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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 步进式热处理炉燃烧掌握系统设计 步进式热处理炉燃烧掌握系统设计丛林永 赵磊-企业治理论文烟台宝钢钢管有限责任公司 山东 烟台 265500 摘 要：本文通过对几种燃烧掌握方式的分析比较,设计一种较为抱负的步进式热处理炉燃烧掌握系统 ,并对燃烧过程中的炉膛氧含量、炉压的掌握进行进行分 析、设计；使炉膛的燃烧掌握能够满意不同规格钢管的热处理要求；关键词：比例掌握；串级掌握；双交叉限幅掌握；燃烧效率 1 燃烧掌握的任务 燃烧过程的任务和被控变量、操纵变量见表 1-1 ；热处理炉在生产不同规格的钢管时,炉内的热负荷也随之发生变化,特别是生 产大规格、高
2、壁厚的管时,管料吸取大量的热,温降很快,为此燃烧掌握系统 必需能快速做出反应,准时调整温度,使温度的变化掌握在10 以内；在温 度调整过程中,自然气和空气流量必需掌握在合理的比值,确保自然气能够完 全燃烧,并且有比较高的燃烧效率；为确保钢管质量,炉膛的压力也必需掌握 在合理范畴,我们通过掌握烟道闸板的开度来掌握抽风量,以确保炉压的恒 定； 2 燃烧过程的掌握名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.1 燃烧过程基本掌握基本掌握方案一【见图2-1 （a）】由两个掌握系统组成：一个串级掌握系统,炉膛温度作为主被控量、自然气流
3、量作为副被控量；一个比例掌握系统：自然气流量作为主动量、空气流量作为从动量；该方案使自然气量和空气量保 持肯定的比值恒定,当热负荷增大时,自然气量消耗也增大,助燃空气会根据 恒定的比值增大；但这种方式,助燃空气量的增加明显落后,不能确保自然气 的完全燃烧；基本掌握方案二【见图2-1 （b ）】它是由两个串级掌握系统组成；一个是炉膛温度作为主被控量、自然气量作为副被控量；另一个是炉膛温度作为主被 控变量,助燃空气作为副被控量；该方案通过同时调剂自然气电动调剂阀和助 燃空气电动调剂阀来掌握自然气量和空气量,并且使其维护在肯定比值,以满 足热处理负荷的变化,保持炉温的基本稳固；规律提量和规律减量掌握
4、系统（见图2-2 ）当生产大管径、厚壁管时炉膛热负荷增大,该方案在执行时是先增大空气流量,然后增大自然气量；当生产小 管径、薄壁管时,热负荷减小,系统在执行时是先减小自然气量,然后减小空 气量；这种方式的优点是确保自然气能够完全燃烧,同时确保炉膛温度的相对 稳固； 2.2 双交叉限幅燃烧掌握 在这种燃烧掌握方式中,我们将热电偶检测到的炉膛温度作为主被控变量,差 压变送器检测到的自然气流量和助燃空气流量同时作为副被控变量；两个副被 控变量之间能够维护在相应比值；当热处理炉内的钢管规格不变、产量相对恒 定时,自然气流量和空气流量基本保持在某一数值恒定；当管料更换规格时,名师归纳总结 - - - -
5、 - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 热负荷发生变化,自然气量和空气量也会动态的发生变化,并使自然气和空气流量尽可能的维护在正确比值；双交叉限幅燃烧掌握系统如图2-3所示；在该热处理炉掌握中,我们选用西门子 400PLC 进行系统掌握；双交叉限幅掌握可在程序中编程实现；在系统中,我们设定了两个限幅器：高限HLM 和低限 LLM ；两个挑选器：高选HSE和低选 LSE；热处理炉在炉温稳固运行状况下炉膛温度已经达到了我们之前的设定值；自然气流量掌握器设定值 SP1 再经自然气系统的两个挑选器后所得；空气流量掌握器设定值 SP2 是温度掌握器 IC 的输
