博比巴茨（上海）機械設(shè)備有限公司

　　摘要：對30t圓形熔鋁爐改造系統(tǒng)的工藝及電氣控制部分進(jìn)行了分析，著重闡述了全新的蓄熱式高溫（低氧）空氣燃燒技術(shù)和SIEMENS工控技術(shù)在設(shè)備中的應(yīng)用。

　　前言

　　近年來，熔鋁爐燃燒控制技術(shù)和余熱回收技術(shù)取得了打破性的進(jìn)步，以蓄熱式燒嘴為代表的新型燃燒裝置，在提高生產(chǎn)率、降低燃耗和污染物排放量方面取得了很大成功。原鑄造熔鋁爐和1#鑄軋熔鋁爐長期存在燃油消耗高、污染嚴(yán)重、控制穩(wěn)定性差、設(shè)備維修周期短、維修成本高等問題。本文分別對其技術(shù)特性逐一進(jìn)行分析。

　　1 系統(tǒng)簡介

　　1.1圓形爐結(jié)構(gòu)

　　30t圓形熔鋁爐由圓形爐本體、可開啟爐蓋、揭蓋機、蓄熱式燃燒器系統(tǒng)、燒嘴、供風(fēng)和引風(fēng)系統(tǒng)、輔助煙道、換向裝置等部分組成，加料方式為頂部加料，使用柴油作然料。

　　1.2主要性能指標(biāo)

　　(1)熔鋁爐砌體尺寸：內(nèi)徑5000mm，熔池高層度685mm，爐膛高度2885mm；

　　(2)裝料量：30t;設(shè)計熔化速率：5t/h；非常大產(chǎn)量：7t/h；

　　(3)燒嘴型式：蓄熱式燃燒器；燒嘴數(shù)量：2個／臺爐；蓄熱體型式：耐熱陶瓷球；

　　(4)爐子熱負(fù)荷：正常條件下15. 07GJ/h，非常大產(chǎn)量時17. 6GJ/h；單位油耗：≤60kg/t；油霧化介質(zhì)：壓縮空氣(0. 3～0. 5MPa)；

　　(5)爐膛溫度：1150℃；空氣預(yù)熱溫度：低于爐溫50～150℃；煙氣排放溫度：150～250℃（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）；非常大空氣消耗量：5250m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）；非常大煙氣排放量5720m3/h；助燃空氣壓力：9．8kPa。

　　2 空氣燃燒系統(tǒng)熱

　　2.1 蓄熱式燃燒系統(tǒng)工作原理

　　蓄熱式高溫（低氧）空氣燃燒系統(tǒng)主要由燒嘴、蓄熱室、空氣換向閥及燃料換向裝置等組成。其工作原理如圖1。蓄熱式燒嘴必須成對使用，兩燒嘴可以安裝在爐子同側(cè)，亦可相對放置，一對燒嘴周而復(fù)始地運行。在前半期，燒嘴A處于燃燒狀態(tài)，燒嘴B處于排煙狀態(tài)，冷空氣經(jīng)過A燒嘴蓄熱室

　　被加熱后與燃料混合燃燒，高溫?zé)煔膺M(jìn)入蓄熱室B，大部分余熱被蓄熱體儲存，煙氣溫度降至200℃左右經(jīng)引風(fēng)機排出。一定時間間隔后，換向執(zhí)行器動作，A、B燒嘴工作狀態(tài)互換，進(jìn)入后半周期，B燒嘴處于燃燒狀態(tài)，在此之前A燒嘴熄滅，它熄滅

　　后吸入B燒嘴的高溫?zé)煔�，將蓄熱室A加熱，而此時助燃空氣進(jìn)入蓄熱室B即被預(yù)熱到僅低于爐內(nèi)溫度50～150℃的溫度水平。如此交替工作，將煙氣余熱充分回收利用。由于蓄熱式燃燒系統(tǒng)的換向周期很短，因而爐內(nèi)溫度可以保持穩(wěn)定。

　　2.2燃燒系統(tǒng)的主要配置及特點

　　本燃燒系統(tǒng)由一對高風(fēng)溫高動量低NO，燒嘴、效率高蓄熱器、空氣換向裝置、主燃料換向閥、火焰監(jiān)測器、點火值班燒嘴及管路等組成。燒嘴采用了優(yōu)化配風(fēng)、油槍保護、燃燒一蓄熱期轉(zhuǎn)換時油槍內(nèi)殘油處理、燒嘴殼體絕熱等措施，霧化效果好，燃燒效率高，較好的滿足了換向燃燒及鋁熔煉的要求。蓄熱器采用球型散狀蓄熱材料，通過進(jìn)出料門可方便地更換煙塵污染的蓄熱球�？諝鈴U氣裝置采用CDR-V-550型四通旋轉(zhuǎn)式集中換向閥，體積小，密封性強，換向動作時間短，使用性能安全可靠。點火燒嘴為石油液化氣燒嘴。

　　2.3排煙系統(tǒng)

　　90%的煙氣通過處于蓄熱器燒嘴的燃燒通道經(jīng)蓄熱器排出，排煙溫度為200℃左右，10%的煙氣通過設(shè)置在兩燒嘴間的輔勘煙道通過煙閘直接排入地下煙道，輔助煙道與爐體之間留有適當(dāng)間隙，一方面用于吸入冷風(fēng)以保護煙氣管路，另一方面

　　用于均衡爐壓。精煉造渣期，全部爐氣由輔助煙道直接排入地下煙道。

　　3 電氣控制系統(tǒng)

