【文章內(nèi)容簡介】 一。目前國內(nèi)有數(shù)以百計(jì)的工業(yè)爐采用計(jì)算機(jī)控制和管理。 1) 燃料燃燒控制 工業(yè)爐進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制的第一步是實(shí)現(xiàn)燃料燃燒控制，即實(shí)現(xiàn)爐溫、供燃料量、燃料量與空氣量的配比以及爐壓的控制，其中核心是配比燃燒控制。最簡單的辦法是按流量測量值控制配比。實(shí)際生產(chǎn)中由于換熱器漏風(fēng)、燃料熱值和壓力波動以及計(jì)量不準(zhǔn)等問題存在，使燃燒配比失真。用測量煙氣中含氧量來控制配比，即殘氧分析法，不受漏風(fēng)、熱值與壓力波動以及計(jì)量不準(zhǔn)的影響，是個(gè)好辦法。但氧化鋯探頭壽命短、價(jià)格貴 ，限制了其推廣應(yīng)用。為此又出現(xiàn)一些控制軟件技術(shù)予以彌補(bǔ)，如 自尋優(yōu)控制，多目標(biāo)專家尋優(yōu)控制等方法控制配比。脈沖式燃燒供熱技術(shù)近幾年被廣泛采用。脈沖式燃燒控制器是以高速調(diào)溫?zé)鞛榭刂茖ο?，改量控為時(shí)控，以小火作為長明火，用控制大火輸出時(shí)間來控制升溫速度。該種控制方式是在開爐調(diào)試時(shí)將小火、大火燃燒的空，燃比值設(shè)定合適即可，加熱過程中不需要動態(tài)控制空，燃比，只需控制燃料和助燃空氣壓力的穩(wěn)定，這大大地簡化了控制系統(tǒng)構(gòu)成，降低了爐子建造成本。但脈沖控制高速燃燒系統(tǒng)的實(shí)際爐膛溫度與設(shè)定控制溫度偏差較大，縮短脈沖時(shí)間，爐膛溫度與設(shè)定控溫偏差將顯著減小。上述燃料燃燒控制方法在生產(chǎn)過程中已被廣泛采用。通過實(shí)踐驗(yàn)證，上述燃燒控制方法能夠有效改善燃料燃燒狀況，為爐子其他熱工參數(shù)的自動控制提供有利條件，同時(shí)節(jié)約了燃料，提高了爐子的熱效率。燃料燃燒控制的節(jié)能效果約為5％～10％。 2) 數(shù)學(xué)模型優(yōu)化控制 在實(shí)現(xiàn)燃料燃燒控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高控制水平就要用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化控制，主要內(nèi)容是優(yōu)化爐子的熱制度。爐子熱制度的核心是爐溫制度和供熱制度，因此可以是控制爐溫曲線為最佳，也可以是控制供熱曲線為最佳。數(shù)學(xué)模型的確定方法主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)學(xué)處理得出。數(shù)學(xué)模型優(yōu)化控制在燃燒控制的基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步取得節(jié)能 5％的效果。控制爐膛壓力能保證爐子工況穩(wěn)定，提高工件加熱質(zhì)量，減少熱量損失，提高爐子熱效率。爐壓控制是在爐膛內(nèi)的合適位置設(shè)置取壓元件，通過信號的轉(zhuǎn)換，使控制閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，改變煙道閥門的開度，使?fàn)t膛內(nèi)壓力調(diào)整到設(shè)定值。爐壓恒定在最佳值范圍工作，從而消除冷空氣吸入爐內(nèi)造成爐子溫度降低或爐子冒火現(xiàn)象。這樣提高了熱能利用率，改善了爐子周圍環(huán)境條件，延長了爐子使用壽命。爐門、爐車和爐體的密封是燃料爐密封的難點(diǎn)，硅酸鋁纖維的應(yīng)用為解決爐子的密封提供了有利條件。利用硅酸鋁纖維的柔軟和富有彈性的特點(diǎn)，制成了鋼性對柔性的密封面，采用彈簧或汽缸壓緊，使?fàn)t膛成為一個(gè)密封體。