6、出先经过两个限幅器后,经空气系统的两个挑选器乘以比值系数 SP2=K SP1K 所得,因此炉温稳固运行时有：在系统中,两个流量掌握器是积分函数,当炉温稳固运行时,设定值等于测量 值,即 F1=SP1 ,F2=SP2 ,故有 K F1=F2 ；在这种条件下,空燃比始终保持 为 K；通过上述分析我们看到,在炉膛温度恒定的情形下,限幅器和挑选器都没有起名师归纳总结 作用,输出都是炉膛温度信号值OT；第 3 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 管料规格增大,产量增加,热负荷增加时由于炉膛内热量被大量消耗,炉膛温度下降,为了使炉膛温度回升,掌握器IC
7、 的输出应增加,经限幅器后OT增加,从而使得自然气流量和空气流量设定值同时增加,但都受到限幅作用,SP1 最大增量为 K1,SP2 最大增量为 KK4,我们设定 KK4K1 ,使 SP2 的增加量大于 SP1,即可实现空气量先增加,自然气量后增加；（图 2-3 ）通过分析,该掌握系统经过交叉限幅后,温度回升并不是快速一步到位,而是通过自然气和空气量的交替增加,缓慢实现,两个量的变化都会影响到对方,这样做的优点是使空燃比尽量保持在正确状态,确保自然气的完全燃烧,实现正确燃烧效率,同时防止了温度的过大波动；管料规格减小,产量削减,负荷削减时与上述情形相反,我们设定K2KK3 ,使 SP1 的削减量
8、大于 SP2,即可实现自然气量先削减,空气量后减少； 3 燃烧热效率及炉膛氧含量掌握在步进式热处理炉中,炉膛内氧含量必需要掌握在一个良好范畴内；氧含量过高,钢管简单产生氧化铁,会影响钢管的质量；氧含量过低,就可能造成自然名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 气的不充分燃烧,降低热处理炉的热效率,同时在烧嘴内部点火电极邻近生成 大量积碳,造成再次点火困难的情形； 3.1 热处理炉的热效率 热处理炉燃烧时自然气是否充分燃烧及烟气的温度打算了热效率的高低；本热 处理炉在烟道处添加一套换热系统,将烟气余热加以回收利用,可大大提高
9、炉体的热效率；另外可通过检测烟气的含氧量AO 来看是否燃烧充分；我们将实际空气量QP 与理论空气量QT 的比值称为过剩系数,用 表示：=QP/QT 越大,助燃空气量多,被烟气带走的热量也越大,炉温降低越多；过剩空气系数很难直接测量,它与炉膛含氧量 AO 有关；=21/ （21-AO ） 3.2 炉膛含氧量掌握 炉膛氧含量掌握系统是在规律提量和减量掌握系统的基础上,将定比值 IK（图 2-2 ）改为变比值；我们选用氧化锆氧量检测仪进行氧含量检测,将检测 出的氧含量用于掌握空燃比,使其准时作出调整,使自然气的燃烧更加充分,提高热处理炉的燃烧效率； 4 炉膛压力掌握 炉膛压力的稳固关系到钢管产成品的
10、质量,影响它稳固的因素有许多,助燃风 量的变化,炉底水封槽液位高低、炉门及观看口的密封性,烟道闸板的响应时间等；在系统掌握中主要仍是热负荷变化后助燃风量变化的影响；为此,将助燃风量作为前馈信号,可组成图4-1 所示的前馈 -反馈掌握系统；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-1 中,前馈掌握器 了炉压的过大波动；FY 提前将助燃风量添加到炉压掌握中；更有效地防止通过分析设计,本热处理炉采纳双交叉限幅的燃烧掌握系统,并通过氧含量的 掌握和炉压掌握,能够实现最优的燃烧效率,满意钢管的热处理要求；参考文献： 1 何衍庆,俞金寿,蒋慰孙 .工业生产过程掌握 M. 化学工业出版社 . 名师归纳总结 2 石景作 .玻璃工业外表和自动化M. 轻工业出版社 . 第 6 页,共 6 页- - - - - - -