燃气台车炉的技术方案

燃气台车炉主要由炉体(包括炉衬)、炉门、炉车及驱动机构、燃烧系统、各管路及动力自控系统、炉压自控及排烟余热回收系统、密封装置、温度控制及记录系统等主要部分组成。

　　各部分技术关键点分别介绍如下：

　　炉体：

　　燃气台车炉由于需要安装中间闸门，考虑到其密封性，引进国外先进技术，对国外同型号燃气炉分析与研究，制定以下方案：

　　1.1壳体：

　　(1)炉体框架：分前后剖两段制作，前段框架基础承重部位采用预埋钢板形式，框架与基础预埋钢板采用焊接连接，后段框架底部安装数对走轮，可以在预埋轨道上前后移动，框架采用槽钢和钢板焊接而成，柱间及柱顶之间用型钢拉住，形成完整的网架结构。炉子框架上设有平台、扶梯。炉体上所有需要检修、检查、操作和维护的部分有平台和安全扶梯。

　　(2)炉外壁采用钢板焊接，厚度≥5mm。炉体外观平直、美观、没有皱褶或凹凸不平现象。炉体外部按相关标准刷两遍底漆，两遍面漆。色标选择按行业通用标准，关键部位用耐中温漆。

　　1.2衬衬：炉衬为全纤维结构，采用优质硅酸铝耐火纤维构筑，采用标准的锚固件及科学合理的镶装方法。纤维折叠块镶装前进行再次预压缩处理（压缩容重≥230Kg/m3），用锚固件固定在壳体上，保温材料安装厚度大于300mm。

　　该结构具有低导热、低热溶优良的化学稳定性、热稳定性、抗热振性、优良的抗拉强度和抗腐蚀性。硅酸铝纤维最高耐温950℃，锚固件的材料选用304材料冲压成型。衬体制作完成后，表面有一层固化剂，形成一层隔热墙，增大衬体面的强度及热辐射性能，并进一步减小衬体畜热损失，达到快速升温的效果，最大限度提高炉子的热效率。

　　2．炉门、中间闸门

　　炉门、中间闸门结构及开闭机构直接影响炉子的使用寿命和炉子的气密性、炉温的均匀性及工件的加热质量。在设计中我方采用以下措施防止炉门、中间闸门变形及保 证炉门的整体密封。

　　2.1.炉门

　　a  炉门主体采用钢板焊接连接，交汇处采用圆形钢管与加强板焊接连接(国外炉子公司常在锻造加热炉上采用此技术)，即为钢板的膨胀留有余地，又保证了炉门的整体刚性；

　　b  炉门较大，采用分块软连接拼装技术，有效防止炉门变形；

　　c  炉门密封的好坏是十分重要的，决定了炉内的温度场是否均匀，能量消耗的多少和厂房内环境温度，炉门上及左右三部分边缘采用软接触密封，四边采用型钢与钢板组合的框架结构；

　　d  炉门压紧机构采用四联杆机构；采用电动葫芦升降方式提升炉门

　　e  炉门设有上、下行程双保险机构及与台车的连锁机构，保证炉门运行平稳，安拿可靠。

　　2.2.  中间闸门

　　由于中间闸门两面具可能受热，因此钢骨架必须设置在门体中部。为此纤维厚度增加至400mm，采用耐热圆钢作为钢骨架主体。

　　闸门的开闭借助中间龙门架及滑轮组合，利用电动葫芦带动上下升降。

　　闸门密封：如果采用传统的嵌入式密封，由于闸门的升降，势必要与炉体炉衬有一定的间隙，从而导致炉内气压下降，大量热量外溢。本公司吸收国内外先进经验，采用如下技术：当闸门关闭到位后，后端炉体在电动推杆作用下向前移动，将前段炉体（固定不动）、中间闸门、后段炉体紧紧顶成为一体（也即前后炉体夹紧中间闸门），消除了传统密封的弊端，当中间闸门需要上升或下降时，后段炉体向后移动，形成一定间隙，以免擦伤闸门。

　　3. 炉  车

　　炉车有耐火材料、车架、拉车驱动机构等组成。

　　3.1  炉车钢架：    ’

