工業(yè)爐燒嘴長明火方式的控制系統(tǒng)

1、工業(yè)爐燒嘴長明火方式的控制系統(tǒng)Industrial furnace burner long way fire control system TANG Ronglian ， WANG Hua(CMCU ENGINEERING CO., LT，DChongqing 400039 ，China) : combustion control ways and their features of nowindustrial furnace are introduced briefly ，and some problems of existing naturalgas-based fuels burn co

2、ntrolway in some fields, especially when the furnace pressure is positive. A new control system which is fit for this special situation is given. Using the control system, furnace can be used safely, and the workpiece quality can be ensured, also environmental pollution by harmful substances could b

3、e reduced. As a result, the economic efficiency is improved.Keywords: industrial furnace ； gas ； control way；safe operation眾所周知，工業(yè)窯爐內(nèi)工件加熱質(zhì)量的高低與燃燒控制技術(shù) 有著密切的聯(lián)系。燃燒系統(tǒng)是影響工業(yè)爐整體水平的關(guān)鍵設(shè)備， 是確保工業(yè)爐性能的核心內(nèi)容 1 。直接關(guān)系到爐子的爐溫均勻 性、坯料的加熱質(zhì)量和爐子生產(chǎn)效率的高低。燃燒系統(tǒng)不完善， 不僅企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益受到損失，而且會(huì)造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污 染。因而，合理的燃燒系統(tǒng)顯得尤為重要。1 傳統(tǒng)的工業(yè)爐燃燒控制系統(tǒng)傳

4、統(tǒng)大型工業(yè)爐 （如大型室式加熱爐、 大型室式中高溫?zé)崽?理爐、大型臺(tái)車式加熱爐、大型臺(tái)車爐中高溫?zé)崽幚頎t等），根 據(jù)工藝需求， 燃燒控制系統(tǒng)分為脈沖燃燒控制系統(tǒng)和連續(xù)式燃燒 控制系統(tǒng)。脈沖燃燒是通斷式調(diào)節(jié)， 即燒嘴只有兩個(gè)工作狀態(tài)： 一是在 設(shè)計(jì)最大計(jì)算負(fù)荷下的燒嘴最佳燃燒狀態(tài)； 二是燒嘴維持自身不 熄滅的小火執(zhí)勤狀態(tài)。 脈沖燃燒技術(shù)通過對(duì)脈沖周期 （大小火變 換一次的時(shí)間）、占空比（大火時(shí)間與全周期的時(shí)間比值）調(diào)節(jié) 使?fàn)t溫在最大或最小熱負(fù)荷下均能保證爐溫均勻 2 。脈沖燃燒 能較好的滿足不同熱負(fù)荷下高精度的控溫要求： 在爐子升溫和保 溫初期， 爐子需要大量的熱量， 這時(shí)燒嘴處于全負(fù)荷的最佳燃

5、燒 狀態(tài)，高速、周期變化的高溫爐氣擾動(dòng)強(qiáng)化了對(duì)流換熱，提高了 爐溫的均勻性和爐內(nèi)的傳熱效率，從而提高了坯料的加熱質(zhì)量。 在保溫后期或降溫初期爐子所需熱量較小， 為保證爐溫精確控制 而采取小火大火關(guān)閉交替控制。連續(xù)燃燒控制方式， 即通過控制空氣與燃?xì)饬髁縼砜刂茽t內(nèi) 的溫度和燃燒氣氛， 燒嘴的供熱量可調(diào)， 爐內(nèi)熱氣流流向一般恒 定，但工件表面受熱并不均勻，加熱效率不高。雖然連續(xù)燃燒控 制技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用， 但其突出缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)范圍 較窄，燒嘴不能在非滿負(fù)荷下工作 3 。2 傳統(tǒng)的燃燒控制系統(tǒng)存在的問題 脈沖燃燒和連續(xù)燃燒控制方式在實(shí)際運(yùn)用中， 尤其是在一些 特殊場合下仍然存在不足。 脈

