常州市上能鍋爐有限公司專業製造導熱油爐,導熱油加熱爐,燃氣導熱油鍋爐,燃氣導熱油爐,燃氣導熱油加熱爐,熔鹽加熱爐,燃氣熔鹽爐,燃氣熔鹽加熱爐,熱能中心,熱能中心成套解決方案·╃,這些產品優勢多,鍋爐壽命長,燃料省,價格實惠.真誠的期待與你合作共贏╃↟·•◕。

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    有機熱載體加熱爐溫度的精確控制

    有機熱載體加熱爐熱媒溫度的精確控制

         簡介▩╃↟:本文介紹了燃煤☁╃、燃油(氣)☁╃、電加熱有機熱載體加熱爐不同的溫度控制方式及各自的特點·╃,詳細分析了為達到精確控制溫度所能採取的各種系統控制調節方案╃↟·•◕。

         有機熱載體加熱爐在我國的使用已經有許多年了·╃,由於其高溫低壓的特點·╃,正為越來越多的行業和領域所採用·╃,無論是礦物型導熱油還是合成型導熱油使用者·╃,也無論是使用的燃料是煤·╃,燃料油(氣)或是電加熱·╃,工藝溫度的控制始終是使用者較為關心的問題·╃,如何達到工藝溫度並保持穩定精確是加熱爐控制的一大重點╃↟·•◕。

    一.使用不同燃料的加熱爐的溫度控制方式

         1. 燃煤加熱爐

         煤的燃燒方式有層式燃燒☁╃、懸浮燃燒☁╃、沸騰燃燒☁╃、氣化燃燒等·╃,而層式燃燒則是現有熱載體加熱爐中的主要燃燒方式·╃,其裝置有火上添煤的手燒爐排爐·╃,火前添煤的鏈條爐排爐·╃,往復爐排爐等╃↟·•◕。

         煤從進入爐膛到燃燒完畢·╃,一般經歷四個階段▩╃↟:

         水分蒸發階段▩╃↟:當溫度達到105℃左右時·╃,水分全部被蒸發╃↟·•◕。

         揮發物著火階段▩╃↟:煤不斷吸收熱量後·╃,溫度繼續上升·╃,揮發物隨之析出·╃,當溫度達到著火點時·╃,揮發物開始燃燒╃↟·•◕。

         焦碳燃燒階段▩╃↟:煤中的揮發物著火燃燒後·╃,餘下的碳和灰組成的固體物便是焦碳╃↟·•◕。此時焦碳溫度上升很快·╃,固定碳劇烈燃燒·╃,放出大量的熱量╃↟·•◕。

         燃燼階段▩╃↟:這個階段使灰渣中的焦碳儘量燒完·╃,以降低不完全燃燒熱損失·╃,提高效率╃↟·•◕。

         從以上煤的燃燒特性可以看出·╃,煤的燃燒不是即時的·╃,從煤的進入到煤的發熱有一段時間·╃,而且在整個發熱過程中·╃,煤的燃燒強度也是弱-強-弱的變化著·╃,這些都為穩定的燃燒控制帶來了難度╃↟·•◕。

       (1)手燒固定爐排

         手燒爐是古老簡單的一種層燃爐·╃,它具有結構簡單·╃,又基本上能適應各煤種的特點╃↟·•◕。小型的加熱爐·╃,特別是負荷在40萬大卡/時以下的加熱爐有些還採用手燒固定爐排╃↟·•◕。這種爐排的溫度調節全憑操作人員根據用熱裝置工藝需要及長期的使用經驗·╃,透過加煤的頻率☁╃、加煤量和鼓引風機風門開度來適應用熱負荷的變化·╃,由於煤的加入的間斷性和發熱強度的變化·╃,供熱熱媒的溫度波動很大·╃,一般波動範圍為±8℃左右·╃,而且燃燒穩定狀況也很不好·╃,只能在一些對用熱溫度穩定性要求不高的場合下使用╃↟·•◕。

       (2) 鏈條爐排

         鏈條爐排的煤自煤鬥滑落在冷爐排上後·╃,接受爐膛的高溫輻射·╃,自上而下地著火☁╃、燃燒╃↟·•◕。顯而易見·╃,著火條件不及手燒爐有利·╃,是一種“單面引火”的爐子╃↟·•◕。但因整個燃燒過程的幾個階段是沿爐排長度由前至後·╃,連續順序地完成·╃,故不存在手燒爐的那種工作週期性·╃,使燃燒工況大為改善╃↟·•◕。

