1 前言

工業(yè)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)外得到相應(yīng)程度的應(yīng)用，取得了良好的使用效果。
2 工業(yè)爐的燃燒

先進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品對(duì)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)，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 燃燒的原理和優(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??；需要降溫時(shí)，燒嘴燃燒時(shí)間減小，間斷時(shí)間加長(zhǎng)。控制圖見圖1。
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)燃燒氣氛的準(zhǔn)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)到狀態(tài)，但當(dāng)燒嘴流量接近其小流量時(shí)，熱負(fù)荷小，燃?xì)饬魉俅蟠蠼档?，火焰形狀達(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燃燒狀態(tài)。在使用高速燒嘴時(shí)，燃?xì)鈬姵鏊俣瓤?，使周圍形成?fù)壓，將大量窯內(nèi)煙氣吸人主燃?xì)鈨?nèi)，進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌希娱L(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，窯內(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)是提高工業(yè)窯爐性能重要的一個(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，才能準(zhǔn)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)不到節(jié)能和控制過(guò)剩氧含量（或過(guò)?？諝庀禂?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，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 脈沖燃燒的應(yīng)用

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（見下圖）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。
溫度曲線
溫度曲線
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)。
5 結(jié)論

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)爐燃燒技術(shù)的發(fā)展方向。
1、 設(shè)備以各式燃燒氣體為介質(zhì)，通過(guò)各式燒嘴燃燒加熱，溫度1200℃。
2、 爐體骨架由各種大中型型鋼現(xiàn)場(chǎng)組合焊接而成，外殼封板為彩鋼板，高鋁全纖維耐火甩絲毯模塊為爐襯，密封節(jié)能效果明顯。
3、 臺(tái)車骨架由各種大型工字鋼、槽鋼、角鋼及厚鋼板等組合焊接而成。
4、 臺(tái)車傳動(dòng)采用全部車輪均為驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)可靠，傳動(dòng)系統(tǒng)采用“三合一”電機(jī)—減速機(jī)安裝方式為軸裝式，結(jié)構(gòu)緊湊、裝配牢固、進(jìn)出靈活、操作簡(jiǎn)單、維修方便。
5、 臺(tái)車耐火砌體采用高鋁定型磚結(jié)構(gòu)，與爐體密封效果好，耐壓強(qiáng)度高。臺(tái)車面擱置墊鐵供堆放工件用。臺(tái)車幫板全部采用澆筑件，保證車體不變形及耐用性。爐車與爐襯的密封采用耐火纖維密封塊電動(dòng)推桿自動(dòng)壓緊結(jié)構(gòu)。側(cè)密封的開、閉與爐車進(jìn)出連鎖。
6、 爐門采用高鋁全纖維耐火甩絲毯與型鋼組合框架結(jié)構(gòu)，電動(dòng)葫蘆升降，爐門密封機(jī)構(gòu)采用長(zhǎng)短杠桿彈簧式自動(dòng)壓緊凸輪機(jī)構(gòu)和軟邊密封裝置。保證上下無(wú)摩擦、輕松自如、可靠。
7、 煙囪安裝自動(dòng)爐壓控制、蝶閥等，可調(diào)節(jié)降溫速度。