6、沖燃燒雖然能用小火常明的方式保 證燒嘴不滅火， 可是停氣或燃燒管路出現(xiàn)故障時(shí)還是不能保證燒 嘴不滅火，不能確保燒嘴安全使用。連續(xù)燃燒對(duì)于大型工業(yè)爐， 爐膛兩側(cè)對(duì)稱地布置多個(gè)燒嘴， 根據(jù)工藝要求， 在某些特殊行業(yè) 需要緩慢的加熱爐膛和坯料， 各燒嘴根據(jù)分區(qū)交替的以大小火方 式進(jìn)行加熱。 當(dāng)停氣或燃燒管路出現(xiàn)故障時(shí)同樣不能保證燒嘴不 滅火。在傳統(tǒng)的燃燒控制系統(tǒng)中， 都沒有考慮停氣或燃燒管路出 現(xiàn)故障時(shí)對(duì)燒嘴的保護(hù)問題。 使得在這些情況下， 燒嘴必須得停 止運(yùn)行，當(dāng)再次通氣時(shí)，又要重復(fù)點(diǎn)火燃燒，這樣使用燒嘴的頻 率就提高了， 如果遇到特殊情況反反復(fù)復(fù)， 很大程度上降低了燒 嘴的使用壽命， 同時(shí)對(duì)爐內(nèi)

7、工件質(zhì)量有所損害， 造成環(huán)境污染等 一系列問題。3 傳統(tǒng)的主燃料為天然氣的控制系統(tǒng) 傳統(tǒng)的主燃料為天燃?xì)獾目刂葡到y(tǒng)簡圖如圖 1 所示： 圖 1 傳統(tǒng)天然氣燃燒控制系統(tǒng) 傳統(tǒng)的天然氣燃燒控制回路包含了以上三個(gè)回路。 1 是助燃 空氣回路， 2是天然氣回路， 3是點(diǎn)火空氣回路， 4 是點(diǎn)火天然 氣回路。系統(tǒng)先驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火燒嘴至點(diǎn)火位， 待點(diǎn)火確認(rèn)后， 開始自動(dòng)點(diǎn) 火，相應(yīng)的打開點(diǎn)火空氣回路，并開始檢測點(diǎn)火火焰，待檢測到 點(diǎn)火火焰， 并確認(rèn)火焰穩(wěn)定時(shí)， 打開對(duì)應(yīng)的天然氣主閥和助燃空 氣回路，并檢測火焰的穩(wěn)定性，待火焰穩(wěn)定后，關(guān)閉對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火 電磁閥，該燒嘴完成點(diǎn)火程序，進(jìn)入正常燃燒狀態(tài)。此系統(tǒng)不論是脈沖燃

8、燒還是連續(xù)燃燒， 都沒有考慮停氣或燃 燒管路出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)燒嘴的保護(hù)。 尤其在在碳素工業(yè)爐中， 在運(yùn) 行過程中燒嘴一旦熄火， 爐內(nèi)坯料在高溫下有大量瀝青揮發(fā)分析 出，而爐膛為正壓的情況下，析出的瀝青揮發(fā)分會(huì)噴向燒嘴，從 而使得大量瀝青粘在燒嘴上， 致使燒嘴很難或無法再次點(diǎn)燃， 造 成爐子不能正常使用。同時(shí)爐內(nèi)有害熱氣外溢不但造成熱量損 失，還污染了環(huán)境，降低了爐內(nèi)工件質(zhì)量。因此需要對(duì)現(xiàn)有燃燒控制方案進(jìn)行改進(jìn)， 以消除爐內(nèi)氣體反 吸堵住燒嘴帶來的危害。 而對(duì)于爐內(nèi)氣氛有要求的工業(yè)爐窯， 尤 其對(duì)爐內(nèi)氧氣含量有嚴(yán)格要求的情況下， 是不能通入空氣來保護(hù) 燒嘴的。4 改進(jìn)的主燃料為天然氣的控制系統(tǒng) 改進(jìn)

9、的主燃料為天燃?xì)獾目刂葡到y(tǒng)， 是對(duì)傳統(tǒng)天然氣控制系 統(tǒng)進(jìn)行完善， 提供一種用主燃料氣外的燃料如液化石油氣 （LPG） 或 N2 等惰性氣體來保護(hù)天然氣燒嘴不熄滅的燃燒控制方案，其 控制簡圖如圖 2 所示：此種燃燒控制方案包含 7個(gè)回路， 1是助燃空氣回路， 2 是燃燒天然氣回路，3是燃燒LPG回路，4是點(diǎn)火空氣回路，5是 點(diǎn)火天然氣回路，6是點(diǎn)火LPG回路，7是備用氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w回路。正常情況下，系統(tǒng)先驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火燒嘴至點(diǎn)火位， 待點(diǎn)火確認(rèn)后， 開始自動(dòng)點(diǎn)火， 相應(yīng)的打開點(diǎn)火空氣回路， 并開始檢測點(diǎn)火火焰， 若在數(shù)秒內(nèi)檢測到點(diǎn)火火焰， 并確認(rèn)火焰穩(wěn)定時(shí)， 打開對(duì)應(yīng)的天 然氣主閥和助燃空氣回路，

