蓄热式步进加热炉（精选7篇）
蓄热式步进加热炉 篇1
宣钢三高线加热炉采用步进蓄热式加热炉,加热炉的燃烧系统采用蓄热式燃烧方式,使用纯高炉煤气作为燃料,对煤气和空气进行双蓄热预热,将煤气和空气都预热到1000°C左右,能够最大限度的降低排烟损失,从而节约燃料。这种方式可消除局部高温,使炉温均匀,改善其加热工艺,提高产品质量,降低氧化烧损,延长了加热炉的使用寿命。步进式不仅可以减少钢坯加热时间,降低氧化烧损,而且操作灵活,是轧钢加热炉的发展方向。
加热炉的整个控制系统分为换向系统、燃烧系统和汽化冷却系统。这三个系统都是通过以太网连接。PLC系统采用西门子S7系列模块和编程软件。整个控制系统完成现场数据采集、数据处理、输出控制及报警等功能。
1 换向系统
步进蓄热式加热炉采用三段控制,分为预热段、加热段、均热段。
换向系统是以四通换向阀为控制对象 , 分别完成预热段、加热段、均热段的煤气—烟气 , 空气—烟气的换向。蓄热室周期地供入燃料或排烟,已达到高温预热空气或煤气,提高燃烧效率,达到节能目的。
1.1 换向系统控制原理
每段换向控制分为四组,每一组都是由一个气动快切阀的煤气四通换向阀和空气四通换向阀组成。每个四通换向阀由换向阀本体及配套的液压系统组成,加热炉液压站有两台油泵,一用一备,由两个电磁头控制换向阀动作,产生相应的阀位,换向阀上的两个行程开关分别对应上、下两个阀位。换向工作方式分自动方式、单动方式、手动方式三种。自动换向是根据生产工艺设定的换向周期定时换向,但在定时换向周期未到而排烟温度超限时强制换向 ;单动换向时两台换向阀连锁动作,由人工完成操作,适合点火时使用 ;手动换向是由人工控制每一个换向阀单独动作,适宜在检修时使用。该换向系统的动作全部由PLC程序控制实现 , 具有定温换向、定时换向、强迫换向、超温报警、完全保护等一系列功能。可在2 ~ 3s之内完成空气、煤气和烟气的同时换向。
2 燃烧系统
2.1 煤气系统
从车间煤气接点接至煤气平台 , 煤气平台配有两道截止阀 , 一道快速安全切断阀。煤气经煤气平台、煤气总管、分管送至均热段和加热段的换向阀 , 再由换向阀后的支管送到各段煤气蓄热室。煤气经蓄热室预热后 , 送入炉内燃烧。
煤气分管上设置流量孔板、电动调节阀 , 配合相应空气管道上的流量孔板、电动调节阀 , 调节各供热段的热负荷和空燃比例。
煤气安全措施 : 设置了快速切断阀 ,防止由于停电或操作不当造成煤气或空气低压引起的事故。煤气管设置了放散系统和泄爆装置。
2.2 助燃空气系统
助燃空气由两台鼓风机提供 , 风机功率为75k W。从鼓风机出口经空气总管、分管将助燃空气送至均热段和加热段的换向阀 , 再由换向阀后的支管送到各段空气蓄热室。空气经蓄热室预热后 , 送入炉内供燃烧之用。
空气分管上设置流量孔板、电动调节阀 , 配合相应煤气管道上的流量孔板、电动调节阀 , 调节各供热段的热负荷和空燃比例。
2.3 排烟系统
从蓄热室排出的废气 (200℃~ 150℃ )经各支管到各段换向阀 , 再通过引风机排入烟囱排放。引风机前设有调节阀控制炉压。
由于高炉煤气蓄热式加热炉的工作特点 , 共设2台引风机和2座烟囱。引风机电机功率为55k W。
2.4 燃烧控制原理
PLC接受来自现场的流量、温度、阀位等信号,经过程序处理、输出,控制现场电动蝶阀,保证进行燃烧的煤气和空气流量,从而达到控制炉温的目的。
3 汽化冷却系统
汽化冷却不仅可以减少轧钢用水,而且可以生产蒸汽进行回收利用,具有一定的节能效果,在近年新建加热炉上逐步推广应用。
宣钢三高线的加热炉气化冷却系统是采用强制循环方式的汽化冷却装置,冷却装置包括水循环系统、补给水除氧系统、排污系统、蒸汽系统。
3.1 水循环系统
汽包中的欠饱和水经下降总管送如热水循环泵,经泵升压后由下降总管送进分配联箱,从分配联箱接出4根循环管道,其中两根是和加热炉的固定水梁立柱进入水管相接,另外两根经进口步进装置和加热炉的活动水梁立柱进水管相接。固定梁内的热水吸收炉内热量形成汽水混合物后通过各自上升管送回汽包。活动梁内的热水吸收炉内热量形成汽水混合物后通过各自的出口步进装置再分别由上升管送回汽包。
3.2 补给水除氧系统
汽包的给水是由高线车间软化水站送来,再给水站内除氧并经过软水泵加压后通过给水调节装置送入汽包。给水除氧站内还设置由磷酸盐成套加药装置来保证炉水品质,设由取样冷却器监查炉水标准,给水站内还设有软化水,除氧,给水,排污的系统设备。
3.3 排污系统
汽化冷却装置的排污系统分为汽包排污 :连续排污和定期排污,立柱及联箱定期排污两部分。
3.4 蒸汽系统
汽化冷却装置的循环水在加热炉冷却构件(活动梁和固定梁和立柱)中吸收大量的气化潜热变成汽水混合物,使冷却构件得到充分冷却,汽水混合物经汽包分离出的蒸汽送至分汽缸,由分汽缸出来的蒸汽一路送至除氧器,一路引至汽动给水泵,一路引至厂区蒸汽管网。
4 结束语
该系统自投入以来效果显著,系统稳定可靠,操作简单方便。提高了燃料利用率,降低了能源消耗,减少了钢坯氧化烧损,提高了加热质量,从而充分创造整个轧线生产过程的经济效益。
蓄热式步进加热炉 篇2
关键词：加热炉,入炉控制,步进机构控制,燃烧控制,炉压控制,PLC
