加热炉设备控制方案研究

2012-08-15黄文振

科技传播 2012年2期

关键词：自动控制加热炉冶金

黄文振

长乐松下开发区福建鑫海冶金有限公司基建部，福建福州 350602

0 引言

加热炉是工业生产部门最重要的设备工具之一，它具有高耗能的特点。对加热炉进行理想的设备控制，不仅可以促进工业生产部门的经济效益，而且可以节约能源，改善我国的生态环境，实现经济与资源、环境的可持续发展。

1 加热炉设备控制流程

本文以我国冶金企业所使用的加热炉为例，介绍加热炉设备的控制流程。冶金企业在使用加热炉时，加热炉的炉口因为受热而温度变高，炉口温度的高低会影响和制约着其它工序的操作效果。比如，当炉口温度过高时，部分材料会在加热炉内发生化学反应，这样极有可能破坏加热炉的炉管，影响加热炉的正常使用，其它工序也会因此遭受牵连。所以，有必要严格控制加热炉出口的温度。同时，加热炉还可以传送热量。在使用加热炉时，通过金属管壁，热量可以直接地传送到加热炉里的能源介质上，加热炉在传送热量过程中，具有滞后性的特点。比如炉膛，因为其热容量比较大，滞后性故而也比较明显。

2 加热炉设备自动控制方案

加热炉自动控制，主要是指实行对加热炉出口温度、燃烧过程以及联锁保护等的自动控制。目前，我国冶金企业采用的加热炉大多都是比较大型的，这种大型的加热炉不仅可以自动有效地控制出口温度，提高加热炉的燃烧效率，使加热炉热量损失相对较少，而且在加热炉的使用过程中还增加了安全联锁保护系统，确保冶金企业的生产活动能够安全的运行。因此加热炉设备控制方案应注意出口温度控制、燃烧过程控制以及联锁保护系统等方面。

2.1 出口温度控制

加热炉的出口温度受诸多因素的影响，由于加热炉在加热过程中的动态反映比较慢，所以冶金企业加热炉的温度控制大多都选择串级控制方案与前馈控制方案。串级控制方案主要是依据加热炉的不同干扰位置，构建多参数、多元化的串级控制系统。在冶炼金属过程中，若需要应用气体燃料时，则必须换掉串级控制中的副调节器，对此，冶金企业可以选择浮动阀来代替，还可以在使用气体燃料前，改变燃料气的压力波动，减少其对出口温度的热作用。由于串级控制方案和前馈控制方案在实践操作过程中简单易行，因此在冶金企业部门得到广泛的应用。

2.2 燃烧过程控制

加热炉在使用过程中，要尽可能地降低炉里剩余的空气量，这样，加热炉才有可能进行充分的燃烧。因此在加热炉使用时，必须对加热炉的燃烧过程进行自动控制。加热炉燃烧过程的自动控制，我们可以采取比较简单的方法。比如，通过加热炉里的含氧量信号，可以进行比值系数的修正。加热炉含氧量控制系统包括两个方面，即检测机构与执行机构，它们是加热炉含氧量控制系统安全运行的关键因素。在加热炉含氧量检测机构上，我国大多冶金企业都选择氧化锆测氧技术。在使用氧化锆测氧技术检测加热炉烟道气中的含氧量时，应正确选择测量点，注意参比气体的流量，控制锆管里的温度。目前，我国冶金企业在加热炉燃烧控制系统中的执行机构比较落后，其性能不完善，影响和制约整个系统的稳定运行。对此，冶金企业可以采用注入阻尼滞后的办法来提高燃烧控制的质量，或者增加非线性环节来改善整体的品质。

2.3 联锁保护系统

冶金企业在使用加热炉时，经常发生回火事故。当能源介质因为流量低于标准而致使烧嘴中断、火焰熄灭时，就有可能发生回火事故。此外，加热炉内燃料的管道压力低于标准时也经常引发回火事故，相反，当燃料管道压力高于标准时又有可能出现脱火事故。

加热炉联锁保护系统由多个部分组成，包括温度调节器、压力调节器、火焰检测器、流量变送器以及低选器等等。若加热炉内的燃料管道压力比规定的压力大时，加热炉无法进行正常的压力调节工作，压力调节系统此时会选择低选器来进行相关的操作，这样很容易引起加热炉出口温度的变动，影响加热炉的整体质量。因此，必须保证压力调节系统科学、有效的运行，避免燃料管道压力过高，防止脱火事故的发生。只有管道压力符合标准时，温度调节系统才会使用低选器进行正常的操作工作，金属燃料出口温度才得以恢复正常。金属燃料在进入加热炉时的流量低于标准时，加热炉联锁保护系统就会出现双位信号，以便控制加热炉的电磁阀，取消加热炉里的燃料气供给量，这样可以避免回火事故的发生。

3 加热炉设备自动控制的发展趋势

当前，我国的节能技术日益发展，在节约能源方面的贡献也是越来越大。加热炉就是在这样的背景下，不断完善其节能控制系统。加热炉节能控制系统的完善主要根据燃烧过程的数学模型来寻找最优秀的燃烧过程计算机控制方案。目前，我国大部分冶金企业已经实现这一方案，比如，有些冶金企业在生产过程中依据燃烧过程数学模型来构建微机控制系统，有些冶金企业充分运用高科技完成约束控制，确保加热炉安全、有效地进行。越来越多的冶金企业开始追求燃烧模型的工作方案，将高科技引入到加热炉的运用中，加热炉设备的控制方案也在不断地完善。