爐膛密閉是控制爐壓穩(wěn)定的前提和條件。 (3)生產(chǎn)管理優(yōu)化控制 工業(yè)爐是工廠或車間中的一個(gè)局部，其工作應(yīng)放到整體中加以衡量，爐子 自身的燃燒控制、數(shù)學(xué)模型控制可能是最佳效果，但放在工廠或車間整體衡量則不一定是最優(yōu)，這當(dāng)中涉及各設(shè)備間的協(xié)調(diào)、調(diào)度和管理等問題，因此再提高一個(gè)層次就要進(jìn)行管理優(yōu)化控制。管理優(yōu)化控制的效果在數(shù)學(xué)模型優(yōu)化控制的基礎(chǔ)上可再節(jié)能約 5％。進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制的爐子要具備一些基礎(chǔ)條件，必須是有關(guān)爐子的一些成熟技術(shù)已被采用，如燃燒裝置先進(jìn)、余熱進(jìn)行回收、爐體結(jié)構(gòu)和筑爐材料合理等，否則即使采用了計(jì)算機(jī)控制也不會得到滿意的結(jié)果。 （5）結(jié)語 目前，全球經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境逐漸趨于一體化，我國能源、環(huán)保都面臨很大的壓力。工業(yè)爐的加熱技術(shù)進(jìn)步和裝備水平的提高，是一個(gè)全局性的系統(tǒng)工程，要想取得有效進(jìn)展，逐步縮小在能源效率、產(chǎn)值能耗等方面與國際先進(jìn)水平的差距，必須把政府規(guī)范行為與企業(yè)發(fā)展意識有機(jī)地結(jié)合起來，通過廣大工業(yè)爐領(lǐng)域的工作者積極研究、推廣先進(jìn)的技術(shù)和裝備，使工業(yè)爐的發(fā)展走科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、能源消耗低、環(huán)境污染少的可持續(xù)發(fā)展道路。2．方案論證1．設(shè)計(jì)題目：100t/h推鋼式加熱爐設(shè)計(jì)2．爐子工作時(shí)間：一年?duì)t子按照正常工作330天，檢修30天3．燃料的選擇: 選用混合煤氣混合煤氣干成分表 （%） 成分種類COCHOH CHCON合計(jì)焦?fàn)t煤氣100高爐煤氣__1004．生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格1） 種類：優(yōu)質(zhì)碳素鋼（20鋼）2） 尺寸：150mm150mm3000mm3） 料坯入爐溫度：t=20℃4） 金屬加熱終了溫度：℃5） 金屬斷面溫差：℃5） 廢氣出爐溫度：t=800℃6） 加熱方式：采用三段式（預(yù)熱、加熱、均熱）爐型，上下端側(cè)結(jié)合加熱7） 排煙方式：下排煙8） 換熱器的選型：平滑直管金屬換熱器（帶“一”字形紐帶插入件）9） 進(jìn)出料方式：端進(jìn)側(cè)出10）爐頂結(jié)構(gòu)：吊頂結(jié)構(gòu)采用三段式連續(xù)加熱爐優(yōu)點(diǎn)：（1）允許加熱段有更高的爐溫，因而可提高爐子的單位生產(chǎn)率。（2） 因具有均熱段，料坯出爐時(shí)可獲得較均勻的加熱。（3） 在必要時(shí)三段爐型可按兩段制度操作，而二段爐型難于按三段制度操作。（4） 三段連續(xù)加熱爐的實(shí)爐底（如果有爐底地的話）在均熱段內(nèi)，在一定程度上與高溫的加熱段分開，因而由于熔渣所造成的爐底上漲現(xiàn)象沒有二段式爐型那樣嚴(yán)重。（5） 三段式爐型均熱段末端火壓較低，可減少出料門吸風(fēng)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用三一般采段式爐型。進(jìn)料方式現(xiàn)在一般采用端進(jìn)料，而出料方式兩種方式均有使用?