　　圓形熔鋁爐控制設(shè)備采用了德國了SIEMENS公司的先進(jìn)控制技術(shù)，通過WINCC人機對話操作系統(tǒng)、SIEMENS S7- 300系列PLC及SIEMENS工業(yè)局域網(wǎng)MPI網(wǎng)的無缺結(jié)合，實現(xiàn)了對整個工藝過程的自動控制、自動檢測、信號聯(lián)鎖、保護及故障診斷、遠(yuǎn)程操作等實時任務(wù)。

　　3.1 WINCC人機界面

　　系統(tǒng)的主要操作和監(jiān)控任務(wù)由一臺工業(yè)控制計算機(PⅡ450/128M/IOG)來實現(xiàn)，在計算機上安裝了SIMATIC WINCC開發(fā)軟件。WINCC是在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和控制任務(wù)的工業(yè)技術(shù)中性系統(tǒng)，它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板。除此之外，WINCC還提供了公開的界面用于用戶解決方案，這使得將WINCC集成年人復(fù)雜、廣泛的自動控制解決方案成為可能。

　　在WINCC界面平臺上，開發(fā)了熔鋁爐系統(tǒng)控制應(yīng)用軟件。主要包括：燃燒工藝過程圖形及數(shù)據(jù)顯示，實時控制操作及參數(shù)設(shè)定，故庳啟動緊急信號，過程數(shù)據(jù)、曲線歸檔存儲，報表打印等功能。使熔鋁爐現(xiàn)場設(shè)備運行狀況的監(jiān)視和控制在遠(yuǎn)程計算機上得以實現(xiàn)。

　　3.2 PLC控制部分

　　作為熔鋁爐設(shè)備的控制核心PLC部分，采用了SIEMENS S7- 300系列可編程控制器，它采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，組態(tài)十分靈活，具有通訊功能，編程方便。如圖2，PLC主CPU使用了6ES7 CPU314模板，擴展1/0板使用了IM365 SEND(365- OBA01-OAAO)和IM365 RECEIVE模板。PLC軟件編程使用SIEMENS STEP7V5.O標(biāo)準(zhǔn)軟件，STEP7軟件運行在操作系統(tǒng)Windows95/98/NT環(huán)境下，其編程語言及表達(dá)方式符合EN61131-3或IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)。通過STEP7，實現(xiàn)了對SIEMENS PLC的硬件組態(tài)和對熔鋁爐自動化任務(wù)的編程。

　　3.3 MPI局域網(wǎng)

　　SIEMENS S7系統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)包括MPl網(wǎng)、PROFIBUS網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)。為實現(xiàn)熔鋁爐操作畫面WINCC視窗與PLC系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)動態(tài)鏈接，本系統(tǒng)使用了MPI(Multiple Point Interface)局域網(wǎng)。MPI網(wǎng)主要用于PLC同PC/PG或PLC之間通訊，它配置簡單，份格低，應(yīng)用十分廣泛。爐子PLC系統(tǒng)CPU314上集成有MPI接口，在STEP7硬件組態(tài)編程時設(shè)置使用此MPI口，并設(shè)置網(wǎng)絡(luò)站號、波特率、是否主站等參數(shù)；工業(yè)計算機上安裝有內(nèi)置式CP5611網(wǎng)卡，在WIN98操作系統(tǒng)“控制面板”中“set PC/PG”下安裝網(wǎng)卡驅(qū)動程序，并設(shè)置站號、

　　波特率、是否主站等，從而完成對MPI網(wǎng)的配置。MPI網(wǎng)通訊電纜使用雙絞線，用T形頭連接，波特率一般采用187. 5kbps。

　　4 熔鋁爐系統(tǒng)特點

　　熔爐設(shè)備采用了先進(jìn)的蓄熱式燃燒技術(shù)和全部優(yōu)異的工控技術(shù)，具有以下主要優(yōu)點：

　�、俨捎媚突鸩牧献鲂顭狍w，空氣預(yù)熱溫度可達(dá)1000℃以上，排煙溫度可接近煙氣的露點溫度，從而大大提高了爐子的熱效率，與使用普通燃燒、換熱技術(shù)相比，燃料節(jié)約率可達(dá)30%～60%。

　�、诟邷仡A(yù)熱助燃風(fēng)，可使燃料燃燒在低氧空氣條件下完成，形成與傳統(tǒng)火焰（諸如擴散火焰與預(yù)混火焰等）迥然不同的新型火焰類型，從而大大降低了煙氣中NO。的生成量。同時，燃料消耗減少，使煙氣排放量也大為降低。

　�、坌顭崾饺紵�器火焰剛性強，且采用換向式燃燒，從而使?fàn)t膛內(nèi)溫度更加均勻，有利于提高加熱質(zhì)量。

　�、芸刂撇糠植捎昧讼冗M(jìn)的自動化技術(shù)，使系統(tǒng)操作使捷，運行更加可靠、穩(wěn)定。

　　5 結(jié)論和存在的問題，造成爐子的熱效率逐步下降’且不便于對爐襯的修補，還需要做進(jìn)一步的研究和探討。

　　(1)對6t熔鋁鋰合金用的無芯工頻爐爐襯采用高鋁質(zhì)耐火搗打料能滿足合金材料對爐襯的要求。

　　(2)采用干法搗打方式較為合理，爐襯的使用壽命在熔煉Al- Li合金時可達(dá)ioo爐次以上，熔煉常規(guī)鋁合金時可達(dá)450爐次以上。

　　(3)存在的問題：熔煉A1- Li合金時，爐襯的使用壽命短；熔煉常規(guī)鋁合金時，爐襯內(nèi)表面積渣厚。