萊鋼1500熱軋帶鋼加熱爐燃燒控制系統

萊鋼1500寬帶鋼年設計生產熱軋帶鋼卷200萬噸。采用兩座上/下加熱步進梁式加熱爐。加熱能力為260噸/座。該爐共分14段加熱，采用高/焦爐混合煤氣，加熱到1250℃出爐。采用原料為連鑄板坯，規格為厚度：160mm，寬度：750～1400mm（50mm進級），長度：定尺12000mm，最短尺7200mm（數量少于5%）。最大板坯重量：21000 kg。該爐在控制燃燒上采用法國斯坦因－霍特公司最新開發的寬火焰可調焰側燒嘴，并結合數字化時序脈沖燃燒技術，可有效減少能量消耗和氧化鐵皮的產生，提高了坯料的加熱質量。

控制器采用西門子公司的S7-400（CPU416）型控制器。其中PLC1控制燃燒系統，包括冷卻水和MCC控制柜。PLC2順序控制系統，控制爐區現場操作設備，包括爐區液壓設備和步進梁及上料和出料及變頻驅動等設備。編程軟件采用STEP7 V5.3 ,監控系統采用INTOUCH軟件。具體配置見圖1。

熱需求的控制是通過燒嘴的燃燒時間而不是空氣和煤氣的流量來實現的。燒嘴按順序燃燒，且每個燒嘴是單獨控制的。加熱爐溫度的測量是通過下列熱電偶實現的：每對上部燒嘴大爐頂中部熱電偶和每對下部燒嘴的爐底中部熱電偶。當燒嘴打開時，它以100％的能力工作。燒嘴點火是交錯進行的，以避免空氣和煤氣主管突然的高壓變化。操作人員給定的溫度設定值被送至溫度控制器。溫度控制器將此值與1級系統定義的虛擬區測得的溫度相比較，并精確調節瞬時的熱需求。加熱爐的熱需求根據圖2轉換成燃燒時間。

0≤熱需求（Hd）≤10% 時，燃燒時間（Tm）＝0，此時燒嘴處于關閉狀態。

10＜熱需求（Hd）≤90% 時，燃燒時間（Tm）＝Hd（%）×Clocktime/100，此時燒嘴燃燒時間比例于熱需求。

90＜熱需求（Hd）≤100% 時，燃燒時間（Tm）＝Clocktime，此時燒嘴處于打開狀態。

燒嘴點火間隔時間＝Clocktime/燒嘴的對數。

例如：如果掃描周期為70s，熱需求＝50 ％ 那么燃燒時間Tm ＝50×70/100=35sec。

如果有14對燒嘴，那么燒嘴點火間隔時間＝70/14＝5Sec即燒嘴將按照間隔5秒的時間依次點火。燒嘴開啟及燃燒時序圖如圖3所示。

圖3 燒嘴開啟及燃燒時序圖

為了避免相鄰區域的干擾及保證加熱的均勻性,系統對這些區域采用串級控制。下部區域的控制是通過上部區域根據操作人員或優化計算機給出的主從比實現的。這種操作模式可以保持相鄰區域一個恒定的流量比，且在某區域溫度檢測故障下仍可使用。操作的主從控制的選擇可以由操作人員也可以由計算機實現。

爐壓控制系統具體表現在兩個專用軟件上：一是爐門開啟期間的自動壓力補償，出料爐門打開時，根據煙氣流量波動，自動修正和調整爐壓設定值。二是前饋功能，為了避免由于壓力變送器和煙道閘板之間的距離而影響標準爐壓變化量，參考加熱爐助燃空氣流量來計算爐壓控制系統輸出的前饋修正系數。利用一個微差壓變送器探測加熱爐和大氣之間的壓力差。差壓信號輸送到控制系統，修正設定值。來自壓力控制器的輸出值通過電/氣轉換器調節煙道閘板。

空燃比可以通過兩個方法調節：一是全爐調節，空燃比過剩系統由空氣/煤氣壓力比控制來調節，并根據空氣溫度進行修正。二是各區調節，通過調節各區空氣和煤氣切斷閥的打開時間來單獨控制各區的空然比。

控制系統通過下列方法保護換熱器。

（1）冷風稀釋。換熱器的溫度不能超出極限值，換熱器前的煙氣溫度超高時，通過向煙道內引入冷空氣來稀釋它。換熱器前的煙氣溫度，通過安裝在冷空氣入口下游的熱電偶來測量，并且將所測值輸入稀釋風調節閥的控制回路中，該閥門將稀釋冷風補給換熱器中。一旦空氣管道溫度過高，蝶閥將自動開啟。

（2）熱風放散。當經換熱器的助燃空氣溫度超高時，調節閥將自動開啟進行熱風放散并且增加經過換熱器的冷卻空氣流量。熱空氣的溫度是通過熱電偶來測量的。這個實測值被傳送給控制系統，在通過電/氣定位器來控制調節閥位置。

（3）最低煙氣溫度。當換熱器出口煙氣溫度太低時，數字化爐的一些燒嘴會自動點火以使煙氣溫度在露點之上，防止造成管道腐蝕。

只對均熱區下部燒嘴進行全火焰監控。當均熱區下部燒嘴被點燃時，其它區域的連鎖將確保在沒有達到自動點火的溫度前，燃料不會進入這些區域。

除了由控制系統實現的安全等級外，重要的報警（煤氣，空氣壓力等）通過外部輔助繼電器直接作用于安全裝置。根據重要報警情況，輔助繼電設備直接作用于煤氣安全閥。所有控制閥將通過控制系統自動關閉，也可以手動關閉。

在裝料端設有1個輻射高溫計來測量入爐前的坯料溫度。在熱裝時，測量得到的溫度將被2級系統用來選擇最佳的加熱曲線。

用一個帶有鋯探頭的氧分析儀測量煙氣中氧的含量。它被安裝在換熱區。

一個壓力開關，安裝在冷卻水主管進口處，與控制系統相連以提供低壓保護報警。安裝在冷卻水主管進口處的溫度檢測元件和安裝在主冷卻回水管出口處的溫度檢測元件被連接到控制系統上。安裝在每個被冷卻件上的流量開關用來向控制系統提供低流量報警。

該加熱爐在260t/h的產量下，出爐表面溫度1250℃時，板坯表面縱向溫差≤20℃，燃料損耗300kcal/kg，氧化鐵皮燒損≤0.7 ％。性能等各項規定指標達到或超過了技術要求。