立式连续退火炉（通用6篇）
立式连续退火炉 篇1
引言
热镀锌钢板等涂镀层产品是目前大力发展的钢材品种之一。热镀锌钢板以其优良的耐腐蚀性和良好的成形、焊接、涂漆等综合性能,作为高效节能钢材品种,得到广泛的应用。
现代化的大型冷轧带钢连续热镀锌机组集表面清洗、连续退火、平整( 矫直) 等工序于一体,大大缩短了生产周期,特别是产品品种多样化,生产效率高,比其他工艺都有无可比拟的优势,该生产技术得到了迅速发展。近年来,国内大型的热镀锌立式连续退火炉已成为连续热镀锌机组的主流配置,各大型钢厂近年新建及正在筹建的连续热镀锌机组均采用立式连续退火炉。
随着用户对生产环保排放的重视及成本控制的压力要求,对降低立式退火炉的能源消耗的期望越来越高。因此,热镀锌机组立式连续退火炉的节能新技术受到更多用户的青睐。
文中阐述了国内外新建带钢热镀锌机组立式连续退火炉上应用的节能新技术,重点分析介绍了新型的节能设备及系统节能方法。
1 立式连续退火炉在热镀锌生产线上的作用
带钢连续热镀锌生产线上的热镀锌基板经过退火炉要达到2 个目的:
1) 带钢在退火炉内要加热到一定的再结晶温度,并经过均热、保温,实现再结晶退火来消除轧制应力,恢复晶粒组织,提高钢基塑性,并使带钢被冷却到入锌锅的温度,实现热镀锌的目的。
2) 使带钢具有一个清洁的无氧化物存在的活性表面,使其具有很高的镀层附着能力,并且让带钢密封地进入锌锅中进行热镀锌。
目前,生产厂家的热镀锌机组的连续退火工艺有一些差别,这是因为各个厂家的原料成分差别很大,同时各个厂家的产品内控标准也不同,原料成分及处理后产品性能指标值直接影响着连续退火工艺的采用。
2 热镀锌立式连续退火炉的炉段配置特点
以国内某新建的带钢热镀锌立式连续退火炉为例,介绍立式连续退火炉的工艺炉段配置特点及加热和冷却工艺。该立式连续退火炉工艺炉段的流程结构如图1 所示。
该立式连续退火炉主要由入口密封室、预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段、均衡段及出口炉鼻组成。
2. 1 加热装置
1) 预热段采用烟气预热的氮氢混合保护气氛性气体喷吹加热带钢,保护性气体使用循环风机鼓吹入炉内的风箱,风箱位于带钢表面两侧。
2) 加热段和均热段采用W型辐射管加热,辐射管使用燃烧煤气的烧嘴,配置W型辐射管及烧嘴各180 套,烧嘴单机功率165k W。
3) 均衡段采用挂在炉墙上的电阻带及电辐射管进行带钢补热。
2. 2 冷却装置
1) 缓冷段炉膛内设置喷箱冷却,采用循环风机将氮氢混合保护气氛性气体通过喷箱上的喷缝喷吹到带钢表面冷却带钢,气体经循环风机抽出炉膛后通过水冷换热器冷却后再循环喷吹到带钢表面,冷却带钢。
2) 快冷段炉膛内设置特殊设计的高速冷却喷箱,采用经水冷换热器冷却的氮氢混合保护气氛性气体喷吹冷却带钢,为了实现高速喷吹冷却,采用4 台大功率的循环风机,4 台风机总功率达3300k W。
3 立式连续退火炉节能技术分析
3. 1 用能设备及系统
立式连续退火炉主要消耗能源有煤气、保护性气体( 氮气和氢气的混合气) 、水、电。其中煤气主要用于W型辐射管烧嘴; 氮氢混合保护性气体用于维持炉膛内无氧化条件下一定氢气浓度的弱还原性气氛; 耗水量大的设备主要是冷却段的水冷换热器; 炉辊传动及风机等马达的用电,特别是大功率的冷却循环风机用电是主要的耗电设备。
为了适应立式连续退火炉追求低能耗的需求,增加立式连续退火炉的日常生产使用经济性。国内外钢企及工程设计公司在燃烧设备及其烟气余热回收系统、炉膛气氛气体放散控制及回收、带钢冷却风箱结构及减小冷却风机功率配置等方面不断寻找新技术以追求改进。
3. 2 节能新技术应用的特点
3. 2. 1 新型辐射管烧嘴系统
在炉段固定,辐射管数量及材质固定情况下,为了带钢达到工艺要求温度且节能环保,只有改进烧嘴及其配套的换热器,在辐射管材质能承受范围内提高燃烧温度的同时处理好氮氧化物的排放,同时降低辐射管换热器烟气出口的烟气温度。
节能环保W型辐射管烧嘴结构如图2 所示。
该辐射管烧嘴结构使预热后的热空气进入到烧嘴时,由于引射喷管位置处空气的射流作用,会有一部分烟气因空气射流而掺与进来参与燃烧,达到了烟气第二次在辐射管内循环,二次加热带钢,尽可能的节能。
该烧嘴在环保方面,由于参与燃烧的助燃空气中掺有烟气,助燃空气的氧含量被稀释,氧含量越低,在保证煤气充分燃烧的情况下生成的NOx的就越少。且由于烟气不参与燃烧,燃烧的高温产物和二次烟气混合,可以降低高温区的燃烧产物的温度,避免辐射管内集中的高温区,使辐射管内沿管长方向温度更加均匀。对于NOx的生成,由于此时辐射管内没有集中的高温区,所以可以大幅降低NOx的生成及排放。