张店钢铁总厂新建100万吨棒材项目配置了一座加热能力为170t/h的步进梁蓄热式加热炉,加热炉有效长度27900mm、内宽12800 mm、坯料规格150×150×12000 mm、150×150×9000 mm。加热炉采用蓄热式热回收和换向燃烧技术,空、煤气双蓄热提高了燃料利用系数,降低了能耗。
加热炉计算机PLC控制系统采用了西门子S7系列产品,现就其系统的配置及其实现的功能叙述如下。
1 控制系统硬件配置
1.1 加热炉控制系统主要分为电控、仪控两部分
两部分PLC系统均采用的是西门子S7-400系列, CPU采用运算速度快的CPU414-2并集成DP通讯口,主站根据功能要求下挂多个从站,负责逻辑运算、指令接受和输出、数据采集等。从站有ET200M、ET200CN、LG-IS5、LG-IH。
1.2 系统通讯
CPU集成DP口与现场远程站通过PROFIBUS-DP总线连接,用CP通讯卡与上位机形成以太网通讯,两CPU之间以及CPU和主轧线系统通过以太网通讯,进行数据交换。两台HMI互为备用,同时对两CPU进行监控,能同时获得数据。当一台电脑关闭或故障后,不影响另一台。具体配置见图1:
2 控制系统实现的功能
加热炉控制系统主要包括钢坯入炉控制、步进机构控制和坯料跟踪、燃烧控制、炉压控制、汽化冷却系统及部分设备保护控制。先进合理的控制系统能提高生产效率、设备使用率、产品质量并降低能耗。
2.1 入炉控制的核心就是钢坯炉内定位,也就是指钢坯在炉内按工艺要求布置,根据加热炉实际入炉坯料规格和工艺要求,本次钢坯炉内定位实现了三种方式即对中、侧对齐、交叉对齐控制等。
2.1.1 对中即钢坯入炉前通过安装在入炉辊道处的金属检测器或光电管发送钢坯到达或离开的信号,同时安装在入炉辊道上的编码器计数并通过计算机算出长度,然后二者相加即为钢坯的实际长度。当钢坯尾部离开炉门前光电管时,悬臂辊编码器开始计数,PLC根据长度控制其计数值,做到准确定位,此种对中方式前提必须测长准确,但适应长度不一样的钢坯。
2.1.2 侧对齐即以加热炉的任意一侧为基准,同时以钢坯的头部或尾部到达或离开炉门前光电管的信号编码器开始计数,到达预定数值PLC发出停止信号,控制悬臂辊电机停止。另外一种方式即不用编码器计数,直接用光电管发出信号后的时间控制。此种方式适应长度基本相同的钢坯。
2.1.3 交叉对齐即以侧对齐为主,不同的是交叉对齐是以入炉钢坯间隔(单双号)分别对应加热炉两侧,此种方式一般是在加热炉步进梁(动静梁)分布距离大,入炉钢坯尺寸长短不一的情况下使用,如果按前两种方法钢坯入炉后摆放位置易使步进梁承受力不均匀或偏载,影响液压机构,同时有可能钢坯两端离步进梁距离远,经过加热易使钢坯两端弯曲下垂,影响出钢。因此用交叉对齐的方法把钢坯交叉分布在加热炉的进钢和出钢侧,使得步进梁受力均匀。
2.2 步进梁控制和入炉坯料跟踪
2.2.1 通过软件设计控制步进梁液压机构内前导阀和比例阀,使步进梁具有轻抬、轻放、踏步、持平、前进、倒退等功能,步进梁的起始位为后低位(零位),启动自动操作程序后步进梁自动从零位开始完成上升→前进→下降→后退,周而复始、重复步进动作,步进周期的时间长短可以人工手动调节,以适应不同的出钢节奏。上述功能的操作都设有自动、半自动、手动三种方式,操作人员可以根据实际生产运行情况选择不同的操作方式。步进梁运行方式见图2:
2.2.2 为了解钢坯在炉内运行位置,计算软件根据加热炉的有效长度和步进梁的步距计算出炉内标准坯料位置(料位)数量,同时以坯料在炉内装料悬臂辊上时,PLC控制系统认为是“0”位并赋值为“0”,当推钢机将坯料推上固定梁上时,坯料所在位置认为是“1”位并赋值为“1”,然后步进机构每前进一步,钢坯赋值前进一步(加一),到最后106位,当需要出钢时步进机构前进把钢坯送到出料悬臂辊上107位即出钢位,接到出钢指令后出料悬臂辊运转钢坯出炉。配合炉内高温监控器,操作人员可以清楚的了解钢坯在炉内的运行情况。
2.3 燃烧控制
2.3.1 加热炉的燃烧控制系统采用双交叉限幅燃烧控制,即以炉温调节回路为主环,燃料流量和空气流量调节为副环,构成串级并联双交叉限幅控制系统。双交叉限幅控制系统在负荷变化时,系统各参数变化,根据实测空气流量对燃料流量进行上、下限幅,而且还根据实测燃料流量对空气流量进行上、下限幅。在负荷增加或减小时,燃料流量和空气流量相互限制交替增加或减小,即使在动态情况下,系统也能保持良好的空燃比。双交叉限幅燃烧控制原理见图3:
2.3.2 炉温处于稳定状态时(无扰动)
炉温调节器TIC的输出MVt与实际检测的煤气流量相等,在空气侧经低选、高选得到空气调节器FaIC的设定值Spa=BxMVt。煤气侧经高选、低选得到调节器FgIC的设定值SPg=MVt。故此时调节系统处于平衡状态。
2.3.3 炉温低于设定值(升温调节过程)
温度调节器TIC的调节作用使得其输出MVt增大,而此时实际检测的煤气流量还没有改变,其值为Fg。
在空气侧经低选、高选得到空气调节器的设定为Spa=Bx(1+K4)xFg。
煤气侧经高选、低选得到煤气调节器的设定为Spg=(1+K1)xFa/B。
从以上两式可以看出,空气流量随煤气流量的增加而增加;反之,煤气流量又随空气流量的增加而增加,交叉制约开始,温度不断上升。设置K4>K1保证在升温时空气总比煤气多一点,以避免燃烧不充分。随着空气煤气流量在相互制约中不断增加,在当空气侧Spa/B>MVt时,经低选得到空气调节器的设定值Spa=BxMVt。在煤气侧,当SPg>MVt时,经高选得到空气调节器的设定值为SPg=MVt。此时调节系统处于平衡状态。
