燃气台车炉

燃气台车炉的组成及结构描述

炉体及炉衬

炉体外壳由型钢和钢板焊接而成，设计寿命为四个大修周期。炉衬采用全纤维结构，层铺、叠铺相结合的方式，即吊挂式锆铝模块加普铝纤维毯的炉衬结构。炉衬厚度320mm，硅酸铝耐火纤维模块密度≥230kg/m3,炉衬表面喷强化涂料。

台车

台车采用车轮式自行结构，台车行走速度：5～6米/分。传动设置台车机械定位。车架设计牢固可靠，采用型钢焊接而成。台车行走平稳，传动灵活，定位准确可靠，维护方便；台车密封、炉门密封采用四连杆密封，要求密封良好,气、传动元件和炉门、台车压紧推杆。加强炉后密封，台车与砂封槽隔热采用纤维隔热，保证台车、炉门周围不跑火和不吸入冷风，并实现台车、炉门、密封装置的互动联锁保护。台车砌砖座采用RQTSi5，厚度25mm。

炉门及提升机构

炉门钢结构采用防变形钢结构炉门框，全纤维耐火隔热层。其有耐热振性好，隔热性好，容易密封等特点

炉门密封采用四连杆压紧式密封，炉前护板采用RQTSi5铸板。

炉门提升机构采用电动葫芦传动，炉门上下设有限位开关保险机构，并与炉门密封动作、炉车动作连锁。

密封系统

炉体密封方式不合理是台车煤气炉存在的普遍问题。由此引发了使用中的一系列问题，例如炉用机械及结构件损坏频繁、大修周期短、热效率低下、工件氧化严重等等。此次方案中我们借鉴我厂引进的比利时技术，采用电动推杆压紧式结构，将消除旧式滑动密封带来的所有弊病。其优点就是：提高了炉体的气密性、改善炉内温度场，密封件长期使用不易损坏、减少炉子的日常维护量。

炉体两侧与炉车间留有50mm间隙，此部位采用耐火纤维电动退刚自动压紧结构。

炉后密封靠台车进炉的动力惯性压紧置于炉体后下部的耐火纤维块，可确保炉体后侧可靠密封。

炉门四周则利用炉门下降到位后的电动推杆动作压紧耐火纤维密封块。

管路系统

炉体煤气管路由车间总管引下取气，煤气总管两道闸板阀门采用明杆式。设电动调节阀保证总管煤气压力稳定。该炉煤气、空气流量、压力调节不得影响其他炉子正常执行工艺。煤气设单独计量装置，空气、煤气实现流量自动配比，保证煤气燃烧。煤气总管、各支管和烧嘴前设有效排污装置。设置煤气快速切断装置及其他系统。

助燃空气管路由车间总风管引下取风，每炉设电动调节阀自动调节取风量，保证嘴前风压稳定。炉前主管道设防爆装置。采用空气单预热，预热温度自动测量和显示，设置超温报警和自动放散装置。

台车式热处理炉燃烧系统及排烟系统概述

燃气炉的核心部分在于燃烧系统和自动化系统,

自动化系统包括燃烧自动化系统和基础自动化系统，基础自动化系统包含（仪表、电气自动化系统）两部分，

燃烧系统的组成：燃气主管路，燃气支管路，烧嘴及烧嘴控制器和点火变压器；

空气主管路，空气支管路，空手动调节碟阀及空燃比例阀等组成；

燃气主管路设备有:燃气过滤器,高压压力表,燃气减压阀,低压压力表,放散阀,压力开关,电动快切阀 压力边送器.流量计等组成

空气主管路设备有:风压压力表,风压开关,压力边送器等组成

空气支管路设备有:手动蝶阀,手动高温流量调节碟阀及波纹管组成

电气自动化系统：配电柜,PLC控制柜,操作台，计算机等组成

l 根据工艺和炉温的要求，结合炉膛尺寸，热处理炉采用高速脉冲烧嘴， 结合炉子的宽度和炉墙的的距离，我们将烧嘴配合耐高温的缩口型碳化硅套管使用。即能提高烧嘴的出口速度，还能让火焰成型;

l 热处理炉: 14只高速烧嘴,单只烧嘴功率为 450kw，烧嘴型号SIO140HB，

l 烧嘴具备自动点火、火焰自动监测，熄火自动保护等功能,由于烧嘴出口速度快,充分的将热气流在炉内搅拌,保证炉膛炉温均匀性.

