天然氣加熱爐溫度校正及爐溫均勻性分析

天然氣加熱爐溫度校正及爐溫均勻性分析

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，提高了工廠技術(shù)設(shè)備的技術(shù)水平，促進(jìn)了生產(chǎn)，提高了服務(wù)質(zhì)量，保障了生產(chǎn)的可靠性。然而，不同的工業(yè)設(shè)備已成為工業(yè)自動(dòng)化的支柱。近年來,國(guó)家對(duì)各個(gè)高耗能企業(yè)在環(huán)保和能源降耗方面的要求越來越高,迫使許多企業(yè)淘汰舊的燃煤加熱爐,而采用以煤氣、天然氣、燃油或電能加熱的加熱爐,因此,許多企業(yè)選擇了以天然氣或燃油作為燃料的加熱爐。為了提高燃?xì)饣蛉加偷娜紵?、?zhǔn)確地控制加熱溫度,獲得良好的加熱均勻性,實(shí)現(xiàn)最高的燃燒效率,最佳的溫度控制效果,就需要有一套穩(wěn)定可靠的加熱爐控制系統(tǒng)。我公司天然氣燃?xì)馀_(tái)車爐均采用計(jì)算機(jī)及智能儀表集散控制,其中最大爐子爐膛尺寸為13.0m×7.3m×5.5m,最小爐子爐膛尺寸為6.1m×5.8m×4.6m,最高使用溫度為1150℃,爐氣燃燒采用先進(jìn)的脈沖式燃燒方式。設(shè)計(jì)裝爐工件最大噸位150t.所生產(chǎn)的產(chǎn)品主要以水電、核電、蒸汽、燃?xì)廨啓C(jī)等方面配套的大型鑄鋼件為主。這些高端鑄造產(chǎn)品的滿載爐溫均勻性要求≤±14℃.但因?yàn)闋t子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大,加上鑄件形狀及尺寸噸位等不一致,在日常生產(chǎn)和滿載爐溫校正中,經(jīng)常發(fā)生爐溫不均,溫度偏差超差的現(xiàn)象,有時(shí)會(huì)達(dá)到±25℃,在一定程度上影響了產(chǎn)品熱處理質(zhì)量,增加了能耗。通過實(shí)際驗(yàn)證,對(duì)爐溫超差的主要原因及采取的措施作了分析總結(jié)。1已確定的設(shè)備精度爐子溫度精度在爐子設(shè)計(jì)購(gòu)買時(shí)已根據(jù)工藝需求,在即保證產(chǎn)品質(zhì)量,又使設(shè)備成本合理的情況下綜合考慮確定了。在設(shè)備精度已確定的情況下,日常使用過程中,尤其是使用時(shí)間較長(zhǎng)的時(shí)候,還是會(huì)出現(xiàn)爐溫精度超差的情況。根據(jù)文獻(xiàn)介紹和現(xiàn)場(chǎng)的跟蹤分析,造成天然氣爐溫度超差的主要因素有:爐體保溫性、爐門臺(tái)車側(cè)密封性、爐子燒嘴故障、火焰大小及長(zhǎng)度、墊鐵及鑄件擺放、臺(tái)車面的清理。1.1外爐墻保溫作用根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),衡量爐子保溫性的指標(biāo)之一就是外爐墻溫度,見表1.爐體保溫性主要取決于爐襯耐火材料。公司最早的爐體由耐火保溫磚加耐火纖維制品構(gòu)成。其中耐火纖維最高使用溫度1400℃~1500℃,在使用溫度1200℃左右的情況下,使用壽命可長(zhǎng)達(dá)15a以上。噴火燒嘴包含在耐火纖維中,燒嘴火道口采用輕質(zhì)耐火保溫磚。爐門口兩側(cè)有一段采用耐火保溫磚堆砌。爐壁底部也采用保溫磚,以支撐爐壁上面的保溫棉。這些保溫材料的使用,相對(duì)來說使?fàn)t子蓄熱性好,散熱損失少,升溫速度快,無惰性,節(jié)能效果顯著。但在日常的外爐墻溫度測(cè)試中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)爐側(cè)壁部分區(qū)域溫度超出標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃左右,爐頂超溫更大,超標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域面積約占爐頂總面積的50%~75%.尤其以熱處理爐爐頂靠近排煙系統(tǒng)附近的溫度為最高。在爐膛內(nèi)溫度為940℃左右時(shí),此周邊溫度會(huì)達(dá)到200℃以上,均已超出所規(guī)定的溫度范圍。