2.3.4 炉温高于设定值(降温调节过程)
温度调节器TIC的调节作用使得其输出MVt减小,而此时实际检测的煤气流量还没有改变,其值为Fg。
在空气侧经高选、低选得到空气调节器的设定为Spa=Bx(1-K2) xFg。
煤气侧经低选、高选得到煤气调节器的设定为Spg=(1-K3) xFa/B。
故随着煤气流量的减少,空气流量也减少,空气流量的减少又导致煤气流量的减少。交叉制约开始,温度下降,直至新的平衡。K2>K3可保证降温时煤气总比空气少一点,以避免燃烧不充分。
2.3.5 系统设计中由于没有热值检测仪,故空燃比B只是理论值,还有限幅系数K1、K2、K3、K4必需通过实践调整至最佳值,防止在升温、降温或负荷发生变化时流量突变、温度变化不均匀、燃烧不充分等。
2.4 炉压控制
2.4.1 加热炉分预热段、加热段、均热段三段,在每段换向阀后排烟管设置调节阀,三段共用排烟引风机,煤气侧两台、空气侧一台,设计三段独立控制,以均热段为主,炉压控制参数为±15～30Pa。炉压的调节主要靠引风机的排烟量改变和换向阀后各段烟管的调节阀开度来控制。正常生产时靠控制排烟管的调节阀开度来保证炉压稳定,在开炉调试和供热负荷变化较大时先调节引风机变频,再调节排烟管的调节阀开度来调整炉压。
2.5 安全连锁控制
加热炉温度高,燃料是易燃易爆的发生炉煤气,必须采取安全保护措施。本系统设有完善的安全联锁装置。在空气或煤气压力在低压或突发断电事故发生时,控制系统可报警并快速启动快切阀安全地切断煤气供应,同时对煤气总管和各段煤气实行氮气隔断保护。自动停炉条件如下:
a.煤气总管压力过低;
b.仪表气源压力低;
c.冷却水压力或流量过低;
d.风机故障;
e.电源故障;
f.紧急停炉。
3 控制系统的软件设计
控制系统软件采用了西门子公司当前应用广泛,性能先进的软件。编程软件为STEP7 V5.4,它融合三种编程语言(梯形逻辑LAD、功能快图FBD、语句表STL),同时内置多种功能块,可任意调用。组态监控软件为WINCC6.0,具有人机对话、通讯、显示、存储、打印等功能,主要用于数据、图形显示,设备状态监控,参数修改,历史数据追忆,报表编制等。具体画面有a工艺控制流程画面、b仪表检测参数画面、c参数修改画面、d运转状态与故障状态监视、e报警画面、f实时趋势画面﹑g历史趋势画面等。
4 效果及结论
该系统投运前期由于入炉坯料变化大,没有燃气热值导致空燃比不好确定,操作不熟练影响了入炉操作和炉温控制,经过一段时间的调整,现控制系统运行稳定,燃烧平稳,炉温控制精度<1%,钢坯加热温度均匀稳定,钢坯加热温度控制为1080～1150℃;基本杜绝了钢坯跑偏和过烧等加热缺陷的情况,为后道轧制工序提供了合格钢坯。
参考文献
[1]温治.连续加热炉计算机控制技术综述[J].金属世界、2004.
[2]刁君成.西门子S7-400PLC在加热炉燃烧控制中的应用.山东金属学会2008论文集.
蓄热式加热炉燃烧系统的设计 篇3
蓄热式燃烧方式是近年来迅速在国内外成功推广使用的革命性燃烧方式, 相对传统的燃烧方式而言, 具有节能、环保、炉温均匀、炉体寿命长等众多优点。蓄热式燃烧系统及其专用设备由于设计合理、使用寿命长、性价比高, 目前在国内占有较大的市场份额。
脉冲燃烧控制技术发展至今已有20年以上的历史, 它是一种间断燃烧的方式, 使用脉宽调制技术, 通过调节燃烧时间的占空比 (通断比) 实现炉内的温度精确控制。与传统的比例燃烧控制相比, 脉冲燃烧控制系统中参与控制的仪表大大减少, 烧嘴一旦燃烧, 就处于其设计的最佳燃烧状态, 保证烧嘴燃烧时的燃气出口速度不变。脉冲燃烧控制的主要优点为:系统简单可靠, 造价低;可提高炉内温度场的均匀性;烧嘴的负荷调节比高。
1 加热炉的技术性能
加热炉的基本参数
炉型:端进端出推钢式连续加热炉;
炉内布料方式:4.0～5.5 m单排;
装料方式:液压推钢机;
出料方式:斜滑坡;
工作制度:三班连续生产;
产量额定:80 t/h;
典型坯料规格:320 mm×260 mm×4 000～5 500 mm;
加热钢种:普碳钢、优质碳素结构钢;
坯料入炉温度:室温;
坯料出炉温度:1 150～1 200 ℃;
煤气种类:热煤气;
低发热值:6 000 kJ/m3;
煤气接点温度:≮450 ℃。
2 蓄热式燃烧系统的特点
蓄热式燃烧系统除需要合理的系统设计外, 对所采用的关键设备必须满足长寿、可靠、操作简单、维护量少等要求, 包括蓄热箱、蓄热体、快速换向阀、快切阀等。
2.1 蓄热箱
蓄热箱体采用高强度刚玉莫来石整体浇注而成, 蓄热箱的前部 (炉内端) 设有一块高强度刚玉莫来石多孔挡砖, 箱体后部的连接罩设有便于快速检修的检修门, 在更换蜂窝体时只需打开检修门就可方便快捷地取出更换, 挡砖使用寿命达1年以上, 箱体使用寿命达3年以上, 而且整个箱体更换快捷方便。
2.2 蓄热体