该烧嘴成套设备中的空气/烟气换热器采用空气双行程的结构设计,空气预热温度可达550℃。同时最新有研发并投入使用的烧嘴配套空气/烟气换热器采用了特殊结构的空气三行程结构设计,空气预热温度可达650℃,能更好地提升燃烧效率。
3. 2. 2 烟气余热回收系统
1) 退火炉中因烟气带走的热量接近整个供热量的30% 左右,由于从辐射管烧嘴燃烧后排出的烟气温度较高,一般会利用烟气的余热来预热带钢。为了节约能源,目前最常用的方式是在带钢进入加热炉前加设预热段,通过烟气余热加热保护性气体后,通过循环风机把加热后的保护气体吹向带钢,从而预热带钢,烟气通过保护气体降温后排出。
2) 在带钢连续热镀锌机组中,除带钢加热需要能源外,清洗段、清洗后的带钢热风干燥、及带钢镀锌后水淬后的热风干燥等需要热源,通常情况下,清洗段、清洗后带钢热风干燥、水淬后的热风干燥等热源由蒸汽提供。退火炉燃烧产生的烟气经过预热段的烟气/保护气换热器进行余热回收后,烟气温度约300 ~ 400℃ ( 具体根据机组产量情况而不同) 。为了节约能源,降低产品能耗,目前新建的多数大型连续热镀锌机组针对退火炉烟气余热回收进行系统考虑,再次利用烟气的余热,为清洗段、清洗后带钢热风干燥、水淬后的热风干燥等提供热源。
余热回收系统原理图所示如图3 所示。设计采用过热水为载体的方式进行余热回收,为热镀锌机组其他用户点提供热源。
烟气经过预热段的烟气/保护气体换热器一级回收; 再经过烟气/过热水换热器二级回收,90℃ 左右的水被加热成130℃ 左右的过热水后被输送到机组上的各个用户点。经用户点使用后降为90℃左右的水后被送回烟气/过热水换热器再次加热,这样周而复始的循环利用烟气余热产生过热水输送到各个用户,供用户使用。
3. 2. 3 炉膛密封及保温技术特点
1) 整个炉体采用全模块化设计,炉壳全部采用气密焊,炉子入口密封和出口炉鼻位置设置带氮气喷吹的密封辊结构,极大地提高了炉体的气密性,减少了炉体向外界泄漏保护气体( 氮气和氢气) 及随气体散失带走的热量。
2) 炉衬采用低热惰性的陶瓷纤维结构,纤维材料具有导热系数低、热容量小、耐高温和重量轻等优点,使炉子反应速度快,炉体散热减少,温度响应及时,能够快速冷却和升温,避免钢带过烧和断裂,极大地缩短了开停车时间,同时降低了保护气体氮气的用量。
3. 2. 4 炉膛保护气体热回收
在生产运行中,常规设计的退火炉在调节加热段及均热段等高温段炉膛压力时,有一部分炉膛内的保护气体通过炉顶的放散管会排放到外界大气中,炉内部分热量被排放气体放散到外界环境中,造成部分热能的浪费。国内某新建立式连续退火炉在建设中进行了改进,将加热段、均热段、均衡段的炉顶保护气放散管接入到预热段炉膛,在生产中加热段、均热段炉膛内炉压过高,要通过放散炉膛保护气调节炉压时,将高温的保护气引入到预热段炉膛,回收高温保护气带的热量预热带钢,回收热能,提高了节能率。
3. 2. 5 新型带钢冷却技术
国内某新建的带钢热镀锌机组立式连续退火炉快冷段采取的冷却方式是在常见的喷箱喷吹冷却基础上研发出来的新型快冷技术,不同之处是其采用了新型喷箱结构,具体设计如下:
1) 与以往的喷吹快速冷却相比,该项目采用的新型快冷喷箱在带钢宽度方向上排列的每一排喷嘴都分成5 段,中间那一段不设挡板,两边的4段则在其通道上设有电动挡板,用来自动调节带钢宽度方向上的气体流量,以确保带钢宽度变化时在宽度方向均匀冷却,不产生浪形。
2) 可以通过调节喷箱喷嘴到带钢之间的相对距离来调整冷却能力。喷箱与带钢的距离越近,冷却效果越好; 喷箱与带钢的距离越远,冷却速度则降低。这种新技术的使用改变了单一的通过调整风机转速来实现冷却速度的方式,为节省风机用电创造了条件。
3) 快冷段炉膛设计了特殊的密封结构,最大限度的达到密封性,使快冷段炉膛内气氛能完全隔离于其他炉段,为快冷段安全使用高氢气浓度的冷却气体提供了条件,使喷吹冷却用保护气的氢气浓度可达到50% ,高氢气浓度的气体增加了对流换热的效果,在同等风机功率水平条件下,可提高带钢快速冷却能力。
3. 2. 6 退火炉控制技术特点
退火炉的燃烧控制采用优化的计算机二级管理及数学模型系统,由计算机选择最佳工艺参数,使燃烧和冷却更加精确合理,在提高产品成材率的同时降低了燃料消耗。
炉辊传动和风机传动采用变频控制,以最经济性的电耗适应于不同带钢规格下的不同产能的生产需求。
4 结语
随着人们对热镀锌板要求日益提高,特别是对高档汽车板及家电板的需求日益增多,退火炉新工艺及节能技术也日趋成熟,不断得以应用。
目前具有发展前景的节能新技术主要涉及以下几种:
1) 更加合理的炉段设置及分区,使炉内气流分布更加合理,使带钢工艺温度实现控制更加精确。
2) 采用先进的燃烧设备及控制技术。如采用更高效的烧嘴、采用优化的计算机二级管理及数学模型系统,使退火工艺参数达到最优化,燃料燃烧更加精确合理。
