雙向運動臺車式退火爐爐溫控制系統(tǒng)設計

雙向運動臺車式退火爐爐溫控制系統(tǒng)設計

1脈沖燃燒系統(tǒng)脈沖燃燒是近年來發(fā)展迅速的一項新技術。其主要特點:在整個工作周期內(nèi)爐膛溫度均勻;爐前燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡化。雙向運動臺車式退火爐工作方式是周期性的,過程分為升溫、保溫和降溫,這就要求不斷地調(diào)節(jié)燃料供給量來滿足工藝要求。通常,我們設計爐子及配置燒嘴時是按最大熱負荷考慮的,即在爐子升溫階段燃料消耗量最大,燒嘴是在最大熱負荷下工作,其燃燒狀態(tài)最佳,此時火焰穩(wěn)定,剛度好,爐內(nèi)氣流循環(huán)好,溫度均勻。保溫和降溫階段,燃料消耗量按加熱曲線成規(guī)律性的逐漸減少,燒嘴熱負荷也逐漸降低,此時火焰剛度差,爐內(nèi)氣流循環(huán)明顯變?nèi)?導致爐內(nèi)溫差變大。這種調(diào)節(jié)是通過分區(qū)調(diào)節(jié)燃料、空氣的物流幅值來適應加熱曲線要求的,對較大的爐子來講,分區(qū)多調(diào)節(jié)困難,且難以達到退火工藝要求的爐溫均勻性。在脈沖燃燒系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)各個燒嘴燃燒周期的頻率和各個燒嘴燃燒延時程度來實現(xiàn)工藝加熱曲線要求的。脈沖燃燒是將傳統(tǒng)的連續(xù)調(diào)節(jié)方式改變?yōu)橥〝嗍秸{(diào)節(jié),即燒嘴工作狀態(tài)只有兩種:一是在預先選定的最佳燃燒狀態(tài)——最大計算熱負荷下工作;二是燒嘴以能維持自身不滅的小火執(zhí)勤常明。脈沖燃燒技術基于調(diào)節(jié)周期(大小火變換一次的時間)、燃燒比(大火時間與全周期的時間比值),使爐溫在最大或最小單位燃料消耗時均能保證均勻。2燒前燃燒控制系統(tǒng)雙向運動全纖維臺車式退火爐選用8臺天然氣高速調(diào)溫燒嘴,單臺燒嘴供熱能力為2.09GJ/h。該燒嘴空燃比大,燃燒完全,配有自動點火及火焰監(jiān)測和熄火保護裝置。每臺燒嘴配一臺燒嘴控制器,可通過操作面板上的按鈕和撥碼開關設置,完成對燒嘴的自動點火、熄火保護、大小火控制及指示等功能,實現(xiàn)本機的開環(huán)溫度控制系統(tǒng)。燒嘴控制器具有3種工況:本機、自動、手動,還可通過燃燒周期與燃燒比的不同組合,形成182種燃燒方式供選擇,很方便地使燃燒自動化。燒嘴控制器與上位機或常規(guī)溫控儀配套使用,構(gòu)成一閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)。天然氣和空氣供應系統(tǒng)。由于采用脈沖燃燒,管網(wǎng)壓力波動較大,因此,天然氣管網(wǎng)壓力采用兩級(前、后)調(diào)節(jié),主要靠后級電動調(diào)壓器調(diào)節(jié)使壓力保持在燒嘴要求的工作范圍內(nèi)。燒嘴前天然氣管道上設置大小火電磁閥,以執(zhí)行控制命令。空氣壓力調(diào)節(jié)采用SANCO變頻器,當燃燒狀態(tài)發(fā)生變化時,變頻器迅速改變風機的轉(zhuǎn)速,使之與管網(wǎng)給定壓力保持一致,以滿足燒嘴要求。