综合产品品质、维护方便，操作简单，等方面的因素，故该炉所有燃烧设备如：燃气过滤器,高压压力表,燃气减压阀,低压压力表,放散阀,压力开关,电动快切阀 ；燃气电磁阀,空燃比例阀.流量调节旋塞阀，风压压力表,风压开关, ,脉冲蝶阀,手动高温流量调节碟阀等全部采用产品；

l 燃气炉的主要技术特点是在燃烧及其控制方面，燃烧技术采用了具有先进技术水平的时序脉冲控制技术，具有控温精度高、温度均匀、空气燃气自动比例调节、燃烧状态好、氮氧化物NOx排量低等特点。

l 燃气炉燃烧方式采用时序脉冲控制技术。

l 热处理炉每台炉子烧嘴进行分区控制，每只烧嘴为一个控温区

l 脉冲控制技术特点每个烧嘴可以进行单独调节；系统接收每区控温信号，经脉冲控制软件包处理后分别控制每个烧嘴的大/小火时序时间，使每区炉温均匀性好，高速脉冲的烧嘴能搅拌炉内气氛，使炉温均匀性大为提高。

l 每个烧嘴还配有自动点火、火焰自动监测及熄火自动保护功能，能实时显示烧嘴的工作状态，该系统具有温度均匀性好、热负荷变化大、节能等优点。以保证系统运行稳定。

l 每套高速烧嘴都配有烧嘴点火控制箱，烧嘴控制箱内含烧嘴自动控制器IFD258-5/1W及点火变压器COFI8KV，并与PLC系统连接，该控制箱置于现场每个烧嘴旁边，操作方便，显示直观。操作箱上有带灯的点火按纽及复位按纽,熄火后可以从新执行点火程序。

l 单只烧嘴点火应可以两地操作，就地可用点火控制箱点火，在控制室计算机人机对话画面上可以通过鼠标进行对每个烧嘴点火/熄火的操作。

l 在上位计算机人机对话画面上设有显示炉内工艺画面，可直接操作各烧嘴的点火、小火、大火控制和观察工况。各烧嘴都有熄火报警装置。

l 燃烧控制方式采取全自控控温方式,无须人工干涉,所有的升温,保温和降温全部采用计算机完成;提高自动化程度;操作简单,维护方便;处理不同的工件只需把热处理的工艺曲线输入进计算机,系统即可自动运行;

l 燃烧控制系统设有自动熄火监控和断电关闭保护功能，一旦烧嘴灭火或燃烧不好，控制系统就会立即自动切断烧嘴前天然气阀并报警。同时所有阀门采用电开式，一旦停电就会自动关闭阀门，防止事故发生。

l 各烧嘴的开关，大小火状态切换等信号均通过模块传送给PLC，并在上位工控计算机上实行监控。

在天然气总管系统上还配有，燃气过滤器、燃气稳压阀、压力表、高压力开关、低压压力开关，释放阀，紧急切断阀等设备。如果管道内压力或过低，不能满足烧嘴正常燃烧时，压力开关均会报警，并输出信号切断燃气供给；

l 风机出口的风压开关时时检测风机出口压力，一旦风机欠压不能保证烧嘴正常燃烧时也会输出信号，切断燃气总管电动阀，停止燃气供给，保证整套系统可实施性。

b.本烧嘴具有高切换频率，直接点火与控制且保证低污染水平，其配备的点火及火焰监测电极可方便地单独拆装，烧嘴依据喷射混合原理新将空气与燃气充分混合，可防止燃气回火。

