轧钢加热炉优化燃烧系统开发与应用

周本胜 刘向阳 唐荣彬 吴剑雯 周文华

（丹东屹欣科技有限公司，辽宁 丹东 118000）

0 引言

（1）加热炉优化燃烧系统开发背景

钢铁工业是国家最重要的材料和基础工业，担负着国民经济高速发展和国防安全所需钢铁材料的生产重任。随着经济的持续快速发展，国家倡导低碳节能环保这与我国目前的能源短缺状况存在巨大的矛盾，已经制约了我国现代化的进程，必须降低生产能耗。钢铁行业其能耗在各行业中首屈一指，占总能耗的20%，而加热炉的能耗占钢铁能耗的25%。针对这种加热能耗关系，在保证生产正常进行的前提下，尽可能地降低钢坯的加热能耗可以使轧钢生产的总能耗得到最大程度的降低，因此如何提高加热炉的加热效率，优化加热炉的炉温控制和燃烧技术的更新对于冶金工业的节能降耗、降低生产成本、提高产品质量具有重要的现实意义。低能耗高效率的生产，已经成为目前冶金工业控制技术的重点和主要的研究方向。

（2）轧钢加热炉现状

轧钢加热炉的炉压变化频繁、空燃比难以抓取，对人工操作技术要求较高。

轧钢加热炉燃烧燃料使用的是高炉煤气,由于外网压力经常波动。炉内煤气燃烧的好坏将直接影响炉膛温度、出钢温度、燃烧热效率及氧化烧损率，因此燃烧控制环节亦是加热炉控制中最关键的环节之一。

目前加热炉控制过程中频繁的出现过氧燃烧和缺氧燃烧，进而导致炉压不稳，出现炉膛进出口蹿火现象，空燃比难以维持在最佳状态，不但浪费了煤气，而且影响加热炉的产量。

（3）加热炉优化燃烧系统开发目的

丹东屹欣加热炉优化燃烧系统目的在于提高加热炉热效率、提高产品质量、节约燃气、减少残氧排放量以实现低碳生产、延长加热炉的使用寿命、减轻操作人员劳动强度等功能及指标。旨在对现有钢厂的加热炉燃烧系统进行控制技术优化并提升企业设备的技术功能和操作稳定等优点，已成为降低成本和增加经济效益的深受欢迎的项目之一。该技术已成功运用在国内数家钢铁企业。

1 系统设计指导思想

加热炉优化燃烧的目的，主要是在保证加热炉各温度达到工艺要求，并在工艺条件允许的前提下，进行降低燃气的消耗和减少废气的排放。即在完成工艺指标的前提下进行节能降耗。

加热炉生产必须要求计算机控制系统能够很好地保证生产过程的连续性、准确性、和实时监控性，而且要求接收及发送数据有一定稳定性及准确性，所有设备的自动化程度要高。

加热炉的优化燃烧方案，首先应着重系统的可靠性、安全性和实用性，其次考虑系统的先进性及节能性，并在以上基础上提高系统的性价比。

1.1 可靠性

系统的安全性和可靠性（即稳定性）放在加热炉优化燃烧系统设计的首位。在硬件设备方面，加热炉优化燃烧系统与原控制系统中的加热炉烧炉控制部分相互独立，需要优化烧炉时切入优化燃烧系统实现智能燃烧，需要手动控制时可切换至本系统手动烧炉状态，也可切出本系统通过原有加热炉控制系统手动控制，完全不影响原系统正常操作。

1.2 实用性

系统以上、下位机相结合综合分析并建立数学模型，以此作为人工操作或自动调节的有效依据，并充分利用上位机存储信息量大以及下位机运行速度快等优点，为操作提供更准确、合理、有效的控制策略。

1.3 先进性

1.4 节能性

1.5 预期技术指标

1）可降低原氧化烧损率的2%以上；

2）炉膛温度平稳控制，能抑制烧炉过程炉膛温度的大幅波动；

3）克服煤气压力波动的时间≤25s；

4）同等条件下，节约煤气约2%～5%。

2 工业试验结果及经济效益分析

2.1 项目应用及其效果分析

2.1.1 节约煤气

系统对总管压力的波动进行实时的监控，并能进行及时的调节，在最短的时间内平稳总管压力，使之恢复到波动前压力值；在烧炉过程中对煤气热值分析信号以及烟道残氧量信号为基数，并对烧炉中的温度及流量变化自动的对设定空燃比进行校验，并辅助修正空燃比设定值；整个烧炉过程中实时对实际空燃比进行采样，并调节控制实际空燃比无限趋近于期望值，尽最大可能使各段炉膛中的实际空燃比分别处于最佳配比状态。

2.1.2 降低氧化烧损

系统能够通过实时控制实际空燃比值来杜绝过氧燃烧这种状况，且能保证炉温在工艺条件范围内波动，进而降低氧化烧损率。

2.1.3 炉膛稳定

系统通过对空燃比的实时控制，以及燃气与助燃气体总量的调节，控制调节阀以及排烟阀的相互协调来实现炉膛的稳定。

2.2 经济效益分析

在维持原有生产规模、产值不变的情况下，即日产量不变的基础上，采用智能控制燃烧系统比原有手动调控烧炉的生产方式，可达到每年节能效益约237.28万元。

2.2.1 理论效益分析

如今，屹欣加热炉优化燃烧系统已成功应用于国内多家钢铁企业的轧钢加热炉，并取得了较好的经济效果，提高了产量的同时，节省了煤气，减少了废气排放，真正实现了节能减排，低碳生产。

以三段式加热炉为例。项目实施后，由于采用优化燃烧，可降低原氧化烧损率1%的2%以上，按照钢材价格3500元/t，日产钢材6000t、全年工作355天计算。加热炉每小时煤气使用量约为6万m3，如果采用自动烧炉的方式生产，煤气节约量约为2%～5%，取下限值2%，即小时节约量为1200m3。按日加热炉炉燃烧时间23小时，按1m3煤气0.09元计算。

降低氧化烧损率：该加热炉每年节约钢材的经济效益为：

6000×1%×2%×3500×355＝149.10 万元

节约煤气：此项目投产后一年可以节省的煤气量为2.0%，即1200Nm3/h。每年可节省煤气的经济效益：

1200×23×355×0.09＝88.18 万元

即年总收益：237.28万元。

节约煤气应用于发电，4m3可发1kWh的电力产生的经济效益尚未计算在内。

3 结束语

优化燃烧就是利用机械、电气、计算机等组合的自动控制系统，保证加热炉在燃烧的过程中达到空气、煤气配合比时刻处于最佳状态，与手动烧炉相比，节约了能源，提高了生产效率，降低了废气排放，屹欣优化燃烧系统已成功应用于国内多家钢铁企业的轧钢加热炉，用户数据表明，通常情况下，采用优化燃烧系统可降低原氧化烧损率的2%以上，节约煤气2.0%-5.0%。

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