组合蓄热式烧嘴的蓄热体采用陶瓷蜂窝体。蜂窝体的传热能力比小球大4至5倍, 气流阻力只有小球的1/3, 蜂窝体的传热特性和阻力特性都明显优于小球。按换向周期40～80 s设计蓄热体的蓄热能力和传热能力。这种换向周期比较适当, 如果换向周期过短 (例如20～30 s) , 换向过于频繁, 影响换向阀的使用寿命, 换向造成的煤气损失也多 (煤气预热时) , 如果换向周期过长 (例如120～180 s) , 则排烟温度和空气煤气预热温度波动范围大, 平均预热温度较低, 综合换热效率较低。
采用蜂窝体, 蓄热室体积小, 烧嘴结构紧凑, 在较小的炉侧钢柱间距内可布置一个烧嘴, 整个炉子可以布置足够数量的烧嘴, 以满足供热负荷的需要。
在多座加热炉使用蜂窝体和小球两种蓄热体的经验, 证明蜂窝体比小球更不容易堵塞, 原因是蜂窝体内的气流通道是直通道, 在高速气流正吹和反吹作用下, 灰尘不易在通道内积存。而小球蓄热室内的气流通道是迷宫式的, 所以气流中夹带的尘粒比较容易在小球表面附着导致通道堵塞。
2.3 快速换向阀
在每组 (2只) 蓄热箱上方装有一套气动盘式双阀板三通快速换向阀, 这种阀门结构简洁, 动作可靠, 带有截止功能, 动作时间小于2 s, 寿命可达100万次以上。
2.4 快切阀
在每组 (2只) 煤气喷嘴前设有一套气动快速切断阀, 通常由于热煤气带有焦油和灰尘, 如果阀门经常不动作, 会出现堵锈损坏, 但在蓄热式燃烧系统中由于快切阀每2～3 min需动作一次, 实践证明可长期可靠使用, 其寿命可达3年以上。
3 脉冲控制系统的特点
采用脉冲控制方式时, 蓄热室换向将不允许采用集中换向模式, 因为这将给系统带来很大的换向干扰, 但如果采用分散换向方式设备数量和投资会增加很多。因此采用集散换向控制方式, 综合了集中换向方式与分散换向方式的优点。
脉冲控制时序由MTP700控制。加热炉温度是通过PI调节器设定的。PI调节器对设定的温度与热电偶检测到的炉子实际温度进行采样, 并按照PI算法 (即比例、积分算法) 计算出偏差值, 由偏差值的大小输出一个4～20 mA的电流信号。这个电流信号经过A/D转换器转换成数字量以后, 送给脉冲控制器。脉冲控制器产生一系列时序脉冲信号, 并根据输入数字量的大小控制不同的燃烧控制器和烧嘴, 使它们按照一定的时序点燃或熄灭, 进而控制加热炉的温度。可以实现正偏差和负偏差两种调节方式, 即当PI算法计算出的偏差值为正时, 调节器工作在正偏差调节方式, 输出电流在12～20 mA之间变化。当PI算法计算出的偏差值为负时, 调节器工作在负偏差调节方式, 输出电流在4～12 mA之间变化。脉冲控制器可以根据A/D转换器输出的数字量的大小来识别调节器工作在哪一种调节方式。当调节器工作在负偏差调节方式, 并且炉子的温度高于工艺要求的温度范围时, 脉冲控制器熄灭所有的烧嘴, 并打开冷却装置对加热炉实施冷却。
温度检测设有超温报警、断偶报警和热电偶温差超限报警, 即对于炉侧两只热偶所测量的温差大于允许值, 则发出报警信号, 用以提醒操作人员检查故障点。温度控制对象为炉顶和炉侧的两支热电偶的平均值, 当其中一支热电偶发生故障时, 自动切换到另一支热电偶。
根据不同钢种的加热温度要求, 控制加热炉的不同温度区段, 根据加热炉数学模型系统自动设定加热炉该区域的温度, 由于加热炉供热情况受到节奏的影响, 供给加热炉的热负荷会发生很大变化, 按照工艺设计要求每个供热段的烧嘴大小和供给的燃气量和空气量是相对应的。
全数字化脉冲燃烧是将在换向周期内一段时间的累计燃料, 将单个调好的空/燃比烧嘴以高速度进行燃烧, 按照时序分配的结果进行燃烧。这种工况燃烧的好处是:
(1) 每个烧嘴在额定的燃气压力、热值下, 在脉冲燃烧状态, 喷出热气流的热焓、速度以及热气流的长度都是一个定值, 同时将多个烧嘴进行适当的组合, 合理地布置, 就会很容易的获得满意的加热炉内温度场的分布, 保证极高的工作加热质量。
(2) 按照加热要求, 加热炉沿炉长方向的温度控制可任意调整, 即每个烧嘴的的燃烧时间按照加热要求进行设定, 灵活控制炉膛温度。
4 加热炉的节能措施
加热炉的生产应符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求。设计采用的主要技术和节能措施如下:
(1) 为保证生产对加热质量的要求, 此设计采用高效蓄热式烧嘴, 高性能的切断阀和火焰监控, 以达到炉温均匀、能耗低的目的。
(2) 根据坯料在炉时间长, 而且要求升温速率快的特点, 确定了合理的炉子温度自动控制系统, 保证了加热温度的均匀性。
(3) 在加热炉结构、各种辅助设施的布局、生产操作及设备的维护等方面, 充分考虑了人身、设备与生产的安全, 在加热炉设备和燃烧系统控制的功能方面, 都设计有安全切断、自动放散及声光报警等完善的安全措施。
(4) 采用了实用、可靠、先进的电控仪控装备实现了操作自动化。
5 结束语
蓄热式加热炉引风机启动故障 篇4
新钢特钢公司型钢厂蓄热式加热炉Y9-38.NO.11.2D型引风机配备HM2315L1-4、160kW电机, 采用西安启功电气有限公司CGR系列1000型软启动器控制, 电气接线见图1。引风机启动、旋转约10s后, 软启动器显示代码E102 (电流超限故障) , 跳闸, 引风机启动失败。
2. 故障处理
