CN112665407A - 一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法，设置串级控制引入各燃烧段的排烟控制中，使排烟温度工作在合适的范围内，可以有效增强负荷改变时的适应能力、降低排烟温度受干扰而变化对炉压的影响，如此将排烟量与供热负荷协调了起来，可有效避免原定值控制排烟温度的回路中，因温度设定值不合理而抑制了蓄热体蓄热量的利用率，导致超温而不敢排烟使炉压升高、频繁波动的情况；同时通过空侧均温、煤侧均温平衡两路排烟总管的排烟流量措施都可使各燃烧段排烟的控制更加合理和稳定。

Description

一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法

技术领域

本发明属于加热炉控制技术领域，具体涉及应用于蓄热式加热炉炉膛压力的控制方法。

背景技术

空、燃气双蓄热式连续加热炉简称蓄热式加热炉，是利用蓄热式技术回收烟气余热的加热炉。采用该技术可以充分利用高炉炼铁的副产品高炉煤气，因此具有明显的节能优势且避免了低热值的高炉煤气被直接排放到大气中造成严重的污染，该技术被广泛的应用于各钢铁企业的轧钢加热炉。但蓄热式炉在使用中仍存在诸多问题，其中炉压大、波动频繁会导致热损失、严重降低炉体寿命，影响加热炉的正常操作。

1、蓄热式加热炉燃烧系统一般由如下几部分组成：

（1）蓄热式烧嘴；

（2）鼓风机、引风机、换向阀；

（3）燃烧介质流量计、流量调节阀、排烟温度、烟气流量调节阀。

蓄热式加热炉设置有若干个燃烧段，其通过各燃烧段的若干对烧嘴、供热调节阀、三通换向阀、排烟调节阀等设备来完成“集中供热-废热利用-燃烧-集中排烟-废热回收”的周期过程，定时换向，换向周期为30~90S，燃烧段一侧烧嘴将空、煤气预热到1000℃左右，另一侧烧嘴将烟气温度降到150~250℃后流过换向阀经引风机排出，使废热回收率达到极限值。空、煤气预热各设置一台引风机。燃烧段支管调节阀与供入的空、煤气流量相对应。总管调节阀要保证支管烟气顺利排出。

2、控制系统软硬件构成

自动化控制系统采用一套西门子S7-400型控制器，本配置选用的主控制站为CPU414-2DP，带有PROFIBUS-DP网络接口；分布式扩展I/O采用ET200M站，采用PROFIBUS-DP总线结构将主控制器和ET200M站连接；操作站(HMI)与主控制器通过工业以太网交换机通讯。控制器用于生产过程的逻辑和顺序控制、闭环调节控制、数据采集、计算和过程I／O处理等。操作站（HMI）用于参数设定、操作和修改、报警和事故显示、过程画面。

人—机接口HMI采用研华高性能的工控机两台（一用一备），用户程序是基于WINDOWS 操作平台，使用西门子公司的wincc为组态软件，step7为控制系统软件。

3、原使用情况

使用过程中炉头炉尾的炉门处均有不同程度的冒火现象，其炉压检测点设置在炉尾，设定炉压为微正压，与供入空、煤气流量相对应的两台引风机总管调节阀针对炉尾压力进行调节。为了保护换向阀、调节阀等设备，在各燃烧段排烟支管分别设置温度检测点、调节阀，对支管内烟气温度进行控制，设定烟气温度为定值，即设备能够承受又尽可能提高蓄热体蓄热量的温度，该值由工艺人员给出，操作员来设定，设定范围在120~200℃之间。

4、炉膛压力高分析

当炉压小于设定值时，引风机总管调节阀开度随炉压的减低不断减小，导致流过蓄热体的烟气量随引风机总管调节阀开度减小而减少，出蓄热体烟气温度降低，各燃烧段支管烟气调节阀随温度的降低而增加。反之，当炉压大于设定值时，引风机总管调节阀开度随炉压的增加而增大，使流过蓄热体的烟气量随引风机总管调节阀开度的增大而增加，出蓄热体温度升高，当高于支管设定温度时，各燃烧段支管烟气调节阀开度随温度增高而减小，造成烟气不能顺畅的由排烟管道排出，进而造成炉门冒火。

还有，蓄热体处于废热利用状态时，废热被流经蓄热体的空、煤气带着而释放，下一个周期中蓄热体切换至废热回收即排烟状态，排烟温度在整个废热回收周期中会有一个先降低后升高的过程，因此蓄热体状态的切换会干扰排烟温度，使排烟流量随支管烟气调节阀开度周期性的增加或减小，造成炉压周期性波动。

