大型油壓機(jī)爐溫均勻性的研究

大型油壓機(jī)爐溫均勻性的研究

為了滿足國(guó)內(nèi)外對(duì)大型設(shè)備的需求，上海重型機(jī)械廠有限公司采用165mn自由模糊機(jī)生產(chǎn)大型設(shè)備。主要用于1000MW超臨界火電機(jī)組、1000MW級(jí)核電機(jī)組、煤液化制油裝備、船舶機(jī)械裝備及重型機(jī)械裝備的大型鑄鍛件。作為目前投入運(yùn)行的最大的油壓機(jī),其可鍛壓的最大鍛件重量為700t,寬度為7.5m。為滿足生產(chǎn)要求由機(jī)械工業(yè)第五設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)并制造了5臺(tái)加熱爐,其中7.5m×10m臺(tái)車式加熱爐是目前同行業(yè)中跨度、裝載量最大的臺(tái)車加熱爐,其承載能力為1000t。由于1000MW超超臨界火電機(jī)組,1000MW級(jí)核電機(jī)組等產(chǎn)品對(duì)鍛件的質(zhì)量要求非常高,因此工件在加熱時(shí)對(duì)溫度均勻性等工藝要求非常嚴(yán)格。為油壓機(jī)配套的5臺(tái)加熱爐在燃燒控制上全部使用了比例燃燒技術(shù)。經(jīng)過(guò)半年多的使用證明,這5臺(tái)加熱爐的爐溫均勻性等工藝全部達(dá)到了要求。1空氣/燃?xì)獗壤紵夹g(shù)工業(yè)爐爐溫的控制主要是對(duì)進(jìn)入爐膛的燃料量及助燃空氣量的控制。比例燃燒技術(shù)就是使用空氣/燃?xì)獗壤{(diào)節(jié)閥設(shè)定燒嘴助燃空氣進(jìn)口壓力與燃?xì)膺M(jìn)口壓力比值,在調(diào)節(jié)助燃空氣壓力同時(shí)按照設(shè)定的比值調(diào)節(jié)燃?xì)鈮毫?保證空燃比恒定不變進(jìn)而實(shí)現(xiàn)爐溫的自動(dòng)控制。根據(jù)流體力學(xué)原理可知,通過(guò)燒嘴的燃料量和助燃空氣量可以通過(guò)式(1)、(2)計(jì)算。式中:Qg,Qa—通過(guò)燒嘴的燃?xì)饬亢椭伎諝饬縁g,Fa—燒嘴前燃?xì)夂椭伎諝夤苈飞献詈蟮拈y門流通面積Cg,Ca—燃?xì)夂椭伎諝夤艿赖牧髁肯禂?shù)ΔP1,ΔP2—燒嘴前燃?xì)夂椭伎諝獾膲毫Σ?考慮到燒嘴出口處燃?xì)饧爸伎諝獾膲毫εc管道壓力相比可忽略,則該壓差可用燒嘴前管道壓力代替ρg,ρa(bǔ)—燃?xì)夂椭伎諝獾拿芏萒g,Ta—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)溫度Tgt,Tat—進(jìn)入燒嘴前的燃?xì)夂椭伎諝鉁囟葹榭刂茽t溫而需要進(jìn)行燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)并保持穩(wěn)定的空燃比時(shí),流量與管道壓力的關(guān)系需滿足下式:實(shí)際使用中括號(hào)內(nèi)的變量在工況確定后保持不變,閥門流通面積Fg與Fa在調(diào)試完畢后保持不變。改變燒嘴助燃空氣進(jìn)口壓力時(shí),空氣/燃?xì)獗壤{(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)燃?xì)鈮毫κ功1/ΔP2比值保持不變,根據(jù)以上公式調(diào)節(jié)空氣壓力可以改變?nèi)細(xì)饧翱諝饬髁?同時(shí)空燃比可以保持不變,這就是比例燃燒,即空燃比=n(n為常數(shù))。使用比例燃燒技術(shù),可以獲得穩(wěn)定的空燃比。穩(wěn)定、適當(dāng)?shù)目杖急染哂腥缦碌膬?yōu)點(diǎn):(1)在使用相同燃料并保證完全燃燒的情況下,空燃比越接近1,理論燃燒溫度越高。(2)在保證完全燃燒的情況下,空燃比越接近1,則煙氣生成量就越少,煙氣帶走的物理熱也就越少。(3)合適的空燃比可以減小燃料消耗量,大幅提高爐子熱效率。