　　炉车钢架由纵梁和横梁组成。为尽量降低炉车高度，又要保证在重载冲击情况下有足够的强度和刚性，纵梁采用“组合式焊接梁”，减少纵梁跨度。横梁采用“变截面鱼腹式组合焊接梁”，可根据横梁受力的大小合理的采用不同的断面高度，确保横梁刚性。

　　3.2  炉车行走机构：

　　台车行走机构采用交流电机拖动，传动方式为大小齿轮啮合形式，台车进出炉膛通过减速机直连的小齿轮与台车车轮上的大齿轮啮合而带动台车行走，并配有电磁制动器，运行平稳、可靠。台车的走轮采用铸件经加工成型，传动轴采用45#钢精加工制作，并做调质处理，传动轴承采用滚柱轴承，确保负载要求。为了降低台车的轮压，在台车的底部安装5对10只走轮（每只走轮轮压≥30t），用来支承整个台车。台车行走设有极限限位，杜绝超行程行走的现象。

　　3.3炉车衬体

　　采用重质耐火砖、轻质耐火砖、保温砖等制作成复合型衬体，表面平整，易碰撞部位和承重部位采用重质耐火砖砌筑(砌筑时泥浆内加入粘结剂调和)，增强炉衬结构强度。在制作时留有膨胀缝，防止衬体在受热后膨胀将衬体损坏。

　　3.4  安全保护：

　　燃气台车炉炉车设有进出行程双保险限位机构及与炉门的连锁机构，炉后装有防止台车失控撞击炉后墙的机械缓冲器安全保护装置。。

　　4．燃烧器及自控系统：

　　燃烧系统由高速烧嘴、控制器、电动调节阀、电磁阀、空气／燃气比例调节阀、点火变压器、点火烧嘴和火焰监测器组成。具备自动点火、火焰检测、大小火脉冲加热等功能(小火时火焰不软弱无力，大小火有明显的区别)。

　　燃气台车炉宽度较大，装载量大，为保证炉内温度均匀性和供热能力，采用广东势能制造的ZIO140II大容量高速调温燃烧器。同时在每个供热烧嘴上配置点火烧嘴，以保证可靠点火。

　　每套高速烧嘴因配有专用控制器，操作人员可现场进行操作各烧嘴的点火、大火和小火控制和观察工况。

　　5.   管路及管路自控系统：

　　5．1  天然气管路系统：

　　5．1．1天然气管路安全系统：

　　总进口管上设有二道手动球阀(一道是业主已安装好的)、减压阀、压力变送器、紧急关闭阀和天然气流量计。在天然气欠压、风机故障、紧急断电时，自动关闭气源并报警。根据国家标准设置天然气放散管及放散阀。放散系统考虑汇总后集中放散形式。

　　5．1．2  天然气管路调压系统：

　　天然气管路供气系统的总进口管上设有自动调节阀门(减压供气)、自动测压装置，可根据燃烧情况自动调节天然气管路系统压力和供气量。

　　5．2  助燃空气管路系统：

　　5．2．1助燃空气采用热风补偿：

　　为合理组织燃烧，确保炉温均匀，控制a值，助燃空气采用热风补偿技术。当炉子运行时，随着空气预热温度的不断提高，相同压力下，空气的流量将减小，空气燃烧过剩系数x将随之降低，火焰成欠氧燃烧状态，C0含量增加，炉内形成还原气氛，可能造成工件表面渗碳；反之，炉温降低时，空气预热温度降低，同样压力下，空气流量增加，空气过剩系数x将随之增加，火焰成过氧燃烧状念，氧含量增加，炉内形成氧化气氛，造成工件表面氧化烧损和脱碳，产生大量的氧化皮。采用热风补偿系统可通过先导换热器感知空气预热温度的变化，带动可变空燃比例调节阀自动、等比例调节烧嘴前的燃气流量，实现在不同的预热温度和不同的烧嘴功率下空燃比例的恒定，达到最佳的燃烧状念。

