CN108149001A - 一种喷气加热系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷气加热系统及其控制方法，包括加热段、预热段、排烟段和控制段，加热段、预热段和排烟段依次相连，控制段与预热段相连，用以接收并分析预热段的相关信号，将相关信号进行计算并控制预热段的工作模式。本发明既能够有效的控制辐射管的排烟，又能够充分的利用辐射管燃烧废气的残余热能，还能够有效的降低循环风机电能的投入。

Description

一种喷气加热系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及冷轧带钢连续热处理领域，更具体地说，涉及一种喷气加热系统及其控制方法。
背景技术
为了降低能耗冷轧带钢连续热处理技术的传统惯例是在带钢辐射管加热之前使用预热装置对其进行预热。目前连续热处理生产线的预热段如图1所示。辐射管1的燃烧废气进入集气室2后通过排烟风机3增压后流经主阀门4进入换热器5，在换热器内燃烧废气与预热段9的循环气体进行热交换后排入到烟囱，当换热器5或者预热段9发生故障时关闭主阀门4，这样辐射管1的燃烧废气可以通过旁通阀门6排入烟囱11，保证机组在预热段出现故障时，还能够顺利的完成生产任务。
预热段9内的循环气体经管道在换热器5内完成热交换后通过循环风机7增压后经管道进入射流喷嘴10，射流并加热带钢8，被带钢8冷却后的循环气体再次进入换热器5进行热交换后完成一次循环。现有连退机组中一般辐射管的排烟与循环气体的射流都采用定频风机，并且排烟管道内一般不设数据采集器件以参与对系统排烟的控制，这就使得系统缺少有效的控制手段，事实上辐射管的排烟风机、换热器与射流循环风机的设计都是按照机组的最大热负荷设计，当机组的热负荷较低时即辐射管废气中可利用的残余热能的总量较低的情况下，而循环风机的风量还一直额定在固定的工况下，导致少量的辐射管废气与大量的循环风进行热交换，这将导致了大量的循环风机电能的浪费，这一工况显然是不合理的，除此之外机组的排烟温度受制于机组的原始设计情况，缺少有效的调节手段，这主要是由于机组对于预热段的缺少有效的控制决定的。由于射流循环风机与辐射管的排烟风机都是采用定频风机以及排烟管道内一般不设数据采集器件以参与对系统排烟的控制使得预热段的喷气加热技术缺少了有效的控制手段，以至于连退机组预热段的喷气加热系统不能在最优化的工况下进行工作，并且预热段最终的排烟温度也不受控制。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种喷气加热系统及其控制方法，既能够有效的控制辐射管的排烟，又能够充分的利用辐射管燃烧废气的残余热能，还能够有效的降低循环风机电能的投入。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，一种喷气加热系统，包括加热段、预热段、排烟段和控制段，加热段、预热段和排烟段依次相连，控制段与预热段相连，用以接收并分析预热段的相关信号，将相关信号进行计算并控制预热段的工作模式；
所述预热段包括集气室、排烟风机、换热器组、循环风机、流量计、热电偶和烟气分析传感器，集气室的烟气入口与加热段相连，集气室的烟气出口与排烟风机相连，排烟风机通过烟气进口管道与换热器组相连，烟气进口管道上依次设有流量计、热电偶和主阀门，换热器组包括数个喷气风箱，每个喷气风箱内均设有换热器，每个换热器串联相连通，每个换热器上均设有一循环风机，每个循环风机上均设有一循环马达，循环马达上均连有一变频器，换热器组通过烟气出口管道与排烟段相连，烟气出口管道上依次设有出口阀门和烟气分析传感器；
所述控制段的信号输入端分别与流量计、热电偶和烟气分析传感器相连，用以接收烟气进入预热段时流量、温度和烟气成分分析，控制段的信号输出端分别与每个变频器相连，使变频器控制循环风机的实时转速。