；诒驹O(shè)計(jì)中料坯斷面尺寸小，且要求金屬加熱終了時(shí)斷面溫差小，也就是加熱質(zhì)量要求高，綜上所述采用側(cè)出料較好。 本設(shè)計(jì)中加熱分配為：上加熱占40%，下加熱占60%；同時(shí)爐子長度上分配為：加熱段占80%，均熱段占20%。這樣分配完全根據(jù)工藝要求及產(chǎn)品要求而制定的，能使料坯良好的經(jīng)過加熱，加熱終了是斷面溫差很小。 燒嘴完全根據(jù)加熱量的分配而進(jìn)行布置的。連續(xù)加熱爐加熱段爐溫較高，且我們要求爐溫均勻性較好，因此燒嘴燃燒火焰要有一定長度和鋪展面。根據(jù)各種煤氣燒嘴的特性，查有關(guān)手冊決定選用低壓渦流式燒嘴，即DW—Ⅰ型煤氣燒嘴。 選用平滑直管金屬換熱器，并帶“一”字型紐帶插入件，這樣可以提高對流熱系數(shù)，從而提高換熱效率。其他許多設(shè)計(jì)方案在此不一一加以說明，將在熱工計(jì)算中詳細(xì)說明。3．熱工計(jì)算1．爐子生產(chǎn)率：P=100t/h。2．加熱金屬規(guī)格：1）種類：優(yōu)質(zhì)碳素鋼（20鋼）；2）尺寸：150mm150mm3000mm；3）料坯入爐溫度：t=20℃；4）金屬加熱終了溫度：1250℃；5）金屬斷面溫差：30℃。3．燃料：1）種類：混合煤氣；2）焦?fàn)t煤氣成分（干成分）：參見表3—1；表3—1 混合煤氣干成分（%） 成分種類COCHOH CHCON合計(jì)焦?fàn)t煤氣100高爐煤氣__1003）出爐膛煙氣溫度：t=800℃；4）煤氣不預(yù)熱：=20℃；5）空氣預(yù)熱溫度：t=350℃。1．混合煤氣干、濕成分的換算： 計(jì)算結(jié)果如表3—2。表3—2 混合煤氣濕成分（%） 成分種類COCHOH CHCONW合計(jì)焦?fàn)t煤氣100高爐煤氣__1002．計(jì)算混合煤氣的低發(fā)熱值1）計(jì)算焦?fàn)t煤氣低發(fā)熱值把表3—2中焦?fàn)t煤氣的濕成分代入公式得：Q=+108+358+=17518kJ/標(biāo)m2) 計(jì)算高爐煤氣低發(fā)熱值Q=+108+358=3711kJ/標(biāo)m3）焦高比為3：7的混合煤氣的低發(fā)熱值Q=17518+3711=7853 kJ/標(biāo)m：7，計(jì)算混合煤氣濕成分見表33表33混合煤氣成分（%） 成分種類COCOCHCHHONHO混合煤氣4．計(jì)算理論空氣需要量L把表3—3中混合煤氣濕成分代入公式得：L==5．計(jì)算實(shí)際空氣需要量L，取n=： L=nL L =（1+）L可得：L== L=(1+)= 把表3—3中混合煤氣濕成分代入公式（1—18）可得： = 其他見表34表3—4混合煤氣燃燒產(chǎn)物生成量及成分 成分名稱CONOHO合計(jì)生成量(標(biāo)m)體積含量(%)1007 .計(jì)算混合煤氣燃燒產(chǎn)物重度 把表3—4中燃燒產(chǎn)物體積百分含量代入式（1—21）可得：＝ ==1 .284kg/標(biāo)m8．計(jì)算燃料理論燃燒溫度 由t=350℃，查資料可得c=1 .296 kJ/標(biāo)m,空氣帶入的物理熱=Lct = = kJ/標(biāo)m 燃料帶入的物理熱= Q=(+++++++) 20 = kJ/標(biāo)m設(shè)t=1800~2100℃，可查資料得c= + kJ/標(biāo)m. 設(shè)Q=0，按式== = ℃ ≮1800℃因此可以滿足連續(xù)加熱爐的加熱工藝要求。