步進(jìn)式熱處理爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)叢

林永 等

摘 要：本文通過(guò)對(duì)幾種燃燒控制方式的分析比較，設(shè)計(jì)一種較為理想的步進(jìn)式熱處理爐燃燒控制系統(tǒng)，并對(duì)燃燒過(guò)程中的爐膛氧含量、爐壓的控制進(jìn)行進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)。使?fàn)t膛的燃燒控制能夠滿足不同規(guī)格鋼管的熱處理要求。

關(guān)鍵詞：比例控制；串級(jí)控制；雙交叉限幅控制；燃燒效率

1 燃燒控制的任務(wù)

燃燒過(guò)程的任務(wù)和被控變量、操縱變量見(jiàn)表1-1。

表1-1 熱處理爐燃燒過(guò)程的任務(wù)、被控變量和操縱變量

熱處理爐在生產(chǎn)不同規(guī)格的鋼管時(shí)，爐內(nèi)的熱負(fù)荷也隨之發(fā)生變化，尤其是生產(chǎn)大規(guī)格、高壁厚的管時(shí)，管料吸收大量的熱，溫降很快，為此燃燒控制系統(tǒng)必須能快速做出反應(yīng)，及時(shí)調(diào)整溫度，使溫度的變化控制在±10℃以內(nèi)。在溫度調(diào)整過(guò)程中，天然氣和空氣流量必須控制在合理的比值，確保天然氣能夠完全燃燒，并且有比較高的燃燒效率。為確保鋼管質(zhì)量，爐膛的壓力也必須控制在合理范圍，我們通過(guò)控制煙道閘板的開(kāi)度來(lái)控制抽風(fēng)量，以確保爐壓的恒定。

2 燃燒過(guò)程的控制

2.1 燃燒過(guò)程基本控制

①基本控制方案一【見(jiàn)圖2-1（a）】由兩個(gè)控制系統(tǒng)組成：一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)，爐膛溫度作為主被控量、天然氣流量作為副被控量；一個(gè)比例控制系統(tǒng)：天然氣流量作為主動(dòng)量、空氣流量作為從動(dòng)量。該方案使天然氣量和空氣量保持一定的比值恒定，當(dāng)熱負(fù)荷增大時(shí)，天然氣量消耗也增大，助燃空氣會(huì)按照恒定的比值增大。但這種方式，助燃空氣量的增加明顯落后，不能確保天然氣的完全燃燒。

②基本控制方案二【見(jiàn)圖2-1（b）】它是由兩個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)組成。一個(gè)是爐膛溫度作為主被控量、天然氣量作為副被控量；另一個(gè)是爐膛溫度作為主被控變量，助燃空氣作為副被控量。該方案通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)天然氣電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和助燃空氣電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)控制天然氣量和空氣量，并且使其維持在一定比值，以滿足熱處理負(fù)荷的變化，保持爐溫的基本穩(wěn)定。

③邏輯提量和邏輯減量控制系統(tǒng)（見(jiàn)圖2-2）當(dāng)生產(chǎn)大管徑、厚壁管時(shí)爐膛熱負(fù)荷增大，該方案在執(zhí)行時(shí)是先增大空氣流量，然后增大天然氣量；當(dāng)生產(chǎn)小管徑、薄壁管時(shí)，熱負(fù)荷減小，系統(tǒng)在執(zhí)行時(shí)是先減小天然氣量，然后減小空氣量。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是確保天然氣能夠完全燃燒，同時(shí)確保爐膛溫度的相對(duì)穩(wěn)定。

2.2 雙交叉限幅燃燒控制

在這種燃燒控制方式中，我們將熱電偶檢測(cè)到的爐膛溫度作為主被控變量，差壓變送器檢測(cè)到的天然氣流量和助燃空氣流量同時(shí)作為副被控變量。兩個(gè)副被控變量之間能夠維持在相應(yīng)比值。當(dāng)熱處理爐內(nèi)的鋼管規(guī)格不變、產(chǎn)量相對(duì)恒定時(shí)，天然氣流量和空氣流量基本保持在某一數(shù)值恒定。當(dāng)管料更換規(guī)格時(shí)，熱負(fù)荷發(fā)生變化，天然氣量和空氣量也會(huì)動(dòng)態(tài)的發(fā)生變化，并使天然氣和空氣流量盡可能的維持在最佳比值。

[圖2-3 雙交叉限幅控制系統(tǒng)]