         對於使用鏈條爐排的燃煤加熱爐·╃,爐排上的燃燒出力與送風量☁╃、爐排速度和燃料層厚度有關╃↟·•◕。煤層的厚薄根據用煤的特性經燃燒調整完成後·╃,除非更換煤種就不再變動╃↟·•◕。送風量的變動對出力的變化影響較為敏銳·╃,提高風速會立即加快燃燒反應速度·╃,使鍋爐出力增加╃↟·•◕。爐排速度的調節·╃,實際是給煤量的調節╃↟·•◕。鏈速過慢·╃,會使爐排上積儲燃料不足·╃,降低出力·╃,鏈速太快·╃,固然會使出力增加·╃,但在尾部會出現燃料不能完全燃盡而使固體未完全燃燒損失加大的情況·╃,給煤量的調節必須與送風量很好配合╃↟·•◕。

         具體操作時·╃,當用熱負荷增加時·╃,開大鼓引風機的調節風門·╃,並同時加大爐排調速器的轉速·╃,使爐排的出力增加;當用熱負荷減少時·╃,關小鼓引風機的調節風門·╃,並同時降低爐排調速器的轉速·╃,使爐排的出力減少;這樣保證了加熱爐的出口熱媒溫度保持在一定的溫度範圍內╃↟·•◕。由於燃煤調節的滯後性·╃,其溫度波動範圍為±5℃左右╃↟·•◕。

         如果進一步採用變頻器調節風機和無級調速爐排調速器後·╃,調節溫度的精度可以更高·╃,溫度的波動也大為降低了╃↟·•◕。當出現波動時·╃,首先根據熱媒出口溫度來變頻調節鼓風機和爐排調速器·╃,然後根據爐膛負壓(-3~4mm水柱)來變頻調節引風機達到新的平衡╃↟·•◕。透過這樣的變頻調節·╃,熱媒出口溫度波動範圍可以調節到±3℃左右或更低╃↟·•◕。

       (3)往復爐排

         往復爐排燃燒室具有結構合理☁╃、效能可靠☁╃、適應燃料廣泛☁╃、燃燒充分等特點╃↟·•◕。大傾角往復機構·╃,使燃料呈波浪式翻滾前進·╃,燃料之間出現擠壓—移動—翻滾—塌落—疏鬆等過程·╃,特別適應燃用人造板行業的廢木料和工藝砂光粉╃↟·•◕。

         當熱負荷變動時, 由燃料輸入鍋爐的熱量也需要隨之變動, 才能使輸出和輸入的能量達到動態平衡,使熱媒出口溫度在新的工況中穩定╃↟·•◕。每小時透過推進器進入加熱爐內的廢木料量為▩╃↟:推料器寬度(m)×推料器高度(m)×爐排速度(m/h)×200(Kg/m³)·╃,爐型定後·╃,推料器寬度和推料器高度是定值·╃,所以決定廢木料量多少的是爐排速度·╃,可以透過調節液壓傳動機構使爐排速度變動來調節燃料量╃↟·•◕。特別是負荷變化量不很大·╃,變化的週期較短時·╃,通常只需調節爐排推進速度·╃,這種方法在改變燃料量的時候·╃,可較快地改變火床的長度╃↟·•◕。

         砂光粉由料倉下螺旋輸送機輸送到砂光粉輸送風機進風口·╃,與新風混合後由輸送管道經過防回火裝置(單向閥)進入爐膛上砂光粉噴嘴燃燒╃↟·•◕。砂光粉進料的調節透過螺旋輸送機的變頻控制來進行╃↟·•◕。當加熱爐出口溫度升高超過設定值時·╃,降低螺旋輸送機的電機執行頻率·╃,減少砂光粉的進料量;當加熱爐出口溫度降低超過設定值時·╃,提高螺旋輸送機的電機執行頻率·╃,增加砂光粉的進料量╃↟·•◕。

         以廢木料☁╃、砂光粉為主要燃料的加熱爐·╃,由於砂光粉燃燒特性決定·╃,燃料在爐膛內必須負壓燃燒·╃,才能保證加熱爐的執行正常和安全可靠·╃,因此·╃,風量調節過程中·╃,鼓風機☁╃、引風機☁╃、砂光粉輸送風機間的風量匹配至關重要╃↟·•◕。調風時·╃,應按先開引風機·╃,後開鼓風機·╃,先停鼓風機·╃,後停引風機順序操作╃↟·•◕。

