1、 技 术 方 案 沈阳锐焰科技有限公司 沈阳锐焰科技有限公司 技术方案 1 / 7 依据与采购方交流和参照技术文件要求的内容形成此技术方案。主要针对熔炼及保温炉的燃烧与燃烧工况控制进行阐述。 技术要求 一、 主要技术参数如下： 1. 矩形炉 2. 炉墙厚度：535mm; 3. 炉口尺寸：3000mm924mm; 4. 炉内加热原料：生铝（熔点：660.31）； 5. 加料方式：经过烟气预热掉料，炉门直接进料； 6. 加料量：熔炼炉 86吨固体料； 保温炉6吨软料； 7. 炉料预热温度：熔炼炉300； 保温炉室内温度； 8. 铝液放汤量：熔炼炉73吨，保温炉79吨； 9. 炉膛温度极限：熔炼炉1
2、100； 保温炉1000； 10.炉膛平均温度：热室958.41 冷室868.6； 11.铝液温度：熔炼炉600650，保温炉660740； 12.铝液出炉温度：熔炼炉650，保温炉650； 13.铝液高度：熔炼炉1m，保温炉1.1m； 14.燃料：天然气（引燃温度650）； 15.天然气温度：25； 16.天然气热值：低热值33.812MJ/m，高热值37.505MJ/m； 17.天然气源压力：熔炼炉约0.175Mpa，保温炉约0.185Mpa； 18.炉膛压力：熔炼炉20-50Pa，保温炉小于100Pa； 19.火焰控制方式：熔炼炉随温度变化自动调节火焰大小，只在特定情况（热室：铝汤温度6
3、80；冷室：加料时）时关闭火焰， 保温炉加铜硅开启火焰； 20.助燃风预热温度：目标300； 二、 烧嘴要求 1. 燃烧器性能：良好的空气场（使燃料及时着火与空气实时混合），对燃料适应性好，负荷调节性好，低污染，良好维修便利，易于实现远程/自动控制； 2. 燃烧嘴数量：熔炼炉4个，保温炉3个； 3. 燃烧嘴类型：喷嘴混合型(预混式，燃料气和空气均匀混合后供给燃烧)； 4. 燃烧嘴安装位置:炉侧； 5. 单个烧嘴所需功率: 沈阳锐焰科技有限公司 技术方案 2 / 7 实际所需功率 熔炼炉 保温炉 低热值 6358000btu/hr，1864kW 5440000btu/hr，1594kW 高热值
4、6405000btu/hr，1877kW 5498000btu/hr，1611kW 1千瓦kW = 3412 英热单位btu/hr = 60 千焦kJ/min = 14.33 千卡 Kilocalories/min 6. 点火方式：厂家推荐； 7. 加热方式：提供高温热直接辐射式加热铝汤； 8. 熔炼炉熔解率：19吨/小时； 9. 估计开火时间: 熔炼炉 5小时，保温炉 3小时； 10.火焰出口速度：中速(80m/s) (在使用功率范围下)； 11.火焰长度: 3.65m (在使用功率范围下)； 12.火焰探测：UV探头； 三、 控制系统要求 1. 燃气和空气按照合适空燃比（空然比可设定）并配
5、合在线烟气含氧量进行控制； 2. 炉温控制：控制系统能根据现场工艺对炉温的不同要求迅速对火焰进行调节，在最短时间内将温度稳定在设定范围之内； 3. 炉压控制：控制系统能在炉门关闭期间结合预热窑温度要求对炉压进自动调节，在自动调节的同时制程人员可根据特殊工艺要求进行手动调节； 4. 调节阀调节性能良好，线形度高； 5. 采用控制器加上位机的控制方式，要求系统响应为毫秒级； 6. 具有足够稳定性和调节精度，厂商需提供相关系统及产品数据资料； 7. 所有控制设备必须为进口知名品牌； 方案概述 根据以上技术要求我方特制定以下技术方案： 一、燃烧系统 1.管路阀件与配置 根据采购方技术参数设置天然气管路
6、与空气管路阀件及仪表配置。除手动球阀外，所有阀件均使用霍科徳公司产品，以保证系统的安全与稳定。 1.1燃气主管路 依气源方向沿次为手动启闭阀门（球阀）燃气过滤器高压压力表机械式超压切断阀减压阀超压放散管路（手动球阀自动放散阀）低压压力表高低压压力开关安全切断阀吹扫管路（跨接用电磁阀放散电磁阀）旋进旋涡流量计手动球阀。通过此管路配置可以保证主管路后输出压力稳定洁净的天然气。并且拥有机械、电气等多重保护设置，防止系统出现超压损坏设备和低压回火。 在熔炼炉和保温炉上各设置一套以上燃气主管路设备。 沈阳锐焰科技有限公司 技术方案 3 / 7 1.2点火烧嘴燃气支管路。 点火烧嘴支管路依气源方向依次为手