还设有一条旁通管道，旁通管道的一端连通于热电偶和主阀门之间的烟气进口管道上，旁通管道的另一端连通于出口阀门和烟气分析传感器之间的烟气出口管道上，旁通管道还设有一旁通阀门。
所述的加热段为辐射管。
所述的排烟段为烟囱。
所述的控制段为中央控制器(PLC)，且采用西门子S7300系列。
所述的循环马达功率为30～100KW。
另一方面，一种喷气加热系统的控制方法，包括以下步骤：
S1.加热段的辐射管燃烧的废气经过集气室，由排烟风机增压后经主阀门进入预热段的换热器组；
S2.换热器组内循环气体与辐射管燃烧的废气进行热交换，热交换后的循环气体经循环风机增压后由喷气风箱射流并加热带钢，加热带钢后的循环气体再与辐射管燃烧的废气进行热交换，形成一次循环；
S3.烟气进口管道上的流量计、热电偶分别检测烟气经过管道时的流量与温度，而烟气出口管道上的烟气分析传感器对排烟烟气进行成分分析，将相关信号分别输入到控制段的中央控制器(PLC)；
S4.中央控制器(PLC)根据当前实际检测值，计算出分别与流量、温度和气氛含量相关的三个速度：速度V1、速度V2和速度V3，中央控制器(PLC)再根据三个速度相应的将信号分别输入到每个变频器中，使变频器控制循环风机的实时转速。
S5.热交换后的烟气最终经排烟段的烟囱排出。
所述的步骤S1中，当预热段的换热器组或集气室出现故障时，直接打开旁通阀门，烟气经旁通管道直接由烟囱排出。
在上述的技术方案中，本发明具有以下几点的有益效果：
1.本发明不仅能够充分快速有效的利用辐射管燃烧尾的热能，还能够最大可能减少循环风机电能的投入，实现辐射管燃烧尾气残余热能的最优化控制；
2.本发明能够快速、清洁、均匀的加热钢带，甚至能够把带钢在短时间内加热到200～350℃，由于采用了炉内保护气体射流加热带钢的方式，因此不会对带钢表面的质量造成负面影响；
附图说明
图1是现有预热段喷气加热结构的示意图；
图2是本发明喷气加热系统的结构示意图；
图3是本发明喷气加热系统的控制方法原理图；
图4是本发明预热段的PID控制图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请结合图2，本发明所提供的一种喷气加热系统，包括加热段、预热段、排烟段和控制段，加热段、预热段和排烟段依次相连，控制段与预热段相连，用以接收并分析预热段的相关信号，将相关信号进行计算并控制预热段的最优工作模式，加热段为辐射管36，排烟段为烟囱37，控制段为中央控制器(PLC)38。
所述预热段包括集气室20、排烟风机21、换热器组、循环风机22、流量计23、热电偶24和烟气分析传感器25，集气室20的烟气入口与加热段相连，集气室20的烟气出口与排烟风机21相连，排烟风机21通过烟气进口管道26与换热器组相连，烟气进口管道26上依次设有流量计23、热电偶24和主阀门27，换热器组包括数个喷气风箱28，每个喷气风箱28内均设有换热器29，每个换热器29串联相连通，每个换热器29上均设有一循环风机22，每个循环风机22上均设有一循环马达30，循环马达30上均连有一变频器31，换热器组通过烟气出口管道32与排烟段相连，烟气出口管道32上依次设有出口阀门33和烟气分析传感器25。
