淺談無段流量調(diào)節(jié)脈沖控制加熱爐調(diào)試要點(diǎn)

唐龍偉，趙建明

（重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司，重慶401122）

脈沖燃燒控制加熱爐具有爐溫控制精度高、控制分區(qū)靈活、爐內(nèi)溫度均勻性好、鋼坯氧化燒損少、NOx排放低等優(yōu)點(diǎn)[1]，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)高端產(chǎn)品軋制生產(chǎn)線的鋼坯加熱。脈沖燃燒控制加熱爐一般有帶段流量調(diào)節(jié)和不帶段流量調(diào)節(jié)兩種，其中不帶段流量調(diào)節(jié)的脈沖控制系統(tǒng)，由于其自身特點(diǎn)的限制，前期調(diào)試對充分發(fā)揮脈沖控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)顯得至關(guān)重要。

本文以某鋼廠不帶段流量調(diào)節(jié)脈沖燃燒控制加熱爐為例，對脈沖控制系統(tǒng)投運(yùn)前的調(diào)試要點(diǎn)進(jìn)行了梳理，供設(shè)計(jì)和生產(chǎn)使用參考。

1 加熱爐概況

本次調(diào)試對象為某廠不銹鋼生產(chǎn)線加熱爐。加熱爐設(shè)計(jì)額定生產(chǎn)能力為262 t/h，加熱爐砌體長度51.2 m，內(nèi)寬12.7 m。從裝料端至出料端，加熱爐沿爐長分為熱回收段、預(yù)熱段、加熱段和均熱段，其中上均熱段采用爐頂平焰燒嘴，雙交叉限幅連續(xù)燃燒控制，其余各段采用側(cè)向燒嘴，脈沖燃燒控制。

加熱爐爐型結(jié)構(gòu)簡圖參見圖1。

加熱爐各段采用脈沖控制的燒嘴數(shù)量見表1。

圖1 某廠不銹鋼生產(chǎn)線加熱爐結(jié)構(gòu)簡圖

表1 各段采用脈沖控制的燒嘴數(shù)量

2 調(diào)試前準(zhǔn)備工作

在調(diào)試工作開始前，應(yīng)對加熱爐的燃燒系統(tǒng)做詳細(xì)的了解并對脈沖燒嘴進(jìn)行編號(hào)，準(zhǔn)備好計(jì)算資料、數(shù)據(jù)記錄表格等。

2.1 系統(tǒng)簡圖及脈沖燒嘴編號(hào)

本項(xiàng)目脈沖燃燒控制段采用大環(huán)管結(jié)構(gòu)，空氣、煤氣系統(tǒng)簡圖見圖2、圖3。

圖2 空氣系統(tǒng)簡圖

圖3 煤氣系統(tǒng)簡圖

為方便后續(xù)敘述，本工程的燒嘴編號(hào)如下方式進(jìn)行（從裝料端至出料端）：

軋機(jī)側(cè)上部燒嘴：NA01～NA08；

軋機(jī)側(cè)下部燒嘴：NB01～NB11；

非軋機(jī)側(cè)上部燒嘴：FA01～FA08；

非軋機(jī)側(cè)下部燒嘴：FB01～FB11。

2.2 計(jì)算資料

脈沖燒嘴的調(diào)平及空氣、煤氣配比都是通過調(diào)節(jié)燒嘴前手動(dòng)閥的開度來實(shí)現(xiàn)，而流量只能通過測量燒嘴前孔板前后壓差△P來進(jìn)行計(jì)算。因此，為提高調(diào)試效率，需要預(yù)先準(zhǔn)備好各脈沖燒嘴在不同負(fù)荷下燒嘴前空氣、煤氣孔板的壓差?？装迩昂髩翰睢鱌可按式（1）計(jì)算：

式中：△P為燒嘴前孔板前后壓差，Pa；ρ為介質(zhì)密度，kg/m3（標(biāo)準(zhǔn)）；Q為介質(zhì)流量，m3/h（標(biāo)準(zhǔn)）；K為孔板結(jié)構(gòu)系數(shù)；D為工況下孔板開孔直徑；E為介質(zhì)可膨脹系數(shù)；A為介質(zhì)流量系數(shù)。

3 調(diào) 試

調(diào)試工作主要為脈沖燒嘴空氣、煤氣調(diào)平和數(shù)據(jù)測試、分析，每個(gè)燒嘴的調(diào)試方法基本相同。為節(jié)約篇幅和便于敘述，本文選取加熱段的4 個(gè)脈沖燒嘴來進(jìn)行闡述，4個(gè)燒嘴分別為加上軋機(jī)側(cè)NA07、加下軋機(jī)側(cè)NB07、加上非軋機(jī)側(cè)FA07、加下非軋機(jī)側(cè)FB07。

