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蓄热式加热炉预估换向控制系统

2011/7/15 14:34:25  来源:中国计量测控网 
字号: 13号字 16号字

  摘要:蓄热式燃烧技术是一种全新的节能环保燃烧技术,而换向控制是蓄热式燃烧技术最关键的部分,不仅关系到节能效果,还关系到换向阀和蓄热体的使用寿命。本文提出了一种新型换向控制方式,即预估换向控制系统,该系统根据前期采集的数据,采用牛顿插值法超前预估烧嘴排烟温度,并结合定时换向、预估强制换向和超温强制换向3种换向控制方式,有效防止了换向阀及蓄热体温度超高,延长了换向阀和蓄热体的使用寿命。

  关键词:蓄热式;加热炉;预估换向控制

  蓄热式高温空气燃烧技术(nigh Temperature Air Combustion)是当今最先进的燃烧技术之一 ,具有极限利用烟气余热和极大降低N0l排放的优点。HTAC是日本学者田中良一等人在20世纪80年代末提出的一种全新燃烧技术,它通过两个蓄热烧嘴交替换向工作于进气和排气系统,将炉子烟气中的余热交换给蓄热体,烟气中热量回收率可达烟气总热量的70% ~80% ,提高了能源利用率。由于燃料量减少,所以,排人大气的NOx,co2较用其它燃烧方式减少30%左右,有利于环保。

  HTAC技术的特点是节能,降低生产成本,减少污染物(特别是NOx)排放量,降低燃烧噪音。

  某公司的一座推钢式锻造加热炉采用热脏煤气做燃料,由于燃料热值利用率低,造成能源严重浪费,并对环境污染严重。改造前采用常规烧嘴、手动调节阀门,对炉温控制效果不好,产量不高,钢坯表面氧化烧损严重。为了解决这些问题,2004年9月辽宁向导科技发展有限公司采用了蓄热式燃烧技术对此锻造炉进行全面的自动化改造,取得了显著的节能降耗效果。

  1 蓄热式燃烧技术换向原理

  如图1所示,工作状态为A侧引风排烟,B侧鼓风进空气。炉膛内热烟气由引风机抽出,通过A侧蓄热体时将热量储存在蓄热体内,然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀、排烟管道排出;同时,来自鼓风机的常温助燃空气由换向阀进入B侧通道,通过蓄热体时迅速被加热,在极短时问内接近炉膛温度(一般为炉膛温度的80% ~90%);煤气由通断阀向稀薄高温空气附近注入,在贫氧状态下实现燃烧。当A侧的蓄热体储存一定热量后,通过程序控制换向阀自动换向,常温助燃空气变为由A侧通道经蓄热体进入,热烟气从B侧通道排出,如此循环,两个蓄热体自动进行蓄热与放热状态的切换,从而达到节能和环保的目的。

  

 

  2 换向控制系统

  考虑到该加热炉使用热脏发生炉煤气,烧嘴前煤气温度超过400℃,所以采用空气单预热方式,分散式换向单独控制每个烧嘴,控制灵活,能充分发挥每个烧嘴的蓄热能力,更利于节能_3 J。

  2.1 系统结构及软件配置

  控制系统采用Siemens的s7.300系列PLC,上位机采用研祥工控机Pentium 1V 2.0 GHz,内存256 MB,软件平台为Windows2000。根据控制任务需要,s7.300使用CPU314.2DP处理器。采用Step7

  软件进行开发,实现控制系统的各种功能。采用WinCC组态软件建立人机界面进行加热炉的热工参数监测及运行控制。PLC控制柜和操作台均安装在控制室内。该控制系统硬件配置见图2。

  2.2 人机画面构成

  系统通过MPI多点通信接口实现主站S7.300PLC和上位机之问的数据通信。采用图形化的模拟人机接口界面,直观且操作简单。人机画面显示全部现场设备状态和工艺参数,并在画面内集成了全部设备的操作,包括风机的起停控制、4个电动调节阀开关的手操和空气换向阀的换向控制,并显示锻造加热炉的各种实时数据和现场设备状态。画面主要组成有:开机起始画面、主画面、参数设定画面、趋势曲线画面、报警画面。

  

 

  在主画面上可以直观了解点火和加热过程中烧嘴的燃烧状态及切除/投人情况,换向阀的运行情况,换向阀内的阀板位置,换向剩余时问等。参数设定画面可以对强制排烟温度、自动换向周期时间、强制换向周期、排烟超高报警温度等参数进行设定;趋势曲线画面可以显示各种监测参数的历史趋势曲线,如排烟管道温度;报警画面显示各种报警信息,如:换向故障、排烟温度过高等等。

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