計(jì)算的目的是確定爐氣經(jīng)過爐壁對金屬的導(dǎo)來輻射系數(shù)計(jì)算方法和步驟如下：預(yù)確定爐膛主要尺寸爐膛寬度 查工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊，對于中型加熱爐，加熱爐爐底強(qiáng)度H可取550kg/（mh），取推鋼比E=220，代入公式： 其中 P—爐子生產(chǎn)率，kg/h H—爐子有效爐底強(qiáng)度，kg/（mh） L—料坯長度，m E—推鋼比，可取200~250得n== 可取n=2則采用雙排料；將n=2代入公式B=nl+（n+1）a式中：L—料坯長度，mm a—料坯端頭與爐墻內(nèi)表面的距離，一般取200~250mm（取200mm）則：B=23 +(2+1)=對砌磚爐體結(jié)構(gòu)，為了砌筑施工方便，爐體寬度應(yīng)為耐火磚寬度（0 .116m）：，可以取B==，： B==6612mm爐膛高度：查資料，對于燃?xì)獾闹行图訜釥t，取H＝1600mm，H＝1750mm，H＝900mm，H＝1000mm，H＝1200mm3) 爐膛長度：設(shè)均熱段長度為L，加熱段長度L，預(yù)熱段長度L。4）爐頂結(jié)構(gòu)：吊頂結(jié)構(gòu)。5）出料方式：側(cè)出料。2．計(jì)算爐膛相關(guān)尺寸1）各段爐底面積 F= F F2）各段爐墻（側(cè)墻）和爐頂（吊頂結(jié)構(gòu)）面積 == 同理可得 各段包圍爐氣內(nèi)表面積 各段充滿爐氣的空腔體積 3．計(jì)算各段平均有效射程 按聶夫斯基近似公式計(jì)算得： 4．計(jì)算爐氣中二氧化碳和水汽分壓由燃料計(jì)算得：＝； ＝5 .計(jì)算各段爐氣溫度1）設(shè)均熱段爐溫比加熱終了時(shí)金屬表面溫度高75℃，即：＝＋75＝1250＋75＝1325℃2）設(shè)加熱段溫度比加熱終了時(shí)金屬表面溫度高100℃，即：＝＋100＝1250＋100=1350℃3）預(yù)熱段爐氣溫度變化規(guī)律近似圍線性，則：＝(+)/2=(1350+800)/2=1075℃6．計(jì)算各段爐氣黑度 由=+而：=可得：7 .計(jì)算爐壁對金屬的角度系數(shù)對于吊頂同理可得：8．計(jì)算各段導(dǎo)來輻射系數(shù)＝，其中：——爐氣黑度 ——爐壁對金屬的角度系數(shù) ——爐料黑度 查表21，取爐料黑度=0 .8預(yù)熱段： 加熱段： 均熱段：計(jì)算各段爐氣熱工系數(shù)列入表35表35 各段爐氣熱工系數(shù)系數(shù)各段[]預(yù)熱段加熱段均熱段金屬加熱計(jì)算是加熱爐熱工計(jì)算的核心，其主要目的是確定金屬在爐內(nèi)的加熱時(shí)間，這個(gè)時(shí)間是指金屬從入爐開始加熱到工藝要求的溫度出爐時(shí)所經(jīng)過的總時(shí)間，金屬加熱時(shí)間受鋼種、尺寸、形狀以及其在爐內(nèi)的擺放、爐型結(jié)構(gòu)、燃料種類以及溫?zé)嶂贫鹊纫幌盗幸蛩氐挠绊?。詳?xì)計(jì)算過程如下：首先將三段式加熱爐用4個(gè)界面分成三個(gè)區(qū)段，即金屬入爐處為0界面；預(yù)熱段終了加熱段開始為1界面；加熱段向均熱段過渡處為2界面；—1為預(yù)熱段；1—2為加熱段；2—、：1 2 3 4 預(yù)熱段加熱段（雙面加熱）均熱段（雙面加熱）計(jì)算4界面處金屬加熱有關(guān)參數(shù)1) 已知金屬表面溫度和金屬斷面溫差，用公式 式中：—均熱度，可以在設(shè)計(jì)手冊上查圖310可得，一般取0 .6，即相當(dāng)于取0 .242) 加熱時(shí)間 其中 S—金屬透熱深度 —金屬導(dǎo)溫系數(shù)查表37得，1250℃時(shí)，20鋼的導(dǎo)溫系數(shù)= m/h則由金屬加熱工藝可知，出爐時(shí)鋼坯斷面溫差為30℃，則加熱終了是鋼坯平均溫度℃3）加熱終了時(shí)鋼坯表面的熱流查表31得，1230℃時(shí)鋼的導(dǎo)溫系數(shù)= KJ/（℃）KJ/（m）4）均熱段爐氣溫度： t℃計(jì)算結(jié)果與假設(shè)均熱段爐氣溫度相差很小，所以不需要重新計(jì)算.計(jì)算3界面處金屬有關(guān)參數(shù)前面已經(jīng)計(jì)算得F=由式（326） KJ/（℃） 根據(jù)F 查表313得 =1240℃按式（85）得： =172551 2)加熱段爐氣溫度 =1358℃與假設(shè)相差的不大，不需要重新計(jì)算。計(jì)算金