(4)合適的空燃比可以減少工件燒損率,提高生產(chǎn)率和成品率。2比例燃燒控制技術(shù)的應(yīng)用2.1空氣管路和系統(tǒng)壓力控制根據(jù)比例燃燒的原理,改變空氣壓力同時(shí)通過(guò)空氣/燃?xì)獗壤y按照設(shè)定比例調(diào)整燃?xì)鈮毫?。因此要?zhǔn)確控制爐溫,則每臺(tái)加熱爐的空氣管路及天然氣管路的系統(tǒng)壓力應(yīng)保持穩(wěn)定?？諝夤苈吩O(shè)置壓力變送器及壓力開(kāi)關(guān),用以監(jiān)測(cè)風(fēng)壓,同時(shí)在鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口加裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,由上位機(jī)控制保證系統(tǒng)風(fēng)壓始終保持在設(shè)定值?？諝夤苈钒凑諢觳贾梅謪^(qū),在每區(qū)的總管設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。該調(diào)節(jié)閥由這一區(qū)的測(cè)溫?zé)犭娕伎刂?。天然氣管路在總管設(shè)置有自力式調(diào)壓閥,保證天然氣壓力穩(wěn)定。天然氣管道不分區(qū),每臺(tái)燒嘴的天然氣流量由安裝在該燒嘴的空氣/燃?xì)獗壤y控制。燒嘴前空氣、天然氣管道具體配置見(jiàn)圖1。2.2單個(gè)比例閥的設(shè)計(jì)方案比例燃燒屬于連續(xù)燃燒,理論上燒嘴可以在額定功率以下任意狀態(tài)工作,因此要求燒嘴具有較大的調(diào)節(jié)比以便在任意功率下正常工作。在實(shí)際使用中,通過(guò)控制分區(qū)空氣電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的最小開(kāi)度設(shè)定了燒嘴的最小功率。燒嘴第一次點(diǎn)火前先將該區(qū)空氣電動(dòng)調(diào)節(jié)閥打開(kāi)至設(shè)定開(kāi)度,嘴前空氣手動(dòng)蝶閥與天然氣手動(dòng)球閥打開(kāi),然后運(yùn)行點(diǎn)火程序。點(diǎn)火成功后調(diào)節(jié)空氣/燃?xì)獗壤y使嘴前空氣和天然氣壓力比達(dá)到設(shè)定值(根據(jù)式(3)此設(shè)定值與系統(tǒng)管徑有關(guān)),然后將電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)至最大開(kāi)度,此時(shí)調(diào)節(jié)天然氣手動(dòng)球閥使燒嘴火焰穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)以上步驟后就完成了單個(gè)比例閥的設(shè)定及燒嘴的調(diào)試。在實(shí)際生產(chǎn)中,上位機(jī)的控溫模塊根據(jù)加熱工藝曲線要求溫度與實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行PID計(jì)算并將結(jié)果以4~20mA的模擬信號(hào)輸出至每區(qū)空氣電動(dòng)調(diào)節(jié)閥改變空氣壓力,天然氣壓力按照設(shè)定的比值變化,從而使燒嘴工作在不同功率下實(shí)現(xiàn)爐溫的自動(dòng)控制。2.3空氣壓力不穩(wěn)定的影響加熱爐空氣管路中還設(shè)有煙道摻冷風(fēng)管路和熱風(fēng)放散管路,煙道摻冷風(fēng)管路使用了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥由操作人員在控制室遠(yuǎn)程手動(dòng)控制,由于使用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,因此改變摻冷風(fēng)量時(shí)對(duì)系統(tǒng)風(fēng)壓影響較小。