    風量的調節必須與供熱量匹配·╃,透過調節風門或停☁╃、開鼓風機☁╃、引風機或透過鼓風機☁╃、引風機變頻控制來實現風量的調節╃↟·•◕。透過變頻調節·╃,熱媒出口溫度波動範圍可以調節到±3℃左右或更低╃↟·•◕。

         2.燃油加熱爐

         燃料油在燃油爐爐膛空間呈懸浮狀態燃燒·╃,它需藉助油噴嘴將油霧化成很細的霧狀粒子·╃,一般粒徑小於200μm·╃,以增加油的燃燒反應表面積╃↟·•◕。燃油噴入爐中後·╃,首先被爐內的高溫煙氣加熱·╃,而後蒸發成油氣╃↟·•◕。油氣遇氧即刻著火燃燒·╃,燃燒產生的熱量·╃,其中一部分由火焰傳給油滴·╃,使其不斷蒸發·╃,油氣繼續向外擴散·╃,燃燒就連續下去╃↟·•◕。

         以油作燃料·╃,發熱量大·╃,容易著火燃燒·╃,燃燒效率也高·╃,幾乎沒有灰分·╃,運輸☁╃、貯存和執行調節都很方便·╃,易於實現操作☁╃、執行的機械化和自動化╃↟·•◕。

         燃油加熱爐的供熱負荷有變動時·╃,控制系統透過控制燃油量的變化及同步調節燃燒所需空氣量來控制進入加熱爐的熱量·╃,從而控制熱媒出口溫度的波動╃↟·•◕。

       (1)單段火燃燒器

         燃燒器只有一個噴嘴·╃,在正常情況下·╃,空氣量在擋板處一次調好並不再改變╃↟·•◕。燃燒器開始執行後·╃,啟動吹掃和預點火·╃,一段時間後燃油電磁閥開啟·╃,燃油流向噴嘴·╃,火焰出現╃↟·•◕。燃燒器在溫度設定點附近透過反覆的開-關來調節功率·╃,溫度的波動範圍約為±5℃左右╃↟·•◕。


       (2)雙段火燃燒器

         燃燒器有兩個噴嘴·╃,燃燒器開始執行後·╃,啟動吹掃和預點火·╃,一段時間後1號燃油電磁閥開啟·╃,火焰出現;然後開啟2號電磁閥後達到滿負荷╃↟·•◕。在溫度設定點附近透過反覆的開啟和關閉2號電磁閥來調節功率·╃,溫度的波動範圍約為±3℃左右╃↟·•◕。

       (3)三段火燃燒器

         燃燒器有三個噴嘴·╃,燃燒器開始執行後·╃,啟動吹掃和預點火·╃,一段時間後1號燃油電磁閥開啟·╃,火焰出現;然後開啟2號電磁閥加部分負荷;開啟3號電磁閥後達到滿負荷╃↟·•◕。在溫度設定點附近透過反覆的開啟和關閉2號和3號電磁閥來調節功率·╃,溫度的波動範圍約為±2℃左右╃↟·•◕。

       (4)滑動二級式和比例調節式燃燒器


         此種燃燒器的噴嘴預先設定了滑動的雙級控制╃↟·•◕。開動第一級後·╃,第二級在恆定的時間內持續的增至滿負荷·╃,當達到額定溫度後·╃,第二級即連續降至第一級╃↟·•◕。若用第一級已達到額定溫度·╃,則這個基準級也關閉╃↟·•◕。透過在電控箱中裝入合適的比例調節器·╃,燃燒器就可按比例調節方式執行·╃,即實現了連續控制·╃,在所有負載階段下都保證燃燒合格╃↟·•◕。滑動二級式和比例調節式燃燒器透過其功率的緩慢變化能與熱能裝置極佳的配合·╃,溫度的波動範圍約為±1℃左右╃↟·•◕。

         3. 燃氣加熱爐

         常用的氣體燃料有天然氣☁╃、液化石油氣和城市煤氣╃↟·•◕。氣體燃料的著火和燃燒十分容易·╃,燃燒速度與燃燒的完全程度取決於氣體燃料與空氣的混合·╃,混合越完善·╃,則燃燒越迅速而完全╃↟·•◕。