E102主要原因是负载过重, 加热炉引风系统见图2, 脱开电机与风机联轴器, 启动电机, 十几秒后, 电机启动成功, 判断故障原因是机械负荷过重。检查风机进风电动阀已经关闭, 风叶未吸附灰尘、无明显变形, 手盘风机感觉阻力小且运转灵活。考虑风机轴承手盘虽然正常, 但高速时性能可能变坏, 调换风机轴承, 接好联轴器, 启动引风机, 软启动器仍报E102, 判断是电气故障引起跳闸。
脱开风机联轴器可启动成功, 表明引风机线路、动力线路和电机正常, 最有可能是软启动器问题。软启动器电气控制正常, 但带轻、重负载结果不同, 功率部分带重载时, 可能软击穿产生大电流。用万用表检测R、S、T和U、V、W接线端子以及U1、V1、W1的绝缘电阻, 比较电阻阻值相差较小排除软击穿。怀疑是软启动器参数设置不合理, 将启动限流值由小调至最大 (500%) , 限流启动限制时间由短调至最长 (120s) , 改变启动模式选择, 启动引风机, 故障依旧, 而且多开几次, 偶尔还显示代码E103 (软启动器过热) , 表明确实存在大电流。换上新软启动器, 现象依旧。改用自耦降压启动箱启动引风机, 以彻底查清启动电流值, 接好线路, 确认进气电动阀关闭, 启动引风机, 风机旋转, 电流高达约1169A, 电控室照明变暗, 实测受电空气开关上桩头, 未启动时420V, 刚启动约300V, 电压逐渐上升, 电流逐渐减小, 直至启动成功。
根据启动时照明灯变暗, 检查供电线路, 由于双拼VLV3×95+1×35铝芯电缆线距离电机系统较远 (约450m) 、线径小及线路电阻大, 加上启动电流大, 因此线路压降ΔU大 (ΔU=I×R′, R′为线路等效电阻) , 电压越低, 电流越大。自耦启动箱采用热金属过电流保护, 保护不灵敏故能启动, 而软启动器保护较灵敏, 导致跳闸保护。
蓄热式步进加热炉 篇5
众所周知, 用蓄热室来预热空气和燃料是一项较早的技术, 但由于其换向阀结构复杂、体积庞大、控制系统不可靠、换向时间长、效率比较低, 因此没有得到重视, 因而蓄热式燃烧技术没有得到迅速发展。由于20世纪70年代的能源危机后, 节能工作得到各个国家的重视, 加之科学技术的不断进步, 出现了结构简单, 控制方便, 可靠性强的换向系统。因此近十年来蓄热式燃烧技术得到长足发展, 各个国家都在研究各种蓄热式烧嘴和高效蓄热式燃烧技术, 以及高风温燃烧技术。为此, 根据所了解的情况进行对比分析。
2国内蓄热式燃烧技术情况
中国自20世纪80年代开始有国外译文介绍, 20世纪80年代中后期国内热工界也开始研究新型蓄热式技术, 建立了专门的陶瓷球蓄热式实验装置。东北大学、北京科技大学、机械部第五设计研究院、冶金部鞍山热能研究院等对此技术都有研究, 但是工业应用很少。1998年9月萍乡钢铁有限责任公司首次和大连北岛能源技术有限公司合作采用蓄热式燃烧技术进行轧钢连续式加热炉燃烧纯高炉煤气技术的开发研究, 并率先在萍钢棒材公司轧钢加热炉上应用, 在国内首次实现了蓄热式技术燃烧高炉煤气在连续式轧钢加热炉上的应用。此炉作为国内第一座蓄热式轧钢加热炉, 尽管在许多方面还不尽人意, 但应该说为国内蓄热式燃烧技术应用在冶金行业连续式加热炉开辟了先河;此后, 国内有多家公司开展蓄热式燃烧技术的研究和在国内的推广应用, 蓄热式燃烧技术逐渐成熟。如北京神雾公司的蓄热式烧嘴加热炉, 秦皇岛设计院的蓄热式加热炉等。在蓄热式燃烧技术方面形成了一套较完善的设计思想和方法, 蓄热式技术在工业炉上的应用, 实现了高产、优质、低耗、少污染和高自动化水平, 达到了燃烧工业炉三高一低 (高炉温、高烟温、高余热回收和低惰性) 的发展方向的要求。从20世纪90年代至今可以这样认为, 蓄热式燃烧技术发展可分为下面几个阶段:
2.1简单蓄热式燃烧系统, 此系统蓄热室和燃烧器是分开的, 换向系统庞大, 换向控制系统复杂, 可靠性差, 换向时间长, 热效率不高。
2.2从自预热烧嘴发展的蓄热式烧嘴, 此烧嘴在国外得到重视并发展到较高水平。如英国的RCB型烧嘴, 美国的双蓄热床烧嘴等等。广泛应用于各种火焰炉, 并取得了不错的效果。
2.3把蓄热室和炉体有机结合一体, 并有可靠换向系统的高效蓄热式燃烧技术, 北岛公司在20世纪90年代初就有研究和应用, 而国内首次成功地利用该技术燃用低热值的高炉煤气则是萍乡钢铁有限责任公司1999年建成的棒材轧钢加热炉, 取得了显著的经济效益和社会效益。在此之前国内尚无在轧钢连续式加热炉上燃烧纯高炉煤气先例。
2.4把蓄热室和烧嘴有机结合一体, 并有可靠换向系统的高效蓄热式燃烧技术, 北京神雾热能技术有限公司于2000年成功的研制开发出适应国内工业炉窑的蓄热式燃烧器系列, 形成了北京神雾蓄热式烧嘴技术体系, 国内第一次应用该技术的企业是邯郸钢铁公司中板厂2000年改造的中板加热炉, 取得了显著的经济效益和社会效益。此后该公司又开发了多种蓄热式烧嘴, 分别应用不同的燃料及行业, 为蓄热式燃烧技术在国内各个行业的应用做出了突出的贡献。
3对比分析
从1999年至今, 国内蓄热式燃烧技术发展到现在, 基本分为两大系列, 一是以北京北岛能源技术有限公司为代表的内置通道式加热炉 (即北岛炉) , 二是以北京神雾热能技术有限公司为代表的蓄热式烧嘴加热炉, 下面以这两种炉型作一对比分析:
两种蓄热式加热炉对比表 (见表1) 。
4发展趋势
