夏小街

摘 要：隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，社會各領(lǐng)域發(fā)展對資源需求量日漸增加。雙蓄熱加熱爐作為一種新型加熱爐，具有高效燃燒、回收利用煙氣余熱等優(yōu)勢，在工業(yè)發(fā)展中得到了廣泛推廣和應(yīng)用。但是，受到各類因素的影響，加熱爐在工作中會過度消耗能源，而換向燃燒延時控制工藝的滲透及應(yīng)用，不僅能夠減少能源消耗，控制企業(yè)生產(chǎn)成本，還能夠減少對環(huán)境的污染。文章將從雙蓄熱式加熱爐概念及傳統(tǒng)控制方式的弊端入手，對換向燃燒延時控制工藝在雙蓄熱加熱爐中的應(yīng)用進行分析和研究，最終對實際的應(yīng)用效果進行研究，旨在為我國相關(guān)領(lǐng)域的健康發(fā)展提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：雙蓄熱加熱爐；換向燃燒；延時控制工藝；應(yīng)用

中圖分類號：TG307 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）29-0050-02

近年來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，對環(huán)境造成了嚴重污染，特別是工業(yè)領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，雖然，在一定程度上促進了國民經(jīng)濟不斷發(fā)展，但是，經(jīng)濟發(fā)展背后是犧牲生態(tài)環(huán)境為代價，與可持續(xù)發(fā)展理念相違背。為了改變這一現(xiàn)狀，將雙蓄熱加熱爐與換向燃燒延時控制工藝有機整合到一起，不僅能夠提高燃燒效率，還能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境的有效保護。為此，加強對在雙蓄熱加熱爐上應(yīng)用換向燃燒延時控制工藝的研究具有極強的現(xiàn)實意義。

1 雙蓄熱式加熱爐概念及傳統(tǒng)控制方式的弊端

1.1 概 念

雙蓄熱式加熱爐主要是指利用獨立設(shè)置的蓄熱室或者蓄熱式燒嘴，將空氣或者煤氣預(yù)熱的加熱爐，如圖1所示。其本質(zhì)上是一種高效蓄熱式換熱器與常規(guī)加熱爐有機整合的設(shè)備，一般是由加熱爐爐體、蓄熱室及換向系統(tǒng)等構(gòu)成。目前，燃料選擇范圍較廣，適合輕油、重油及天然氣等燃料，特別是對低熱值的高爐煤氣等具有較好的預(yù)熱助燃作用。

1.2 傳統(tǒng)控制方式存在的弊端

傳統(tǒng)雙交叉限幅控制串級PID控制方式在加熱爐上的應(yīng)用，主要是通過設(shè)置溫度與實際溫度之間的差別，并運用PID計算調(diào)節(jié)幅度及相應(yīng)速度，并結(jié)合輸出閥門的調(diào)解率有效控制煤氣及空氣之間的閥門開度，以此來實現(xiàn)控制溫度目標。從本質(zhì)上來看，傳統(tǒng)方式是通過調(diào)節(jié)空煤氣流量調(diào)整爐內(nèi)溫度，且無論是空氣，還是煤氣均需要持續(xù)供應(yīng)，才能夠保證爐內(nèi)正常燃燒。但是由于加熱爐產(chǎn)量變化幅度偏大，煤氣熱值也會處于不斷變化之中，采用傳統(tǒng)方式，勢必會造成爐內(nèi)火焰長度隨著空煤氣流量的減少而變短，使得爐內(nèi)溫度不夠穩(wěn)定。

如上所述，為了能夠有效突破這一弊端，將換向燃燒延時控制工藝應(yīng)用到雙蓄熱加熱爐上顯得尤為必要。

2 換向燃燒延時控制工藝在雙蓄熱加熱爐中的應(yīng)用

2.1 延時控制工藝原理

現(xiàn)階段，國內(nèi)很多雙蓄熱式加熱爐儀控主要采取手動遠程操作方式，對操作人員專業(yè)水平要求較高，直接增加了設(shè)備運行穩(wěn)定性。為了能夠提高加熱爐燃控系統(tǒng)自動化水平，提高燃燒效率，技術(shù)人員將換向燃燒延時控制工藝引入到加熱爐當中，在具體應(yīng)用中，取得了顯著成效，延時控制工藝程序圖，如圖2所示。

通過對爐溫變化趨勢分析和研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)定爐內(nèi)溫度T與實際爐內(nèi)溫度T'的溫差△T與時間差的比值△T/△S。自動控制情況具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

①當爐溫溫差和時間差小于設(shè)置的標準值后，爐溫呈現(xiàn)上升趨勢，且供熱負荷也隨之增加，為此，應(yīng)適當減少供熱負荷，具體表述公式為：

②當爐溫溫差和時間差大于設(shè)置的標準值后，爐溫呈現(xiàn)下降趨勢，且供熱負荷也隨之降低，為此，應(yīng)適當增加供熱負荷，具體表示公式為：

③當二者之間與標準值相近時，爐溫在控制范圍之內(nèi)，且供熱負荷適當，具體表述公式為：

2.2 換向裝置及系統(tǒng)的設(shè)計

2.2.1 換向裝置方面

在均熱段和預(yù)熱段的空氣、煤氣可以選擇小型雙執(zhí)行器三通換向閥進行換向處理。通常情況下，三通換向閥要適當安排在靠近燒嘴的位置，而換向閥與燒嘴之間要盡量選擇短且細的管道，以適當延長燃燒時間，最大限度上減小對換向瞬間爐溫及壓力的影響。