8、 加熱采用高速燒嘴，均布兩側(cè)。連續(xù)比例調(diào)節(jié)燃燒。執(zhí)行器調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，通過(guò)比例閥來(lái)調(diào)節(jié)燃?xì)饬康拇笮。_(dá)到空燃比例燃燒，燃?xì)夂惋L(fēng)量設(shè)有下限限幅，每個(gè)燒嘴的燃?xì)夤苌显O(shè)有控制電磁閥，每個(gè)燒嘴配有獨(dú)立完整的燃燒控制器，具有自動(dòng)點(diǎn)火，火焰檢測(cè)，滅火報(bào)警自動(dòng)斷氣。這樣充分保證燃燒溫控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、性。
9、燒咀的特點(diǎn)
高速燒咀是燃料與助燃空氣在燃燒室內(nèi)基本實(shí)現(xiàn)全部燃燒，燃燒后的高溫氣體以100m-150m/s的速度噴出，從而達(dá)到強(qiáng)化對(duì)流傳熱，使爐內(nèi)氣流循環(huán)，達(dá)到均勻爐溫的目的，使保溫均勻在≤±10℃。
該燒咀
a、 燃燒室體積小
b、 燃燒氣體出口速度高
c、 燒咀調(diào)節(jié)比例大，1:10
d、 自動(dòng)點(diǎn)火和火焰監(jiān)測(cè)
e、 每個(gè)燒嘴故障報(bào)警功能
f、 每臺(tái)助燃風(fēng)低壓保護(hù)
g、 每個(gè)燒嘴大小火連鎖控制
h、 燃燒狀態(tài)顯示，故障報(bào)警顯示
i、 溫度曲線設(shè)計(jì)及修改，保存及打印
j、 操作提示，故障提示
k、 助燃風(fēng)機(jī)控制（開關(guān)）、爐門控制（開關(guān)）、空燃比例控制、過(guò)程連鎖控制
10、預(yù)熱器
采用GC型列管式插入擾流件換熱器以增加空氣的預(yù)熱溫度，爐溫1000℃時(shí)將空氣溫度預(yù)熱至300-350℃。
GC型插入件換熱器，在相同傳熱系數(shù)下，空側(cè)壓力損失較一般插入件換熱低，其值在1500Pa左右，因此降低了動(dòng)力消耗。
煙氣溫度600℃時(shí)，綜合傳熱系數(shù)45W/M2℃以上，煙氣溫≥900℃時(shí)，綜合傳熱系數(shù)55 W/M2℃以上。
換熱器在設(shè)計(jì)上根據(jù)不同溫度采用耐熱鋼和不銹鋼，布置上采用溫均勻化和熱應(yīng)力消除措施。
11、控制系統(tǒng)
系統(tǒng)主要通過(guò)爐子的溫度，壓力的檢測(cè)，對(duì)各爐子的煤氣管道的流量和煙氣的流量及稀釋風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，并設(shè)有天然氣總管快速切斷裝置。
爐壓的的高低對(duì)加熱爐的使用效果影響很大，爐壓高時(shí)爐氣會(huì)沖出爐體的各密封間隙形成氣流沖刷，對(duì)采用纖維材料密封的爐門及爐底壓緊影響較大，同時(shí)，高溫氣流對(duì)爐體周圍環(huán)境和控制器件也會(huì)造成影響。而爐壓低時(shí)冷空氣從密封間隙吸入，除增加工件的氧化外還會(huì)使?fàn)t內(nèi)高溫被負(fù)壓迅速抽出造成燃料浪費(fèi)。為此，排煙道上裝爐壓測(cè)點(diǎn)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)煙氣閥，使?fàn)t壓保持在微正壓狀態(tài)
爐子采用分區(qū)爐溫控制，每區(qū)設(shè)有一個(gè)熱電偶，測(cè)量溫度進(jìn)入多點(diǎn)記錄儀，集中跟蹤記錄爐膛內(nèi)溫度。
12、連鎖系統(tǒng)
臺(tái)車與爐門的連鎖，當(dāng)爐門未開啟到相應(yīng)位置時(shí)，臺(tái)車將鎖定進(jìn)出，臺(tái)車密封未打開時(shí)臺(tái)車將鎖定進(jìn)出。
空、煤氣壓力、壓縮空氣壓力達(dá)不到規(guī)定要求時(shí)，燒咀的燃燒將不能啟動(dòng)，若正在燃燒時(shí)則關(guān)閉。
13、設(shè)備的主要特點(diǎn)
1、節(jié)能效果好：本設(shè)備爐體的爐襯全部采用高鋁耐火纖維，與耐火磚相比導(dǎo)熱系數(shù)小，熱容量小，所以耐火層的厚度小，且吸熱大大降低。
本設(shè)備采用高速調(diào)溫?zé)紫到y(tǒng)，噴出速度大，達(dá)到100m/s，能有效攪拌爐氣，是爐膛溫度均勻，且燒咀系統(tǒng)燃燒全部，使燃料得到充分利用。采用爐壓零位控制和全密封技術(shù)，是結(jié)合面（爐車與爐體間的密封面）處于零位爐壓，爐氣不外泄，冷氣不內(nèi)滲，使燃燒產(chǎn)生的熱能能夠有效地利用。
2、自動(dòng)化程度高：爐門、爐車全部采用電動(dòng)，有操作控制臺(tái)，操作人員能方便地控制爐門、爐車運(yùn)行。爐門、爐車有行程控制，到限定位置能自動(dòng)停止運(yùn)行，以確保。燃燒系統(tǒng)有全套的點(diǎn)火，大、小火運(yùn)行、檢測(cè)、熄火報(bào)警，熄火切斷和再點(diǎn)火功能，且每套燒咀各有一個(gè)獨(dú)立的控制箱，能夠做到單獨(dú)控制。每個(gè)控制箱接口可和儀表間溫控儀連接，使整套系統(tǒng)全部做到自動(dòng)控制。