3.1 脈沖燒嘴調(diào)平

脈沖燒嘴的調(diào)平工作是指在額定空氣、煤氣總管壓力下，通過調(diào)整燒嘴前空氣、煤氣手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，將燒嘴能力、空燃比調(diào)整到目標(biāo)值。根據(jù)本項(xiàng)目的特點(diǎn)，需先將空氣總管壓力穩(wěn)定在8.5 kPa、煤氣總管壓力穩(wěn)定在7.5 kPa，所有脈沖燒嘴的負(fù)荷調(diào)整為最大負(fù)荷的90%，其中預(yù)熱段空氣過剩系數(shù)為1.1、加熱段為1.08、均熱段為1.05。具體調(diào)試步驟如下：

（1）計(jì)算燒嘴在目標(biāo)負(fù)荷、目標(biāo)空氣過剩系數(shù)下，燒嘴前空氣、煤氣流量測量孔板的壓差，以NA07、NB07、FA07、FB07為例，計(jì)算出的孔板壓差見表2。

表2 燒嘴前空氣、煤氣流量測量孔板壓差 Pa

（2）將空氣總管壓力調(diào)節(jié)閥和煤氣總管壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值分別設(shè)為8.5 kPa和7.5 kPa，同時(shí)將總管壓力穩(wěn)定在上述設(shè)定值。

（3）逐個(gè)測量每個(gè)脈沖燒嘴前空氣、煤氣孔板前后壓差，通過調(diào)節(jié)燒嘴前手動(dòng)閥門的開度，使空氣、煤氣孔板前后壓差穩(wěn)定在表2中的計(jì)算值附近。

3.2 數(shù)據(jù)測試與分析

在加熱爐各脈沖燒嘴調(diào)平的基礎(chǔ)上，分別改變空氣、煤氣總管的壓力，測試各脈沖燒嘴的空燃比及空氣過剩系數(shù)變化范圍，為自動(dòng)控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。注意，在數(shù)據(jù)測試過程中，燒嘴前的空氣、煤氣手動(dòng)閥門開度需保持不變。

1）數(shù)據(jù)測試

根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，空氣總管的壓力分別設(shè)定為7.0、7.5、8.0、8.5、9.1 kPa，煤氣總管的壓力分別設(shè)定為7.0、7.5、8.0、8.5、9.0 kPa。通過測量燒嘴前空氣、煤氣孔板的壓差，再由公式（1）算出對應(yīng)的空氣、煤氣流量。以NA07、NB07、FA07、FB07 為例，測量的數(shù)據(jù)參見表3～表6。

2）數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析的目的主要有兩點(diǎn)，一是對前期調(diào)平過程的檢驗(yàn)，二是將測試的數(shù)據(jù)提供給自動(dòng)化控制系統(tǒng)，作為控制的原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析的內(nèi)容主要包括空燃比和空氣過剩系數(shù)。本項(xiàng)目燃料為天然氣，理論空燃比為10.042，第1 步測試的數(shù)據(jù)分析如表7～表10所示。

表3 燒嘴NA07、FA07的空氣流量

表4 燒嘴NB07、FB07的空氣流量

表5 燒嘴NA07、FA07的煤氣流量

表6 燒嘴NB07、FB07的煤氣流量

表7 燒嘴NA07、FA07的空燃比

表8 燒嘴NB07、FB07的空燃比

表9 燒嘴NA07、FA07的空氣過剩系數(shù)

表10 燒嘴NB07、FB07的空氣過剩系數(shù)

分析結(jié)果：

（1）從表7～表10 可以看出，當(dāng)空氣、煤氣總管壓力波動(dòng)一致時(shí)，燒嘴的空燃比、空氣過剩系數(shù)基本保持一致；

（2）從表7～表10 可以看出，當(dāng)空氣、煤氣總管壓力在7.0～9.0 kPa波動(dòng)時(shí)，對應(yīng)的四個(gè)燒嘴的空燃比在9～11.8波動(dòng)，對應(yīng)的空氣過剩系數(shù)在0.9～1.18波動(dòng)。

為分析全爐的數(shù)據(jù)，可將所有燒嘴的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均。為了便于敘述，此處仍以上述4 個(gè)燒嘴為例，其數(shù)據(jù)分析參見表11、表12。

表11 平均后的空燃比

分析結(jié)果：

（1）通過調(diào)整空氣、煤氣總管壓力，可調(diào)整全爐的空氣過剩系數(shù)。

（2）如表12所示，若煤氣總管壓力設(shè)定為7.5 kPa，空氣總管壓力在7～9 kPa波動(dòng)時(shí)，空氣過剩系數(shù)在1.00～1.13波動(dòng)，對應(yīng)的殘氧值波動(dòng)幅度在0%～2.4%。

表12 平均后的空氣過剩系數(shù)

（3）如表12所示，若空氣、煤氣總管壓力同時(shí)波動(dòng)時(shí)，全爐的空氣過剩系數(shù)可在0.9～1.16調(diào)整。

4 結(jié) 論

從以上分析可以看出，脈沖燃燒控制加熱爐燃燒系統(tǒng)前期調(diào)試對發(fā)揮脈沖系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)至關(guān)重要，其調(diào)試工作量也是傳統(tǒng)加熱爐的數(shù)倍，所以調(diào)試前應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作，測試數(shù)據(jù)應(yīng)認(rèn)真分析，給自動(dòng)化控制提供正確的原始數(shù)據(jù)。