　　5．2．2  助燃空气管路安全系统：

　　助燃空气管路设有自动测压装置。一但风机故障，自动关闭天然气源并报警。空气管路上设有安全防爆装置和氮气(或蒸气)吹扫接口。空气管路端部及高点设有放散管及放散阀。

　　总管安全系统与燃烧安全系统、控制安全系统，组成完整的安全网，确保安全生产。

　　5．2．3  助燃空气管路调压系统：

　　总进口管上设有自动调节阀门、自动测压装置，可根据燃烧情况自动调节助燃空气管路系统压力和供气量。

　　燃气台车炉专门配置高压离心风机1台，保证足够的风量和风压与天然气配比，保证炉子完全均匀燃烧，保证空气总管中压力稳定在4000—4500Pa。

　　风机进出口处各设有一个橡胶避震喉，以降低风机噪音。自动调节阀门和自动测压装置，可根掘燃烧情况，自动调节空气系统压力和供风量，控制合理的燃烧比例(空燃比控制在1．05—1.1)。

　　5.3  各管路自动控制系统：

　　管路上设有风压控制和显示系统、天然气压力控制系统、以及各系统压力异常的声、光报警系统，安全连锁系统。

　　为确保自动控制系统长期运行可靠，各压力控制的主要仪表均采用进口仪表。各压力控制的主要执行组件均采用进口产品，同时备有手动控制系统。以上各压力控制系统保证了热处理炉在最佳状念工作，并且安全可靠。

　　6．炉压控制、排烟及余热回收系统：

　　6．1  炉压控制系统：    ’

　　炉内压力是否控制或控制的好坏，决定了炉内温度是否均匀和热效率高低。

　　炉压控制系统由炉内取压装置、压力变送器、自动控制仪表和大直径自控高温烟阀组成。可随着供热量地变化，自动控制和调节炉内压力，使炉压控制在最佳值，即保证了炉内热气流充分利用又保证了炉外冷空气不会大量吸入，达到节约能源及均匀炉温的效果。高温烟阀设有自动和手动两种方式，当出现断电时，可采用手动方式将烟阀关闭。高温烟阀采用电子式执行器，确保其使用性能和寿命。

　　6．2  排烟系统：

　　本台车热处理炉采用采用上排烟方式排烟，在炉顶前后开设两个出烟口，利用管道交汇后进入车间主烟道，在烟道内设置空气换热器，对高温烟气中的余热进行回收，将助燃空气加热至350℃左右。

　　6．3  余热回收系统：

　　烟囱下部设有空气预热器，通过烟气与空气的热交换，回收烟气部分热量，以提高助燃空气的温度，温度控制在350℃，节能约5％。

　　7．  密封：

　　整台炉子必须在全密封状态下运行，炉体与台车两侧气缸式密封，炉门与炉体、台车的密封，采用四连杆压紧加炉门软边机构密封方式。密封装置性能稳定、使用可靠、寿命长、操作灵活、维修方便。

　　8．热处理炉控制系统：

　　本炉控制系统由温度控制及记录系统、燃烧控制系统、压力控制系统、安全故障报警和动力控制系统等组成，其中温度控制方式按进口智能仪表控制、手动控制两种方式，它能按照热处理工艺曲线的要求自动控制炉温以达到炉内工件温度要求。

　　8．1  温度控制

　　整个炉区分成10个加热控温区（前段6个、后端4个）,选用高速烧嘴和比例燃烧控制系统作为供热方式。该燃烧系统共设置20个烧嘴，分成10个控温区，每个区控制2个烧嘴，每个烧嘴配有燃气电磁阀和1气动双位空气蝶阀，每个区的控温原理采用PID脉冲控制，经PID运算转为脉冲时序控制，分别控制各个烧嘴的启闭时间，以达到控温的目的。该系统非常适于热负荷变化比较大和温度均匀性要求很高的场合，烧嘴一直工作在最佳燃烧状态下，以保证能耗低及排放物符合环保要求等指标，高速烧嘴的高速喷出气流及特定工作时序可保证炉内的温度均匀性，达到较好的控温目的。另外，每个烧嘴前使用空燃比例阀调节每个烧嘴的空燃配比，系统的可靠性大为提高。每个烧嘴还配有自动点火、自动保护功能，能实时显示烧嘴状态，以保证系统安全性。