另外，閥門可以采用立式雙列布置，并對閥板及閥座進行平面密封處理，由于閥板自身具有耐熱等特點，能夠適當發(fā)揮密封補償性能。兩個閥板通過兩個汽缸實施驅(qū)動動作，并分別由兩個電磁閥控制，當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)下，那么其中一個閥板開啟，相對應(yīng)的另一個閥板則處于關(guān)閉狀態(tài)，互相切換，以順利完成各項工作。

該三通換向閥能夠進行先關(guān)后開工作，將換氣閥處理煤氣時，最大限度上避免換向過程中煤氣與煙氣之間的互串，且突破了傳統(tǒng)模式下空煤氣持續(xù)供應(yīng)的弊端。由此可見，將換向燃燒延時控制工藝滲透至雙蓄熱加熱爐上，不僅能夠減少對環(huán)境的污染，還能夠有效延長燃燒時間，提高對現(xiàn)有資源利用效率。

2.2.2 換向系統(tǒng)方面

現(xiàn)階段，PLC作為一種可編程存儲器，在工業(yè)發(fā)展中得到了廣泛應(yīng)用，在具體設(shè)計中，采用PLC能夠自動完成程序換向控制，同時，在必要時，還能夠進行手動強制換向操作，兼顧自動與手動兩方面，此外，信息時代背景下，計算機在工業(yè)操作中應(yīng)用越來越普遍，將換向系統(tǒng)與計算機結(jié)合到一起，能夠?qū)崿F(xiàn)人機交互，對換向系統(tǒng)運行進行實時監(jiān)督和控制，使操作更加便捷。

另外，在每套換向系統(tǒng)當中設(shè)置一個煙管調(diào)節(jié)閥，當煙溫超標時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，提醒工作人員進行妥善處理，提高系統(tǒng)運行安全、可靠性。

2.2.3 具體應(yīng)用步驟方面

基于上述系統(tǒng)運行實際情況來看，在具體應(yīng)用中應(yīng)從以下幾個步驟入手：

①測量溫度。加熱爐每段測溫點并非唯一值，實測溫度可以是一點，也可以是多點，本文選擇兩點溫度，以實現(xiàn)分側(cè)換向燃燒系統(tǒng)的延時控制。

②確定時間步長。由于加熱爐溫度檢測及負荷調(diào)整是一項持續(xù)過程，為此，確定時間步長十分必要。如果時間步長過長，難以滿足實際燃燒需求；反之，則會使得調(diào)節(jié)過于頻繁，與預(yù)期效果相違背。

③溫控的關(guān)鍵是使實際溫度最接近設(shè)定溫度，因而，需要采用一個條件函數(shù)計算出設(shè)定合適值，避免溫度調(diào)節(jié)時出現(xiàn)震蕩幅度過大等問題，以發(fā)揮延時控制工藝有效性。

3 實際應(yīng)用效果分析

將換向燃燒延時控制工藝應(yīng)用到我廠加熱爐中取得了良好的效果，表現(xiàn)如下。

3.1 空煤氣流量穩(wěn)定

當加熱爐在正常運行情況下，變化節(jié)奏變慢，通過閥門對空煤氣進行相應(yīng)調(diào)整。

3.2 換氣閥動作減少

常規(guī)控制模式下，換向閥動作一般在60次/h，而該工藝模式下的換向閥是常規(guī)模式的一半，有效延長了設(shè)備使用壽命。3.3 有效的避免了一些問題

有效避免了保溫時空煤氣流量小、排煙溫度高等問題。

3.4 實現(xiàn)對系統(tǒng)運行全過程的實施監(jiān)督和控制

由于系統(tǒng)引進計算機設(shè)備，能夠?qū)ο到y(tǒng)運行進行全面監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題，并采取行之有效的方式，加以調(diào)整和優(yōu)化。

結(jié)合福建三鋼高線廠對加熱爐改造后實際情況發(fā)現(xiàn)，改造后使用換向延時控制工藝后，節(jié)能減排方面的效果非常明顯。改完后，煤氣消耗明顯降低，高爐煤氣消耗從2013年的258 m3/t下降到2014年的213 m3/t，下降了21%，節(jié)能效果明顯。由此可見，改造后的加熱爐不僅燃料需求量減少，而且還能夠顯著提高資源利用率。

4 結(jié) 語

根據(jù)上文所述，該項工藝的提出及應(yīng)用在實現(xiàn)對燃燒自動化控制、控制爐內(nèi)溫度等方面占據(jù)舉足輕重的位置。從我廠的實際情況來看，節(jié)能效果顯著，值得推廣。

參考文獻：

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