加热炉控温技术影响因素分析及改进

王旭东

摘 要： 目前，我国是科学技术快速发展的新时期，我国工业发展十分迅速，该文针对加热炉控温技术存在的问题，分别对温度场均匀性和热效率2个影响因素进行分析。具体因素有各区温升速率差异大、烧嘴燃烧不稳定、测量显示仪表损坏老化严重、导流箱体和喷流槽变形、密封损伤、炉体锈蚀、炉压控制不当、排烟温度、炉膛温度和烟气氧含量控制不当等。基于各因素提出了控制过剩空气系数、减少炉热损失、维修加热炉、增加控制手段、改进控制技术、优化控制参数和加强人员操作培训等措施。这些措施有效地提升了产品工艺性能。

关键词： 加热炉;温度控制;影响因素;问题分析;改进措施

【中图分类号】TG307     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）01-0190-01

引言：在工业控制领域，很多系统控制效果的好坏取决于辨识模型的精确度，从而实现对被控对象的控制，但大多数被控对象随负荷变化或干扰因素的影响，其特征参数或结构都将发生变化，其数学模型也会发生变化。随着计算机控制技术的发展，将模糊控制与PID控制相结合，不需用建立精确的数学模型，也可对加热炉的温度进行控制，并且能提高控制温度的精度和快速性。

1 加热炉的原理

真空相变加热炉是一种依靠热媒水的沸腾蒸发与冷凝换热而传递热量使原油、天然气、水等工质加热的换热设备。燃料燃烧放出的热量使真空室内热媒水产生饱和蒸汽，蒸汽上升至冷凝段在冷凝换热盘管外凝结并放出汽化潜热，将热量传递给换热盘管内的原油、天然气、水等工质，将工质加热到一定的温度送出。这样，水不断地在封闭的空间内进行着“沸腾=蒸发=冷凝=蒸发"的循环，完成循环加热过程。本站真空相变加热炉的结构在上述原理的基础上有所升级，燃烧介质为燃油和伴生气两种，油气两用是依靠燃烧器实现的（现有奥林燃烧器和百得燃烧器各一台）。那么如何实现油气两用呢？燃烧器控制柜的PLC系统带有燃料模式的选择，燃油管路和燃气管路两套管路（特别之处：燃气管路上附有减压阀），进气阀可调节空气与燃气的燃料配比。油气两用的优点：（1）燃烧效率高;（2）通过风门调节，配风合理，保证燃料燃烧稳定;（3）环保并且运行噪声小;真空相变加热炉与油气两用燃烧器结合，从而做到了节能降耗。

2 存在问题及影响因素分析

2.1 炉压控制不当

设计时，工程师只是通过炉气和铸锭温度来控制加热炉整个加热工艺过程，未考虑到炉压变化对加热系统和产品性能质量的影响，所以未安装炉压表，致使加热炉加热工艺控制系统存在缺陷，炉压运行情况处于不可控状态，炉压与排烟蝶阀的关系也无法控制。炉压对于铸锭的加热质量、加热时燃料消耗的影响较大。在正常情况下，加热炉进行铸锭加热工作时应处于微正压状态，炉压过大会造成热量从炉门及墙缝中溢出，造成燃料浪费，给企业造成严重的损失;而处于负压时会吸入冷风，使铸锭氧化烧损，降低炉内的热效率，使加热周期延长，超出工艺所允许的时间，并造成铸锭温度不均匀，产品性能改变。另外，炉压不稳定也不利于工艺的制定和执行。

2.2 换热效果差

锅筒内有空气;处理：检查各密封点，重新启动、排气、投产。负荷太大;处理：查对加热介质流量与标牌流量，应降至小于等于标牌流量。

2.3 热空气循环不均

导流箱体的导流板和喷流口因铸锭刮碰及热胀冷缩造成变形、扭曲、移位，热空气被循环风机强制循环，而不是通过导流箱体及导流槽、喷流口喷出到铸锭上，导致炉膛内热风循环分布不均匀，温度有所偏差，加热效果不理想，延长加热时间，增加燃料消耗。

3 技术措施改进

3.1 模糊控制规则

电路温度随控制信号变化的原则：当误差（希望值减去实际值）大或较大时，选择控制量输出以尽快消除误差为主;当误差较小时，选择控制量要增加稳定性、注意防止超调。当误差为负的情况，若误差为负大时（说明温度高于希望值），且误差变化率也为负，这时误差有增大的趋势，为尽快消除已有的负大误差并抑制误差变大，所以控制量的变化取正大（控制量增变大控制可控硅的移相控制角增大，输出电压变大，使得温度上升）。当误差为负同时误差变化率为正时，系统自身已有减少误差的趋势。为尽快消除误差而又不超调，系统应输出较小的控制量。

3.2 感应加热温度控制分层优化结构

由于钢坯在加热炉内部为单次连续通过，无法实现反馈控制。为此，本系统采用分层优化控制结构，上位机通过数据采集程序从下位机PLC获得中频电源及钢坯各类参数，然后通过建模手段实现对加热过程的数学建模，最后在系统分析的基础上采用随机优化方法针对目标温度曲线进行加热电压优化曲线的计算，并将该电压优化曲线下传给PLC。PLC内部根据电压优化曲线作为控制电压设定值进行实时跟踪控制。当单条钢坯完成加热过程后，由于可能出现期望温度曲线与实际温度曲线不一致的情况，系统采用反馈修正的方法修正数学模型。

3.3 更换老旧热电偶和仪表并选择合适量程

及时更换不合格的热电偶和老化控制显示仪表，保证测量显示的准确性，避免因仪表器件误差造成损失。除此以外，温度测量的准确与否，不仅与选用的测温仪表的准确度等级有关，而且还与测量仪表量程范围有关。相同准确度等级，量程不同的测温仪表，它们可能产生的绝对误差是不同的。因此，在選用仪表量程时，同样准确度等级的仪表应尽量选用测量上限与被测温度相近的仪表，也就是说，在选用仪表时，尽量使它们工作在测量上限附近。

结语：经过现场数据采集、分析，改善后的加热炉炉温整体均匀性比较稳定，目标铸锭在加热、均热过程中，物料温度可控制在±5℃范围之内，已具备对中高端铝产品进行加工的条件，能够达到产品所需的性能指标，有效地提高了产品质量，提高了资源利用率，降低了生产成本。

参考文献

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