3) 采用先进的冷却技术,如采用高浓度氢气( 浓度50% ) 气体喷吹冷却,使冷却更快、更均匀,冷却风机功率更小。
4) 采用余热回收系统,系统性的降低总能耗。
合理开发应用新技术,优化加热、冷却设备及能力的配备,在保证机组运行的可靠性、经济性和稳定性基础上,高效利用余热、废气,实现立式连续退火炉及整个热镀锌机组生产单耗的降低。
摘要：介绍带钢热镀锌机组立式连续退火炉上节能新技术的应用,着重分析介绍新型节能设备及系统节能方法,对于以后新建热镀锌机组立式连续退火炉具有一定的指导作用。
关键词：立式连续退火炉,辐射管烧嘴,节能,余热回收
连续退火炉燃烧控制优化设计 篇2
连续退火炉炉温控制系统中,对于燃烧控制,由于空燃比设定不合适或由于动态空燃比近乎失控的问题,经常出现不完全燃烧而产生黑烟或空气过剩而形成的巨大热损失和环境污染,因此需要研究高水平的燃烧控制技术,改善系统的响应特性,维持空燃比最优,提高控制器的控制效果。
1 双交叉燃烧控制基本原理
本文中采用双交叉控制实现退火炉的燃烧控制。其控制的基本原理为:炉温控制器的输出信号决定燃气流量给定值,并通过空燃比设定计算得出空气流量给定值,然后空气回路和燃气回路各成闭环调节,而在两个闭环调节过程中燃气流量与空气流量相互制约,从而维持空燃比稳定,改善燃烧状况。具体实现来说,在燃气控制回路和空气控制回路中均设置低选和高选的比较选择器,比较的参考信号是根据实际空气流量计算无欠氧燃烧时燃气流量上限和无过氧燃烧时燃气流量下限;根据燃气实际流量计算无过氧燃烧时空气流量上限和无欠氧燃烧时空气流量下限。再与温度控制器输出的要求流量进行比较后组成双交叉限幅选择控制[1]。控制框图如图1所示。
2 双交叉燃烧控制过程分析[2]
双交叉限幅燃烧控制系统不仅能在热负荷恒定的工况下保持适当的空燃比,而且在热负荷变化的工况下,仍能保持适当的空燃比,从而优化燃烧状况
2.1 稳定负荷工况
假设热负荷恒定,系统处于某一平衡状态。此时
式(1)中:Af为空气流量实测值;Gf为燃料流量实测值。
在这种状态下,下列条件成立:
β:空燃比,k1、k2、k3、k4:限幅偏置系数
式(2)(3)中:A0、G0为炉温控制器输出的空气和燃气设定值。
2.2 热负荷增加工况
假设热负荷增加,系统需要升温。炉温控制器输出增大,系统所处平衡状态被破坏。炉温控制器输出设定值A0、G0上升,从而空气和燃气实际流量Af、Gf也随着增大,由于调节阀存在滞后性,非线性和惯性,空气和燃气流量的调节速度存在差异,一般情况下,燃气调节阀速度较快,相应燃气流量相对空气流量增加速率较快,从而造成动态的空燃比降低,但此时双交叉限幅会起调节作用。
2.3 热负荷减小工况
假设热负荷减小,系统需要降温。此时燃气回路在高选器作用下进行限幅,燃气控制器输入设定值,从而减缓了Gf的下降速率。分析过程与热负荷增加时类似,不再赘述。
根据以上分析,负荷增加升温时即使燃气调节阀的惯性小于空气调节阀的惯性,但是Af的增加速率与Gf的增加速率仍可保持基本一致,不会产生空燃比过小现象,避免了空燃比过低造成的欠氧燃烧;同理负荷下降降温时也不会产生空燃比过大现象,避免了空燃比过大造成的过氧燃烧和热损失。从而维持了空燃比稳定在工艺要求内,优化了燃烧状况。
3 空燃比自寻优
双交叉限幅可以使实际空燃比稳定在设定的范围内。接下来空燃比设定值合适与否对燃烧效率影响巨大。分析发现,燃烧效率与空燃比之间存在极值关系。这就为空燃比的自寻优提供了前提条件。
自寻优控制器在炉温稳定后进行工作,以燃气消耗量最小为指标,寻找最佳的空燃比,一旦炉温波动过大需停止寻优。
自寻优搜索的步长可以是固定的也可以是变步长。其程序框图如图2所示。
4 仿真与应用
为验证双交叉控制策略的有效性,本文采用MATLAB对其进行了仿真,仿真模型如图3所示。仿真过程为:0S时炉温从稳态700℃升到1000℃,1000S后,再降到700℃。
从图4中可以看出,在0-300s温度上升时,空燃比相对偏小;在1000s-1300s温度下降时,空燃比相对偏大,与分析吻合。但由于双交叉限幅控制,空燃比偏差在可控范围内。本例中,空燃比设定值为3,实际误差为,可以满足实际需求。这也验证了双交叉限幅的有效性。此期间,系统也能够较快的升温和降温,满足炉温控制要求。
对空燃比自寻优也进行了仿真验证,模型的最佳空燃比是3,初始设定值为2.5。炉温稳定后1200S开始自寻优。
图5表明自寻优可以达到预期目标,且仿真结果表明寻优过程中炉温波动在摄氏度以内。
由此可见双交叉控制和空燃比自寻优不仅满足炉温控制需要,也能有效优化燃烧状况,因此可以将其转换为实际应用。目前双交叉控制策略和空燃比自寻优已经应用于某厂连续退火炉炉温控制中,效果良好。
参考文献
[1]汤秀琴.双交叉燃烧控制系统的设计与实现[J].鞍山钢铁学院学报,2001,12(24):422.