燒嘴前空氣管道上設置高溫雙位氣動蝶閥,以實現(xiàn)大小火控制要求。脈沖燃燒控制系統(tǒng)。燒嘴控制器、SIMATICS5-90U可編程控制器構(gòu)成下位機,386IBM兼容工業(yè)微機為上位機,通過CP521組成串行通訊接口(數(shù)據(jù)高速通道),可以很方便的從操作臺和CRT終端通過人機對話,對下位機控制系統(tǒng)進行有效的在線干預和編程控制,使整個燃燒控制水平達到了一個較高的水準。3脈沖燃燒系統(tǒng)的應用3.1燒前燃燒控制脈沖燃燒原理見示意圖1。脈沖燃燒控制結(jié)構(gòu)簡單,以脈沖開關量、周期占空比、時間PID的方式來實現(xiàn)溫控和最佳空燃比。燒嘴采用大、小火兩位控制,大火為最熱負荷或自由選定量使燃燒狀態(tài)最佳,小火為燒嘴火焰維持不滅,爐內(nèi)各區(qū)溫度由燒嘴交替進行大、小火周期和燃燒比變化的頻率來控制的。燒嘴大、小火空燃比初始量由手動調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié),主要是觀察火焰情況,確定天然氣和空氣手動閥門的開度。另外,當空氣預熱溫度逐漸升高后,應適當增加空氣或減少天然氣的流量。3.2控制板及檢測程序由于采用了脈沖燃燒,高速調(diào)溫燒嘴產(chǎn)生的高速氣流帶動了爐內(nèi)氣體的循環(huán)運動,強化了爐氣和工件的對流傳熱,使爐膛溫度均勻性得到了較好的改善。我們設計控溫為4個區(qū),即兩個燒嘴為一個區(qū),各區(qū)燒嘴交替進行大小火周期和燃燒比的變化,同時設計了燒嘴間大火延時。應用效果上看,4個控溫、8個檢測熱電偶無論是升溫還是保溫,較強的爐氣流動循環(huán)使爐內(nèi)溫差達到了控溫精度。控溫、檢測熱電偶位置見示意圖2。實際運行中一爐料的加熱過程實測各點溫度打印記錄見表1。實際運行中的一爐料在保溫過程后期30min內(nèi)實測各點溫度打印記錄見表2。3.3爐稈壓力pid的在線監(jiān)控由于采用了脈沖燃燒,直接影響爐膛壓力的穩(wěn)定性,爐壓的檢測和調(diào)節(jié)都比較困難。由于設計采用了高速調(diào)溫燒嘴,故將排煙口設置在兩個爐門的兩側(cè),側(cè)壓點設在排煙口的下邊,以1151DR型微差壓力變送器傳輸?shù)男盘?自動調(diào)整高溫蝶閥的開度,爐膛壓力PID參數(shù)可以通過屏幕數(shù)據(jù)進行在線的修改設定。實際運行中的壓力參數(shù)控制為±20Pa,均達到了工藝要求。4脈沖燃燒技術應用需要“特別”強、“硬”硬(1)目前,國外脈沖燃燒技術廣泛地應用在工業(yè)爐上,國內(nèi)也逐漸地有所增多,從國內(nèi)外應用情況相比較,主要差距筆者認為:①脈沖燃燒技術的理論研究及試驗總結(jié)工作應進一步加強;②應用中執(zhí)行元件(主要是閥門)的可靠性差,直接影響脈沖燃燒技術的發(fā)展;③脈沖燃燒技術應用軟件的開發(fā)普及欠缺。(2)雙向運動全纖維臺車式退火爐上應用脈沖燃燒技術,調(diào)試數(shù)據(jù)完全達到工藝要求。實踐證明:①我們設計的脈沖燃燒控制軟件起點高,運行平穩(wěn)且控制精度高,操作十分方便;②爐溫均勻達到工藝要求,為大型周期式火焰爐的爐溫控制提供了經(jīng)驗;③脈沖燃燒應用中應注意的幾個問題:空氣