间拔燃烧工艺在蓄热式加热炉中的实现

徐 青

(马钢自动化工程公司，安徽马鞍山 243000)

1 引言

原马钢中板厂3#加热炉为内置通道蓄热式，耗能较大，控制方式粗放，改为蓄热烧嘴式后，采用嵌入式左右平列布置烧嘴，对侧换向，分段换向技术。本座加热炉在炉长方向分四段供热，即预热段、加热段、均热上段、均热下段；设四个炉温自动控制回路，其中预热段、加热段的上下供热负荷可手动调节。加热炉采用了蓄热式燃烧技术，炉内气氛流场和温度场分布与传统加热炉相比差别很大，烧嘴布置于炉子两侧，成对工作，其中一个烧嘴工作时另一个烧嘴排烟蓄热，烟气横向流动，可满足炉子宽度方向的温度均匀性。利用多组烧嘴交替工作，显著节省了燃气用量，延长炉体寿命，降低了生产成本。

2 控制特点简介

采用西门子PCS7 控制技术，由于通常PCS7 模式使用CFC 系统整体编译，不能适应加热炉连续工作情况下的调试及在线维护，因此选用其Step7 工作方式，对OB 组织功能块自行插入，自主配置CFC的工程设置，避开siemens 的默认系统功能块，实现了在CFC 系统中可直接修改功能并在线下载，避免了PCS7 模式修改CFC 中某功能接口就会产生要求下载重启动的缺点。在Step7 工作方式下，既保留了原有CFC 图形化编程方便快捷的功能，又具有Step7 工作方式在线任意修改和调试的优点，大大提高了编程工作效率，维护变得更加直观，实现了在线维护调试功能。

3 控制功能

3.1 设备

四段燃烧控制：一加，二加，均上，均下。

全炉安装36 个煤气蓄热烧嘴，36 个空气蓄热烧嘴。换向采用全快切方式，在一加二加上下烧嘴共用两个快切阀换向。其中，每段分为3 组，每组包括空气快切阀，煤气快切阀，空烟气快切阀，煤烟气快切阀，全炉共安装快切阀96 套。

3.2 换向控制

全炉换向采用快切换向。

换向控制具有定时(换向时间40～60 s)、定温、强制三种方式。

正常情况下，换向动作依据工艺设定的定时换向周期换向。当定时换向过程中排烟温度超温（大于200 ℃设定）时强制换向。

启动初始状态置快切阀为：

煤气关，煤气烟气开；空气开，空气烟气关。

换向启动后快切阀按照以下方式联锁：

空气开到位煤气才允许开；煤气关到位空气才允许关；煤气烟气关到位煤气才允许开；

煤气关到位煤气烟气才允许开；空气烟气关到位空气才允许开；空气关到位空气烟气才允许开。

遵循空气烟气关，空气开 同时 煤气烟气关，煤气开的换向顺序。在执行此顺序步骤时，同组对侧的换向阀按联锁要求执行煤气关，煤气烟气开 同时空气关，空气烟气开的动作。当出现某组换向联锁信号故障时，10 s 后该组关闭，故障换向阀脱离自动换向控制，并提示操作员单独进行远程手动操作；也可以操作确认后，按下强制按钮，阀组按照强制条件工作，不检测限位，但故障仍然保持直到确认后复位。

换向可采用定时换向、定温换向，烘炉时以定温换向为主，正常生产时以定时换向为主。每个段分三组，每组控制自成系统，可按组依次换向，减轻炉内工况的波动及炉压的波动，换向控制系统可实现定时、定温自动换向，也可手动换向，满足各种操作需要，另外当出蓄热室的烟气温度过高且超过设定温度时，控制系统自动报警并控制快切阀进行强制换向，以保护快切阀和排烟机。

3.3 间拔燃烧控制

在实现了换向控制基础上，全炉四个段可分别实现间拔燃烧；当每个控制段的负荷等于或小于正常的一半时，为了保证每个烧嘴的正常燃烧和温度的相当均匀，各段根据情况由操作员确认并投入间拔燃烧方式。间拔燃烧控制见图1。

图1 间拔周期和间拔结束时的烧嘴动作关系图

以均热段为例，在检测到均热段流量小于或等于工艺设定最小正常工作数值，具备间拔燃烧的可能，操作员可选择此段的间拔燃烧工作方式，当轧机侧第一组烧嘴结束燃烧换向为排烟状态的同时，非轧机侧的第一组烧嘴换向进入燃烧状态；1 s 后轧机侧第二组烧嘴结束燃烧进入歇火状态的同时，非轧机侧的第二组烧嘴进入歇火状态，2 s 后轧机侧第三组烧嘴结束燃烧换向为排烟状态的同时，非轧机侧的第三组烧嘴进入燃烧状态；。第一个换向周期后，非轧机侧第一组烧嘴换向为排烟时，轧机侧第一组烧嘴换向为燃烧；1 s 后非轧机侧第二组烧嘴继续歇火，轧机侧第二组烧嘴继续歇火；2 s 后非轧机侧第三组烧嘴换向为排烟，轧机侧第三组烧嘴换向为燃烧。第二个换向周期后，轧机侧第一组烧嘴由燃烧换向为歇火状态，非轧机侧第一组烧嘴由排烟进入歇火状态；1 s 后轧机侧第二组烧嘴结束歇火状态进入排烟状态，非轧机侧的第二组烧嘴由歇火进入燃烧状态；2 s 后轧机侧第三组烧嘴由燃烧进入歇火状态，非轧机侧第三组烧嘴由排烟进入歇火状态。第三个换向周期后，轧机侧第一组烧嘴保持歇火状态，非轧机侧第一组烧嘴保持歇火状态；1 s 后轧机侧第二组由排烟换向为燃烧，非轧机侧第二组烧嘴由原来的燃烧状态换向为排烟状态；2 s 后轧机侧第三组烧嘴保持歇火状态，非轧机侧第三组烧嘴保持歇火状态。以上各个烧嘴总共经历4 个换向周期，统称为一个间拔周期。循环上述动作持续下去。

注：1.歇火状态为煤气、空气、烟气全部关闭。

2.间拔燃烧始终是从非轧机侧开始进入。

3.投入间拔燃烧后，在操作员手动按下结束操作命令后，至少要经历一个间拔周期才可结束。

3.4 间拔燃烧控制的CFC 实现

运用PCS7 的CFC 编程技术，可以快速直观地完成上述间拔燃烧功能，调用事先编辑好的FC 块，将实时状态和设置发送给已经模块化的形参，再将控制命令连接到外部变量上，同样的FC 可以被四个段分别调用，在编译时形成自己独立的程序段（在CFC 设置里可定义其程序位置），相互之间的运行不受干扰。

根据每段功能的相似性，利用FC 编制了通用功能块，背景数据块内容采用间接寻址方式导入到这个FC 中的相应的通用地址，语句如下：

L DINO 取PLC 中通用背景数据块号；

T #DINO_user 保存在内部整型变量中；

OPN DB [#DINO_user]打开对应的背景数据块，为后续的功能所调用；

按照间拔燃烧功能顺序，使用顺控的方式执行燃气阀和烟气阀的相对开关，同时增加对异常情况下退出处理、再启动处理等。阀的开关状态和故障信息发送到程序出口，通过CFC 发送给画面HMI。

4 结束语

本系统根据西门子PCS7 技术自主开发，又同时避免了许多PCS7 的缺点，在PLC 中实现了炉内板坯的燃烧跟踪功能，目前已顺利投产，烧嘴式加热炉也是国内先进的生产工艺，在自动化控制上达到了国内先进水平。