连续退火炉燃烧状态的诊断及优化 篇3
1.1连续退火炉概况。连续退火炉是为了满足带钢退火工艺要求、加快退火生产节奏而将带钢的加热、均热、冷却以及镀锌等段连接起来, 集表面清洗、退火、平整 (矫直) 、精整等工序于一体, 使钢带退火等各项热处理工艺能够快速连续进行的热处理炉。带钢退火工艺过程在退火炉炉内进行, 退火工艺是影响带钢的质量及性能的至关重要原因。
1.2燃烧系统诊断。DFF段垂直布置, 高度为19M, 从上到下依次分为四个区, 四区在最下面, 6个烧嘴, 其他三个区每区12个烧嘴。带钢温度在525。C至750。C的操作范围, 直燃段的还原炉子气氛限制了带钢表面任何氧化的形成。正常生产时3、4区长期投入, 开度在80%以上, 退火钢带的温度、质量比较稳定;当生产较厚的钢带投入2区烧嘴时, 钢带表面常存在氧化, 造成锌层粘附性不稳定, 限制生产线的速度, 2区燃烧状况直接影响退火炉的产量和质量。
1.3测试诊断结果分析。经过对DFF段2区诊断测试, 发现该区供热系统存在部分烧嘴前煤气、空气压力偏差较大, 烧嘴空煤气配比不合理等问题。针对这些问题, 从燃烧状况优化的角度出发, 进行分析。
烧嘴前煤气、空气压力偏大, 由于DFF段2区12支烧嘴的空煤气管道均是通过主管道直接分送到各支烧嘴, 煤气从大管径的主管流到小管径的支管, 压力损失增大;加上各支烧嘴距离主管道的位置远近不同, 烧嘴的空煤气支管的走向和长度又不尽相同, 煤气流至各支烧嘴时的压力损失也不同;同时煤气管道的流量调节阀、空气管道的手动阀的调节开度基本都不一致;
烧嘴燃料为焦炉煤气, 在输送过程中焦炉煤气中的灰尘和有害物质 (焦油) 可能会对管道造成堵塞和损坏, 利用检修期间, 对DFF段燃烧系统的煤气、空气管道系统进行了检查。经检查发现, 3、4区管道内部比较清洁, 2区烧嘴管道尤其煤气管道内壁结垢严重, 并且煤气管道上有的控制阀门滤网上被片状杂物阻塞;管道及阀门低处积存了大量的水。检查时从管道法兰连接开口处流出许多水及碎片状等杂物, 从管口向管内观察, 发现管壁四周附有非常疏松的厚约0.5-1mm的层状物, 轻轻触动层状物, 即发生脱落成为片状或粉状。
二、燃烧状态优化
2.1煤气、空气压力偏大问题的解决。针对煤气、空气管道堵塞, 对管道进行了清理和吹扫, 减少压力损失, 使烧嘴前的煤气、空气压力偏差减小。
2.2燃烧状态的调试。DFF段的各支直然段烧嘴燃烧状况较差, 空煤气配比不稳定, 热效率偏低, 空煤比为0.85-0.9。直燃炉要求还原性气氛, 正常的空煤比为0.95, 很明显现在部分烧嘴的煤气严重过剩。另外各支烧嘴的煤气、空气压力不一致, 调节烧嘴前煤气管道的流量调节阀、空气管道的手动阀, 检测烧嘴前煤气、空气压力达到基本一致, 燃烧状况趋于稳定。通过烟气成分分析发现, 烟气中的co含量降低, 空煤比提高到0.95, 有效提高了烧嘴燃烧效率, 改善了加热状况。
2.3烧嘴前管道避免冷凝水形成。管道中的冷凝水造成管道结垢, 腐蚀、阻塞管道。冷凝水的形成主要是2区烧嘴不能长期稳定投入, 造成烧嘴前的管道中冷却凝聚炉气中的气态水。原设计在烧嘴停用时, 整个2区12个烧嘴要在空气主管中通入16 m 3/h氮气来保护烧嘴, 分析认为通入的氮气量较小, 将氮气量增大为40m 3/h, 烧嘴停用时补吹的氮气在烧嘴部位形成高于炉压的正压区, 避免炉气进入烧嘴前的管道形成冷凝水。经过改进彻底消除了管道中的冷凝水。
三、结语
由于DFF段2区烧嘴的燃烧不稳定, 不能满足带钢退火工艺的要求, 严重影响了带钢的产量和质量。在解决此问题的过程中, 对该段2区烧嘴进行了各项参数的诊断测试和分析, 发现烧嘴存在管道结垢、结冷凝水、燃烧状态不佳、空煤气配比不合理等问题。针对这些问题, 从烧嘴燃烧机理、燃烧介质特性以及直然段烧嘴结垢等方面进行深入研究。
摘要：针对唐钢连续式退火炉直燃段烧嘴不稳定, 生产过程中常出现烧嘴点不着, 达不到退火工艺温度要求等问题, 对退火炉加热系统燃烧状态进行诊断。发现退火炉加热系统存在空煤配比不合理、部分烧嘴煤气压力偏低, 燃烧状态不佳, 炉温波动大等现象。为此从烧嘴燃烧状态优化的角度出发, 对直燃段烧嘴燃烧过程、空煤气配比进行研究, 利用压力表测压力等分析手段确定烧嘴的最佳燃烧效率点, 逐步调节使各支烧嘴的燃烧状况最佳, 提高燃烧效率和加热质量。
关键词：连续退火炉,燃烧效率,直燃段烧嘴
参考文献
[1]鲁崇松.连续退火炉快冷段使用及优化[J].科技风, 2012 (11) .