而熱風(fēng)放散管路中使用了切斷閥由上位機(jī)控制,當(dāng)熱風(fēng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)切斷閥全開(kāi),此時(shí)對(duì)系統(tǒng)風(fēng)壓影響很大,可以導(dǎo)致部分燒嘴熄滅。因此在使用比例燃燒的系統(tǒng)中,空氣壓力能否保持穩(wěn)定是影響系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵因素。在比例燃燒系統(tǒng)中,溫度的控制是由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)的,因此電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的精度及開(kāi)關(guān)位置是影響控溫精度的主要因素之一。在實(shí)際使用過(guò)程中由于電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度設(shè)置不準(zhǔn),導(dǎo)致在最小開(kāi)度時(shí)該區(qū)空氣壓力較高,燒嘴火焰長(zhǎng)度明顯比其它區(qū)燒嘴火焰偏長(zhǎng)。重新調(diào)整電動(dòng)調(diào)節(jié)閥零位后現(xiàn)象消失。當(dāng)個(gè)別燒嘴在工作過(guò)程中熄滅時(shí),由于此時(shí)該區(qū)調(diào)節(jié)閥仍在工作,此時(shí)空氣壓力不穩(wěn)定需要操作人員將該燒嘴的手動(dòng)蝶閥開(kāi)度關(guān)小;重新運(yùn)行點(diǎn)火程序,待點(diǎn)火成功后再將蝶閥開(kāi)度打開(kāi)至設(shè)定值。2.4爐硫系統(tǒng)的低負(fù)荷空氣/燃?xì)獗壤刂崎y使用比例燃燒控制技術(shù)的燒嘴在工作全過(guò)程中始終處于燃燒狀態(tài),在保溫階段將煙道閘板位置固定,觀察其爐壓變化始終保持在規(guī)定范圍內(nèi)。采用比例燃燒技術(shù)爐膛壓力易于控制且精度較高。對(duì)于加熱爐來(lái)說(shuō)爐內(nèi)傳熱方式以輻射傳熱為主,采用比例燃燒時(shí),燒嘴始終處于工作狀態(tài),爐膛內(nèi)始終有火焰,在保證輻射傳熱的同時(shí)也加強(qiáng)了爐內(nèi)氣流的循環(huán),提高了對(duì)流傳熱的效率。因此爐內(nèi)溫度均勻性較好,完全可以滿足對(duì)溫度均勻性要求較高的工件的生產(chǎn)。由于使用空氣/燃?xì)獗壤{(diào)節(jié)閥對(duì)空燃比進(jìn)行控制,與脈沖燃燒相比燒嘴前管路閥門配置簡(jiǎn)單,減少了日常維護(hù)的工作量。比例燃燒使空燃比為恒定值,爐子熱效率有較大幅度的提高。3爐群及燃燒技術(shù)比例燃燒技術(shù)在連續(xù)式加熱爐上應(yīng)用廣泛,由于連續(xù)加熱爐工作狀態(tài)穩(wěn)定,空氣及燃?xì)鈮毫Σ▌?dòng)較小,因此適合使用比例燃燒技術(shù)。在大型臺(tái)車加熱爐這樣的間歇式爐上應(yīng)用也較為成熟,如在公安部天津消防研究所構(gòu)件耐火實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)爐群上使用也非常成功。根據(jù)臺(tái)車加熱爐出爐次數(shù)頻繁、工藝類型復(fù)雜導(dǎo)致空氣及燃?xì)庀到y(tǒng)壓力波動(dòng)較大的特點(diǎn),在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)空氣管路及燃?xì)夤苈范荚O(shè)置了穩(wěn)壓裝置。同時(shí)在計(jì)算管徑時(shí)考慮工況的頻繁變化,管路直徑預(yù)留出較大富余量,減小了工況變化所引起的壓力變化。同時(shí)在加熱過(guò)程中,