燃气光亮罩式退火炉

1 前言

工业炉的燃烧控制水平直接影响到生产的各项指标，例如：产品质量、能源消耗等。目前国内的工业炉一般都采用连续燃烧控制的形式，即通过控制燃料、助燃空气流量的大小来使炉内的温度、燃烧气氛达到工艺要求。由于这种连续燃烧控制的方式往往受到燃料流量的调节和测量等环节的制约，所以大多数工业炉的控制效果不佳。随着工业炉工业的迅猛发展，脉冲式燃烧控制技术也应运而生，并在国内外得到一定程度的应用，取得了良好的使用效果。
2 工业炉的燃烧

高档工业产品对炉内温度场的均匀性要求较高，对燃烧气氛的稳定可控性要求较高，使用传统的连续燃烧控制无法实现。随着宽断面、大容量的工业炉的出现，必须采用脉冲燃烧控制技术才能控制炉内温度场的均匀性。
3 燃烧的原理和优势

顾名思义，脉冲燃烧控制采用的是一种间断燃烧的方式，使用脉宽调制技术，通过调节燃烧时间的占空比（通断比）实现窑炉的温度控制。燃料流量可通过压力调整预先设定，烧嘴一旦工作，就处于满负荷状态，保证烧嘴燃烧时的燃气出口速度不变。当需要升温时，烧嘴燃烧时间加长，间断时间减小；需要降温时，烧嘴燃烧时间减小，间断时间加长。控制图见图1。
脉冲燃烧控制的主要优点为：
传热效率高，大大降低能耗。
可提高炉内温度场的均匀性。
无需在线调整，即可实现燃烧气氛的精确控制。
可提高烧嘴的负荷调节比。
系统简单可靠，造价低。
减少NOx的生成。
普通烧嘴的调节比一般为1：4左右，当烧嘴在满负荷工作时，燃气流速、火焰形状、热效率均可达到最佳状态，但当烧嘴流量接近其最小流量时，热负荷最小，燃气流速大大降低，火焰形状达不到要求，热效率急剧下降，高速烧嘴工作在满负荷流量50%以下时，上述各项指标距设计要求就有了较大的差距。脉冲燃烧则不然，无论在何种情况下，烧嘴只有两种工作状态，一种是满负荷工作，另一种是不工作，只是通过调整两种状态的时间比进行温度调节，所以采用脉冲燃烧可弥补烧嘴调节比低的缺陷，需要低温控制时仍能保证烧嘴工作在最佳燃烧状态。在使用高速烧嘴时，燃气喷出速度快，使周围形成负压，将大量窑内烟气吸人主燃气内，进行充分搅拌混合，延长了烟气在窑内的滞流时间，增加了烟气与制品的接触时间，从而提高了对流传热效率，另外，窑内烟气与燃气充分搅拌混合，使燃气温度与窑内烟气温度接近，提高窑内温度场的均匀性，减少高温燃气对被加热体的直接热冲击。
燃烧气氛的调节是提高工业窑炉性能必不可少的一个环节，而传统的连续燃烧控制只能通过在线测量烟气残氧量，反馈给燃烧气氛控制器，然后实时调节控制助燃空气流量执行器的输出，才能精确控制炉内的燃烧气氛。由于检测烟气残氧的氧化锆传感器的可靠性、寿命和价格的原因，在工业现场的使用往往不理想。有些窑炉自控系统干脆采用一台比例跟随器，使助燃空气的流量与燃料的流量成固定的比例，但这种方法不得不将助燃空气的富余量留得很大，达不到最佳的节能和控制过剩氧含量（或过剩空气系数）的要求。采用脉冲燃烧控制方式，可以将油压和风压一次性调整到合适值，在系统投人运行后，只需保持这两个压力稳定即可。对压力进行测量和控制要比流量简单得多，可以根据系统的实际情况采取全自动控制，也可以采取人工手动控制。
与连续燃烧控制相比，脉冲燃烧控制系统中参与控制的仪表大大减少，仅有温度传感器、控制器和执行器，省略了大量价格昂贵的流量、压力检测控制机构。并且，由于只需要两位式开关控制，执行器也由原来的气动（电动）阀门变为电磁阀门，增加了系统的可靠性，大大降低了系统造价。
4 脉冲燃烧的应用