10、 并檢測火焰的穩(wěn)定性， 待火焰穩(wěn)定后， 關(guān)閉對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火電磁閥，該燒嘴完成點(diǎn)火程序，進(jìn)入燃燒狀態(tài)， 在燃燒過程中， 根據(jù)工藝要求， 通過調(diào)節(jié)天然氣和助燃空氣的流 量控制火焰的大小來滿足燃燒的要求。圖2LPG或N2等惰性氣體保護(hù)天然氣燒嘴的燃燒控制系統(tǒng)如果突然停氣或者需要檢修天然氣管路時(shí)， 天然氣主閥自動(dòng) 關(guān)閉，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)（LPG點(diǎn)火閥門，相應(yīng)的打開點(diǎn)火空氣回 路，若在數(shù)秒內(nèi)檢測到點(diǎn)火火焰，并確認(rèn)火焰穩(wěn)定時(shí)，打開對(duì)應(yīng) 的LPG主閥和助燃空氣回路，并檢測火焰的穩(wěn)定性，待火焰穩(wěn)定 后，關(guān)閉對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火電磁閥，該燒嘴完成點(diǎn)火程序，進(jìn)入燃燒狀 態(tài)，這個(gè)時(shí)候只需持續(xù)供應(yīng)微量的 LPG以長明火的方式保持燃 燒

11、燒嘴持續(xù)有氣體通過，避免因爐膛正壓情況下爐內(nèi)氣體外溢， 對(duì)燃燒燒嘴起到保護(hù)作用。當(dāng)天然氣再次供應(yīng)正常時(shí)，LPG回路自動(dòng)關(guān)閉并切換到 天然氣燃燒回路繼續(xù)正常的燃燒。如果沒有LPG當(dāng)停氣或者需要檢修天然氣管路時(shí)，天然氣 主閥自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)自動(dòng)氣動(dòng) N2或其他惰性氣體電磁閥，對(duì)爐 內(nèi)連續(xù)通入少量的N2或其他惰性氣體，保證天然氣燒嘴處微正 壓，從而避免爐內(nèi)揮發(fā)分氣體粘接在燒嘴上。 待天然氣供應(yīng)正常 時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉 N2 或其他惰性氣體回路電磁閥，重新進(jìn)入天然氣 點(diǎn)火和燃燒程序，繼續(xù)進(jìn)行正常燃燒。改進(jìn)的主燃料為天然氣的控制系統(tǒng)是一種用主燃料氣外的燃料如液化石油氣(LPG或N2等惰性氣體來保護(hù)天然氣燒嘴不

12、熄滅的燃燒控制方案， 該系統(tǒng)對(duì)以往以主燃料為天然氣的控制系 統(tǒng)進(jìn)行了修補(bǔ)和完善。 在特殊情況下， 如停氣或燃燒管路出現(xiàn)故 障維修時(shí)，采用改進(jìn)的主燃料為天然氣的控制系統(tǒng)就有很大保 障，該控制系統(tǒng)能保障燒嘴不被熄滅， 這對(duì)于爐膛壓力為正壓的 工業(yè)爐， 特別是在特殊行業(yè)， 尤其對(duì)爐內(nèi)氧氣含量有嚴(yán)格要求的 情況下，起到了很好的保護(hù)作用。不但保護(hù)了燒嘴的安全使用， 同時(shí)確保爐內(nèi)熱量不外溢減小不必要的熱量損失， 減少了對(duì)環(huán)境 的污染，提高了經(jīng)濟(jì)效益。5 結(jié)論改進(jìn)的即用主燃料氣外的燃料如液化石油氣(LPG或N2等惰性氣體來保護(hù)天然氣燒嘴不熄滅的燃燒控制系統(tǒng)應(yīng)用在工業(yè) 爐上，明顯具有以下優(yōu)點(diǎn)：燒嘴采用LPG長明火或N2等惰性氣體保護(hù)方式的工業(yè)爐， 尤其是對(duì)碳素行業(yè)工業(yè)爐， 在爐膛為正壓時(shí)， 可以避免因燒嘴關(guān) 閉爐內(nèi)含瀝青氣體反吸封住燒嘴口，導(dǎo)致高溫段時(shí)無法點(diǎn)燃燒 嘴，保證爐子的使用效果，確保爐子安全運(yùn)行；當(dāng)燃料供應(yīng)不足或管路檢修時(shí)， 可以確保爐子不停爐， 確保 工