作者：劉洋洋，男，35歲，工程師，注冊(cè)安全工程師

收稿日期：2024-03-14

摘 要：目前，工業(yè)爐的排煙系統(tǒng)多采用壓差法或強(qiáng)制排煙法，排煙系統(tǒng)有故障時(shí)，只能停爐停風(fēng)機(jī)維護(hù)，工時(shí)損失大；爐門(mén)信號(hào)檢測(cè)裝置不智能，運(yùn)行可靠性差；保護(hù)性氣氛隨著煙氣排到大氣，熱效率不高，以上因素均制約著產(chǎn)線智慧升級(jí)和安全環(huán)保生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)制排煙法；熱效率；智慧升級(jí)；安全環(huán)保生產(chǎn)

RESEARCH AND APPLICATION OF INTELLIGENT SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION FOR INDUSTRIAL FURNACES IN STEEL ROLLING ENTERPRISES

Liu Yangyang

（Shandong Iron and Steel Group Rizhao Co.， Ltd.? ? Rizhao? ? 276800， China）

Abstract：At present， the smoke exhaust system of industrial furnaces mostly adopts pressure difference method or forced smoke exhaust method. When the smoke exhaust system fails， it can only shut down the furnace and fan for maintenance， resulting in significant loss of working hours; The furnace door signal detection device is not intelligent and has poor operational reliability; The protective atmosphere is discharged into the atmosphere with smoke， and the thermal efficiency is not high， all of which restrict the intelligent upgrading of the production line and safe and environmentally friendly production.

Keywords： forced smoke exhaust method; thermal efficiency; smart upgrade; safe and environmentally friendly production

0? ? 引? ? 言

國(guó)內(nèi)工業(yè)爐的排煙裝置，一般是通過(guò)喇叭口吸入冷空氣降溫來(lái)實(shí)現(xiàn)防止煙氣爆鳴，無(wú)防爆膜等安全泄壓裝置[1]。及時(shí)存在防爆膜等安全泄壓裝置，在防爆膜破裂或銹蝕后，需要更換時(shí)，防爆膜附近仍是產(chǎn)生廢氣爆鳴的高發(fā)地點(diǎn)，極易對(duì)周?chē)鳂I(yè)人和設(shè)備設(shè)施造成危害。

工業(yè)爐爐門(mén)的定位基本只靠?jī)蓚€(gè)光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)狀態(tài)和關(guān)狀態(tài)定位，在光電開(kāi)關(guān)失準(zhǔn)或暫時(shí)失效時(shí)，起不到定位作用，從而很容易造成爐門(mén)定位偏差，甚至造成嚴(yán)重的設(shè)備事故。通過(guò)近幾年的改進(jìn)，有些設(shè)備增加了開(kāi)狀態(tài)極上限位，但控制上是爐門(mén)實(shí)際位置到達(dá)極上限位，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)便會(huì)反向移動(dòng)，使信號(hào)檢測(cè)不準(zhǔn)確造成爐門(mén)位置失準(zhǔn)。且該方法不利于遠(yuǎn)程判斷爐門(mén)實(shí)際位置和故障，因此沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用[2]。

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)具有保護(hù)性氣氛的工業(yè)爐大多采用輻射管加熱方式對(duì)工件進(jìn)行加熱，保護(hù)性氣氛不采用循環(huán)再生方式處理，而是直接排放掉，這樣不僅造成了保護(hù)性氣體使用量增大，而且在排放保護(hù)性氣體的同時(shí)，也使保護(hù)性氣體帶走大量的熱量，增加了能源使用量[3]。

以上是工業(yè)爐實(shí)現(xiàn)節(jié)能安全環(huán)保生產(chǎn)的主要制約因素。

1? ? 總體研究思路

基于資源理論，人的體力屬于資源的一部分[4]，通過(guò)分析目前行業(yè)現(xiàn)狀及生產(chǎn)實(shí)踐中存在的制約自動(dòng)化和能降低人工勞動(dòng)量的突出點(diǎn)，通過(guò)工藝改進(jìn)和設(shè)備改造的方式[5]，逐個(gè)解決存在的問(wèn)題。

