浅谈无段流量调节脉冲控制加热炉调试要点

2020-01-17唐龙伟赵建明

工业加热 2019年6期

唐龙伟，赵建明

（重庆赛迪热工环保工程技术有限公司，重庆401122）

脉冲燃烧控制加热炉具有炉温控制精度高、控制分区灵活、炉内温度均匀性好、钢坯氧化烧损少、NOx排放低等优点[1]，被广泛应用于钢铁行业高端产品轧制生产线的钢坯加热。脉冲燃烧控制加热炉一般有带段流量调节和不带段流量调节两种，其中不带段流量调节的脉冲控制系统，由于其自身特点的限制，前期调试对充分发挥脉冲控制系统优点显得至关重要。

本文以某钢厂不带段流量调节脉冲燃烧控制加热炉为例，对脉冲控制系统投运前的调试要点进行了梳理，供设计和生产使用参考。

1 加热炉概况

本次调试对象为某厂不锈钢生产线加热炉。加热炉设计额定生产能力为262 t/h，加热炉砌体长度51.2 m，内宽12.7 m。从装料端至出料端，加热炉沿炉长分为热回收段、预热段、加热段和均热段，其中上均热段采用炉顶平焰烧嘴，双交叉限幅连续燃烧控制，其余各段采用侧向烧嘴，脉冲燃烧控制。

加热炉炉型结构简图参见图1。

加热炉各段采用脉冲控制的烧嘴数量见表1。

图1 某厂不锈钢生产线加热炉结构简图

表1 各段采用脉冲控制的烧嘴数量

2 调试前准备工作

在调试工作开始前，应对加热炉的燃烧系统做详细的了解并对脉冲烧嘴进行编号，准备好计算资料、数据记录表格等。

2.1 系统简图及脉冲烧嘴编号

本项目脉冲燃烧控制段采用大环管结构，空气、煤气系统简图见图2、图3。

图2 空气系统简图

图3 煤气系统简图

为方便后续叙述，本工程的烧嘴编号如下方式进行（从装料端至出料端）：

轧机侧上部烧嘴：NA01～NA08；

轧机侧下部烧嘴：NB01～NB11；

非轧机侧上部烧嘴：FA01～FA08；

非轧机侧下部烧嘴：FB01～FB11。

2.2 计算资料

脉冲烧嘴的调平及空气、煤气配比都是通过调节烧嘴前手动阀的开度来实现，而流量只能通过测量烧嘴前孔板前后压差△P来进行计算。因此，为提高调试效率，需要预先准备好各脉冲烧嘴在不同负荷下烧嘴前空气、煤气孔板的压差。孔板前后压差△P可按式（1）计算：

式中：△P为烧嘴前孔板前后压差，Pa；ρ为介质密度，kg/m3（标准）；Q为介质流量，m3/h（标准）；K为孔板结构系数；D为工况下孔板开孔直径；E为介质可膨胀系数；A为介质流量系数。

3 调试

调试工作主要为脉冲烧嘴空气、煤气调平和数据测试、分析，每个烧嘴的调试方法基本相同。为节约篇幅和便于叙述，本文选取加热段的4 个脉冲烧嘴来进行阐述，4个烧嘴分别为加上轧机侧NA07、加下轧机侧NB07、加上非轧机侧FA07、加下非轧机侧FB07。

3.1 脉冲烧嘴调平

脉冲烧嘴的调平工作是指在额定空气、煤气总管压力下，通过调整烧嘴前空气、煤气手动调节阀的开度，将烧嘴能力、空燃比调整到目标值。根据本项目的特点，需先将空气总管压力稳定在8.5 kPa、煤气总管压力稳定在7.5 kPa，所有脉冲烧嘴的负荷调整为最大负荷的90%，其中预热段空气过剩系数为1.1、加热段为1.08、均热段为1.05。具体调试步骤如下：

（1）计算烧嘴在目标负荷、目标空气过剩系数下，烧嘴前空气、煤气流量测量孔板的压差，以NA07、NB07、FA07、FB07为例，计算出的孔板压差见表2。

表2 烧嘴前空气、煤气流量测量孔板压差 Pa

（2）将空气总管压力调节阀和煤气总管压力调节阀的设定值分别设为8.5 kPa和7.5 kPa，同时将总管压力稳定在上述设定值。

（3）逐个测量每个脉冲烧嘴前空气、煤气孔板前后压差，通过调节烧嘴前手动阀门的开度，使空气、煤气孔板前后压差稳定在表2中的计算值附近。

3.2 数据测试与分析

在加热炉各脉冲烧嘴调平的基础上，分别改变空气、煤气总管的压力，测试各脉冲烧嘴的空燃比及空气过剩系数变化范围，为自动控制提供基础数据。注意，在数据测试过程中，烧嘴前的空气、煤气手动阀门开度需保持不变。

1）数据测试

根据本项目特点，空气总管的压力分别设定为7.0、7.5、8.0、8.5、9.1 kPa，煤气总管的压力分别设定为7.0、7.5、8.0、8.5、9.0 kPa。通过测量烧嘴前空气、煤气孔板的压差，再由公式（1）算出对应的空气、煤气流量。以NA07、NB07、FA07、FB07 为例，测量的数据参见表3～表6。

2）数据分析

数据分析的目的主要有两点，一是对前期调平过程的检验，二是将测试的数据提供给自动化控制系统，作为控制的原始数据。数据分析的内容主要包括空燃比和空气过剩系数。本项目燃料为天然气，理论空燃比为10.042，第1 步测试的数据分析如表7～表10所示。