连续退火炉辐射管的燃烧调整 篇4
新钢连续退火炉加热区采用燃气辐射管将酸轧机组冷硬卷由常温加热至再结晶退火温度, 降低带钢强度并提高其塑形, 以获得更好的力学加工性能。加热区分为加热段和均热段, 分别布置了334个和18个W型燃气辐射管。
2 辐射管工作原理
混合煤气和预热后的助燃空气经烧嘴点火电极放电点火后在辐射管体内燃烧, 产生650℃的高温废气通过换热器与助燃空气入口处的常温助燃空气换热后由废气风机抽至相应的集气室。常温助燃空气经过换热后温度升至450℃, 与混合煤气一起点燃后可以获得更好的燃烧效果。
混合煤气由转炉煤气 (热值约KJ/m3) 和焦炉煤气 (热值约KJ/m3) 按的配比混合, 以达到炉子设计公司Fives Stein煤气热值7500KJ/m3的要求。W型辐射管燃烧方式为ON-OFF控制, 板温控制程序在不同的加热模式下向加热区352个辐射管烧嘴控制单元 (BCU) 发送点火或关闭信号, 以达到实时所需加热量的动态控制效果。通常以检测辐射管燃烧后废气中残氧量的方式来判断整个燃烧状态, 一般情况下将残氧量控制在3.8%~4.2%之间, 烧嘴可以获得最佳的燃烧效果, 此时燃烧温度最高且废气中残留的CO值少, 安全节能。
燃气辐射管由烧嘴控制单元BCU (Burner control unit) 控制其点火动作, 一次完整的自动燃烧过程, 共有4次电磁阀动作。工作程序为:a.空气电磁阀开启, 吹扫辐射管。b.煤气电磁阀开启, 同时点火电极放电, 产生火焰。c.煤气电磁阀关闭, 火焰熄灭。d.空气电磁阀关闭, 辐射管为准备状态。在加热区辐射管的操作画面上可以看见辐射管依次显示为初始状态白色→蓝色a→绿色b→蓝色c→白色d。正常生产时, 点火成功, 窥视孔可见蓝色火焰;火焰熄灭时可见暗红色的辐射管本体。
3 辐射管燃烧调整及故障分析
3.1 燃烧调整现状
新钢连续退火机组于2011年8月热负荷试车, 整个炉区RTF、SF辐射管本体及相关管道系统安装集中在2011年1月至3月, 之后进行了一系列的辐射管燃烧调整。在长期生产过程中, 由于混合煤气配比发生变化, 热值波动, 辐射管煤气及助燃空气电磁阀堵塞, 流量调节螺母松动等一系列问题均会给辐射管的燃烧效果带来巨大影响, 过量的CO不但会造成能源浪费, 还会在高温环境下的废气管道中燃烧, 过度消耗和损坏设备。2013年12月起, 对连续退火机组的辐射管重新进行了系统的燃烧调整。
3.2 燃烧调整过程中发现的主要问题
(1) 空气压差普遍偏低, 大多只有标准值 (30/40/50mbar) 的一半, 个别压差极低, 造成烧嘴残余CO含量极高。
分析:空气压差是燃烧调整的基础, 其正确才能顺利进行后续废气残氧量、CO值的调节。压差是气体介质通过流量孔板前后的压力差, 与流量是对应的换算关系, 调节压差即调节流量大小。
考虑到现实生产中空气流量波动至低位, 煤气流量波动至高位或成分发生变化的可能性 (ON-OFF控制、煤气及空气电磁阀不断开关, 燃烧热量需求的不断改变) , 空气压差不能偏小, 以保证安全及减少CO的过剩量。
残氧量过低, 燃烧不充分, 火焰温度低, 燃烧效率低下;过剩的CO, 可能与废气管道内氧气在高温状态下发生二次燃烧。比如废气管道密封性差, 管道负压带入氧气;辐射管热交换器内漏, 助燃空气通过热交换器直接进入废气管道, 而没有全部进入烧嘴与混合煤气燃烧。
(2) 废气温度偏高
分析:2013年12月16日晚班生产厚料时, 由于E1换热器前废气温度高报690℃以上, E1前废气管道空气稀释阀开度100%, 导致煤气安全阀跳3次, 自动化现场发现管道烧红。废气管道温度报高仍需关注, 当多个热电偶温度报高或某一层辐射管出现锁死后应该通知检修维护方到现场检查。
如发现集气室压力报高 (管道负压不够大) 或废气风机转速过高, 炉子应适当降低速度、减缓加热需求, 使得产生的高温废气能够迅速、及时被抽出而不会影响辐射管的正常燃烧, 同时也保护设备、延长管道寿命;另确认预热段循环风机运行状态和转速是否正常。
(3) 数据不够准确, 电流值波动较大
分析:正常情况下废气温度一般保持在600℃~700℃, 此时的检测数据较为准确, 能较全面的反映辐射管常态燃烧的基本状况。在调试时, Fives Stein公司建议采用点火控制的新技术, 即通过每一个辐射管点火电极与接地线形成的回路, 以此产生的电流值来作为该辐射管的燃烧状态依据。但新技术采用后, 电流值普遍波动大, 辐射管容易故障报红。在试行一段时间后, 决定重新采用之前的技术, 安装额外的火焰监测器, 便于捕捉火焰光波, 且反馈电流值十分稳定。该火焰检测器能确保辐射管燃烧过程稳定, 电流值基本稳定在25μA, 但一定程度上掩盖了辐射管燃烧效率的好坏。所以必须通过燃烧调整进一步确认残氧量。
(4) 常见报错故障诊断
报错数字1→停止燃烧后仍有火焰信号, 说明阀体有漏或是元器件故障;报错数字2→点火失败, 说明点火电极积碳或是煤气空气阀故障;报错数字4→未检测到火焰信号, 说明电流值μA过低, 辐射管燃烧状态十分不稳定。
4 燃烧调整流程
(1) 确认废气分析仪和压差计完好, 检查烧嘴各个元件完好、如缺失进行记录。
(2) 检测设备均校零, 压差计测试前应检查软管是否松动并校零。
(3) 连接压差计→手动吹扫→打开两个空气阀门→调整压差 (30/40mbar) 并记录→用扳手稍紧固螺母→关闭阀门。
(4) 打开废气管螺母→手动点火→废气分析仪START→待电流值显示后进行废气分析→时长推荐不超过1分半。
(5) 根据残氧量调节煤气流量阀 (3.8%~4.2%)
残氧量高:5%或者更大→增大煤气
残氧量低或CO值不为0→减小煤气。
注意调节的目标方向是否与残氧量的变化趋势一致, 否则应稍停留观察或重新进行此次燃烧调整。废气分析开始30秒至1分半, 数值相对稳定;时间过长, 温度过高, 废气分析仪管会被烧红, 影响数据准确。
5 结束语
连续退火炉加热区燃气辐射管的燃烧调整对于降低煤气消耗, 提高生产安全性有着重要作用, 经过固定空气压差、增加火焰监测器、改进调整调整过程等手段使得辐射管燃烧效果更佳。通过燃烧调整后, 连续退火炉加热区集气室的残余CO值水平从2013年的3000ppm左右降至目前的700ppm左右, 煤气消耗得到大幅度的降低, 且燃烧效率提高。
摘要：针对燃气辐射管电磁阀堵塞、燃烧废气中残余CO值偏高、燃烧效率低的问题, 通过改进燃烧调整过程, 增加火焰监测器等手段降低了废气中的残余CO值, 提高燃烧效率。旨在为相关工作提供借鉴。
关键词：辐射管,燃烧,调整,效率
参考文献
[1]于盈盈.连续退火炉二级控制系统的研究[D].河北工业大学, 2013.