　　8.1.1 控制功能介绍

　　烧嘴点火控制

　　点火程序：烧嘴在满足小火条件下：控制器进入火焰模拟和自检状态，在此时间内，如果没有监测到火焰信号，则进行下一步：打开点火电极以及燃气阀，在安全时间内，如果监测到火焰信号， 则发送成功信号给PC或PLC，点火程序结束，控制器进入大火燃烧准备状态，如果安全时间内没有监测到火焰，那么天然气阀关闭，控制器锁定，发送报警信号给PLC 或PC，或者进行第二次自动点火程序

　　系统升温保温阶段：

　　仪表PID自动调节：智能仪表根据设定升温斜率，利用先进的无超调PID算法，自动进行开启大小火的判断，从而达到精确控温

　　3）系统降温控制

　　本系统如果对降温有严格要求，那么设计时必须考虑降温控制。

　　智能仪表要求有降温曲线控制功能，双通道控制输出功能。炉体装载量不同，自然冷却时间也不同，因此要求降温曲线也采用PID调节，当然，也可以手动来控制。

　　降温主要介质为冷风，即当自然降温满足不了降温曲线时，要求打开风机进行灌吹

　　冷风管路使用助燃风管路系统，要求切换预热管路至冷风管路，并且降温时安全关闭天然气阀！

　　在降温段中，整个过程将不在使用明火控制，因为客户要求的降温曲线远大于自然冷却曲线，因此利用自然冷却加风机功能来作为调节温度的控制。

　　8．2 压力控制系统

　　热处理炉分别设有天然气压力自控系统、天然气欠压紧急切断并报警控制系统、助燃空气压力自控系统、炉膛压力自控系统连锁控制系统。

　　助燃空气压力自控系统：隋着炉温的不同，助燃空气的预热温度也不同，助燃空气调节的设定值可根据助燃空气温度自动给定，确保烧嘴在燃烧过程中空气和天然气比例达到最佳。

　　天然气压力系统还设有高低压切断、天然气欠压时自动关闭气源并报警和风机和压缩空气欠压故障时报警，并自动切断天然气的功能，以确保安全生产，

　　8．3  安全故障报警和动力控制系统

　　8．3．1  动作安全系统：

　　炉门、炉车移动、侧密封的开闭的极限位置，都有限位开关，均采用名牌元器件，并设有双保险。

　　8．3．2  燃烧安全系统：

　　每套燃烧系统都设有自动点火安全控制程序，火焰自动监测、熄火、回火自动紧急关闭保护及现场和控制室同时报警。以确保各系统的安全运行。

　　8．3．3各管路系统安全：

　　各管路系统设有安全保护装置，所有阀门采用电开式，一旦停电就自动切断燃烧器电动燃气阀和总管安全阀。防止产生事故。供电正常后，由人工确认启动总管安全阀，并能正常吹扫后启动点火程序。

　　当天然气欠压或风压、压缩空气异常时自动报警，超过危险值时系统自动关闭天然气总阀和切断所有烧嘴前阀门。

　　8．3．4温度系统安全：

　　炉温、空气预热温度超温时报警。预热器下部设有掺冷装置确保预热器安全使用。

　　8．3．5安全接地：

　　所有的电气设备、电线埋敷管、仪表柜等都有安全接地装置，燃料管路上设有防静电接地装置，烟囱设有防雷接地装置。

　　8．3．6应急控制：

　　整套自控系统中各个控制系统均设有“自控”和“手控”二套控制模式，具有多种应急控制手段，以确保系统的安全运行，实现安全连续生产。

　　8．3．7动作控制系统：

　　(1)炉门升、降控制，及限位双保险保护系统；并在炉门前设控制按钮以方便操作；

　　(2)炉车的进出控制，及限位双保险保护系统；并在炉门前设控制按钮 以方便操作；

　　(3)侧密封的开闭控制及定位联锁系统；

　　(4)炉门、炉车、侧密封三者之间相互的联锁；

　　(5)风机肩动控制系统，及与天然气紧急关闭阀、烧嘴控制器的连锁；

　　(6)热电偶补偿导线采用屏蔽线，以确保测量可靠。