1.1? ? 排煙裝置安全升級(jí)

在工業(yè)爐煙道防爆膜兩側(cè)增設(shè)風(fēng)閥；增設(shè)與防爆膜并聯(lián)的旁通排煙管道，并在進(jìn)出口兩側(cè)各設(shè)置風(fēng)閥，風(fēng)閥能夠獨(dú)立開(kāi)啟與關(guān)閉，以實(shí)現(xiàn)防爆膜及排煙管道、旁通側(cè)排煙管道獨(dú)立工作的目的，滿(mǎn)足安全防爆排煙的需求[6]。

1.2? ? 爐門(mén)定位系統(tǒng)升級(jí)

工業(yè)爐爐門(mén)方面，通過(guò)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上增加兩個(gè)極上、極下光電開(kāi)關(guān)和優(yōu)化執(zhí)行機(jī)構(gòu)程序控制，使?fàn)t門(mén)可允許的極限位置得到固定，起到保護(hù)爐門(mén)等設(shè)備的作用。通過(guò)增加爐門(mén)中間位置光電開(kāi)關(guān)，爐門(mén)上開(kāi)關(guān)就相當(dāng)于保護(hù)開(kāi)關(guān)，可使?fàn)t門(mén)運(yùn)行更加安全可靠。將五個(gè)光電開(kāi)關(guān)信號(hào)檢測(cè)通過(guò)一級(jí)直接傳送至操作界面，做到現(xiàn)場(chǎng)情況可觀可控可調(diào)節(jié)。

1.3? ? 保護(hù)性氣氛循環(huán)利用

1）創(chuàng)新提出工業(yè)爐保護(hù)性氣氛的運(yùn)行方式，爐膛氣體余熱利用方式及保護(hù)性氣氛循環(huán)利用方式方法，是一種能充分利用保護(hù)性氣體余熱、減少保護(hù)性氣體使用量的新方法[7]。

2）實(shí)施爐膛保護(hù)性氣體再回收利用，其主要流程為：a.通過(guò)廢氣回收裝置將爐膛保護(hù)性氣體收集，收集動(dòng)力來(lái)源于氣體在不同溫度下的壓強(qiáng)，溫將由外界冷卻介質(zhì)產(chǎn)生；b.冷卻介質(zhì)與保護(hù)性氣體一同進(jìn)入熱交換器進(jìn)行充分換熱，形成二次冷卻。換熱后冷卻介質(zhì)為可利用性介質(zhì)，可利用其本身熱能進(jìn)行一切可以進(jìn)行的活動(dòng)，換熱后保護(hù)性氣體為常溫保護(hù)性氣體；c.常溫氣體通過(guò)過(guò)濾、除塵、加壓形成能滿(mǎn)足工業(yè)爐生產(chǎn)需求的保護(hù)性氣體，重新進(jìn)入工業(yè)爐，形成閉合回路，符合創(chuàng)建環(huán)保節(jié)約型社會(huì)的要求[8]。

2? ? 具體實(shí)施與分析

2.1? ? 工業(yè)爐安全防爆排煙系統(tǒng)的應(yīng)用

1）通過(guò)在排煙管道上增設(shè)防爆膜，通過(guò)改變其材質(zhì)、連接方式和機(jī)械強(qiáng)度等方式，使之成為整個(gè)排煙管道上的薄弱點(diǎn)即卸爆點(diǎn)，起到保護(hù)排煙管道、排煙風(fēng)機(jī)、煙囪等整個(gè)排煙系統(tǒng)的作用。防爆膜為實(shí)現(xiàn)防爆作用，必須壁厚遠(yuǎn)小于排煙管道壁厚，且材質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)小于管道材質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度。降低防爆膜強(qiáng)度，防爆膜采用純鋁板制作，壁厚情況根據(jù)管道壁厚和工作壓力確定，一般壁厚選擇在管道壁厚的十分之一至五分之一，與管道連接方式為法蘭連接，防爆膜開(kāi)口必須朝向無(wú)人區(qū)域，一般選擇開(kāi)口垂直向上。