[2]吴敦锋.连续退火炉快冷段温度控制设计与研究[D].东北大学, 2009.
[3]陈波.连续退火炉温度控制系统的设计与实现[D].东北大学, 2011.
立式连续退火炉 篇5
1 运转过程
根据所需要的带钢退火温度控制控制区的温度。炉子共分5个加热区1个均衡区每一个区装有2个热电偶用做区域温度控制和一个热电偶用作辐射管过热控制, 高温计安装在6区 (P2) 和7区 (P3) 根据加热区的设计 (烧嘴边缘重叠) , 两个相对的加热区可以看作一个控制区。根据这个原则, 加热控制区分成4个控制区:加热控制区1&2、加热控制区3&4、加热控制区5&6、加热控制区7 (均热段) 。温度控制由控制区来完成。温度控制器用来测量控制区的平均温度。
2 控制部分
区域负载控制被分为三部分如下。
自身温度控制:温度测量运行, 温度设定运行, 温度控制器以及能效模式控制。
高温计修正控制:根据钢带的温度修正温度 (或功率) 的设定值。
交叉控制:通过交叉控制来限定控制区的助燃空气和燃气的设定值, 交叉控制的目的是确保过氧燃烧。
2.1 温度控制流程
温度控制器的过程数值由以下三项来源:双区温度控制, 区域温度测量值与设定值之间的差值;烟气温度控制, 烟气温度测量值与设定值之间的差值;辐射管温度控制, 辐射管内温度测量值与设定值之间的差值。
2.2 温度测量过程
每一个控制区装有2个热电偶来测量控制区的温度。双区温度控制器所利用的工艺值是双区的4个热电偶的平均值 (及较低的值对工艺值的影响相对其它值要低) , 但是下述情况出外:如果某一控制区关闭 (控制区MG是FOF) , 此区的热电偶停用。如果 (热电偶安装位置的) 烧嘴是关闭的且此时需求负载比 (烧嘴最小负载) Min Load Burn LT (33%) 大, 此热电偶停用。如果某一热电偶处于测量暂停状态 (BK) , 此电偶停用。
2.3 温度设定值斜坡函数
此斜坡函数的目标是控制温度的增长, 避免损坏辐射管。根据双区的状态和温度, 所选择的温度设定值由斜坡函数来管理。
斜坡函数的控制功能如下:所需求的设定值SP:操作工设定值、保温模式设定值和数学模型温度设定值。PV是双区温度控制器的工艺值。
当双区控制关闭时, 斜坡函数禁用且其输出值等于PV。
当双区控制打开时, 有如下三种可能性:
需求的SP<PV且需求的SP<=斜坡函数输出值斜坡函数禁用且其输出值等于需求的SP。需求的SP>=PV或需求的SP<PV且需求的SP>斜坡函数输出值, 实际的设定值增加到所需求的设定值。连续的监控斜坡函数的输出值与PV之间的偏差。当偏差值超过最大偏差值后, 斜坡函数的输出值停止增加且修正到与最大偏差值相等。
2.4 交叉控制原理
交叉控制的目的是根据热需求 (控制区负载) 、助燃空气的测量值、燃气流量来管理控制器空气和燃气的流量设定值, 其目的是保证燃气的完全燃烧。此项功能是通过一个选择最小数值来定义燃气流量设定值和选择最大数值来定义助燃空气流量设定值而获得的。
在控制区负载增加的情况下, 空气流量驱动燃气流量控制器:空气流量直接增加 (最大值功能) 但是燃气流量要等到空气流量测量值增加后方可增加 (最小值功能) 。
在控制区负载减少的情况下, 燃气流量驱动空气流量控制器:燃气流量直接减少 (最小值功能) 但是空气流量要等到燃料流量的测量值减少后方可减少 (最大值功能) 。
2.5 高温计修正
高温计修正控制器的工作是修正双区的温度控制器的设定值同时也修正数学模型的功率设定值。如果测量值或发射率丢失, 系统将产生报警同时系统自动将高温计关闭 (只针对相关的高温计, 其它高温计保持运行) 。在正常状态恢复后15 s, 高温计修正选用功能禁用。当获得启动条件后, 系统不会自动启用高温计修正功能, 此功能必须经由操作工启动。高温计产生的信号与带钢的温度是成正比的, 带钢的发射率与高温计预设的发射率相同。实际上, 根据带钢质量的不同带钢的发射率也不同。高温计能够设定新设的发射率, 发射率可以由操作工在HMI上给出 (工程师权限) , 或由数学模型给出。此参数的范围是从0到1。
3 结语
随着对带钢热处理质量要求的提高, 准确控制炉子温度是提高退火质量的关键。镀锌退火炉是一个工艺控制复杂, 技术先进的设备, 加热过程中有如此多的烧嘴同时协调工作, 对于烧嘴的控制相当严格, 而烧嘴负载的控制在整个炉子温度控制中是重要环节, 应该进行深入的研究。这次论文分析的是DREVER公司退火炉的负载控制原理, DREVER公司的技术已经是世界先进水平, 通过对它的控制原理的分析研究, 将对以后的退火控制研究起到指导作用, 对以后的工作学习有着重要意义。
摘要：在连续热镀锌生产中, 退火温度直接影响产品质量, 所以退火炉的温度控制至关重要。首钢京唐冷轧厂1#镀锌线的退火炉温度控制采用区域负载控制。退火炉总共有147个烧嘴, 烧嘴被划分成7个独立控制区, 每个区都有单独的煤气流量控制阀以及助燃空气变频风机。每个烧嘴负载控制由安装在炉室内的热电偶采集测量值, 温度的设定值由操作工或数学模型来给定。区域负载控制主要分为三部分:自身温度PID控制、高温计修正控制、交叉控制。在这三部分控制的作用下来实现最精确退火炉温度的控制。