7、动球阀电磁阀手动调节阀。 每只烧嘴均配置点火烧嘴，每只点火烧嘴均配置此燃气支管路设备。 1.3烧嘴燃气支管路 烧嘴燃气支管路依次为手动球阀旋进旋涡式流量计支管安全切断阀线性调节阀支管压力表手动调节阀连接烧嘴软管。 每只烧嘴均配置此燃气支管路设备。 1.4空气主管路 空气主管路沿气体流向依次为助燃风机换热器空气压力表空气压力开关。 1.5空气支管路 空气支管路沿气体流向依次为压力变送器热电阻孔板流量计高温电动调节阀手动调节阀连接烧嘴软管。 每只烧嘴均配置此空气支管路设备。 2.烧嘴 根据技术要求所提参数与性能推荐使用型号为TriOx2012美国豪科（HAUCK）原装进口烧嘴。此烧嘴采用三级燃烧的
8、方式。有效降低了NOx的生成和排放。允许使用预热空气。 主要规格参数： 型号：TriOx 2012 功率范围：3402450KW 火焰长度：4.6m 火焰速度：80m/s 允许预热空气温度：482 烧嘴布置：炉侧 详细参数见下表： 沈阳锐焰科技有限公司 技术方案 4 / 7 沈阳锐焰科技有限公司 技术方案 5 / 7 3.燃烧系统主要特点 此燃烧系统主要阀件采用霍科徳公司原装进口产品，保证设备品质。符合EN 161和EN746-2欧盟燃气工业产品制造和安全标准。管理系统配置功能完善，保护措施全面有效。系统主要工作方式如下： 3.1机械式超压保护 JSAV机械式超压切断阀，当调压系统出现故障时，
9、可立即切断燃气供给，有效保护下游管路部件，同时配合德国霍科德VSBV超压放散阀，可有效防止系统压力波动时超压切断阀的误动作，大大提高了系统运行的稳定性。 3.2燃气调压稳压 VGBF稳压阀性能稳定可靠、稳压控制精度0.05kPa并能实现零切断。可给后部烧嘴功率调节提供稳定气源压力，保证炉温控制系统调节的稳定性。 3.3燃气紧急切断 VK电动安全切断阀，安全可靠、反应速度快、带阀位反馈，当系统停止运行或出现故障时，可立即切断燃气供给，保障系统的安全。 3.4电气高低压检测连锁 DG压力开关性能稳定、灵敏度高、可靠性好。可在燃气出现高低压超限和助燃空气供给不足时提供有效电气动作。切断燃气供给，保证
10、系统安全。 3.5点火控制 点火控制使用霍科徳公司IFD258点火控制器配合UV火焰检测探头。能够做到自动点火、检测、报警等功能，充分保证燃烧安全。 二、仪表及控制系统 系统核心控制部件采用西门子S7-300系列PLC，配合STEP7工控软件。人机操作界面采用西门子原装工控机，配合WINCC组态软件。人机交互HMI友好而人性化。所有传感器、变送器、执行器等设备采用知名品牌或行业主流品牌，保证系统品质。PLC及主要核心控制部件集中放置于控制柜内、设置上位机操作台。控制柜及操作台采用全金属结构，配置防尘及散热装置。保证系统稳定运行。 1. 燃烧系统控制 1.1燃烧系统主要控制设备采用霍科徳公司产品
11、，具有控制简单灵活、操作方便的特点。本方案燃烧系统因空气被预热，所以不适用于简单的比例阀自动空燃配比来调节烧嘴功率。因此推荐采用双交叉限幅控制方式。为保证燃烧系统调节的性能，特对硬件与软件控制进行如下优选： 1.1.1硬件优选 通常燃烧系统硬件对控制的不利因素有： a.传感器数据采集不稳定造成控制系统调节性能变差。通常表现在1 传感器产品品质差造成数据采集失真；2 传感器工作特点造成数据采集信号波动或误差大；3 传感器信号传输过程中信号干扰严重。 b.执行器执行命令失调造成系统调节性能变差。通常表现在1 传输信号受干扰造成执行器接收信号失真；2 调节阀等执行器机械制造误差间隙造成动作误差大。
12、沈阳锐焰科技有限公司 技术方案 6 / 7 针对以上问题，推荐如下方案： a.采用高品质传感器和执行器。天然气调节阀采用霍科徳公司产品，保证角执行器等机械间隙小，动作灵敏。 b.采用适宜于本项目特点的传感器。天然气采用新型旋进旋涡型流量计，此流量计适合用于天然气和助燃空气这样的洁净气体中。相比孔板采集数值不跳变和波动，并且内部设置温度和压力自动补偿。避免孔板方式测量的跳变和计算失真。空气测量因高温不能使用旋进旋涡流量计，所以采用性能更优的耐温文丘里管流量计，相比孔板采集数值不跳变不波动。配置压力变送器和热电阻（PT100热电阻相比K分度热电偶高一个数量级）测量助燃空气压力和温度进行计算补偿，减
