莱钢1500热轧带钢加热炉燃烧控制系统

1  引言

莱钢1500宽带钢年设计生产热轧带钢卷200万吨。采用两座上/下加热步进梁式加热炉。加热能力为260吨/座。该炉共分14段加热，采用高/焦炉混合煤气，加热到1250℃出炉。采用原料为连铸板坯，规格为厚度：160mm，宽度：750～1400mm（50mm进级），长度：定尺12000mm，最短尺7200mm（数量少于5%）。最大板坯重量：21000 kg。该炉在控制燃烧上采用法国斯坦因－霍特公司最新开发的宽火焰可调焰侧烧嘴，并结合数字化时序脉冲燃烧技术，可有效减少能量消耗和氧化铁皮的产生，提高了坯料的加热质量。

2  控制系统

控制器采用西门子公司的S7-400（CPU416）型控制器。其中PLC1控制燃烧系统，包括冷却水和MCC控制柜。PLC2顺序控制系统，控制炉区现场操作设备，包括炉区液压设备和步进梁及上料和出料及变频驱动等设备。编程软件采用STEP7 V5.3 ,监控系统采用INTOUCH软件。具体配置见图1。

3 系统功能设计

3.1温度自动控制

热需求的控制是通过烧嘴的燃烧时间而不是空气和煤气的流量来实现的。烧嘴按顺序燃烧，且每个烧嘴是单独控制的。加热炉温度的测量是通过下列热电偶实现的：每对上部烧嘴大炉顶中部热电偶和每对下部烧嘴的炉底中部热电偶。当烧嘴打开时，它以100％的能力工作。烧嘴点火是交错进行的，以避免空气和煤气主管突然的高压变化。操作人员给定的温度设定值被送至温度控制器。温度控制器将此值与1级系统定义的虚拟区测得的温度相比较，并精确调节瞬时的热需求。加热炉的热需求根据图2转换成燃烧时间。

图2热需求与燃烧时间关系图

 0≤热需求（Hd）≤10% 时，燃烧时间（Tm）＝0，此时烧嘴处于关闭状态。

10＜热需求（Hd）≤90% 时，燃烧时间（Tm）＝Hd（%）×Clocktime/100，此时烧嘴燃烧时间比例于热需求。

90＜热需求（Hd）≤100% 时，燃烧时间（Tm）＝Clocktime，此时烧嘴处于打开状态。

烧嘴点火间隔时间＝Clocktime/烧嘴的对数。

例如：如果扫描周期为70s，热需求＝50 ％ 那么燃烧时间Tm ＝50×70/100=35sec。

如果有14对烧嘴，那么烧嘴点火间隔时间＝70/14＝5Sec即烧嘴将按照间隔5秒的时间依次点火。烧嘴开启及燃烧时序图如图3所示。

图3 烧嘴开启及燃烧时序图

3.2相邻区域主从控制

为了避免相邻区域的干扰及保证加热的均匀性,系统对这些区域采用串级控制。下部区域的控制是通过上部区域根据操作人员或优化计算机给出的主从比实现的。这种操作模式可以保持相邻区域一个恒定的流量比，且在某区域温度检测故障下仍可使用。操作的主从控制的选择可以由操作人员也可以由计算机实现。

3.3炉压自动控制

炉压控制系统具体表现在两个专用软件上：一是炉门开启期间的自动压力补偿，出料炉门打开时，根据烟气流量波动，自动修正和调整炉压设定值。二是前馈功能，为了避免由于压力变送器和烟道闸板之间的距离而影响标准炉压变化量，参考加热炉助燃空气流量来计算炉压控制系统输出的前馈修正系数。利用一个微差压变送器探测加热炉和大气之间的压力差。差压信号输送到控制系统，修正设定值。来自压力控制器的输出值通过电/气转换器调节烟道闸板。

3.4空燃比

空燃比可以通过两个方法调节：一是全炉调节，空燃比过剩系统由空气/煤气压力比控制来调节，并根据空气温度进行修正。二是各区调节，通过调节各区空气和煤气切断阀的打开时间来单独控制各区的空然比。

3.5换热器保护

控制系统通过下列方法保护换热器。

（1）冷风稀释。换热器的温度不能超出极限值，换热器前的烟气温度超高时，通过向烟道内引入冷空气来稀释它。换热器前的烟气温度，通过安装在冷空气入口下游的热电偶来测量，并且将所测值输入稀释风调节阀的控制回路中，该阀门将稀释冷风补给换热器中。一旦空气管道温度过高，蝶阀将自动开启。

（2）热风放散。当经换热器的助燃空气温度超高时，调节阀将自动开启进行热风放散并且增加经过换热器的冷却空气流量。热空气的温度是通过热电偶来测量的。这个实测值被传送给控制系统，在通过电/气定位器来控制调节阀位置。

（3）最低烟气温度。当换热器出口烟气温度太低时，数字化炉的一些烧嘴会自动点火以使烟气温度在露点之上，防止造成管道腐蚀。

3.6点火火焰控制

只对均热区下部烧嘴进行全火焰监控。当均热区下部烧嘴被点燃时，其它区域的连锁将确保在没有达到自动点火的温度前，燃料不会进入这些区域。

3.7安全控制

除了由控制系统实现的安全等级外，重要的报警（煤气，空气压力等）通过外部辅助继电器直接作用于安全装置。根据重要报警情况，辅助继电设备直接作用于煤气安全阀。所有控制阀将通过控制系统自动关闭，也可以手动关闭。

3.8产品温度检测

在装料端设有1个辐射高温计来测量入炉前的坯料温度。在热装时，测量得到的温度将被2级系统用来选择最佳的加热曲线。

3.9烟气中氧含量检测

用一个带有锆探头的氧分析仪测量烟气中氧的含量。它被安装在换热区。

3.10冷却水循环保护

一个压力开关，安装在冷却水主管进口处，与控制系统相连以提供低压保护报警。安装在冷却水主管进口处的温度检测元件和安装在主冷却回水管出口处的温度检测元件被连接到控制系统上。安装在每个被冷却件上的流量开关用来向控制系统提供低流量报警。

4 结束语

该加热炉在260t/h的产量下，出炉表面温度1250℃时，板坯表面纵向温差≤20℃，燃料损耗300kcal/kg，氧化铁皮烧损≤0.7 ％。性能等各项规定指标达到或超过了技术要求。