2）旁通排煙管道在進(jìn)出口兩側(cè)各設(shè)一閥門(mén)，通過(guò)閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉來(lái)實(shí)現(xiàn)旁通排煙管道的開(kāi)啟與關(guān)閉。在正常生產(chǎn)過(guò)程中，旁通排煙管道關(guān)閉，帶有防爆膜的排煙管道開(kāi)啟，防爆膜起到防爆作用；在檢修過(guò)程中，包括停爐檢修和防爆膜檢修時(shí)，旁通排煙管道開(kāi)啟，防爆膜兩側(cè)閥門(mén)關(guān)閉，這樣就保證了防爆膜附近作業(yè)環(huán)境的絕對(duì)安全。

3）通過(guò)增設(shè)旁通排煙管道和四個(gè)風(fēng)閥，使得防爆膜在需要檢修更換的時(shí)候能夠單獨(dú)的與排煙系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，真正起到安全隔離的作用。

4）防爆排煙系統(tǒng)的應(yīng)用模擬如圖1所示。正常生產(chǎn)過(guò)程中，風(fēng)閥1、風(fēng)閥2開(kāi)啟，風(fēng)閥3、風(fēng)閥4關(guān)閉，防爆膜工作，旁通排煙管道被隔離。當(dāng)因管道爆鳴或排煙系統(tǒng)故障造成管道壓力突然升高時(shí)，會(huì)使防爆膜破裂來(lái)泄壓。壓力釋放后，系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常，排煙管道的負(fù)壓會(huì)使大量空氣進(jìn)入排煙管道，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)積壓，造成排煙不暢，更換防爆膜必須停爐停風(fēng)機(jī)，且停爐停風(fēng)機(jī)后，爐內(nèi)溫度較高，可燃?xì)怏w仍有部分殘余，仍然有可能在防爆膜處產(chǎn)生爆鳴，會(huì)對(duì)周?chē)鷻z修人員和設(shè)備設(shè)施造成影響。通過(guò)增設(shè)部分裝置，在防爆膜破裂后，不需要停爐停風(fēng)機(jī)，只需要倒換風(fēng)閥，風(fēng)閥1、風(fēng)閥2關(guān)閉，風(fēng)閥3、風(fēng)閥4開(kāi)啟，使煙氣走旁通排煙管路，對(duì)防爆膜附近管路加以隔離，使之成為安全區(qū)域。防爆膜更換完畢后，風(fēng)閥1、風(fēng)閥2開(kāi)啟，風(fēng)閥3、風(fēng)閥4關(guān)閉，對(duì)旁通排煙管道加以隔離，使排煙管道和防爆膜正常工作。通過(guò)以上排煙防爆系統(tǒng)，工業(yè)爐防排煙系統(tǒng)安全性能大幅提高[9]。

2.2? ? 工業(yè)爐爐門(mén)系統(tǒng)升級(jí)

1）保證爐門(mén)安全穩(wěn)定運(yùn)行，檢測(cè)定位裝置至關(guān)重要。為滿(mǎn)足初步方案要求，設(shè)計(jì)的五個(gè)光電開(kāi)關(guān)，其中爐門(mén)三個(gè)光電開(kāi)關(guān)為常規(guī)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，不具備連鎖控制功能，只檢測(cè)、定位爐門(mén)實(shí)際位置，極上、極下光電開(kāi)關(guān)具備連鎖控制功能，一旦觸發(fā)便會(huì)連鎖控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。例如當(dāng)極上開(kāi)關(guān)觸發(fā)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)立即停止運(yùn)行，且切換為手動(dòng)操作模式，也只允許執(zhí)行機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)；反之極下開(kāi)關(guān)觸發(fā)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)立即停止運(yùn)行，且切換為手動(dòng)操作模式，也只允許執(zhí)行機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)。