辐射管的燃烧尾气进入集气室20后通过排烟风机21进入预热段内的喷气风箱28，与喷气风箱28内的循环气体通过换热器29进行热交换，在进入喷气风箱28前经过流量计23与热电偶24测试辐射管燃烧尾气相应的流量与温度以及废气排烟温度，并将信号输入到中央控制器(PLC)38，通过中央控制器(PLC)38进行相应的计算，控制循环风机22上的变频器31，让变频器31通过循环马达30控制循环风机22的实时转速，最终实现机组预热段的最优工作模式。为了能够充分的利用辐射管燃烧废气的残余热能，将数个换热器29串联使用，每个喷气风箱28都配有独立的循环风机22与变频器31，并且最终的排烟温度为150-250℃，以免烟气中的硫化物对换热器29造成腐蚀。预热段的控制既可以参与到连退炉的整个系统工艺段的控制，也可以单独控制，为了减少对系统的干涉，预热段采用独立控制。一般来说对于0.8mm的带钢，喷气加热技术的平均加热速度为30-70℃/s，喷气循环风量与喷嘴的射流速度以及循环气体与辐射管的燃烧尾气的换热量密切相关，为了能够及时准确的控制循环风量，循环风机上的循环马达30(功率30-100KW)采用变频控制，转速应该与辐射管废气流量与温度形成开环控制，并应该形成相应的控制模型。循环风机22的运行需要耗费一定量的电能，循环风机22的功率又与辐射管燃烧尾气的热能利用率正相关，为了能够尽量大的利用辐射管燃烧尾气的热能而预热段内的循环风机22的用电量又能够控制在合理的应用范围之内，喷气加热设备的系统的各项参数都要经过充分的优化，以便设备能在合理的工况下运行。
还设有一条旁通管道34，旁通管道34的一端连通于热电偶24和主阀门27之间的烟气进口管道26上，旁通管道34的另一端连通于出口阀门33和烟气分析传感器25之间的烟气出口管道32上，旁通管道34还设有一旁通阀门35。
旁通阀门35一般处于常闭状态，作为应急模式使用。当预热段的设备出现异常或故障时，打开旁通阀门35，使烟气通过旁通管道34直接由烟囱37排出。
本发明的控制方法原理如图3所示，所述控制段的中央控制器(PLC)38信号输入端分别与流量计23、热电偶24和烟气分析传感器25相连，用以接收烟气进入预热段时流量、温度和烟气成分分析，中央控制器(PLC)38根据当前实际检测值，计算出分别与流量、温度和气氛含量相关的三个速度：速度V1、速度V2和速度V3，中央控制器(PLC)38再根据三个速度相应的将信号分别与每个变频器31相连，使变频器31控制循环风机22的实时转速。
而作为机电一体化设备，一般来说预热装置设置独立的PLC进行控制，CPU采用西门子S7300系列，考虑到操作室设备布置情况，PLC与原触摸屏之间建立通讯，可以在操作室进行风机的启停操作；控制箱，用来控制风机的启停以及风机远程与本地的切换，PLC安装在控制箱内，采集信号，参与风机控制以及HMI显示。
如图4所示本发明预热段的PID控制图，预热装置控制PID图中所有热电偶信号(TE001-TE006)进入S7300系列PLC，进行风机的联锁控制；
板温仪(TE010)、压力(PT001-PT003)、烟气流量(FT001)、风机当前状态(运行/停止)进主线PLC，进行画面显示，预热带钢装置出口安装单点红外板温仪，测温仪选用WILLIAMS单点红外板温仪，板温仪信号进DCS，实时跟踪预热装置出口当前带钢温度，并显示在主线HMI画面上。
预热装置烟气入出口阀门处管道上安装热电偶(TE001，TE002)测量废气温度，四台循环风机风道入口安装热电偶(TE003-TE006)测量风机入口气体温度，所有热电偶信号进新增PLC，显示在操作室余热画面上并参与风机的转速控制；烟气入出口温度信号在新增PLC柜内处理成4-20mA信号后送主线PLC，并显示在主线DCS画面上。
预热室安装压力变送器，压力范围0-1000Pa，压力信号进DCS，实时测量预热室内压力并在主线DCS画面显示。
本发明所提供的一种喷气加热系统的控制方法，包括以下步骤：
S1.加热段的辐射管燃烧的废气经过集气室20，由排烟风机21增压后经主阀门27进入预热段的换热器组；
S2.换热器组内循环气体与辐射管燃烧的废气进行热交换，热交换后的循环气体经循环风机22增压后由喷气风箱28射流并加热带钢，加热带钢后的循环气体再与辐射管燃烧的废气进行热交换，形成一次循环；
