回火炉

　　5×320Kw

　　5×320Kw

　　5×320Kw

　　5×100Kw

　　5×100Kw

　　5×100Kw

　　此类炉型用在多条钢管热处理生产线的淬火炉和回火炉上，应用实践证明使用效果很好。

　　烧嘴和加热方式

　　要保证热处理炉对温度及其均匀性的严格要求，烧嘴和加热方式选择也是设计中的重要环节。国内大多数的步进梁式钢管热处理炉选用气体作燃料，低压涡流烧嘴、炉顶平焰烧嘴和亚高速烧嘴都是常用的烧嘴型式。由于亚高速烧嘴喷出的高速气流可以带动炉气的循环均匀炉温，以及近年来数字化燃烧控制技术的应用使得这类烧嘴得以推广。这里所提到的加热方式是指火焰直接喷到炉内的直接加热方式和在炉外设置燃烧室和炉气循环风机调节入炉气体温度的间接加热方式。正火炉加热温度高一般为火焰直接加热方式，回火炉有火焰直接加热和间接加热两种方式;间接加热存在系统复杂，高温循环风机易损坏等缺点，在近几年的设计中，我们在多座回火炉设计上采用火焰直接加热的方式，配以先进的燃烧控制系统，经实践证明炉温和钢管出炉温度都控制在很好的范围(±5℃以内)。

　　从上图所示的炉型可以看出，其所采用的烧嘴均为端部供热，火焰直接加热方式，加热段的烧嘴布置方式为反向，与均热段的烧嘴喷出的气流混合，同时还采用了脉冲控制的方式(见下述)，这种结构型式可以加速炉内气流的扰动，均匀炉温，强化对流传热。

　　烧嘴型式选用直焰燃烧的亚高速烧嘴，其结构型式如下：

　　烧嘴由壳体、烧嘴芯和烧嘴砖(陶瓷管)三部分组成，同时具有火焰检测和自动点火功能;烧嘴壳体为金属外壳，提供烧嘴芯的安装位置和助燃风的导入，同时配有测压点，可供测量助燃风和燃气的压力;烧嘴芯用来导入燃料，该部分依据喷射混合原理将空气与燃气充分混合，同时可以防止烧嘴回火，耐热钢材质可以满足高温燃烧要求;采用轻质SiC陶瓷套管代替烧嘴砖作为燃烧室，完成混合燃烧，陶瓷套管安装和更换方便，非常适用于纤维炉衬。

　　热处理炉燃烧控制

　　热处理炉燃烧控制大致分为以下3种方式。

　　4.1传统的双交叉限幅控制

　　将加热炉分为若干控制区，每区空气和煤气管道上设有流量测量装置和流量调节阀，每区都设有热电偶温度检测，当炉内温度变化时，根据双交叉限幅控制的原理同时调节各区的空气和煤气量达到控制炉温的目的。

　　4.2比例调节方式

　　将热处理炉分为若干控制区，在每区空气管路上设流量调节阀，每个烧嘴前的煤气管路上设比例阀，空气管内的压力通过连接管路传到比例阀，从而控制燃气的流量。当各段炉温变化时先调节该段的空气流量，每个烧嘴的空气量随之变化，同时通过比例阀控制煤气量变化。当空气量增大时，燃气量增大，当空气量减小时，燃气量减小，两者成近似比例变化。这种控制方式适用于洁净燃料(如天然气)以及烧嘴能力较小(最好≤450KW)情况，当烧嘴能力偏大时，比例阀的准确性和灵敏性较差会影响空燃比;而当燃料含焦油或灰尘较大时也会影响比例阀和电磁阀的操作功能甚至堵塞。