2）通過(guò)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上增加兩個(gè)極上、極下光電開(kāi)關(guān)和優(yōu)化執(zhí)行機(jī)構(gòu)程序控制，使?fàn)t門(mén)可允許的極限位置得到固定，起到保護(hù)爐門(mén)等設(shè)備的作用。通過(guò)增加爐門(mén)中間位置光電開(kāi)關(guān)，這樣爐門(mén)上開(kāi)關(guān)就相當(dāng)于保護(hù)開(kāi)關(guān)，可使?fàn)t門(mén)運(yùn)行更加安全可靠。將五個(gè)光電開(kāi)關(guān)信號(hào)檢測(cè)通過(guò)一級(jí)直接傳送至操作界面，做到現(xiàn)場(chǎng)情況可觀可控可調(diào)節(jié)。

3）在兩側(cè)固定門(mén)梁上安裝上中下三組檢測(cè)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐門(mén)的位置定位，左右兩端檢測(cè)開(kāi)關(guān)平行放置，可有效檢測(cè)爐門(mén)平行度；在執(zhí)行機(jī)構(gòu)或固定齒輪或牽引工具上安裝檢測(cè)點(diǎn)，并且在合適的位置安裝極上、極下檢測(cè)開(kāi)關(guān)，可有效控制爐門(mén)運(yùn)動(dòng)范圍，起到保護(hù)設(shè)備的作用。

4）工業(yè)爐爐門(mén)系統(tǒng)升級(jí)后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配合方式如圖2所示。

2.3? ? 保護(hù)性氣氛循環(huán)利用的實(shí)踐

1）在排煙口處設(shè)置收集裝置，利用氣體在不同溫度處壓差作動(dòng)力，通過(guò)耐高溫密封收集管道將高溫保護(hù)性氣體收集到熱交換器中，在收集和運(yùn)輸過(guò)程中采用多級(jí)冷卻方式，將保護(hù)性氣體熱量轉(zhuǎn)移至冷卻介質(zhì)中，冷卻介質(zhì)充分吸收保護(hù)性氣體熱量后，冷卻介質(zhì)溫度升高，可直接利用于民用與工業(yè)采暖、洗浴等需要加熱的地方。

2）保護(hù)性氣體溫度降低后，需要通過(guò)過(guò)濾、除塵等凈化設(shè)施，使之成為純凈的氣體成分，在經(jīng)壓縮機(jī)加壓，形成具有一定壓力的純凈的保護(hù)性氣體，在按照工業(yè)爐工藝要求，將保護(hù)性氣體通向爐內(nèi)，形成閉合回路。主要流程為：a.通過(guò)廢氣回收裝置將爐膛保護(hù)性氣體收集，收集動(dòng)力來(lái)源于氣體在不同溫度下的壓強(qiáng)，溫將由外界冷卻介質(zhì)產(chǎn)生。b.冷卻介質(zhì)與保護(hù)性氣體一同進(jìn)入熱交換器進(jìn)行充分換熱，形成二次冷卻。換熱后冷卻介質(zhì)為可利用性介質(zhì)，可利用其本身熱能進(jìn)行一切可以進(jìn)行的活動(dòng)，換熱后保護(hù)性氣體為常溫保護(hù)性氣體。c.常溫氣體通過(guò)過(guò)濾、除塵、加壓形成能滿(mǎn)足工業(yè)爐生產(chǎn)需求的保護(hù)性氣體，重新進(jìn)入工業(yè)爐，形成閉合回路。

3）由于加熱爐生產(chǎn)效率正常工作范圍在50％～90％，而且隨著生產(chǎn)品種變化而變化，這樣就造成煙氣溫度、流量經(jīng)常發(fā)生變化。生產(chǎn)實(shí)踐中，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，實(shí)施爐膛保護(hù)性氣體再回收利用的流程如圖3所示。

2.4? ? 應(yīng)用檢驗(yàn)情況

通過(guò)以上工藝、設(shè)備和布局的優(yōu)化改進(jìn)，使工業(yè)爐產(chǎn)量、效益、安全、環(huán)保等指標(biāo)得到有效的提升，其主要改進(jìn)有：