S3.烟气进口管道26上的流量计23、热电偶24分别检测烟气经过管道时的流量与温度，而烟气出口管道32上的烟气分析传感器25对排烟烟气进行成分分析，将相关信号分别输入到控制段的中央控制器(PLC)38；
S4.中央控制器(PLC)38根据当前实际检测值，计算出分别与流量、温度和气氛含量相关的三个速度：速度V1、速度V2和速度V3，中央控制器(PLC)38再根据三个速度相应的将信号分别输入到每个变频器31中，使变频器31控制循环风机22的实时转速。
S5.热交换后的烟气最终经排烟段的烟囱37排出。
较佳的，所述的步骤S1中，当预热段的换热器组或集气室20出现故障时，直接打开旁通阀门35，烟气经旁通管道34直接由烟囱37排出。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种喷气加热系统，其特征在于，包括加热段、预热段、排烟段和控制段，加热段、预热段和排烟段依次相连，控制段与预热段相连，用以接收并分析预热段的相关信号，将相关信号进行计算并控制预热段的工作模式；
所述预热段包括集气室、排烟风机、换热器组、循环风机、流量计、热电偶和烟气分析传感器，集气室的烟气入口与加热段相连，集气室的烟气出口与排烟风机相连，排烟风机通过烟气进口管道与换热器组相连，烟气进口管道上依次设有流量计、热电偶和主阀门，换热器组包括数个喷气风箱，每个喷气风箱内均设有换热器，每个换热器串联相连通，每个换热器上均设有一循环风机，每个循环风机上均设有一循环马达，循环马达上均连有一变频器，换热器组通过烟气出口管道与排烟段相连，烟气出口管道上依次设有出口阀门和烟气分析传感器；
所述控制段的信号输入端分别与流量计、热电偶和烟气分析传感器相连，用以接收烟气进入预热段时流量、温度和烟气成分分析，控制段的信号输出端分别与每个变频器相连，使变频器控制循环风机的实时转速。
2.如权利要求1所述的一种喷气加热系统，其特征在于，还设有一条旁通管道，旁通管道的一端连通于热电偶和主阀门之间的烟气进口管道上，旁通管道的另一端连通于出口阀门和烟气分析传感器之间的烟气出口管道上，旁通管道还设有一旁通阀门。
3.如权利要求1所述的一种喷气加热系统，其特征在于，所述的加热段为辐射管。
4.如权利要求1所述的一种喷气加热系统，其特征在于，所述的排烟段为烟囱。
5.如权利要求1所述的一种喷气加热系统，其特征在于，所述的控制段为中央控制器(PLC)，且采用西门子S7300系列。
6.如权利要求1所述的一种喷气加热系统，其特征在于，所述的循环马达功率为30～100KW。
7.如权利要求1所述的一种喷气加热系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.加热段的辐射管燃烧的废气经过集气室，由排烟风机增压后经主阀门进入预热段的换热器组；
S2.换热器组内循环气体与辐射管燃烧的废气进行热交换，热交换后的循环气体经循环风机增压后由喷气风箱射流并加热带钢，加热带钢后的循环气体再与辐射管燃烧的废气进行热交换，形成一次循环；
S3.烟气进口管道上的流量计、热电偶分别检测烟气经过管道时的流量与温度，而烟气出口管道上的烟气分析传感器对排烟烟气进行成分分析，将相关信号分别输入到控制段的中央控制器(PLC)；
S4.中央控制器(PLC)根据当前实际检测值，计算出分别与流量、温度和气氛含量相关的三个速度：速度V1、速度V2和速度V3，中央控制器(PLC)再根据三个速度相应的将信号分别输入到每个变频器中，使变频器控制循环风机的实时转速。
S5.热交换后的烟气最终经排烟段的烟囱排出。
8.如权利要求7所述的一种喷气加热系统的控制方法，其特征在于，所述的步骤S1中，当预热段的换热器组或集气室出现故障时，直接打开旁通阀门，烟气经旁通管道直接由烟囱排出。
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