13、小误差。差压和压力变送器使用罗斯蒙特公司产品，热电偶采用东大传感产品，保证测量品质。 C采取措施防止信号干扰。现场所有信号线缆采用屏蔽导线，并做到两端接地，接地电阻小于4。关键信号传感器采用RS485或PUROFIBUS-DP数字信号通讯，减少电磁干扰。 1.1.2软件优化 因空气被预热不能使用比例调节阀，所以使用双交叉限幅控制方式自控控制燃烧系统。系统工作特点如下： 双交叉限幅控制原理图 沈阳锐焰科技有限公司 技术方案 7 / 7 图中简单表述了双交叉限幅控制的控制原理。由现场热电偶采集的温度信号与HMI人机界面输入的设定温度进行比对最后计算出流量调整值A。经由四个运算模块进行比对计算后输出
14、流量控制值分别进入空气流量与燃气流量控制模块，由模块比对反馈流量后自动进行阀位调整。同时反馈流量信号经系数修正后形成两个正偏执信号K1、K4和K2、K3。由空气流量的反馈值FT2与负偏置K3确定燃气流量的下限值B；由空气流量的反馈值FT2与正偏置K1确定燃气流量的上限值C；由燃料流量的反馈值FT1与正偏执K4确定空气流量的上限值B1;由空气流量的反馈值FT1和负偏置K2确定空气流量的下限值C1。系统工作流程为： a. 当系统稳定时BAC且C1AB1，燃气流量和空气流量信号由A直接给出。 b. 当负荷下降或者调整设定值需要减小流量时，A输出值下降。A值和B值在HS1高选模块比较后输出大信号B，然
15、后B与信号C在LS1低选模块比较后输出B，最后作为设定值输出给燃气流量调节模块，此时输出为燃气量下限；同时A值与B1值在LS2低选模块比较后输出小信号A，然后A与C1值在HS2高选模块比较后输出大信号C1，最后作为设定值输出给空气流量调节模块。从以上动作得知，当需要调小烧嘴功率时，此控制方法能先降低燃气流量，再减小空气流量。防止燃烧不充分产生黑烟。同时在动态过程中空气流量按信号C1变化，但信号C1大于A，因此限制了空气系数的上限，防止空气过剩。 c. 当负荷上升或者调整设定值需要增加流量时，A输出值上升。A值与B1值通过LS2低选模块比较后输出小信号B1，然后B1与C1在HS2高选模块比较后输
16、出大信号B1，最后作为设定值输出给空气流量调节模块，此时输出值为燃气流量确定的空气流量上限值。即空气流量首先增加但不超过上限值；同时A值与B值在HS1高选模块比较后输出大信号A，然后A值与C值在LS1低选模块比较后输出小信号C，最后输出给燃气流量调节模块，此时的输出值为空气流量确定的燃气流量上限值。 通过以上工作原理介绍，得知此控制方式能够在调大烧嘴功率时空气先调大燃气跟随，在调小烧嘴功率时燃气先调小空气跟随。并且在调节过程中空气和燃气受空燃配比系数控制，避免了空气过剩或者燃气过剩。燃烧学的经验的知空气过剩系数一般调整到1.05-1.15比较理想。 以上系统的K1-K4系数取值与炉型工况等由关
17、。需要在炉子热调期间不断修正最终优化以匹配炉型。 所需修正及主要参数与系数在上位机操作界面中设置修改接口并且限制权限，以方便技术人员在生产过程中继续优化和调整。 烟道中设置残氧传感器，用以参与系数修正。因氧传感器实际使用中的不稳定性等实际情况。在上位机设置自动与手动控制切换按钮，必要时切除氧传感对燃烧系统的直接参与。 2.炉压控制系统 炉压控制系统由微差压变送器和烟道蝶阀组成，控制炉膛压力微正压。在PLC 内设置PID调节模块，实现闭环自控控制。最终控制炉压：熔炼炉20-50Pa，保温炉不大于100 Pa。 3.空气压力控制系统 为避免负荷变化造成的空气压力波动而影响燃烧系统的工作稳定性，需要对助燃空气压力进行及时测量跟踪和自控控制。因此选用变频器控制鼓风机，配合压力变送器形成闭环自控控制单元。根据负荷变化自动控制风机压力，保证燃烧系统安全稳定。