通过以上对比可以看出, 两种蓄热式加热炉虽然各有优、缺点, 且在国内冶金行业都有实际应用的实例, 但总的发展趋势是朝着烧嘴式蓄热式加热炉方向发展。原因有以下几点:
4.1蓄热式烧嘴加热炉和原普通加热炉相比, 都是靠调整烧嘴热负荷来调节炉内温度, 对于工人来讲易于接受。
4.2每个烧嘴的可单独调节特点和上下加热烧嘴能力的合理搭配, 使加热炉各段上下加热温度的调节非常方便。
4.3炉墙两侧留有便于检修的人孔门和扒渣门, 这是唯有采用烧嘴结构形式才能做到的。
4.4对于高热值气体燃料, 可直接冷炉点火升温, 不需要单独的点火烧嘴。
4.5烧嘴式结构可以采用集中换向和分散换向, 分散换向则由于换向阀靠近烧嘴, 换向阀与烧嘴之间的连接管道短而小, 燃烧间断时间短, 因此换向时管道内残留煤气损失较少, 更有利于节能。
4.6维护工作量稍大, 但检修时间短, 停炉时间短。
4.7对于现在讲品种、讲效益的时代, 一个加热炉的自动化水平的高低和燃烧器形式的多样性, 决定了该加热炉适应的品种、燃料及行业。
5结论
蓄热式步进加热炉 篇6
抚顺式油页岩干馏工艺采用蓄热式底燃加热炉为油页岩提供干馏热量, 燃料采用装置产生的瓦斯以及空气, 其燃烧排放的烟气中的硫化物与氮氧化物的浓度处在超过国家排放标准的水平, 前期已经安装了烟气脱硫装置, 而脱氮的处理一直未进行, 现需要对烟气的氮氧化物的生成量进行控制, 要求不超过240mg/Nm3。经过化验分析, 加热炉燃烧过程中生成烟气中的氮氧化物主要是NO和少量NO2。烟气中NOx产生机理一般分为如下3种:
(1) 热力型NOx。燃烧时, 空气中氮在高温下氧化产生, 其中的生成过程是一个不分支连锁反应。其生成机理在高温下总生成式为:N2+O2→2NO, NO+0.5O2→NO2随着反应温度T的升高, 其反应速率按指数规律增加。当T<1500℃时, NO的生成量很少;而当T>1500℃时, T每增加100℃, 反应速率增大6~7倍。
(2) 快速型NOx。在碳氢化合物燃料燃烧时, 当燃料过浓时, 在反应区附近会快速生成NOx, 由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N, 再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOx, 其形成时间只需要60 ms, 所生成的NOx与炉膛压力的0.5次方成正比, 与温度的关系不大。
(3) 燃料型NOx。指燃料中含氮化合物, 在燃烧过程中进行热分解, 继而进一步氧化而生成NOx。在生成燃料型NOx过程中, 首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N、CN、HCN等中间产物基团, 然后再氧化成NOx。
2 底燃式蓄热加热炉烟气NOx生成原因
在以上3种途径中, 快速型NOx在混合气中碳氢化合物燃料过浓时燃烧产生, 通常情况下, 只有在不含氮的碳氢燃料低温燃烧时, 才重点考虑, 实际生产中, 快速型NOx所占的比例不到5%。
通过对抚矿页岩炼油厂燃烧瓦斯和燃烧空气进行分析化验, 燃料中的氮氧化物含量不高, 燃烧瓦斯中指标:O2 (%) 4.4;CO2 (%) 17.5;NO (mg/m3) 80;NO2 (mg/m3) <1;NH3 (mg/m3) 723;总烃 (mg/m3) 3.99×104;燃烧空气:O2 (%) 20.5;NO (mg/m3) 0.109;NO2 (mg/m3) 0.042;NH3 (mg/m3) 13.6, 所以加热炉烟气中NOx生成重点不属于燃料型。
现有的底燃加热炉的燃烧器是属于扩散燃烧性质的燃烧器, 由于其边混合边燃烧的特征, 会出现底燃式绝热燃烧火井内存在燃烧温度从燃烧室底部到燃烧室上部温度逐步上升的流动与燃烧状态, 且很容易出现局部高温, 燃烧室温度可达到1500℃以上, 所以热力型NOx是主要的产生原因。
3 低氮燃烧技术
3.1 燃料分级燃烧技术
燃料分级原理即在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi、未完全燃烧产物CO、H2、C以及Cn Hm时, 会发生NO的还原反应。利用这一原理, 将一部分燃料送入第一级燃烧区 (即主燃烧区) , 在a<1条件下, 燃烧并生成NOx。送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料, 其余的燃料则在主燃烧器的上方送入二级燃烧区, 在a<1的条件下形成很强的还原性气氛, 使得在一级燃烧区中生成的NOx在二级燃烧区内被还原成氮分子, 二级燃烧区又称再燃区, 送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料, 或称再燃燃料。在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原, 还抑制了新的NOx的生成, 可使NOx的排放浓度进一步降低。
但是由于燃料瓦斯的成分比较复杂, 采用燃料分级对瓦斯量控制不好, 容易造成瓦斯燃烧不完全, 造成排放烟气二次污染, VOC容易超标排放。
3.2 空气分级燃烧技术
