劉　彬

摘要：高效蓄熱式燃燒技術(shù)是一種新型的高效節(jié)能、環(huán)保式燃燒技術(shù)。我國(guó)近幾年在這一技術(shù)領(lǐng)域已開(kāi)始起步，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和推廣這一高效節(jié)能、低污染的先進(jìn)燃燒技術(shù)勢(shì)在必行，發(fā)展前景廣闊。文章利用這一技術(shù)，設(shè)計(jì)了鋼包烘烤器，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)了基于PLC控制自動(dòng)控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：高效蓄熱燃燒技術(shù)；鋼包烘烤器；PLC控制

中圖分類號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）06-0051-02

高效蓄熱式燃燒技術(shù)本質(zhì)上是一種極限余熱回收技術(shù)，它盡可能地回收燃燒加熱裝置的廢氣顯熱，降低排煙熱損失，提高燃熱裝置的加熱效率。目前，鋼包烘烤時(shí)煙氣的排出溫度高達(dá)1000℃以上。因此，鋼包排煙損失占燃燒總熱量的50%～70%，提高鋼包熱效率的最佳途徑就是最大限度地降低其排煙溫度。

鋼包也稱盛鋼筒或大包，是用于盛接鋼水并進(jìn)行澆鑄的設(shè)備。也是爐外精煉設(shè)備的組成部分。工作時(shí)，鋼包內(nèi)所盛鋼水的溫度可達(dá)1200℃以上。為了保護(hù)鋼包及很好地保溫，鋼包中砌掛有耐高溫材質(zhì)的內(nèi)襯。鋼包在新砌內(nèi)襯，修補(bǔ)內(nèi)襯和接受澆鑄前都要進(jìn)行烘烤。鋼包新砌內(nèi)襯或修補(bǔ)內(nèi)襯后進(jìn)行烘烤的目的是對(duì)新砌鋼包的內(nèi)襯澆注料進(jìn)行烘干脫水。使新砌包內(nèi)的耐火材料達(dá)到最佳工作狀態(tài)，從而延長(zhǎng)包齡。新砌鋼包的烘烤，要根據(jù)砌筑的耐火材料要求的升溫曲線進(jìn)行。鋼包澆鑄前進(jìn)行烘烤的目的是均勻地提高鋼包內(nèi)襯的溫度水平，以減少鋼水澆鑄過(guò)程的熱損失，達(dá)到澆注工藝要求。調(diào)查結(jié)果又表明，鋼鐵生產(chǎn)能耗很高，約占全國(guó)能源消費(fèi)總量的10%左右。因此，鋼包澆注前的快速烘烤，可以提高工作效率，獲得節(jié)能降耗等綜合效益。

我國(guó)原有的鋼包烘烤器為立套管式鋼包烘烤器（如圖1所示），中心管通入煤氣，外套管通入助燃空氣。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)立套管式烘烤器存在熱能利用率底、烘烤質(zhì)量差、烘烤時(shí)間長(zhǎng)、污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。

圖1 立套管式 圖2 高效蓄熱式

高效蓄熱式鋼包烘烤器（如圖2所示），以蜂窩陶瓷為蓄熱材料對(duì)煙氣余熱進(jìn)行回收，同時(shí)預(yù)熱煤氣和助燃空氣。生產(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)結(jié)果表明，這種鋼包烘烤器操作靈活、能源利用率高，滿足鋼廠的現(xiàn)場(chǎng)條件及鋼水包快速、均勻烘烤的要求。

一、高效蓄熱式鋼包烘烤器的工作原理

高效蓄熱式鋼包烘烤器技術(shù)的原理如圖2所示。當(dāng)燃料和冷空氣由A方向通入時(shí)，燒嘴A處于燃燒狀態(tài)，燒嘴B處于排煙引風(fēng)狀態(tài)。燒嘴A生成的火焰加熱鋼包內(nèi)襯，煙氣由引風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)過(guò)燒嘴B，將右蓄熱室中的蓄熱體加熱，加熱后煙氣以100～150℃的溫度經(jīng)換向閥及排煙系統(tǒng)排入大氣。經(jīng)過(guò)換向周期，A、B兩組燒嘴交換其工作狀態(tài)（換向）。換向后，燒嘴A處于排煙狀態(tài)，而燒嘴B處于燃燒狀態(tài)，冷空氣進(jìn)入右蓄熱室時(shí)，被預(yù)熱至高溫，而蓄熱體逐漸被冷卻；此時(shí)，左蓄熱室的蓄熱體被加熱。經(jīng)過(guò)換向周期又換向，過(guò)程轉(zhuǎn)換到前一過(guò)程，如此循環(huán)。這樣，進(jìn)入鋼包的冷空氣被預(yù)熱至高溫（可達(dá)到1000℃左右），而排煙溫度減低（可低至100～150℃），大大節(jié)省能源。