工业炉控制系统采用工业PC机作为控制单元，采用先进的现场总线体系结构，功能强大、画面丰富、用户界面友好。所有部件均选用进口产品，从而使系统更加可靠。
该系统具有以下功能：
实时监测炉内各点的温度、烟气残氧、炉膛压力、油（煤气）压、助燃风压、燃料流量和助燃风流量等参数。
具有上、下限报警功能，报警打印功能，报警上、下限由用户设定，并能将报警记录储存，用户可任意查询、打印。
可按用户设定的温度值或温度曲线（见下图）对炉内各区段进行升、降控制，其中升温采用脉冲燃烧控制，降温采用强制脉冲风冷控制。
温度曲线
温度曲线
可按用户设定的燃烧气氛对炉内的烟气残氧进行控制。
可对炉膛压力进行控制。
可对窑炉的进出料进行控制。
具有历史数据查询功能，可按用户需要存储、显示、打印历史数据。
具有报表打印功能，实时脱机打印班报、日报、月报。
具有动态工艺图，可显示整个窑炉的工艺流程图，实时动态显示炉内各点参数，实时动态显示炉内火焰燃烧状态。
在实际应用过程中，采用普通的脉宽调制的方法调节燃烧占空比时，当占空比接近0%或100%时，间断或燃烧的时间太短，现场的运行效果不理想，于是我们引人了最小时间这一概念，将间断和燃烧的最小时间定为3秒，当占空比接近0%或100%时，延长相应的燃烧和间断时间即可解决这一问题。
5 结论

