加热炉交叉限幅自动燃烧控制系统

加热炉交叉限幅自动燃烧控制系统

盛国忠

中冶华天南京电气工程技术有限公司江苏南京210019

摘要：加热炉交叉限幅自动燃烧控制系统是将交叉限幅技术和自动化系统结合引入到加热炉燃烧控制。本文以某一双线棒材轧钢厂步进梁式加热炉的燃烧控制系统为例，介绍交叉限幅燃烧控制的基本原理和实际应用情况，阐明交叉限幅燃烧控制如何与自动化系统结合，从而达到提高加热炉的产量、减少燃料的消耗、节约成本，燃料完全充分燃烧保证排放质量的目的。

关键词：步进梁式加热炉;交叉限幅;燃烧控制

前言：

加热炉是轧钢生产线关键设备之一，其作用是将钢坯加热后送往轧机进行轧制。同时，加热炉还是企业生产轧钢是的主要的能耗设备，其燃料主要为焦炉煤气，混合煤气和各项单一燃气。由于钢坯的加热时间和轧制时间的限制，如何能够在较短的时间内，将钢坯迅速地达到出钢的温度成为了提升加热炉效率关键问题。因此，为了解决上述问题，各项燃料的燃烧混合比例及燃料燃烧的充分性成为了关键因素。如果能够实现最佳的燃烧控制比例，控制加热炉温度始终处于紧缺的控制之下，能够极大的节约能源消耗，同时极大程度上减少对钢坯的燃烧损耗，提高了轧钢的产出质量。

图1：工艺流程图（某一加热段）

本文以某一双线棒材轧钢厂步进梁式加热炉的燃烧控制系统为例，介绍交叉限幅燃烧控制的基本原理以及实际应用和操作情况，说明交叉限幅燃烧控制能够对于提高加热炉的产量，同时减少燃料的消耗，燃料完全充分燃烧，保证排放质量等重要指标的提升具有明显的成效。

1某双线棒材轧钢厂配套的220t／h(冷装)步进梁式加热炉的基本概念

步进梁式加热炉控制系统中，主要有顺序控制系统和燃烧控制系统，燃烧控制系统是加热炉自动控制系统中最为重要的控制部分，燃烧控制系统直接影响钢坯加热质量和燃料的消耗。既要满足轧钢对钢坯温度的要求，又要考虑燃料的经济成本。交叉限幅燃烧控制就具有其高效节能、灵活可靠控制诸特点。现就以某棒材线步进梁式加热炉实例，介绍轧钢步进梁式加热炉交叉限幅自动燃烧控制系统

2步进梁式加热炉生产工艺流程简介

加热炉是轧钢生产线重要的前道工序。其作用是将钢坯加热后送往轧机进行轧制。加热炉生产状况直接影响轧钢的质量和产量，因而轧钢对加热炉的自动化控制水平要求严格。

某棒材线步进梁式加热炉分为第一上下加热段、第二上下加热段，上均左右热段和下均左右热段，八个燃烧控制段。每段相应设计有S型热电偶检测温度，其每段控制回路均设有空气和天然气流量检测和流量控制阀，燃烧控制由软件实现（如图1）。

3步进梁式加热炉的控制系统

步进梁式加热炉的控制系统又分顺控系统和燃烧空值系统，顺控系统PLC及其相应MMI操作员站主要完成加热炉区的液压系统控制，步进梁、进出料机及其炉门控制，入炉辊道传动，钢坯自动测长与炉前自动定位，与轧线自动化控制系统的逻辑信号联锁等功能。

燃烧控制系统PLC及其相应MMI操作员站组成，除了完成温度、压力和流量检测，煤气压力调节煤气总管压力低切断、炉膛压力调节、冷却水流量和温度报警等。还可根据HMI计算机的燃烧指令设定每段温度设定值，通过PLC软件实施八段各自的交叉限幅自动燃烧控制功能。

4介绍燃烧控制PLC控制系统的硬件和软件配置

（1）、硬件配置：PLC选用SIEMENS产品

以S7-400CPU414-2为主机架，并配置以太网通讯模块CP443用于与HMI操作员站和其他PLC间的通讯，由CPU414集成的PROFIBUS接口与远程站ET200分站连接组成。

（2）、交叉限幅燃烧控制系统介绍：交叉限幅控制的基本原理是在某温度控制段需要升温时，先增加该段助燃空气量；再增加该段燃料（天然气）的量，在需要降温时，先减少燃料（天然气）的量；再减少助燃空气量。采用这种方式，保证有合适的空气过剩系数，使得燃烧充分合理，使系统无论在稳态还是在动态时，都可获得较好的空燃比性能。这样使得没有过氧燃烧和缺氧燃烧而起到节能降耗的效果。同时减少氧化铁和氮氧化物排放。

系统通过高、低选择器及其相应的助燃空气和天然气实际反馈来完成升温空气调节先行，降温天然气调节先行的交叉限幅功能，达到控制目的。

5程序举例

每个控制段实现交叉限幅燃烧控制后，使得加热炉燃烧区域得到自由选择，钢坯加热更加均匀。在确保钢坯加热质量的前提下，同时实现了与钢轧制全线延时控制，既当轧线临时停车时，加热炉可随时控制八段中的任意段燃烧控制在设定的温度段中，大大地节约了能源。自动燃烧控制保证了空燃比值，使得烟气的排放氮氧化物达标，

某一双线棒材轧钢厂步进梁式加热炉的燃烧控制实际画面

图中下部为左上均热段操作器画面，温度调节器和天然气和空气调节器均在自动状态。图中上部Tabe为加热炉八段燃烧选择画面，各段手/自动选择，同时可对每段设定温度调节器的设定和操作，加热炉灵活有计划地生产，达到与扎线的同步实现与钢轧制全线延时控制。运行效果良好，受到好评。

6结束语

该套控制系统在该双线棒材轧钢厂步进梁式加热炉自投运以来,运行稳定,由于减少了人为干扰，节约了天然气的使用量,自动燃烧严格的空燃比确保燃烧完全，减少了污染的排放,同时也减少了钢坯的氧化铁皮产生量，实现了与钢轧制全线延时控制，达到了较好经济效益。

参考文献：

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