罩式炉燃烧控制系统分析及改进措施讨论

罩式炉燃烧控制系统分析及改进措施讨论

【摘要】奥地利艾伯纳公司生产的罩式退火炉，其设计是由天然气在加热罩内燃烧作为热源，高温状态下氢气在内罩内作为还原性介质，去除带钢表面氧化杂质，恢复带钢的光洁度，经过退火恢复带钢的延展性以便下道工序进行深加工。钢铁企业出于加工成本考虑利用自身富裕焦炉及高炉煤气来作为燃烧介质，在这种情况下企业自身煤气热值相对于恒热值的天然气来讲受生产工艺的限制，会出现波峰波谷的波动，而加热炉的燃烧控制系还是以天然气恒热值为基础进行设计的，所以在投入生产后加热炉出现频繁熄火现象，制约着产能的发挥。本论文提出的解决方案，是以废气中的氧含量作为标尺，把原有的空煤比有定值控制，改为以氧含量为调节值的随动控制。来解决频繁的熄火故障。

【关键词】空煤比；波动；氧含量；燃烧控制系统

1.概述

罩式炉区域HICON/H2罩式退火炉 ，承担着冷轧冷硬卷在氢气中对钢带卷的光亮退火。其工作原理为在低温阶段在料室充入保护性气体氮气以防止钢卷氧化并达到置换料室中空气作用，高温加热阶段在料室中充入具有还原性质的氢气作为还原介质 使退火后的钢卷表面光亮，其燃烧介质原艾伯纳设计为天然气八钢冷轧厂使用自产焦炉转炉汇合煤气，热值标准低热值8000-16000KJ/m3，燃烧气体流量在标准状况下：286.7 m3/h，燃烧气供应压力：100-120 mbar，燃气通过两个气动切断阀一个电动调节阀分八个烧嘴送入燃烧室内，其燃烧控制原理为，利用燃烧后废气中氧气含量来监视送入的空气量。

2.问题分析

八钢冷轧罩式炉在正常加热过程中汇合煤气热值在8000-16000KJ/m3范围内波动，氧含量在12%-2%范围内，

其中氧含量在4%时是最佳燃烧状态，热利用效率最高。其燃烧控制原理为空气煤气流量按4.3：1定比值送入燃烧室，当氧含量低于2%一分钟时，其认为煤气过剩会自动切断煤气保护

其正常加热时煤气和氧含量曲线如下： 图1

然而在二期工程结束使用过程中我们发现煤气和氧含量曲线如下： 图2

经过分析我们发现罩式炉所使用的工业汇合煤气因为受焦炉和转炉回收工

艺的限制其热值在波峰和波谷之间波动当热值过高时理论上对我加热炉升温有利，但是受其燃烧程序的限制当热值高时空气充分燃烧废气中氧含量降低至极限值其会自动切断煤气阀，造成加热中断，当人工在启动加热程序时，燃烧室会进行12分钟空气吹扫，3分钟的煤气泄漏检测，2分钟的含氧量探头测试。当再次进入到正常燃烧时中间间隔20分钟，情况严重时每炉钢中断近17次，每炉钢造成加热延时近5小时，按每炉钢40小时算将近限制了1/8的产量，此外氢气氮气以及额外时间的电耗等都会造成吨钢成本的增加。

3.问题解决方法

3.1罩式炉二期燃烧系统原控制中，煤气热值稳定，波动范围小，采用恒定空煤比为4.3：1，烟气含氧量在2--12%之间。鉴于八钢煤气供应的实际情况，退火炉加热控制不再采用定值空煤比4.3：1，取代为根据含氧量检测值动态调节的空煤比配给空气、煤气。 空气最大流量维持原值 ，调整煤气电动阀上的最大流量限位，该位置对应最小空然比时的煤气流量。为保证用气安全，各炉台煤气压力不能低于60mbar，设置报警。

3.2调试过程中保证每个炉台的煤气压力稳定，及时清洗更换煤气过滤网，消除外部因素对煤气热值的干扰，对四班煤气热值情况进行跟踪记录，反馈氧含量值，发现问题及时处理，对参数及时修订。通过对四班的跟踪记录发现：空煤气过剩系数在1.273时，完全燃烧；烟气含氧量在4%左右，燃烧效果最好；含氧量低于4%，煤气发生过剩，易烧坏换热器；含氧量高于4%，空气发生过剩，热量将被带走，升温速度慢；根据现场情况和EBNER公司提供的参数，将空、煤比动态调节范围定在 3.4-5.3 之间，含氧量控制在4-12%范围内，满足升温速度，效果最好，温度波动控制在±5℃之间。

空煤比动态调节流程图（见图3）

3.3根据点火的不同阶段具体修改修改措施如下：

（1）在初次点火时，调去DB块中空煤比初始值4.3，作为点火时空煤气设定值。

（2）点火后2分钟，开始对烟气含氧量比较：若实际含氧量O2>8%时，信号确认后延时50秒，

则空煤比减少0.025。每分钟检测1次。若实际含氧量O28%时，含氧量变化不大，因此动作时间长，空煤气变化幅度小；O2<4%时，含氧量变化大，因此动作时间短，空煤气变化幅度大。保证燃烧正常。

（3）加热过程中，熄火后，重新点火时，空煤比值为熄火前的空煤比，不再调用初次点火时的空煤比初始值4.3。含氧量延时2分钟后比较，来调节当前的空煤比。

（4）保温阶段点火，点火频繁，点火后直接进行含氧量比较，并进行调节。

（5）空煤气调节，只有在使用煤气时进行调节。若保温时，仅使用废氢烧嘴时，不进行空煤气调节。

（6）空煤气调节范围在3.4—5.3之间。

4.总结

采用动态空煤比控制退火炉温的效果对比如图

a.改进前定值退火炉温度曲线

b.改进后动态退火炉温度曲线 图4

经过对不同阶段含氧量的比较，实现了空煤比的闭环控制，煤气热值变化而含氧量检测值依然在预定的调节范围内，它的升温、保温曲线接近理想的曲线，极大地提高了罩式炉的的产量，而吨钢煤气消耗量却大幅度减少，使之达到了设计的产能水平。