度T與實際爐內(nèi)溫度T'的溫差△T與時間差的比值△T/△S。自動控制情況具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

①當爐溫溫差和時間差小于設置的標準值后，爐溫呈現(xiàn)上升趨勢，且供熱負荷也隨之增加，為此，應適當減少供熱負荷，具體表述公式為：

②當爐溫溫差和時間差大于設置的標準值后，爐溫呈現(xiàn)下降趨勢，且供熱負荷也隨之降低，為此，應適當增加供熱負荷，具體表示公式為：

③當二者之間與標準值相近時，爐溫在控制范圍之內(nèi)，且供熱負荷適當，具體表述公式為：

2.2 換向裝置及系統(tǒng)的設計

2.2.1 換向裝置方面

在均熱段和預熱段的空氣、煤氣可以選擇小型雙執(zhí)行器三通換向閥進行換向處理。通常情況下，三通換向閥要適當安排在靠近燒嘴的位置，而換向閥與燒嘴之間要盡量選擇短且細的管道，以適當延長燃燒時間，最大限度上減小對換向瞬間爐溫及壓力的影響。

另外，閥門可以采用立式雙列布置，并對閥板及閥座進行平面密封處理，由于閥板自身具有耐熱等特點，能夠適當發(fā)揮密封補償性能。兩個閥板通過兩個汽缸實施驅(qū)動動作，并分別由兩個電磁閥控制，當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)下，那么其中一個閥板開啟，相對應的另一個閥板則處于關閉狀態(tài)，互相切換，以順利完成各項工作。

該三通換向閥能夠進行先關后開工作，將換氣閥處理煤氣時，最大限度上避免換向過程中煤氣與煙氣之間的互串，且突破了傳統(tǒng)模式下空煤氣持續(xù)供應的弊端。由此可見，將換向燃燒延時控制工藝滲透至雙蓄熱加熱爐上，不僅能夠減少對環(huán)境的污染，還能夠有效延長燃燒時間，提高對現(xiàn)有資源利用效率。

2.2.2 換向系統(tǒng)方面

現(xiàn)階段，PLC作為一種可編程存儲器，在工業(yè)發(fā)展中得到了廣泛應用，在具體設計中，采用PLC能夠自動完成程序換向控制，同時，在必要時，還能夠進行手動強制換向操作，兼顧自動與手動兩方面，此外，信息時代背景下，計算機在工業(yè)操作中應用越來越普遍，將換向系統(tǒng)與計算機結(jié)合到一起，能夠?qū)崿F(xiàn)人機交互，對換向系統(tǒng)運行進行實時監(jiān)督和控制，使操作更加便捷。

另外，在每套換向系統(tǒng)當中設置一個煙管調(diào)節(jié)閥，當煙溫超標時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，提醒工作人員進行妥善處理，提高系統(tǒng)運行安全、可靠性。

2.2.3 具體應用步驟方面

基于上述系統(tǒng)運行實際情況來看，在具體應用中應從以下幾個步驟入手：

①測量溫度。加熱爐每段測溫點并非唯一值，實測溫度可以是一點，也可以是多點，本文選擇兩點溫度，以實現(xiàn)分側(cè)換向燃燒系統(tǒng)的延時控制。

②確定時間步長。由于加熱爐溫度檢測及負荷調(diào)整是一項持續(xù)過程，為此，確定時間步長十分必要。如果時間步長過長，難以滿足實際燃燒需求；反之，則會使得調(diào)節(jié)過于頻繁，與預期效果相違背。

③溫控的關鍵是使實際溫度最接近設定溫度，因而，需要采用一個條件函數(shù)計算出設定合適值，避免溫度調(diào)節(jié)時出現(xiàn)震蕩幅度過大等問題，以發(fā)揮延時控制工藝有效性。

3 實際應用效果分析

將換向燃燒延時控制工藝應用到我廠加熱爐中取得了良好的效果，表現(xiàn)如下。

3.1 空煤氣流量穩(wěn)定

當加熱爐在正常運行情況下，變化節(jié)奏變慢，通過閥門對空煤氣進行相應調(diào)整。

3.2 換氣閥動作減少

常規(guī)控制模式下，換向閥動作一般在60次/h，而該工藝模式下的換向閥是常規(guī)模式的一半，有效延長了設備使用壽命。3.3 有效的避免了一些問題

有效避免了保溫時空煤氣流量小、排煙溫度高等問題。

3.4 實現(xiàn)對系統(tǒng)運行全過程的實施監(jiān)督和控制

由于系統(tǒng)引進計算機設備，能夠?qū)ο到y(tǒng)運行進行全面監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題，并采取行之有效的方式，加以調(diào)整和優(yōu)化。

結(jié)合福建三鋼高線廠對加熱爐改造后實際情況發(fā)現(xiàn)，改造后使用換向延時控制工藝后，節(jié)能減排方面的效果非常明顯。改完后，煤氣消耗明顯降低，高爐煤氣消耗從2013年的258 m3/t下降到2014年的213 m3/t，下降了21%，節(jié)能效果明顯。由此可見，改造后的加熱爐不僅燃料需求量減少，而且還能夠顯著提高資源利用率。

4 結(jié) 語

根據(jù)上文所述，該項工藝的提出及應用在實現(xiàn)對燃燒自動化控制、控制爐內(nèi)溫度等方面占據(jù)舉足輕重的位置。從我廠的實際情況來看，節(jié)能效果顯著，值得推廣。

參考文獻：

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