　　4.3数字化脉冲控制方式

　　数字化脉冲燃烧控制技术采用的是一种间断燃烧的方式，使用脉宽调制技术，通过调节燃烧时间的通断比实现温度控制。这个系统并不调节单个烧嘴燃料量的大小,而是通过控制每个烧嘴的燃烧时序和燃烧时间来控制某个区的燃料量和炉膛温度。烧嘴一旦工作，就处于满负荷状态，保证烧嘴燃烧时的燃气出口速度不变。当需要升温时，烧嘴燃烧时间加长，间断时间减小;需要降温时，烧嘴燃烧时间减小，间断时间加长。脉冲控制在实际应用过程中又分为大小火和开闭火两种方式，我们设计的热处理炉上多采用大小火方式，即大火时烧嘴满负荷工作，小火时调至可保证烧嘴稳定燃烧的最低的供热量，通常燃料为天然气时小功率的烧嘴调节比可达1：3，大功率时调节比可达1：10。当需要供热量低时延长小火状态工作时间，当供热量大时延长大火状态工作时间，这种方式可避免频繁的点火，烧嘴一直处于着火状态，除非烧嘴熄灭时才需要启动点火装置。

　　脉冲燃烧控制方式为：将热处理炉分为若干控制区，每区设有热电偶检测温度，烧嘴前的空气管路上设有空气双位电磁阀和取压管;选用压力稳定、洁净的燃料(如天燃气)时燃气管路上有电磁阀和比例阀;燃料条件不好时(如混合煤气或发生炉煤气)可以将烧嘴前的燃气管路分为大火和小火两个支路;烧嘴带有火焰检测、自动点火装置和烧嘴控制器，热电偶采集的炉温信号传送至PLC系统软件根据每区的温度设定值，通过程序计算确定烧嘴大火和小火的时间，其动作过程由烧嘴控制器完成。每个周期的时间可设定为30~60s，随着炉温的变化调整每个周期大小火的时间。火焰检测器随时监测烧嘴状况，当发现烧嘴熄灭时自动点火，点火不成功电磁阀动作切断煤气。理论上讲，采用脉冲控制方式燃烧系统空煤气管路无需分区，可以做到一个烧嘴一个控制区，考虑到温度信号采集，没有必要每个烧嘴配一只热电偶，故此可以将炉子划分为若干控制区。

　　4.4控制方式的比较

　　双交叉限幅控制和比例调节方式可以实现每段(区)空气和煤气量的调节，这两种控制方式烧嘴燃烧稳定，技术成熟，应用广泛，但炉内温度场的均匀性不易调节和保持， 特别对小流量和温度较低的回火炉的控制存在控温精度偏差较大的问题;而脉冲燃烧控制一方面由于其满负荷工作状态时控制精度高，另一方面，由于其烧嘴的高速气流和大火小火的频繁切换，炉气被不断扰动，使得它具有动态性能好、炉温波动小、温度控制及空燃比控制响应快，滞后小。负荷调节范围大，适应加热能力的大范围变化的优势。每个烧嘴都能自动实现最佳空燃比燃烧，炉子气氛控制更加准确、均匀，达到减少氧化和节约燃料的效果。由于正火和淬火加热对炉温和钢管温度均匀性的要求相对低一些，因此淬(正)火炉可以采用双交叉限幅控制和比例调节方式，而回火炉对炉温的要求高，负荷的变化大，温度低，比较适宜采用大小火脉冲控制方式。

　　4.5应用

　　上面提到的钢管热处理生产线两座炉子均采用脉冲燃烧控制方式， 烧嘴的控制原理图见下图：

　　从图中可以看出，每个烧嘴带有火焰检测器、点火电极、点火变压器、烧嘴控制器;空气管路上设有空气手动阀和脉冲阀，天然气管路上有电磁阀和比例阀，热处理炉每区设有两只热电偶，两只热电偶都正常工作时，以其平均值或任一测量值作为该段的温度值，当其中的一只损坏时可发出报警，并用另一只参与控制。

　　为确保温度均匀，设计中还采取了以下措施：

　　a:燃烧控制采取烧嘴顺序脉冲的方式，避免多个烧嘴同时切换带来炉压的波动;

　　b:天然气总管上设有自立式稳压阀，可保证燃气压力稳定。

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