步进式热处理炉燃烧控制系统设计丛

林永 等

摘 要：本文通过对几种燃烧控制方式的分析比较，设计一种较为理想的步进式热处理炉燃烧控制系统，并对燃烧过程中的炉膛氧含量、炉压的控制进行进行分析、设计。使炉膛的燃烧控制能够满足不同规格钢管的热处理要求。

关键词：比例控制；串级控制；双交叉限幅控制；燃烧效率

1 燃烧控制的任务

燃烧过程的任务和被控变量、操纵变量见表1-1。

表1-1 热处理炉燃烧过程的任务、被控变量和操纵变量

热处理炉在生产不同规格的钢管时，炉内的热负荷也随之发生变化，尤其是生产大规格、高壁厚的管时，管料吸收大量的热，温降很快，为此燃烧控制系统必须能快速做出反应，及时调整温度，使温度的变化控制在±10℃以内。在温度调整过程中，天然气和空气流量必须控制在合理的比值，确保天然气能够完全燃烧，并且有比较高的燃烧效率。为确保钢管质量，炉膛的压力也必须控制在合理范围，我们通过控制烟道闸板的开度来控制抽风量，以确保炉压的恒定。

2 燃烧过程的控制

2.1 燃烧过程基本控制

①基本控制方案一【见图2-1（a）】由两个控制系统组成：一个串级控制系统，炉膛温度作为主被控量、天然气流量作为副被控量；一个比例控制系统：天然气流量作为主动量、空气流量作为从动量。该方案使天然气量和空气量保持一定的比值恒定，当热负荷增大时，天然气量消耗也增大，助燃空气会按照恒定的比值增大。但这种方式，助燃空气量的增加明显落后，不能确保天然气的完全燃烧。

②基本控制方案二【见图2-1（b）】它是由两个串级控制系统组成。一个是炉膛温度作为主被控量、天然气量作为副被控量；另一个是炉膛温度作为主被控变量，助燃空气作为副被控量。该方案通过同时调节天然气电动调节阀和助燃空气电动调节阀来控制天然气量和空气量，并且使其维持在一定比值，以满足热处理负荷的变化，保持炉温的基本稳定。

③逻辑提量和逻辑减量控制系统（见图2-2）当生产大管径、厚壁管时炉膛热负荷增大，该方案在执行时是先增大空气流量，然后增大天然气量；当生产小管径、薄壁管时，热负荷减小，系统在执行时是先减小天然气量，然后减小空气量。这种方式的优点是确保天然气能够完全燃烧，同时确保炉膛温度的相对稳定。

2.2 双交叉限幅燃烧控制

在这种燃烧控制方式中，我们将热电偶检测到的炉膛温度作为主被控变量，差压变送器检测到的天然气流量和助燃空气流量同时作为副被控变量。两个副被控变量之间能够维持在相应比值。当热处理炉内的钢管规格不变、产量相对恒定时，天然气流量和空气流量基本保持在某一数值恒定。当管料更换规格时，热负荷发生变化，天然气量和空气量也会动态的发生变化，并使天然气和空气流量尽可能的维持在最佳比值。

[图2-3 双交叉限幅控制系统]