燃?xì)鉅t燃油爐中脈沖燃燒技術(shù)的應(yīng)用

燃?xì)鉅t燃油爐中脈沖燃燒技術(shù)的應(yīng)用

1  前言  

燃?xì)鉅t燃油爐的燃燒控制水平直接影響到生產(chǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)，例如：產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗等。目前國(guó)內(nèi)的工業(yè)爐一般都采用連續(xù)燃燒控制的形式，即通過(guò)控制燃料、助燃空氣流量的大小來(lái)使?fàn)t內(nèi)的溫度、燃燒氣氛達(dá)到工藝要求。由于這種連續(xù)燃燒控制的方式往往受到燃料流量的調(diào)節(jié)和測(cè)量等環(huán)節(jié)的制約，所以目前大多數(shù)工業(yè)爐的控制效果不佳。隨著工業(yè)爐工業(yè)的迅猛發(fā)展，脈沖式燃燒控制技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，并在國(guó)內(nèi)外得到一定程度的應(yīng)用，取得了良好的使用效果。 

2  燃?xì)鉅t燃油爐采用脈沖燃燒的必要性 

目前高檔工業(yè)產(chǎn)品對(duì)燃?xì)鉅t燃油爐內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性要求較高，對(duì)燃燒氣氛的穩(wěn)定可控性要求較高，使用傳統(tǒng)的連續(xù)燃燒控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)。隨著寬斷面、大容量的工業(yè)爐的出現(xiàn)，必須采用脈沖燃燒控制技術(shù)才能控制爐內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性。 

3  脈沖燃燒控制的原理和優(yōu)勢(shì) 

顧名思義，脈沖燃燒控制采用的是一種間斷燃燒的方式，使用脈寬調(diào)制技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)燃燒時(shí)間的占空比（通斷比）實(shí)現(xiàn)窯爐的溫度控制。燃料流量可通過(guò)壓力調(diào)整預(yù)先設(shè)定，燒嘴一旦工作，就處于滿負(fù)荷狀態(tài)，保證燒嘴燃燒時(shí)的燃?xì)獬隹谒俣炔蛔?。?dāng)需要升溫時(shí)，燒嘴燃燒時(shí)間加長(zhǎng)，間斷時(shí)間減小；需要降溫時(shí)，燒嘴燃燒時(shí)間減小，間斷時(shí)間加長(zhǎng)。

脈沖燃燒控制的主要優(yōu)點(diǎn)為： 

傳熱效率高，大大降低能耗。 
可提高爐內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性。 
無(wú)需在線調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)燃燒氣氛的精確控制。 
可提高燒嘴的負(fù)荷調(diào)節(jié)比。 
系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，造價(jià)低。 
減少NOx的生成。 

普通燒嘴的調(diào)節(jié)比一般為1：4左右，當(dāng)燒嘴在滿負(fù)荷工作時(shí)，燃?xì)饬魉佟⒒鹧嫘螤?、熱效率均可達(dá)到最佳狀態(tài)，但當(dāng)燒嘴流量接近其最小流量時(shí)，熱負(fù)荷最小，燃?xì)饬魉俅蟠蠼档停鹧嫘螤钸_(dá)不到要求，熱效率急劇下降，高速燒嘴工作在滿負(fù)荷流量50%以下時(shí)，上述各項(xiàng)指標(biāo)距設(shè)計(jì)要求就有了較大的差距。脈沖燃燒則不然，無(wú)論在何種情況下，燒嘴只有兩種工作狀態(tài)，一種是滿負(fù)荷工作，另一種是不工作，只是通過(guò)調(diào)整兩種狀態(tài)的時(shí)間比進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，所以采用脈沖燃燒可彌補(bǔ)燒嘴調(diào)節(jié)比低的缺陷，需要低溫控制時(shí)仍能保證燒嘴工作在最佳燃燒狀態(tài)。在使用高速燒嘴時(shí)，燃?xì)鈬姵鏊俣瓤欤怪車纬韶?fù)壓，將大量窯內(nèi)煙氣吸人主燃?xì)鈨?nèi)，進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌?，延長(zhǎng)了煙氣在窯內(nèi)的滯流時(shí)間，增加了煙氣與制品的接觸時(shí)間，從而提高了對(duì)流傳熱效率，另外，燃?xì)鉅t燃油爐內(nèi)煙氣與燃?xì)獬浞謹(jǐn)嚢杌旌?，使燃?xì)鉁囟扰c窯內(nèi)煙氣溫度接近，提高窯內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性，減少高溫燃?xì)鈱?duì)被加熱體的直接熱沖擊。 

燃燒氣氛的調(diào)節(jié)是提高燃燒熱處理設(shè)備性能必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的連續(xù)燃燒控制只能通過(guò)在線測(cè)量煙氣殘氧量，反饋給燃燒氣氛控制器，然后實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制助燃空氣流量執(zhí)行器的輸出，才能精確控制爐內(nèi)的燃燒氣氛。由于檢測(cè)煙氣殘氧的氧化鋯傳感器的可靠性、壽命和價(jià)格的原因，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的使用往往不理想。有些窯爐自控系統(tǒng)干脆采用一臺(tái)比例跟隨器，使助燃空氣的流量與燃料的流量成固定的比例，但這種方法不得不將助燃空氣的富余量留得很大，達(dá)不到最佳的節(jié)能和控制過(guò)剩氧含量（或過(guò)剩空氣系數(shù)）的要求。采用脈沖燃燒控制方式，可以將油壓和風(fēng)壓一次性調(diào)整到合適值，在系統(tǒng)投人運(yùn)行后，只需保持這兩個(gè)壓力穩(wěn)定即可。對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量和控制要比流量簡(jiǎn)單得多，可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況采取全自動(dòng)控制，也可以采取人工手動(dòng)控制。 