二、基于PLC控制的高效蓄熱式鋼包烘烤器的實(shí)現(xiàn)

對(duì)某廠原有的立套管式鋼包烘烤器進(jìn)行了技術(shù)改造。本次改造以天然氣為燃料，采用S7－200PLC控制的高效蓄熱式鋼包烘烤器。對(duì)改造后的鋼包烘烤器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

（一）改造后的高效蓄熱式鋼包烘烤器的主電路

根據(jù)工藝要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)主電路電氣原理圖如圖3所示：

圖3 鋼包烘烤器控制系統(tǒng)主電路原理圖

圖中給出了鼓風(fēng)電機(jī)、空氣引風(fēng)電機(jī)、煤氣引風(fēng)電機(jī)和鋼包包蓋電機(jī)的供電與控制主電路圖，采用大功率固態(tài)繼電器功率模塊對(duì)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)與停止的控制，方便地實(shí)現(xiàn)與PLC的接口，使控制簡(jiǎn)單便捷，便于功率模塊的安裝，可以安裝在同一個(gè)散熱板上，集中進(jìn)行散熱，減小了安裝空間，克服了鋼廠環(huán)境較差，容易產(chǎn)生粉塵，對(duì)接觸器危害較大的弊端，增加了系統(tǒng)的可靠性。

模塊選擇輸入控制電壓為3～24V，輸出電壓為400V，輸出電流為30A的三相固態(tài)繼電器功率模塊。

（二）控制電路

硬件的實(shí)現(xiàn)：由于本改造方案中，根據(jù)被控設(shè)備的信號(hào)源統(tǒng)計(jì)，并對(duì)輸入、輸出點(diǎn)的信號(hào)類型進(jìn)行分析，可知涉及的輸入信號(hào)共有25點(diǎn)數(shù)字量直流輸入（需24VDC供電），輸出負(fù)載共需要30點(diǎn)數(shù)字量直流輸出（需24VDC供電）。因此選用CPU226一塊24DI/16DO， EM223 8DI/8DO模塊一塊；EM222 /8DO模塊一塊，均為晶體管輸出。同時(shí)配備一塊24VDC，輸出電流為5A的穩(wěn)壓電源。

軟件的實(shí)現(xiàn)：本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是PLC的軟件設(shè)計(jì)，使用的軟件編譯環(huán)境為西門子公司的STEP7。在程序設(shè)計(jì)中，充分考慮預(yù)防煤氣泄露等問(wèn)題所需要的聲光報(bào)警以及聯(lián)鎖保護(hù)等，確保系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

三、結(jié)論

作為一項(xiàng)跨世紀(jì)的先進(jìn)節(jié)能環(huán)保技術(shù)，采用高效蓄熱式鋼包烘烤器技術(shù)能夠最大程度地實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗和低污染，完全符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。該項(xiàng)技術(shù)在邯鋼應(yīng)用成功后，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)迅速推廣，目前已有太鋼、武鋼、南鋼等30余家企業(yè)50多座高效蓄熱式鋼包烘烤器投入運(yùn)行，均取得十分顯著的節(jié)能效果。該項(xiàng)技術(shù)高效、節(jié)能和環(huán)保的多重優(yōu)越性及巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益正在被越來(lái)越多的企業(yè)所認(rèn)識(shí)，并且正在拓展到石化、陶瓷、玻璃、鍋爐、機(jī)械等行業(yè)的熱工設(shè)備上。采用該項(xiàng)技術(shù)后，平均節(jié)能率可達(dá)30%，預(yù)計(jì)每年可給國(guó)家節(jié)約3000萬(wàn)噸以上標(biāo)煤，可為中國(guó)的企業(yè)帶來(lái)300億元以上的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]蕭澤強(qiáng)，吉川邦夫．高溫空氣燃燒新技術(shù)講座．中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)工程學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)，北京，1999．

[2]郭震，賈恩寶．蓄熱式燃燒技術(shù)在鋼包烘烤器上的應(yīng)用[J]．工業(yè)爐，2005，27（3）．

[3]Ou Jianping，Hsiao Techiang．Investigation and Application of HTAC in China．HTACG5：Fifth International Symposium on High Temperature Air Combustion and Gasification，Yokohama，2002，（10）．