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[摘要]：本文介绍了新型蓄热式燃烧技术及原理和换向控制系统，及其在莱钢特钢事业部小型成材车间的应用情况，对新型蓄热式加热炉的应用和技术优势及应注意的问题进行分析，更新了小型成材车间加热炉的燃烧换向控制系统。
[关键词]：新型蓄热式燃烧技术 蓄热体 蓄热式HTAC技术 换向控制系统
中图分类号：TQ534.3 文献标识码：TQ 文章编号：1009-914X（2012）12- 0027–01
1前言
蓄热式燃烧技术是一项传统技术，新型蓄热室传热效率高和换向周期短，带来的效果是排烟温度低（200℃以下），被预热节制的预热温度高（约为炉温的 80～90%），因此，废气余热得到接近极限的回收，蓄热室的温度效率可达85%以上，热回收效率达80%以上。 蓄热式高温空气燃烧技术（HTAC）具有极限利用烟气余热和极大降低NO x排放的优点。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，烟气中的热量回收率可达烟气总热量的70% ～ 80% ，提高了能源的利用率。
2新型蓄热式燃烧技术原理
蓄热式高温空气燃烧技术原理如图1所示。
新型蓄热式燃烧呈对布置（A、B状态），从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进蓄热式燃烧器A后，再经过蓄热式燃烧器A（陶瓷小球或蜂窝体）时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度（一般 为炉膛温度的80-90%），被加热的高温热空气进入炉膛后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料，燃料在贫氧状态下实现燃烧；与此同时，炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热式燃烧器B排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热式燃烧器B时将热量储存在蓄热式燃烧器B内的蓄热体，然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀排出。当 B 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B侧通道经蓄热体进入，热烟气从A侧通道排出，如此循环，使得两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热状态交替工作，两个蓄热体自动进行蓄热与放热状态的切换，从而达到节能和降低NOX排放量等目的。常用换向周期30-180s。
2.1蓄热体性能比较及应用案例
莱钢特钢厂采用蓄热式燃烧换向技术对小型车间加热炉大修改造，2008年5月6日开工，至2008年6月3日投 产，采用蜂窝体为蓄热体的蓄热式烧嘴加热技术，加热炉长22.14m，宽5.36m，钢坯规格 220×250×3250 （mm?），加热能力72t/h，加热钢温1180-1230℃（仪表记录显示），空气预热温度达1040℃，燃料为高炉、焦炉混合煤气，排出烟气低于150℃。
2.2技术优势
（1）蓄热式燃烧不仅仅依靠蓄热体进行预热，提高空气温度，它同时还改变了组织燃料进行燃烧的方式，是一种先进的弥漫式燃烧方式，这种特殊的燃烧方式将炉膛作为反应器，扩展火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到炉膛的边界，从而使得炉膛内温度分布均匀，不易形成局部高温，一方面消除了局部高温提高了加热质量，经过加热后的钢坯在轧制过程中没有明显的“黑印”，从而使得产品质量得到保障，另一方面炉膛的平均温度增加，加强了炉内传热，延长了炉膛寿命。
（2）由于火焰不是在烧嘴产生的，而是在炉膛空间内才开始燃烧，因而燃烧噪声低。
（3）在助燃空气预热温度高达 1000℃情况下，由于燃料在贫氧（2-20%）状态下燃烧，炉内NOx生成量反而大大减少，NOx排放量可达50-150ppm，达到国家一级排放标准以上。
（4）炉膛内为贫氧燃烧，使得加热炉加热的钢坯氧化烧损大为减少，钢坯氧化烧损约降低0.3%。
（5）节能潜力巨大，节能15-30%，同时大大缓解了大气的温室气体排放，CO2的排放量降低约30%。
3系统结构及软件配置
淘汰落后的控制系统，新的控制系统采用Siemens系列的S7-400 PLC，通过PROFIBUS-DP协议与两个S7-300从机架通讯，上位机与PLC 通讯模板通过工业以太网协议通讯。上位机采用研华工控机PentiumⅣ 3.2，内存1GB，软件平台，软件平台Microsoft Windows XP；采用功能强大的STEP-7 V5.4软件包进行软件开发，以实现计算机控制换向系统的各种功能；采用WinCC 6.0（Windows Control Center）组态软件建立人机界面进行加热炉热工参数监测及运行控制。