c.烧嘴还设有小火状况，保证了运行。并控制炉内温度变化，提高了保温性能。

d.在正常保温阶段，烧嘴处于小火状况。

烧嘴调节范围大，非常适合热处理品种多，工艺温度变化大的炉子使用，烧嘴可实现大小火按时间比例交替，以满足各种加热温度和速度的需要。

l 燃气炉的基础自动化系统包括仪表自动化和电气自动化两部分，主要由PLC、现场仪表、脉冲控制软件包等组成。

l 每台炉子都有单独的配电柜和PLC控制柜，配电柜和控制柜采用仿德国威图产品，柜子尺寸按标准尺寸；所有低压电器采用西门子或施耐德产品；

l 每个温控区， 1个炉膛温度控制点。其控制功能设置围绕炉温控制而展开，辅以炉压控制，和天然气总管压力控制。

l

4．1主要检测控制项目

A 温度检测：

B 压力检测：

C 流量检测：可选

D 其它检测：

4．2主要控制功能；

l 为了保证加热制度的灵活性，并满足特殊工件的加热要求。该炉的时序脉冲控制技术。对每个烧嘴进行单独调节和控制。

l 在传统的燃烧控制方式中，加热炉的加热一般是通过调节燃料和空气的流量使它们按比例混合达到充分燃烧的。也就是说，燃料和空气的变化是连续的。在燃料热值较高的情况下，使用少量的的燃料就可以满足加热工艺的需要，燃料和空气的流量均比较小，输送燃料的管路的截面也较小，如果采用传统的连续控制方式，控制燃料和空气的蝶阀就会较小，导致蝶阀工作在非线性死区。而控制系统的响应能力无法满足流量的变化的需要，因此控制的温度误差较大，为了解决这些问题，我们采用时序脉冲燃烧技术进行加热炉的燃烧控制。

l 时序的燃烧技术是通过控制烧嘴的燃烧时序和燃烧的时间来控制炉子的温度，并且每个烧嘴可以进行单独的调节和控制。这种控制方式的动态性能好，控制温度波动小，节约燃料，目前已经得到的广泛的重视和应用。我国自90年代初开始引进这种新技术，经实际应用验证，效果很好，比传统的控制方式有许多优点，具有很好的应用价值。

l 要很好的实现时序脉冲控制技术，充分发挥燃烧技术的优点，相应的烧嘴、烧嘴控制器、点火变压器、空燃比例阀的工作性能均应与之配套。

l 烧嘴何时大/小火是由脉冲控制软件包控制的，而烧嘴的燃烧时间是由设定温度和炉子实际温度的偏差值决定的，这就要求烧嘴控制器和烧嘴有快速的反应能力。当烧嘴控制器检测不到火焰时，便将相应的燃气阀门切断，提高了系统的，燃气随空气流量的变化时具备快速的跟随性，系统具备自动点火、火焰检测，熄火自动保护等功能。

u 系统具备计算机手动和计算机全自动控温两种功能：

自动控温：采用PLC内嵌脉冲控制软件包完成脉冲控制，并由脉冲燃烧模块控制各区烧嘴的大小火时序来实现各区的温度控制，PLC系统具备PID调节功能，并可以存储热工曲线。

u 大/小火通过空气管路脉冲阀门接受控温信号，燃气管路比例阀随空气的大/小随动；使空气和燃气始终是恒定的配比，大小火功率可调；烧嘴调节比应为1：10

u 每台炉子，分区控制，每区相应热电偶，如果被测各段炉温超出设定值，系统将报警以便及时处理。

u 计算机显示、记录所有温度信号、仪表盘显示控温信号。

u 采用2支K型热电偶测量

u 换热器前，后温度测量

u 如检测换热器温度超温会自动报警，并给换热器实施掺冷风动作，保证换热器使用寿命

u 计算机显示记录，

u 天然气总管设置德国霍科德（KROM）公司的减压阀，保证系统压力稳定；

u 天然气总管入口处设置压力变送器检测

u 天然气总管压力低连锁报警功能

u 计算机显示记录，

空气总管压力控制

u 为了保证燃烧稳定性，在助燃空气总管上设有压力检测装置，风机出口有压力表就地显示风压，压力过低，风压压力开关均会有开关量信号输出；

u 空气总管入口处设置压力变送器检测

u 空气总管压力低连锁报警功能

u 炉压控制对于本炉操作是至关重要的一个方面。本方案借助于高温烟道调节阀实现炉压调节，将炉压控制在微正压（＋10～＋30Pa）；

u 炉顶设微差压变送器监测与电子式执行机构烟道蝶阀形成闭环控制；

u 炉膛压力高、低报警

u 计算机显示记录，仪表盘显示

u 燃气炉压力变送器和微差压变送器采用采用德国WACHER公司产品或国内品牌

联锁控制逻辑

因为本炉燃料为天然气，所以连锁逻辑就较为重要，主要设计以下几项：

u 停电、重大故障时自动切断天然气供给；

u 燃气压力控制连锁逻辑；压力或过低，切断天然气供给；

u 空气总管压力控制连锁逻辑；空气压力过低，切断天然气供给；

电气控制完成助燃风机、燃烧系统配电、仪电系统配电等部分的控制。均在控制柜内完成。电气控制系统含炉区范围内的电气控制和低压配电。炉区全部采用低压（380V/220VAC）供电。