可以看出采用定值控制各燃烧段支管排烟温度时，排烟量与热负荷不容易匹配，将打破热平衡，直接后果是炉压高且波动频繁，与此同时空侧、煤侧排烟总管之间若烟气流量分配不均会加剧这种情况。

发明内容

为了克服现有技术领域存在的上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法，增强负荷改变时的适应能力、降低排烟温度受干扰而变化对炉压的影响。

本发明提供的一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法，控制系统的控制回路包括炉压控制器和炉膛压力控制器的控制回路包括炉压控制器和炉膛压力控制器，控制方法如下：

一、采用串级控制系统，将烟气温度控制器作为副调节器控制烟气温度，炉膛压力控制器作为主调节器；

二、将热负荷的变化作为主干扰量引入主调节器中，将最终结果送至副调节器，温度调节范围依据工艺人员给出的120—200℃范围设定；

三、求取排烟支管温度的平均值：空侧均温、煤侧均温，通过比较将条件加入到控制系统的控制回路中。

所述串级控制系统串联在炉压控制器与炉膛压力控制器之间。

所述串级控制系统包括：排烟温度控制器、烟气调节阀、四通换向阀、排烟温度变送器，所述排烟温度控制器—烟气调节阀—四通换向阀—排烟温度变送器—排烟温度控制器依次串联成闭环，所述将炉膛压力引入各燃烧段的排烟控制。

一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法，条件及控制过程如下：完成一个换向周期后，判断炉压大小，若炉压小于设定值，继续判断空侧均温、煤侧均温，两者均温温差是否小于5℃，当两者均温温差小于5℃，则同时减小空、煤侧排烟总管调节阀开度，当两者均温温差高于5℃，若空侧均温高则减小空侧排烟总管调节阀开度，若煤侧均温高则减小煤侧排烟总管调节阀开度；若炉压大于设定值，继续判断空侧均温、煤侧均温，两者均温温差是否小于5℃，当两者均温温差小于5℃，则同时增大空、煤侧排烟总管调节阀开度，当两者均温温差高于5℃，若空侧均温高则增大煤侧排烟总管调节阀开度，若煤侧均温高则增大空侧排烟总管调节阀开度。

本发明提供的一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法，其有益效果在于，通过将串级控制引入各燃烧段的排烟控制中，使排烟温度工作在合适的范围内，可以有效增强负荷改变时的适应能力、降低排烟温度受干扰而变化对炉压的影响，如此将排烟量与供热负荷协调了起来，可有效避免原定值控制排烟温度的回路中，因温度设定值不合理而抑制了蓄热体蓄热量的利用率，导致超温而不敢排烟使炉压升高、频繁波动的情况；同时通过空侧均温、煤侧均温平衡两路排烟总管的排烟流量措施都可使各燃烧段排烟的控制更加合理和稳定。

附图说明

图1是现有加热炉燃烧控制系统结构示意图；

图2是控制系统软硬件构成图

图3是本发明串级控制系统框图；

图4是平衡两路排烟总管的排烟流量逻辑框图；

图中标注：

1.鼓风机；2.空气侧三通阀；3. 煤气侧三通阀；4.空气侧引风机；5. 煤气侧引风机；6. 蓄热式烧嘴；7.主控制站；8. ET200M站；9.操作站；10.打印机。

具体实施方式

下面参照附图，结合一个实施例，对本发明提供的一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法进行详细的说明。

实施例

参照图1-图2，本实施例的一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法，通过在现有的控制系统中采用串级控制系统实现，所述控制系统包括蓄热式烧嘴6、鼓风机1、空气侧三通阀2、煤气侧三通阀3、空气侧引风机4、煤气侧引风机5、换向阀、燃烧介质流量计、流量调节阀、排烟温度、烟气流量调节阀。实现本方法所采用的控制系统保留了现有的自动化控制系统，包括主控制站7、ET200M站8、操作站9、打印机10，可以参照背景技术2、控制系统软硬件构成部分的介绍。