3.1 人机画面构成
系统通过 TCP/IP通信模板实现主站 S7-400PLC 和上位机之间的数据通信。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、10个电动调节阀的开关模拟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， 换向阀的运行情况，换向阀的位置，还有换向剩余时间等。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功能； 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
4 换向系统控制功能的实现
莱钢特钢厂小型加热炉采取助燃空气单预热的方式，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，有利于节能[3]。换向控制系统是蓄热式控制系统最重要的组成部分。 换向系统分为手动换向控制、自动换向控制和换向初始位置。
4.1手动换向控制
系统手动换向通过安装在控制柜上的控制按钮实现，并在控制柜上装有指示灯，显示换向阀开关位置。在烘炉阶段或检修修、程序出现故障时，可以使用手动控制在控制柜上对设备进行控制，防止因出现故障而导致加热炉停产；设备和 PLC 皆正常工作时，使用自动控制方式，通过PLC 对设备进行自动控制和监视。
4.2自动换向控制
根据蓄热式原理和蓄热式烧嘴的结构，自动换向控制采用定时换向、超温强制换向和故障强制换向3 种方式相结合。
换向控制系统在正常生产时采用定时换向，当烧嘴排烟温度高于报警值时，可采取缩短换向时间的方法进行调节；炉内某段实際温度高于1300℃时，系统将强制这段换向，并调节燃料和助燃空气的流量；换向阀或煤气阀在5S内没有开关到位，系统将强制换向阀回到初始状态。
5 结论
采用了新型蓄热式燃烧技术和更新了换向控制系统后，效果明显，节省了加热炉燃料，提高了热效率，减少了污染物排放率，满足了节能减排和提高生产效率的要求。
参考文献
[1] 吴存宽 ， 吴彬林 . 高温空气燃烧技术发展与应用 [J] . 工业炉 ，2003
[2] 杨军峰 . 高温空气燃烧技术在锻造加热炉上的应用 [J]. 工业加热 ，2004
[3] 张朝红 ， 桂万根 ， 李 东 ， 等 . 全分散换向技术在蓄热式加热炉上的应用 [J]. 工业炉 ，2003
[关键词]：新型蓄热式燃烧技术 蓄热体 蓄热式HTAC技术 换向控制系统
中图分类号：TQ534.3 文献标识码：TQ 文章编号：1009-914X（2012）12- 0027–01
1前言
蓄热式燃烧技术是一项传统技术，新型蓄热室传热效率高和换向周期短，带来的效果是排烟温度低（200℃以下），被预热节制的预热温度高（约为炉温的 80～90%），因此，废气余热得到接近极限的回收，蓄热室的温度效率可达85%以上，热回收效率达80%以上。 蓄热式高温空气燃烧技术（HTAC）具有极限利用烟气余热和极大降低NO x排放的优点。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，烟气中的热量回收率可达烟气总热量的70% ～ 80% ，提高了能源的利用率。
2新型蓄热式燃烧技术原理
蓄热式高温空气燃烧技术原理如图1所示。
新型蓄热式燃烧呈对布置（A、B状态），从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进蓄热式燃烧器A后，再经过蓄热式燃烧器A（陶瓷小球或蜂窝体）时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度（一般 为炉膛温度的80-90%），被加热的高温热空气进入炉膛后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料，燃料在贫氧状态下实现燃烧；与此同时，炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热式燃烧器B排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热式燃烧器B时将热量储存在蓄热式燃烧器B内的蓄热体，然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀排出。当 B 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B侧通道经蓄热体进入，热烟气从A侧通道排出，如此循环，使得两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热状态交替工作，两个蓄热体自动进行蓄热与放热状态的切换，从而达到节能和降低NOX排放量等目的。常用换向周期30-180s。