关键词：镀锌退火炉,温度控制,负载控制,交叉控制,高温计修正
参考文献
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立式连续退火炉 篇6
卧式连续退火炉是球墨铸铁管生产线的重要设备之一,球墨铸铁管由于管壁薄,比之连铸灰铁管能节省金属35%左右,其抗拉强度、延伸率、屈服极限与钢管接近,而其耐腐蚀性、抗磨性大大优于普通钢管,因此国际上广泛将其用于输水管、石油、天然气管等工程。球墨铸铁管要达到其各项性能指标,连续退火这道工序尤为关键。退火是指将离心机生产出的铸铁管通过加热、保温、快冷及缓冷(加热)退火处理,消除管子在铸造过程中生成的渗碳体、珠光体,将基体转变成铁素体的球墨铸铁基体组织,使球墨铸铁管的机械性能达到ISO2531标准。在整个离心铸管生产线上,退火炉在保证球墨铸铁管的机械性能上起着重要作用,而炉子各段温度控制又是保证退火质量的关键因素。
伊朗德黑兰L.M.I.公司退火炉炉型较长,控制环节及干扰因素多,炉内既有加热又有冷却,各炉区又有一定的耦合性。以往针对该炉型的控制方式比较单一,基本采用连续比例调节,炉区分段不够细,导致保温段、缓冷段容易超温,调试周期长,控温曲线不够理想。此次大连万通工业装备有限公司针对该炉的供热布置及退火工艺要求,不同段采用不同的设备及控制方式,同时配合上位机集中监控系统,获得了较好的控制效果。
1 设备工艺参数
退火炉有效尺寸(长×宽×高)42 450 mm×8 312 mm×6 003 mm,有效炉底面积42 000 mm×7 000 mm;处理管子规格直径DN 80～600 mm,长度5 000～6 000 mm;生产能力20 t/h,燃料为轻柴油,燃料消耗量最大850 kg/h;高炉煤气接点压力及消耗量分别为5～8 kPa,6 000 m3/h,液化石油气接点压力及消耗量分别为5～8 kPa,2 m3/h,压缩空气接点压力0.5 MPa;炉子保温段温度控制在(960±10) ℃。
2 系统构成及硬件配置
退火炉主体设备包括炉体、供气系统、供风系统、排烟系统、炉用机械及传动设备;此外还包括液压站、换热器、燃烧控制系统和电气控制系统等设备。整个系统由一台上位机工作站和一套Siemens PLC S7-400系统进行实时监测及控制,PLC为主控单元。系统各控制环节如图1所示。
工控机通过MPI总线接口实现和PLC的数据通信,炉子现场各处的位置信号及物料状态等信息通过现场的监测设备传送到PLC的各输入、输出模块,经过所设计的PLC控制程序进行运算,输出控制动作到现场的各控制点。系统可对炉子当前各点的状态和数值进行全程跟踪和显示,可实现控制参数的实时调整、数据的记录和打印、急停限位、连锁报警等功能[1]。
3 控温曲线设定
控温曲线是退火炉设计和系统控制的基本依据,根据工艺过程需要,热处理曲线分为加热、保温、快冷、缓冷和炉后冷却五个阶段。球墨铸管由于管壁薄,在加热段内属于“薄料”加热,因此不限制加热速度,一般在6～15 min内将铸管加热到规定温度。本系统为冷管入炉,根据其铸管成分,要将其在加热段升温至960 ℃,经过热平衡计算,所需时间约为12.2 min。
保温时间一般15～20 min,保温时间的长短及温度取决于铁水化学成分,铁水中含Mn,Cu,Cr越高,所需加热与保温温度越高,保温时间越长,经过加热与保温,铸管中渗碳体组织应该完全破坏,然后进入急冷段。
急冷时间一般为7～10 min,时间长短主要取决于所处理的铸管规格、冷却强度以及终冷温度,本系统急冷段出口终冷温度控制在780 ℃左右。
控制冷却段又叫缓冷段,在缓冷段内铸管基本组织由奥氏体转化为铁素体,渗碳体分解出的碳将聚积在球核上形成均匀分布的石墨球,经过缓冷段出来的铸管组织,铁素体应大于85%,其余为珠光体,对小口径铸管来说成品组织中不允许残留渗碳体,大口径铸管成品允许渗碳体有少量残留(<2%)[2]。缓冷时间一般为18～22 min,缓冷终温范围较大,一般为650～750 ℃。经过缓冷实现基体组织转化的铸管可以快速出炉,进入精整线,控温曲线如图2所示。
热处理曲线上各点温度指的是铸管温度,而不是炉温,因此铸管温度的测量及控制至关重要,尤其是急冷段末的管壁温度控制要求较严,在加热段保温段,炉膛温度设定要偏高于管子温度,缓冷段炉膛温度设定要稍低于管子温度。由于本炉较长,为保证控温均匀性,把每一炉段又具体分成两个炉区进行控制,例如加热段又分成加热一区和二区,其它三段也如此,具体分布如图3所示。
4 燃烧与控温系统
温度控制是保证球墨铸铁管质量的关键,针对退火工艺,球墨铸管退火炉分为加热、保温、急冷与缓冷四个温度控制区,为解决以往出现的超温现象,本炉不同段采用了不同的设备和控制方式。
4.1 加热段控制
退火炉加热段为热量供给最大的一段,在工艺曲线中完成温度由室温到达960～980 ℃的升温过程。在加热段设8个轻柴油烧嘴和5个高炉煤气烧嘴。加热段的轻柴油烧嘴控制方式为空燃配比的连续比例控制,系统设有热电偶、助燃风电动调节阀、助燃风支管手阀、轻柴油电磁阀、比例阀、手阀、针形阀等。