1）優(yōu)化了防爆膜的安裝位置、連接方式等，為實(shí)現(xiàn)防爆膜的安全更換提供了一種全新的煙氣走向調(diào)節(jié)裝置，對(duì)周?chē)鳂I(yè)人員起到保護(hù)作用；在不停爐停風(fēng)機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)防爆膜的安全可靠更換，降低故障時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

2）爐門(mén)系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)后具有以下優(yōu)點(diǎn)：五個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)中，兩個(gè)是正常工作檢測(cè)開(kāi)關(guān)，其余三個(gè)都屬于保護(hù)性檢測(cè)開(kāi)關(guān)，可有效防止?fàn)t門(mén)位置偏差引起的設(shè)備損壞；現(xiàn)場(chǎng)情況可有效傳送至操作界面，通過(guò)界面能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了解和掌控；通過(guò)優(yōu)化程序控制，可有效防止誤操作引起的二次設(shè)備損壞。工業(yè)爐爐門(mén)光電開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配合方式優(yōu)化后，不僅使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況一目了然，而且使設(shè)備故障率大幅降低，減少了設(shè)備維護(hù)成本和設(shè)備故障時(shí)間，保障了生產(chǎn)節(jié)奏連貫順行。

3）保護(hù)性氣氛循環(huán)利用中，所需動(dòng)力少，更多采用利用氣體在不同溫度下產(chǎn)生的壓強(qiáng)差做動(dòng)力，且采用該方法，能夠有效減少保護(hù)性氣體使用量、能增加工業(yè)爐熱效率，使能量更多的轉(zhuǎn)化為有效能量和有效降低能源消耗，減少排往大氣的廢氣量，符合創(chuàng)建環(huán)保節(jié)約型社會(huì)的要求。

3? ? 結(jié)? ? 論

本文介紹的工業(yè)爐實(shí)現(xiàn)智能安全環(huán)保生產(chǎn)的應(yīng)用與實(shí)踐方法，已應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，近年來(lái)為產(chǎn)線高質(zhì)量發(fā)展做出了一定貢獻(xiàn)，為軋鋼系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了基礎(chǔ)保障，在增產(chǎn)增效中發(fā)揮了不可替代的作用，具有全行業(yè)推廣應(yīng)用的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]? ? 李岳良，陳佳文.工藝加熱爐技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展研究[J].中國(guó)工程咨詢(xún)，2021（3）：79-83.

[2]? ? 寄玉玉，徐凡.工業(yè)廠房燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討[J].上海煤氣，2021（4）：17-19，22.

[3]? ? 魏小林，黃俊欽，李森，等.工業(yè)爐窯燃燒過(guò)程中節(jié)能減排問(wèn)題的研究進(jìn)展與發(fā)展方向[J].熱科學(xué)與技術(shù)，2021，20（1）：1-13.

[4]? ? 葉貴，王妍，任夢(mèng)雪，等.體力疲勞對(duì)建筑工人不安全行為的影響效應(yīng)研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2023（1）：123.

[5]? ? 劉彩利.基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的工業(yè)爐運(yùn)行優(yōu)化方法研究[J].工業(yè)加熱，2022，51（8）：64-67.

[6]? ? 張鐵柱，周鴿成.燃?xì)饧訜嵩阡撹F行業(yè)的應(yīng)用[J].冶金自動(dòng)化，2023，47（S1）：202-205.

[7]? ? 劉永龍，謝愛(ài)平，魯偉，等.氣氛分析技術(shù)在工業(yè)爐中的應(yīng)用實(shí)踐[J].寬厚板，2021，27（5）：25-29.

[8]? ? 張者一，孫樹(shù)范，岳彥偉.工業(yè)爐煙氣物理熱與燃燒化學(xué)熱的比價(jià)[J].工業(yè)爐，2012，34（5）：35-38.

[9]? ? 張宇，鄭啟蒙，連利偉，等.包鋼加熱爐性能監(jiān)測(cè)研究[J].能源與環(huán)境，2013（1）：29，31.