参照图3-图4，所述控制系统的控制回路包括炉压控制器和炉膛压力控制器的控制回路包括炉压控制器和炉膛压力控制器，控制方法如下：

一、采用串级控制系统，将烟气温度控制器作为副调节器控制烟气温度，炉膛压力控制器作为主调节器；

二、将热负荷的变化作为主干扰量引入主调节器中，将最终结果送至副调节器，温度调节范围依据工艺人员给出的120—200℃范围设定；

三、求取排烟支管温度的平均值：空侧均温、煤侧均温，通过比较将条件加入到控制系统的控制回路中。

所述串级控制系统串联在炉压控制器与炉膛压力控制器之间。

所述串级控制系统包括：排烟温度控制器、烟气调节阀、四通换向阀、排烟温度变送器，所述排烟温度控制器—烟气调节阀—四通换向阀—排烟温度变送器—排烟温度控制器依次串联成闭环，所述将炉膛压力引入各燃烧段的排烟控制。

所述四通换向阀，一个进气口，一个排烟口，还有2个口接蓄热式烧嘴，当换向阀得电或失电的时候，一个蓄热式烧嘴与换向阀进气口连通，另一个蓄热式烧嘴与换向阀排烟口连通，当这个蓄热式烧嘴与换向阀排烟口连通时，该烧嘴处于排烟状态，蓄热体开始吸收烟气中的热量，当然不是完全吸收，所以排烟气时烟气有温度，一般来说排的烟气量越大，排烟温度越高。

一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法，条件及控制过程如下：完成一个换向周期后，判断炉压大小，若炉压小于设定值，继续判断空侧均温、煤侧均温，两者均温温差是否小于5℃，当两者均温温差小于5℃，则同时减小空、煤侧排烟总管调节阀开度，当两者均温温差高于5℃，若空侧均温高则减小空侧排烟总管调节阀开度，若煤侧均温高则减小煤侧排烟总管调节阀开度；若炉压大于设定值，继续判断空侧均温、煤侧均温，两者均温温差是否小于5℃，当两者均温温差小于5℃，则同时增大空、煤侧排烟总管调节阀开度，当两者均温温差高于5℃，若空侧均温高则增大煤侧排烟总管调节阀开度，若煤侧均温高则增大空侧排烟总管调节阀开度。

上述的空侧均温、煤侧均温分别是指空气侧均温和煤气侧均温。

与直接通过排烟调节阀控制炉膛压力的控制方式相比，本发明可以有效增强负荷改变时的适应能力、降低排烟温度受干扰而变化对炉压的影响，同时平衡了两路排烟总管的排烟流量，使引入的串级控制器能更加平稳的运行且合理分配空气、燃气蓄热体的利用率，防止单独的空气或燃气蓄热体利用率过高导致蓄热体寿命降低。

Claims (4)

1.一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法，通过控制系统实现，所述控制系统的控制回路包括炉压控制器和炉膛压力控制器，其特征在于：控制方法如下：

采用串级控制系统，将烟气温度控制器作为副调节器控制烟气温度，炉膛压力控制器作为主调节器；

将热负荷的变化作为主干扰量引入主调节器中，将最终结果送至副调节器，温度调节范围依据工艺人员给出的范围设定；

求取排烟支管温度的平均值：空侧均温、煤侧均温，通过比较将条件加入到控制系统的控制回路中。

2.根据权利要求1所述的一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法，其特征在于：所述串级控制系统串联在炉压控制器与炉膛压力控制器之间。

3.根据权利要求1所述的一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法，其特征在于：所述串级控制系统包括：排烟温度控制器、烟气调节阀、四通换向阀、排烟温度变送器，所述排烟温度控制器—烟气调节阀—四通换向阀—排烟温度变送器—排烟温度控制器依次串联成闭环，所述将炉膛压力引入各燃烧段的排烟控制。

4.根据权利要求1所述的一种蓄热式加热炉炉膛压力控制方法，其特征在于：条件及控制过程如下：完成一个换向周期后，判断炉压大小，若炉压小于设定值，继续判断空侧均温、煤侧均温，两者均温温差是否小于5℃，当两者均温温差小于5℃，则同时减小空、煤侧排烟总管调节阀开度，当两者均温温差高于5℃，若空侧均温高则减小空侧排烟总管调节阀开度，若煤侧均温高则减小煤侧排烟总管调节阀开度；若炉压大于设定值，继续判断空侧均温、煤侧均温，两者均温温差是否小于5℃，当两者均温温差小于5℃，则同时增大空、煤侧排烟总管调节阀开度，当两者均温温差高于5℃，若空侧均温高则增大煤侧排烟总管调节阀开度，若煤侧均温高则增大空侧排烟总管调节阀开度。

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