系统通过热电偶反馈的温度与设定值比较,经过PID运算输出助燃风控制量,然后通过助燃风和轻柴油的比例调节实现烧嘴的大小火控制,完成整个加热段的温度及空燃配比控制,为防止超调,从程序上对PID输出进行限幅。高炉煤气烧嘴作为辅助燃烧手段,当炉内温度高于800 ℃以后,高炉煤气总管上的切断阀自动打开,高炉煤气喷入炉内燃烧,助燃风电动调节阀根据高炉煤气流量随动开关,保证高炉煤气正常燃烧。
4.2 保温段控制
保温段供热量仅占全部供热量的15%～20%,而保温段较长,如何使整个保温段在炉膛长度与宽度方向上炉温均匀,确保铸管基体内渗碳体的完全分解至关重要。以往该段控温系统采用与加热段相同的方式,很容易超温,因为铸管从加热区过来温度已经很高,即使本段烧嘴开到最小火,有时也会使管子继续升温,故本炉结合实际,在该段改用程控点火脉冲燃烧控制方式,该段设12个轻柴油烧嘴,分两段控制。预先将每个烧嘴调到最佳的工作状态,系统通过设定值与热电偶检测信号比较输出控制信号,利用PLC编制的脉冲控制程序将控制信号转变成脉冲开关信号,控制各个烧嘴的燃烧时间及启停频率来达到温度控制的目的。该控制模式很好地解决了以往的超温现象,脉冲控制完全通过自主研发的程序实现,大大节省了硬件成本,同时通过多个烧嘴配合工作,可在炉内产生均匀的温度场,很好地提高了铸管的处理质量。
此外该段还有两点值得注意。第一,由于保温段铸管处于高温下很容易氧化,因此应该控制炉内气氛为中性或还原性,尽量避免氧化性气氛,铸管表面过量的氧化会导致内壁涂水泥层附着力下降,甚至涂不上水泥,外壁喷锌困难等问题。第二,保温段末紧靠急冷段,两段炉温容易相互干扰,为解决该问题,除了在保温段和急冷段间采取下压式炉顶设计方式,或加耐热钢隔帘做隔离等措施之外,还可在靠近快冷段一端适当配置燃烧器,增加供热量,防止保温段末受快冷段影响而导致温度过早下降。
4.3 急冷段控制
急冷的目的是将基体内渗碳体已完全分解的铸管快速冷却到适于铁素体形成的温度范围内,进入缓冷段。急冷方式有水冷和强制空气冷却两种。本炉采用间接水冷方式进行控制,在本段的炉顶下方,排列设置冷却水管组,通过调节冷却水管组下方的冷却翻板角度控制换热量,以达到急冷的目的。这种水冷、用遮热调节方式的优点是铸管与水管温差大,冷却强度调节范围大,管温控制容易。
控温操作时,在急冷段中间及末尾设置两台红外测温仪,用于检测这两部分的温度。中间部分的温度控制在800 ℃,用这个温度控制炉顶水冷遮热板的遮蔽角度,从而控制铸管冷却强度;末尾部分的温度设定为780 ℃(热处理曲线要求温度)。当铸管出急冷段温度低于780 ℃时发信息给程序,程序自动提高原中点温度设定值(800 ℃),反之亦然。这样做的优点是可以提前探温,对铸管出急冷段的管温控制比较准确。
4.4 缓冷段控制
缓冷段是铸管退火炉最长的一段,铸管基体最终组织铁素体及石墨球将在这里形成。炉子处理铸管规格为DN80～600 mm,处理铸管规格不同,铸管在缓冷段内放出的热量变化也很大。控制要求铸管在此段内管温从780 ℃到出炉口的720 ℃均匀下降,即无论生产大管、小管,炉膛温度都要稍低于铸管温度并在炉子长度上呈直线均匀下降。当生产大口径铸管或炉子产量大时,铸管放出的热量大于炉体散热量,这时应向炉内铸管喷射冷却空气,带走多余的热量;当生产小口径铸管或炉子产量低时,铸管放出的热量小于炉体散热,则需要开启烧嘴,补给所需热量,维持铸管缓慢冷却。故该段既有加热又有冷却,燃烧系统上设10个轻柴油烧嘴,轻柴油烧嘴使用液化气点火烧嘴点火,由于开启烧嘴补给热量很小,还要保证整个缓冷段均匀受热,故该段也采取程控点火的脉冲燃烧方式。同时在该段设冷却风机,当使用烧嘴吹冷风,炉内温度仍然偏高时,冷却风机自动启动进行强冷。
5 系统实际运行效果
该系统于2006年8月开始进入调试阶段,一个月后进入稳定运行阶段,如图4所示是从现场采集的部分运行画面,图中是两批管子进管时的温度曲线,除急冷段是直接用红外测温仪检测各个铸管温度外,其它各段均通过炉膛温度来反映和控制铸管温度。由图可见,系统稳定运行后,各段控制点控温精度不大于±10 ℃,尤其保温段、缓冷段温度控制稳定、精确,炉膛温度很好的控制在(1 020±5) ℃,明显改善了以往的超温现象。在急冷段第1个红外测温仪检测温度(810±8) ℃,急冷段出口温度(760±5) ℃,缓冷段温度控制在(680±2) ℃,很好地满足了厂方要求。
由于在该套生产线上独特的控制理念和良好的控制效果以及较低的价格性能比,最近两年来公司又先后设计完成了土耳其萨姆松S.M.S.公司42 m连续退火炉,印度Jindal公司46 m连续退火炉,俄罗斯列佩茨克58 m连续退火炉,伊朗卡马市Hanyco公司36 m连续退火炉等多项工程,均调试完毕,运行良好。
参考文献
[1]王颖,王永华,秦炳熙.基于PLC连续退火炉控制系统[J].自动化技术与应用,2006,25(10):51-53.WANG Ying,WANG Yong-hua,QIN Bing-xi.PLC controlof a continuous annealing furnace.[J].Techniques ofAutomation and Applications,2006,25(10):51-53.