l 控制范围：

u 炉门升降控制：采用点动控制，设炉门限位开关，上升、下降、上到位、下到位报警并指示

u 炉门、密封设备相互连锁；进料： 出料：升炉门

u 吹扫程序；

u 开风机后自动进入吹扫程序，此时控制系统不允许点火，吹扫完成后，具备点火条件，可以实施点火，并进入温控。

l 控制功能设置

u 炉区范围内可控设备的单体控制和联锁控制

u 燃烧系统配电

u 仪表系统配电

6.控制系统

l 下位机

u 该控制系统具备手动/自动控制功能。

u 炉区自动化控制系统燃烧控制系统、电气自动化控制系统每台炉子由1套西门子SIMATIC S7-300 PLC组成。主要完成通讯、数据的采集、重要的逻辑控制等，例如：切断、吹扫、点火正常/故障等。

u 每台炉子应有单独的配电柜和PLC控制柜，热处理炉一台工控机

u 该炉子的控制独立自成系统，且具备PROFIBUS-DP通讯接口，以便完成多台炉子的集控系统。

u 数字量输入模块，采用28点，DC24v输入标准模块。

u 数字量输出模块，采用28点，开闭能力DC24v 2A输出标准模块。

u 模拟量输入模块，热电阻专用模块，热电偶专用模块。

u 模拟量输出模块，输出标准4-20mA信号。

l 上位机

系统配置1台工作站,功能如下：

u 系统总貌画面：

以流程图的形式将炉区所有可控设备显示在一张图上，并将有关热工参数显示在流程图上，同时指示有关设备的运行状态。

以醒目的形式显示与开炉有关的各种设备的工况。当条件满足后，相应部分变为绿色。当全部条件满足时，显示“开炉允许OK”；否则，执行停炉操作。

u 报警总貌画面：

按报警发生的时间顺序显示和记录报警的内容、报警等级、发生时间、消失时间、确认时间。

u 控制回路及参数设定画面：

以棒图和数字的形式显示和改变各个控制回路的参数和状态，如：调节器的输入值、模拟设定值、报警设定值、调节器输出，PID参数，手动自动方式等；

u 实时趋势画面：

以趋势图的形式显示一些主要工艺参数的变化趋势曲线。

u 历史记录画面：

以趋势图的形式显示和保存一些主要工艺参数在时间内的变化情况。保存时间可视甲方的要求及硬盘容量确定报表打印。

3.1 节能措施：

在本台车式热处理炉中采用了以下节能措施：

① 全纤维炉墙保温技术，热惰性小，热效率高，节能20-30%

② 高速调温燃烧自控烧嘴，使燃料充分燃烧

③ 先进的温度自控系统和空燃比自控系统，使热能合理释放和有效吸收

④ 炉压自动控制系统，防止炉内热气外泄和炉外冷风倒灌

⑤ 助燃空气预热及热风管保温，利用烟气排放，回收一部分能量。

⑥ 炉体全密封结构。

3.2 能耗水平

由于采用了以上各项先进节能技术，使能耗大大降低，可达到标准特等炉能耗水平，满载时热效率可达32%以上，比砖体炉提高3-5倍。

三．台车式热处理炉节能措施及能耗水平

u 联锁画面：

5.电气控制

炉膛压力控制

天然气总管压力

换热器前后温度

4．3炉温控制

4. 基础自动化系统

a.本烧嘴采用先进的燃烧原理；大火状况时，燃烧后气流出口速度可达70m/s以上，高速的燃烧气流对炉内的气流进行充分的搅拌，强化气体的循环和对流传热，提高了炉温均匀性和传热效果，缩短了加热时间。

时序脉冲燃烧及空燃配比：在每个烧嘴，嘴前分别有手动球阀，熄火保护电磁阀，空燃比例阀，流量调节旋塞阀，及波纹管等；燃烧PLC系统输出信号控制每个烧嘴前空气管路的脉冲碟阀，控制空气流量的大/小，比例阀接受空气的压力信号从而调整燃气流量；即空气流量越大，燃气流量越大反之空气流量越小，燃气流量越小。每个烧嘴均处于燃烧状态，从而降低污染排放和节约能源。

3.脉冲控制技术

2.燃烧系统的选择