2.1蓄热体性能比较及应用案例
莱钢特钢厂采用蓄热式燃烧换向技术对小型车间加热炉大修改造，2008年5月6日开工，至2008年6月3日投 产，采用蜂窝体为蓄热体的蓄热式烧嘴加热技术，加热炉长22.14m，宽5.36m，钢坯规格 220×250×3250 （mm?），加热能力72t/h，加热钢温1180-1230℃（仪表记录显示），空气预热温度达1040℃，燃料为高炉、焦炉混合煤气，排出烟气低于150℃。
2.2技术优势
（1）蓄热式燃烧不仅仅依靠蓄热体进行预热，提高空气温度，它同时还改变了组织燃料进行燃烧的方式，是一种先进的弥漫式燃烧方式，这种特殊的燃烧方式将炉膛作为反应器，扩展火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到炉膛的边界，从而使得炉膛内温度分布均匀，不易形成局部高温，一方面消除了局部高温提高了加热质量，经过加热后的钢坯在轧制过程中没有明显的“黑印”，从而使得产品质量得到保障，另一方面炉膛的平均温度增加，加强了炉内传热，延长了炉膛寿命。
（2）由于火焰不是在烧嘴产生的，而是在炉膛空间内才开始燃烧，因而燃烧噪声低。
（3）在助燃空气预热温度高达 1000℃情况下，由于燃料在贫氧（2-20%）状态下燃烧，炉内NOx生成量反而大大减少，NOx排放量可达50-150ppm，达到国家一级排放标准以上。
（4）炉膛内为贫氧燃烧，使得加热炉加热的钢坯氧化烧损大为减少，钢坯氧化烧损约降低0.3%。
（5）节能潜力巨大，节能15-30%，同时大大缓解了大气的温室气体排放，CO2的排放量降低约30%。
3系统结构及软件配置
淘汰落后的控制系统，新的控制系统采用Siemens系列的S7-400 PLC，通过PROFIBUS-DP协议与两个S7-300从机架通讯，上位机与PLC 通讯模板通过工业以太网协议通讯。上位机采用研华工控机PentiumⅣ 3.2，内存1GB，软件平台，软件平台Microsoft Windows XP；采用功能强大的STEP-7 V5.4软件包进行软件开发，以实现计算机控制换向系统的各种功能；采用WinCC 6.0（Windows Control Center）组态软件建立人机界面进行加热炉热工参数监测及运行控制。
3.1 人机画面构成
系统通过 TCP/IP通信模板实现主站 S7-400PLC 和上位机之间的数据通信。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、10个电动调节阀的开关模拟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， 换向阀的运行情况，换向阀的位置，还有换向剩余时间等。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功能； 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
4 换向系统控制功能的实现
莱钢特钢厂小型加热炉采取助燃空气单预热的方式，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，有利于节能[3]。换向控制系统是蓄热式控制系统最重要的组成部分。 换向系统分为手动换向控制、自动换向控制和换向初始位置。
4.1手动换向控制
系统手动换向通过安装在控制柜上的控制按钮实现，并在控制柜上装有指示灯，显示换向阀开关位置。在烘炉阶段或检修修、程序出现故障时，可以使用手动控制在控制柜上对设备进行控制，防止因出现故障而导致加热炉停产；设备和 PLC 皆正常工作时，使用自动控制方式，通过PLC 对设备进行自动控制和监视。
4.2自动换向控制
根据蓄热式原理和蓄热式烧嘴的结构，自动换向控制采用定时换向、超温强制换向和故障强制换向3 种方式相结合。
换向控制系统在正常生产时采用定时换向，当烧嘴排烟温度高于报警值时，可采取缩短换向时间的方法进行调节；炉内某段实際温度高于1300℃时，系统将强制这段换向，并调节燃料和助燃空气的流量；换向阀或煤气阀在5S内没有开关到位，系统将强制换向阀回到初始状态。
5 结论
采用了新型蓄热式燃烧技术和更新了换向控制系统后，效果明显，节省了加热炉燃料，提高了热效率，减少了污染物排放率，满足了节能减排和提高生产效率的要求。
参考文献
[1] 吴存宽 ， 吴彬林 . 高温空气燃烧技术发展与应用 [J] . 工业炉 ，2003
[2] 杨军峰 . 高温空气燃烧技术在锻造加热炉上的应用 [J]. 工业加热 ，2004
[3] 张朝红 ， 桂万根 ， 李 东 ， 等 . 全分散换向技术在蓄热式加热炉上的应用 [J]. 工业炉 ，2003