爐子局部保溫性不好,會(huì)導(dǎo)致爐膛內(nèi)局部區(qū)域溫度的偏差。1.2焦?fàn)t爐門側(cè)密封爐子側(cè)密封不嚴(yán)實(shí),直接導(dǎo)致爐內(nèi)局部溫度的不均衡。爐門骨架采用鋼結(jié)構(gòu),耐火材料采用隔熱保溫的耐高溫高鋁耐火纖維制品,爐門采用四點(diǎn)氣缸壓緊,壓緊處都具有調(diào)節(jié)裝置,保證爐門的密封性。在爐體底部?jī)蓚?cè)與臺(tái)車結(jié)合的部位,采用耐熱保溫磚,用來支撐爐襯耐火纖維,防止熱變形,并與側(cè)密封機(jī)構(gòu)相接,阻斷爐子內(nèi)外的冷熱交換。實(shí)際設(shè)備使用中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)爐門與臺(tái)車底部的拐角處有漏火現(xiàn)象,爐門側(cè)密封局部也容易跑火。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn),一個(gè)10cm2的小孔,每小時(shí)流入爐內(nèi)的冷空氣可達(dá)10m3;而一個(gè)1cm2的小孔漏熱損失,要比等面積的爐殼表面積的熱損失大50倍。日常生產(chǎn)當(dāng)中,鑄件上帶拖偶測(cè)溫或爐溫校正時(shí),經(jīng)常發(fā)現(xiàn)接近爐門的爐膛前區(qū)溫度要低于爐內(nèi)溫度。1.3燒前控制要點(diǎn)每臺(tái)爐子根據(jù)爐子大小,在爐膛內(nèi)靠近爐底部均勻布置有6~12個(gè)全自控調(diào)溫高速燒嘴,通過高速燒咀,燃燒后的高溫氣體以100m/s~150m/s的速度噴出,在爐底卷吸大量爐氣形成等溫氣流,這股氣流打到對(duì)面爐墻向上返回,通過布置在爐頂?shù)呐艧熆谂懦鰻t外。形成的U型等溫?zé)釟饬髟跔t內(nèi)行程長(zhǎng),可與工件充分熱交換,從而達(dá)到強(qiáng)化對(duì)流傳熱,促進(jìn)爐內(nèi)氣流循環(huán),提高熱效率和爐溫均勻性。如果個(gè)別燒嘴因高壓點(diǎn)火變壓器或點(diǎn)火電極有問題,或者火焰監(jiān)測(cè)器和檢測(cè)電極有問題,燒嘴頻繁出現(xiàn)故障,不能正常點(diǎn)火,導(dǎo)致所對(duì)應(yīng)區(qū)域溫度升不上或不能持久保溫,就會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域溫度偏低。在燃燒控制方面,燒嘴采用國(guó)際先進(jìn)的脈沖燃燒、空燃自動(dòng)比例調(diào)節(jié)控制技術(shù)。燒嘴的大小火狀態(tài)是根據(jù)溫控系統(tǒng)儀表的指令通過德國(guó)西門子S7-300系列PLC來控制空氣管路電磁閥的開關(guān)及大小來實(shí)現(xiàn)。在天然氣管路裝有自動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥,會(huì)根據(jù)空氣量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)天然氣供應(yīng)量,保證在大小火狀態(tài)下都有最佳的空燃比。按照設(shè)備使用規(guī)范規(guī)定,定期需要在鑄件進(jìn)爐前檢查火焰的大小。如果爐體內(nèi)各個(gè)燒嘴火焰的長(zhǎng)短差別太大,某個(gè)燒嘴火焰燃燒不充分,或噴射無力,將直接影響爐溫精度的控制。1.4墊鐵的設(shè)計(jì)這種燃?xì)馀_(tái)車爐須用一定高度的墊鐵將鑄件支起,以保證各燒嘴火焰不噴射到鑄件上。因?yàn)殍T件噸位大,所用墊鐵也大,每個(gè)墊鐵約1t左右。如果墊鐵在爐中分布不均或者阻擋火道,會(huì)使高速火焰噴射受阻,使?fàn)t溫均勻的效果減弱。同時(shí),如果鑄件形狀不規(guī)則,鑄件的局部在墊鐵面以下而阻擋火道,或者鑄件在爐中放置不合理,太靠近爐壁,或偏向一側(cè),使熱載荷不均,均會(huì)導(dǎo)致爐溫或鑄件溫度不均。