根据NOx的生成机理, 燃烧区的氧浓度对各种类型的NOx生成都有很大影响。当过量空气系数α<1, 燃烧区处于“缺氧燃烧”状态时, 抑制NOx的生成量有明显效果。根据这一原理, 将燃料的燃烧过程分阶段完成, 把供给燃烧区的空气量减少到全部燃烧所需用空气量的80%左右, 形成富燃区, 从而降低了燃烧区的氧浓度, 也降低了燃烧区的温度水平。因此, 第一级燃烧区的主要作用就是抑制NOx的生成, 推迟燃烧过程, 并将已生成的NOx分解还原, 使燃料型NOx减少;由于此时火焰温度降低, 使得热力型NOx的生成量也减少。燃烧所需的其余空气则通过燃烧器上面的燃烧风喷口送入炉膛与第一级所产生的烟气混合, 使燃料燃烧完全, 成为燃尽区, 从而完成整个燃烧过程。采用两段燃烧, 避免了在高温.高氧条件下的燃烧状况, 因而NOx的生成量可大降低。
3.3 烟气再循环技术
该技术通常的做法是部分冷却了的烟气再循环被送回到燃烧区, 起到降低降低火焰温度和助燃空气的氧浓度, 达到减少NO生成的目的。此方法对热力型NOx所占份额较大燃气炉有效, 对于热力型NOx所占份额不大的作用有限。烟气再循环法的脱NOx效果不仅与燃料种类有关, 而且与再循环烟气量有关, 因此, 烟气再循环率一般不超过30%, 一般控制在10%-20%。
烟气再循环过程中需要增加烟气回流风机, 且回兑的烟气会与燃料瓦斯直接在高温环境下接触, 烟气中氧气含量的多少决定了烟气回兑改造是否安全, 经检测, 烟气中氧气含量如下:A部:2.9%;B部3.2%;C部4.3%;D部5.2%;E部0.9, 烟气中氧气含量不是很稳定, 将氧含量如何控制在一定的指标范围内不容易掌握。
3.4 改造方案确定
综上所述, 对于蓄热室底燃加热炉而言, 采用空气分级的原理, 可对风量进行合理控制, 安全性高, 可以保证燃料充分燃烧的同时, 降低燃烧区域的温度, 抑制热力型NOx的生成。根据现有的条件, 空气分级燃烧不需对燃烧装置结构做大的改造, 安装和操作上相对简单, 并有可能在降低NOx排放的同时, 提高装置运行的经济性。
4 抚顺蓄热式底燃加热炉分级燃烧燃烧技术应用
底燃式加热炉的原燃烧器设置在加热炉底部, 为了实现空气分级燃烧, 燃尽残余可燃物, 在原来燃烧器的上部, 设置二次助燃风进管, 再经燃烧器以多喷口的形式引入燃烧室上部, 形成完全燃烧状态, 基本原理是通过二次布风, 延长火焰辐射距离, 降低燃烧区温度。为了检验此方法的低氮燃烧效果, 选择一台加热炉进行了试验。
4.1 加热炉分级燃烧改造
在现有燃烧器的位置上方、热循环瓦斯出口下部, 加热炉炉壁上再增加一台燃烧器, 接到现有燃烧风总管上, 利用蝶阀调整进风量, 使得新增的燃烧器能够实现二次燃烧功能。通过二次布风的配合, 使没有燃烧充分的燃烧瓦斯可通过二次燃烧全部消耗, 使得燃烧室通道中不再可能形成局部的高温区域, 改造后燃烧器位置示意图: (见图1)
4.2 加热炉分级燃烧试验数据
结论:
1、试验后, 加热炉加热温度变化不大, 对干馏供热无影响。
2、烟气中氧含量均超过2%, 说明可燃物燃烧完全。
3、进风变化对氮氧化物浓度影响较大, 通过调整配风比例, 可实现低氮燃烧, 氮氧化物排放满足要求。
5 结语
随着我国NOX排放总量的逐年上升, 由此造成的环境污染也不断加剧, 对NOX的控制迫在眉睫。通过对底燃式蓄热加热炉采用空气分级燃烧技术的试验成功, 证明了空气分级燃烧技术是符合油母页岩烟气工况的低NOx技术, 填补了油母页岩行业的空白, 实现了炉内燃烧低NOx的目标, 投资低、改造小, 具有可行性。
摘要：本文介绍了NOx生成机理, 分析了底燃式加热炉氮氧化物的生产原因以及低氮燃烧技术的工作原理, 并对底燃式加热炉在抚矿页岩炼油厂进行分级燃烧可行性进行了试验论证。
关键词：低氮燃烧技术,蓄热式底燃加热炉,分级燃烧
参考文献
[1]冯兆兴.高挥发分煤种电站锅炉高效低NOx排放系统研究[D].石家庄:华北电力大学, 2007.
蓄热式步进加热炉 篇7
关键词：蓄热式,加热炉,产量,燃烧控制,喷口
某轧钢厂加热炉于2003年建成投产, 原设计能力为60t/h, 自投产后一直未能达产。为满足轧线生产需求, 加热炉于2006年进行增能改造, 改造后炉子的主要技术性能见表1。
改造后初期加热能力可以满足轧制节奏要求, 但随着车间生产能力提高, 该加热炉反映出冷坯加热能力不足, 经常需要待温作业, 加热能力依旧达不到设计指标。
1 加热能力不足的原因分析
1.1 电仪控系统陈旧
该炉建于10年前, 2006年增能改造时未对电仪控系统主体进行升级改造, 电仪控设备过于陈旧。从现场实时数据看, 当管路阀门全开时, 空气流量及煤气流量计测量数值却不及正常额定流量的一半, 与通过产量返算的理论消耗量数值也相差很大。说明流量计读数已严重失真, 无法用于加热炉自动化控制。
另外, 从流量及压力趋势图看, 空、煤气流量、压力等受附近信号干扰严重, 致使数值存在频繁的跳动, 给加热炉燃烧控制带来困难。
1.2 炉体保温性能差
因炉龄较长, 年久失修, 炉墙内壁及炉顶已有部分脱落;加上烧嘴采用蓄热式烧嘴结构, 占炉墙面积较大, 使得炉墙隔热层布置较少, 隔热效果差。采用手持红外测温仪现场实测, 炉温1200℃、室温零下5℃时, 炉墙钢板表面温度靠近蓄热烧嘴附近为200℃左右, 其它区域在120~150℃左右, 炉体散热损失较多。
1.3 煤气压力不稳定