脉冲燃烧作为一项新技术有着广阔的应用前景，可广泛应用于陶瓷、冶金、石化等行业，对提高产品质量、降低燃耗、减少污染将发挥重大作用，是工业炉行业自动控制的一次革新，将成为未来工业炉燃烧技术的发展方向。
1、 设备以各式燃烧气体为介质，通过各式烧嘴燃烧加热，最高温度1200℃。
2、 炉体骨架由各种大中型型钢现场组合焊接而成，外壳封板为彩钢板，高铝全纤维耐火甩丝毯模块为炉衬，密封节能效果明显。
3、 台车骨架由各种大型工字钢、槽钢、角钢及厚钢板等组合焊接而成。
4、 台车传动采用全部车轮均为驱动轮，驱动可靠，传动系统采用“三合一”电机—减速机安装方式为轴装式，结构紧凑、装配牢固、进出灵活、操作简单、维修方便。
5、 台车耐火砌体采用高铝定型砖结构，与炉体密封效果好，耐压强度高。台车面搁置垫铁供堆放工件用。台车帮板全部采用浇筑件，保证车体不变形及耐用性。炉车与炉衬的密封采用耐火纤维密封块电动推杆自动压紧结构。侧密封的开、闭与炉车进出连锁。
6、 炉门采用高铝全纤维耐火甩丝毯与型钢组合框架结构，电动葫芦升降，炉门密封机构采用长短杠杆弹簧式自动压紧凸轮机构和软边密封装置。保证上下无摩擦、轻松自如、安全可靠。
7、 烟囱安装自动炉压控制、蝶阀等，可调节降温速度。
8、 加热采用高速烧嘴，均布两侧。连续比例调节燃烧。执行器调节风量的大小，通过比例阀来调节燃气量的大小，达到空燃比例燃烧，燃气和风量设有下限限幅，每个烧嘴的燃气管上设有控制电磁阀，每个烧嘴配有独立完整的燃烧控制器，具有自动点火，火焰检测，灭火报警自动断气。这样充分保证燃烧温控系统的稳定性、安全性。
9、烧咀的特点
高速烧咀是燃料与助燃空气在燃烧室内基本实现完全燃烧，燃烧后的高温气体以100m-150m/s的速度喷出，从而达到强化对流传热，促进炉内气流循环，达到均匀炉温的目的，使保温均匀在≤±10℃。
该烧咀
a、 燃烧室体积小
b、 燃烧气体出口速度高
c、 烧咀调节比例大，1:10
d、 自动点火和火焰监测
e、 每个烧嘴故障报警功能
f、 每台助燃风低压保护
g、 每个烧嘴大小火连锁安全控制
h、 燃烧状态显示，故障报警显示
i、 温度曲线设计及修改，保存及打印
j、 操作提示，故障提示
k、 助燃风机控制（开关）、炉门控制（开关）、空燃比例控制、过程安全连锁控制
10、预热器
采用GC型列管式插入扰流件换热器以增加空气的预热温度，炉温1000℃时将空气温度预热至300-350℃。
GC型高效插入件换热器，在相同传热系数下，空侧压力损失较一般插入件换热低，其值在1500Pa左右，因此降低了动力消耗。
烟气温度600℃时，综合传热系数45W/M2℃以上，烟气温≥900℃时，综合传热系数55 W/M2℃以上。
换热器在设计上根据不同温度采用耐热钢和不锈钢，布置上采用温均匀化和热应力消除措施。
11、控制系统
系统主要通过炉子的温度，压力的检测，对各炉子的煤气管道的流量和烟气的流量及稀释风量进行调节和控制，并设有天然气总管快速切断装置。
炉压的的高低对加热炉的使用效果影响很大，炉压高时炉气会冲出炉体的各密封间隙形成气流冲刷，对采用纤维材料密封的炉门及炉底压紧影响较大，同时，高温气流对炉体周围环境和控制器件也会造成影响。而炉压低时冷空气从密封间隙吸入，除增加工件的氧化外还会使炉内高温被负压迅速抽出造成燃料浪费。为此，排烟道上装炉压测点控制电动调节烟气阀，使炉压保持在微正压状态
炉子采用分区炉温控制，每区设有一个热电偶，测量温度进入多点记录仪，集中跟踪记录炉膛内温度。
12、安全连锁系统
台车与炉门的安全连锁，当炉门未开启到一定位置时，台车将锁定进出，台车密封未打开时台车将锁定进出。
空、煤气压力、压缩空气压力达不到规定要求时，烧咀的燃烧将不能启动，若正在燃烧时则安全关闭。
13、设备的主要特点
1、节能效果好：本设备炉体的炉衬全部采用高铝耐火纤维，与耐火砖相比导热系数小，热容量小，所以耐火层的厚度小，且吸热大大降低。
本设备采用高速调温烧咀系统，喷出速度大，达到100m/s，能有效搅拌炉气，是炉膛温度均匀，且烧咀系统燃烧完全，使燃料得到充分利用。采用炉压零位控制和全密封技术，是最大结合面（炉车与炉体间的密封面）处于零位炉压，炉气不外泄，冷气不内渗，使燃烧产生的热能能够有效地利用。
2、自动化程度高：炉门、炉车全部采用电动，有操作控制台，操作人员能方便地控制炉门、炉车运行。炉门、炉车有行程控制，到限定极限位置能自动停止运行，以确保安全。燃烧系统有全套的点火，大、小火运行、检测、熄火报警，熄火切断和再点火功能，且每套烧咀各有一个独立的控制箱，能够做到单独控制。每个控制箱接口可和仪表间温控仪连接，使整套系统全部做到自动控制。
管路参数采用自动控制。助燃空气和燃料的管路压力可设定并自动调节，使助燃空气和燃料量控制在最佳比值，保证达到较高的燃烧效率，消除黑烟。
炉压自动控制，通过压力变送器把炉膛压力信号与设定值比较，把信号传到烟囱的执行器，通过改变烟囱的开度自动控制炉膛内的压力。
炉内温度控制采用先进的智能数显温控仪，它和测温元件、自控烧咀组成闭环控制。具有高精度、高灵活性、抗干扰性和高可靠性。温控系统可对热处理生产工艺曲线进行自动计算、操作、显示、储存，实现全过程控制。
在仪表柜上设有温度、炉压、各烧咀、各管路参数的操作值显示和异常情况报警及紧急保护措施，确保操作安全。
热备顺序及转生产顺序
1、凡出现水套漏水或搅拌棒漏水，搅拌水封漏水的皆不宜转为热备炉。凡空气支管阀门严重关不严或饱和蒸汽阀严重漏气的又不能在热备时检修调换的，皆不宜作为热备。
2、计划热备，应选择炉况较好的发生炉进行热备，若选择火层下降，炉内严重结渣发生炉热备，势必会使其炉况更加恶化。
3、计划热备的发生炉，应事前进行探炉，并将有少量结渣的部分进行大钎破渣，在炉膛截面各点进行捅钎，使炉膛截面各点基本松紧一致。
4、适当降低灰渣层。
5、适当的加厚煤层。
6、检查最大放散阀锺罩起落是否灵活。
7、热备前首先减小风量。
8、封上双竖管水封，并根据炉出压力及时拉起最大放散阀。
9、关严支管空气阀门及饱和蒸汽阀门。