1.5堆起環(huán)鐵雜質(zhì)做高溫?zé)崽幚淼蔫T件,氧化掉渣嚴(yán)重,處理幾爐高溫件后,臺(tái)車上面墊鐵之間的火道上就會(huì)堆起氧化渣皮和冷鐵雜物。因?yàn)闊炀o貼臺(tái)車面,成堆的雜物直接阻擋火焰燃?xì)饬鲊娚浼盃t氣循環(huán),從而造成爐溫溫度偏差。2減少對(duì)加熱和濕度的偏見的影響針對(duì)以上影響爐溫均勻性的問題,采取以下措施。2.1減少熱傳導(dǎo)損失選用更優(yōu)質(zhì)、更耐高溫、隔熱保溫性能更好、使用壽命更長(zhǎng)的高效節(jié)能耐火纖維材料。并盡可能將爐體耐火保溫磚用耐火纖維代替。同時(shí),選用大模塊化耐火纖維材料直接鋪裝到爐體內(nèi)襯上,減少了耐火纖維之間的拼裝縫。燒嘴火道口也全部采用耐火纖維材料壓制形成,減少了過去磚制燒嘴與爐襯保溫棉之間的縫隙,從而減小了熱傳導(dǎo)損失。采取這項(xiàng)措施后,對(duì)爐墻外壁再進(jìn)行測(cè)溫,則全部符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。2.2可選用大熱膨脹知識(shí)產(chǎn)權(quán)法對(duì)爐門也采用大模塊耐火纖維材料鋪設(shè),爐門四周壓有可調(diào)節(jié)的纖維裙邊,同時(shí)在爐體底部?jī)蓚?cè)與臺(tái)車接觸的部位,全部改用耐熱保溫棉,當(dāng)臺(tái)車開進(jìn)爐體到位后,臺(tái)車與爐體之間的小縫隙便被保溫棉壓實(shí)。這種以保溫棉為主的軟性保溫密封結(jié)構(gòu),一改過去耐火磚散熱大,且耐火磚因受熱膨脹或移位對(duì)側(cè)壁保溫棉的刮擦損壞,同時(shí),因?yàn)楸孛拮陨淼膹椥允範(fàn)t門與爐體,臺(tái)車與爐體之間的密封性更好。減少了因密封性不好使冷空氣進(jìn)入爐內(nèi),導(dǎo)致局部區(qū)域溫度偏低而引起的溫差。2.3燒前點(diǎn)火成功日常要及時(shí)檢查燒嘴。燒嘴如果點(diǎn)火異常,首先檢查燒嘴探頭前石英玻璃情況。若有污濁,要用棉布擦拭干凈再安裝完好;其次檢查點(diǎn)火電極的拉弧情況,若不拉弧或拉弧微弱則更換電極;最后微調(diào)燒嘴比例閥下方的比例旋鈕,直到點(diǎn)火成功;以上步驟實(shí)施后若無效果,立即通知專業(yè)維修人員檢查電磁閥、變壓器、探頭、燒嘴控制器等是否有故障。爐門打開,臺(tái)車開進(jìn)爐體,將所有燒嘴點(diǎn)火,整體觀察各燒嘴火焰的長(zhǎng)度、顏色及噴射力度。對(duì)有問題的火焰燒嘴進(jìn)行調(diào)節(jié):首先調(diào)整天然氣管路上的手閥及助燃風(fēng)管路上的手閥,一般開度為1/3。操作人員根據(jù)火焰情況可以進(jìn)行調(diào)整,最佳火焰是:根部呈藍(lán)色,尾部呈紅黃色,整個(gè)火焰長(zhǎng)度約1m,強(qiáng)勁有力旋轉(zhuǎn)高速噴出,如圖1所示。當(dāng)所有的燒嘴火焰達(dá)到以上要求時(shí),即為合格。2.4鑄件放置和局部預(yù)防每次裝件前,要根據(jù)鑄件的大小及形狀,選擇合適數(shù)量的墊鐵,擺放到指定位置,保持各排墊鐵間隙一致,不擋火焰。多余的墊鐵撤去。鑄件放置在爐子有效加熱區(qū)內(nèi),使鑄件輪廓距離臺(tái)車爐壁距離相接近或?qū)ΨQ。如果鑄件某部位伸入火道內(nèi)時(shí),要采取將鑄件整體抬高或換一種姿勢(shì)裝爐,盡量避免鑄件阻擋火道。否則,高溫火焰會(huì)直接射到鑄件上造成鑄件局部過燒,同時(shí),鑄件截?cái)嗔烁咚倩鹧鎳娚涞綄?duì)面爐壁的通道,使火焰熱氣直接順著鑄件上行。即影響爐氣循環(huán)而影響爐溫均勻性,又使鑄件局部溫度過高。整體造成了溫度偏差。2.5清理地面氧化渣等雜質(zhì)在設(shè)備管理中明確規(guī)定,每爐鑄件卸爐后,操作者要檢查臺(tái)車面,及時(shí)清理臺(tái)車面上氧化渣等雜物,堆狀雜物高度不得超過臺(tái)車面20mm,同時(shí),對(duì)臺(tái)車側(cè)密封支撐里的雜物也要清理,避免影響爐子密封性。3主要措施的實(shí)施效果在以上措施中,2.1、2.2兩項(xiàng)措施的改進(jìn),屬于爐子整體的一次性改進(jìn),日常監(jiān)控檢修即可。而2.3、2.