原设计煤气总管未考虑稳压装置, 实际生产中, 受上游供应压力影响, 加热炉煤气总管压力波动频繁且幅度较大, 有时不到一分钟即可从5k Pa波动到22k Pa, 严重影响炉子燃烧控制。加上炉子现在为手动操作, 无法及时跟踪调节阀门开度, 造成煤气时而不足时而过剩, 炉子总体空燃比频繁失衡, 严重影响燃烧效果, 降低加热效率。
1.4 换向装置年久失修, 漏风严重
因设备陈旧及检修不及时等原因, 部分空气换向阀及煤气换向用切断阀存在泄漏情况, 造成部分空气及煤气供应管路与排烟管路短路, 气体未能供入炉内而直接由排烟管路排出, 造成空/煤气压力不足, 减少了向炉内供应的空气/煤气量, 致使区域性空燃比失衡, 最终导致供热能力不足。另外, 受进气管路与排烟管路短路内泄影响, 排烟风机抽走了一部分从管道泄漏的气体, 降低了排烟风机实际工作效率, 从而减少了从炉内抽出的气体量, 造成炉内气体供大于排, 炉压升高而难以调节, 使得大量炉气外溢, 造成较大的热损失, 从而影响炉子实际供热能力。
1.5 燃烧控制失灵
1.5.1 流量及空燃比控制
原设计炉子分预热段、加热1段、加热2段和均热段4段控制, 各段以控制温度为目标, 采用双交叉限幅控制方式对炉温进行自动控制, 空气/燃气比例系数根据高炉煤气热值变化采用人工输入方式。但由于流量检测数据偏差太大而不可用, 加上炉子没有配置热值仪和烟气成分分析仪, 空煤气流量及空燃比调节没有参考依据, 而炉子采用的蓄热式燃烧属无焰燃烧, 不能通过传统“看火”方式判断空燃配比, 加热工只能凭经验摸索调节空燃配比, 极易造成空燃比失调, 致使供热效率低下。
1.5.2 排烟及炉压控制
该炉燃烧系统空、煤气排烟分别设有独立的排烟系统, 烟气从各空煤气蓄热烧嘴排出经单执行器三通换向阀和快切阀汇集到各段排烟段管, 再汇总至对应排烟总管经由引风机从烟囱排出。各段空煤气排烟支管上均设有电动调节阀, 用于各段排烟温度及炉膛压力调节。
实际运行时, 受换向装置泄漏影响, 从蓄热烧嘴排出的烟气被泄漏的空气或煤气稀释, 使得测量的排烟温度数值偏低, 一个换向周期后大部分烟温测量值都在100℃以下, 有的甚至只有20℃左右 (实测时室外温度约零下10℃) 。排烟温度不正常且各烧嘴支管温度差异较大, 加热工不知道以哪个温度点来调节烟温, 各段烟温调节阀已失去调节的意义。
另外, 因换向装置内泄原因, 引风机实际排烟能力降低, 引风机全功率运行且各排烟管路阀门全开状态时, 炉压仍达到+50Pa左右, 进出料炉门口冒火严重, 此时除降低供热量 (降低产量) 外已无其它办法可以降低炉压。
1.6 蓄热烧嘴与换向系统不匹配
炉子蓄热烧嘴采用左右相邻布置 (见图1蓄热烧嘴布置图) , 由于换向系统采用分散控制方式, 而配以左右相邻布置烧嘴, 相邻烧嘴互为影响, 难以实现理论上想要达到的“分散”控制单个或单组烧嘴的目的, 而随着分散控制点的增多, 相应故障点增多;伴随着设备的老化, 泄漏点增多, 单个分散控制区逐渐影响相邻烧嘴, 进而影响整个燃烧效果。
1.7 蓄热烧嘴喷口设计不合理
炉子烧嘴喷口采用双流股形式, 相邻的空气/煤气烧嘴喷出的气体按一定的角度交汇混合, 因喷口角度设计不合理, 空煤气混合效果差, 而炉膛又比较窄, 部分气体还未来得及混合即从对侧喷口排出。按喷口结构对炉内燃烧情况进行局部模拟, 从气体流场的C O成分分布状态看 (见图2炉内局部流场模拟图) , 约有14%~18%的气体未能有效混合, 也即未能参与燃烧, 致使供热效率降低约15%~20%左右, 造成供热能力不足。
2 提高加热能力的措施
1) 对流量检测设备进行调校和标定, 并且对检测口进行清理, 对无法修复的设备进行更换, 使其满足自控使用要求;另外, 对于被干扰的信号要查找干扰源, 并针对性采取软件滤波、屏蔽、接地或隔离等措施, 消除或减小信号干扰对自控的影响。2) 对炉墙破损部位进行维护, 并在炉墙内壁粘贴50m m厚多晶莫来石纤维, 降低炉墙外壁温度, 减少炉体热损失。3) 查找煤气总管压力波动原因并进行必要处理, 尽量减缓总管压力波动;在炉子煤气总管上增设煤气稳压阀或压力缓冲器, 使煤气压力处于可控状态, 便于自控调节, 使燃烧趋于稳定状态。4) 对换向装置进行全面检查, 对存在泄漏的设备进行修复, 不能修复的进行更换。5) 增设煤气热值仪, 并在各段排烟管路设置残氧分析仪。当煤气热值变化或流量检测数据受煤气质量影响时, 可以作为流量及空燃比控制辅助, 对控制参数进行调整。6) 在各蓄热烧嘴支管路设置压力测量点作为烟温控制的辅助, 实时或定期监测各支管路压力变化, 并根据嘴前压力调节各支管调节阀开度, 确保各烧嘴均衡供风及排烟。7) 将换向装置调整为单侧分段集中换向或将蓄热烧嘴改为组合式烧嘴, 使换向系统与燃烧装置搭配更合理, 更有利于实现高效燃烧。8) 喷口是蓄热烧嘴的关键部位, 空气和煤气的喷射角度及速度是决定浓度场和温度场分布的基本参数, 必须根据炉体结构进行最优化设计并进行更换。
3 结语
本文主要针对某钢厂蓄热式加热炉加热能力不足的原因进行分析, 并提出具体改进措施。
可以看出, 造成蓄热式加热炉能力不足的原因是多方面的, 而且很多影响因素具有关联特征, 分析和处理时应着眼全面查找实质原因, 然后进行综合改进。