與連續(xù)燃燒控制相比，脈沖燃燒控制系統(tǒng)中參與控制的儀表大大減少，僅有溫度傳感器、控制器和執(zhí)行器，省略了大量?jī)r(jià)格昂貴的流量、壓力檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)。并且，由于只需要兩位式開關(guān)控制，執(zhí)行器也由原來(lái)的氣動(dòng)（電動(dòng)）閥門變?yōu)殡姶砰y門，增加了系統(tǒng)的可靠性，大大降低了系統(tǒng)造價(jià)。 

4  脈沖燃燒控制技術(shù)在工業(yè)爐窯中的應(yīng)用 

我公司為在工業(yè)爐行業(yè)中普及脈沖燃燒控制技術(shù)，研制開發(fā)出了“恒盛爐業(yè)脈沖燃燒系統(tǒng)”，由高速燃燒器和工業(yè)爐控制系統(tǒng)兩部分組成，采用脈沖燃燒技術(shù)來(lái)完成工業(yè)爐的升溫、控溫。對(duì)于燃?xì)飧G爐內(nèi)部溫度場(chǎng)和溫度波動(dòng)力±2°C，對(duì)于燃油（柴油）窯爐內(nèi)部溫度場(chǎng)和溫度波動(dòng)為±3°C，在使用柴油為燃料的熱處理爐上效果良好。 

普通燃燒器當(dāng)窯爐內(nèi)部溫度低于燃料自燃溫度時(shí)，燃燒器燃料間斷后火焰立即熄滅，無(wú)法繼續(xù)燃燒，為此我公司研制開發(fā)了帶有先導(dǎo)點(diǎn)火裝的高速燃燒器，此先導(dǎo)點(diǎn)火裝置的發(fā)熱量只占燃燒器設(shè)計(jì)發(fā)熱量的1/20~1/30，對(duì)爐內(nèi)溫度不會(huì)產(chǎn)生影響，解決了熄火這一問(wèn)題，并采用當(dāng)今最先進(jìn)的霧化技術(shù)--氣泡霧化技術(shù)，使燃燒器的霧化效果更好、霧化介質(zhì)使用量更少，原來(lái)燒輕柴油的窯爐現(xiàn)可燒重柴油。

工業(yè)爐控制系統(tǒng)采用工業(yè)PC機(jī)作為控制單元，采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu)，功能強(qiáng)大、畫面豐富、用戶界面友好。所有部件均選用進(jìn)口產(chǎn)品，從而使系統(tǒng)更加可靠。

該系統(tǒng)具有以下功能： 

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爐內(nèi)各點(diǎn)的溫度、煙氣殘氧、爐膛壓力、油（煤氣）壓、助燃風(fēng)壓、燃料流量和助燃風(fēng)流量等參數(shù)。 
具有上、下限報(bào)警功能，報(bào)警打印功能，報(bào)警上、下限由用戶設(shè)定，并能將報(bào)警記錄儲(chǔ)存，用戶可任意查詢、打印。 
可按用戶設(shè)定的溫度值或溫度曲線對(duì)爐內(nèi)各區(qū)段進(jìn)行升、降控制，其中升溫采用脈沖燃燒控制，降溫采用強(qiáng)制脈沖風(fēng)冷控制。 
可按用戶設(shè)定的燃燒氣氛對(duì)爐內(nèi)的煙氣殘氧進(jìn)行控制。 
可對(duì)爐膛壓力進(jìn)行控制。 
可對(duì)窯爐的進(jìn)出料進(jìn)行控制。 
具有歷史數(shù)據(jù)查詢功能，可按用戶需要存儲(chǔ)、顯示、打印歷史數(shù)據(jù)。 
具有報(bào)表打印功能，實(shí)時(shí)脫機(jī)打印班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)。 
具有動(dòng)態(tài)工藝圖，可顯示整個(gè)窯爐的工藝流程圖，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示爐內(nèi)各點(diǎn)參數(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示爐內(nèi)火焰燃燒狀態(tài)。
在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，采用普通的脈寬調(diào)制的方法調(diào)節(jié)燃燒占空比時(shí)，當(dāng)占空比接近0%或100%時(shí)，間斷或燃燒的時(shí)間太短，現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行效果不理想，于是我們引人了最小時(shí)間這一概念，將間斷和燃燒的最小時(shí)間定為3秒，當(dāng)占空比接近0%或100%時(shí)，延長(zhǎng)相應(yīng)的燃燒和間斷時(shí)間即可解決這一問(wèn)題。 

5  結(jié)論

燃?xì)鉅t燃油爐脈沖燃燒作為一項(xiàng)新技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景，可廣泛應(yīng)用于陶瓷、冶金、石化等行業(yè)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低燃耗、減少污染將發(fā)揮重大作用，是工業(yè)爐行業(yè)自動(dòng)控制的一次革新，將成為未來(lái)工業(yè)熱處理加熱爐燃燒技術(shù)的發(fā)展方向。 

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