         燃氣加熱爐的供熱負荷有變動時·╃,控制系統透過控制燃氣量的變化及同步調節燃燒所需空氣量來控制進入加熱爐的熱量·╃,從而控制熱媒出口溫度的波動╃↟·•◕。

         燃氣加熱爐的溫度控制方式有滑動兩級式和比例調節式╃↟·•◕。
       (1)滑動兩級式Z

         點火時·╃,開啟電磁閥開始釋放燃氣·╃,點火燃氣自蝶閥輸出·╃,透過伺服馬達控制蝶閥的位置釋放部分及滿負荷所需的燃氣量·╃,滑動兩級式Z式燃燒器的部分及滿負荷變換所需的時間為8秒·╃,溫度的波動範圍約為±2℃左右╃↟·•◕。


        (2)滑動兩級式ZM和比例調節式M


         點火時·╃,開啟電磁閥開始釋放燃氣·╃,點火燃氣自蝶閥輸出·╃,透過慢速執行伺服馬達控制蝶閥的位置釋放部分及滿負荷所需的燃氣量·╃,滑動兩級式ZM和比例調節式M之間的差別在於電子調節裝置及伺服馬達的執行時間(ZM-20秒 M-42秒)·╃,溫度的波動範圍約為±1℃左右╃↟·•◕。

        4. 電加熱器

         電加熱器根據出口油溫控制電加熱單元的投入數量,從而得到穩定可靠的熱源╃↟·•◕。

         常規的電加熱器採用電加熱的全開-全關式控制·╃,這樣控制比較簡單·╃,但溫度的波動較大·╃,一般在±3℃左右╃↟·•◕。在需要穩定供熱的工況下·╃,電加熱單元頻繁的開-停也容易造成電加熱管的損壞·╃,為此·╃,可以將總功率分成兩組或多組進行分別控制·╃,道理與燃油燃燒器中的雙段三段火是一樣的·╃,這樣溫度的波動就大為縮小了╃↟·•◕。如果想進一步提高溫度控制的精度·╃,可以採用固態繼電器來無級調節電功率的投入量·╃,這樣供熱溫度的波動範圍可控制在±1℃左右╃↟·•◕。

         5. 燃水煤漿加熱爐

         在環境保護越來越受重視的現代社會·╃,越來越多的新燃料和新的燃燒方式被採用·╃,燃水煤漿的加熱爐正逐漸被開發出來併成熟應用╃↟·•◕。煤粉加水和新增劑製成的水煤漿用螺桿泵輸送·╃,採用空氣或蒸汽霧化·╃,送入水煤漿噴嘴燃燒·╃,執行管理與重油一樣╃↟·•◕。負荷變化時·╃,操作人員一方面需要調節進入噴嘴的水煤漿料·╃,另一方面需要調節燃燒所需的助燃風量·╃,這些調節雖然也可做成多級可調·╃,但是這些調節都與操作人員的使用經驗相關·╃,而不是水煤漿噴嘴自身的控制系統自行完成的·╃,因此供熱溫度的波動範圍還是較大·╃,一般可控制在±3℃左右╃↟·•◕。

         以上採用的都是從加熱爐本體燃燒裝置上控制溫度精度的方法·╃,可以看出·╃,燃油(氣)加熱爐和電加熱器的熱媒溫度控制可以透過比例調節來達到±1℃的精度·╃,而燃煤鍋爐的溫度控制則很難達到這樣的水平·╃,這樣·╃,我們只能從工藝系統上想辦法來提高控溫精度╃↟·•◕。

    二.為提高溫度精度所能採取的系統方案

         1.兩通閥流量控制

         如加熱爐出口熱媒溫度無法直接控制在需要的精度以內·╃,也可透過兩通閥調節流量以滿足各用熱裝置的負荷調節╃↟·•◕。用各用熱裝置內被加熱介質的溫度來控制各支路的兩通調節閥·╃,根據負荷的變化調節兩通閥的開度·╃,使進入本支路的熱媒流量增大或減小·╃,滿足穩定供熱的需要╃↟·•◕。此種控制方式適用於有多支路的調節·╃,每個獨立支路閥的開度只與本支路內用熱裝置內介質的溫度相關·╃,與其他支路都不相關╃↟·•◕。為保證加熱爐內熱媒的迴圈流量·╃,在旁路設定了流量調節閥·╃,用出爐熱媒壓力(熱媒進出口壓差或者熱媒流量)來控制該閥的開度·╃,在後面用熱裝置在小負荷狀態工作時·╃,旁通閥開大保證加熱爐不因流量降低而產生粘度增加和結焦的問題╃↟·•◕。

         2.三通閥流量控制

         如系統中只有一個用熱裝置·╃,則利用一個三通調節閥就可進行負荷的調節╃↟·•◕。用熱裝置內的溫度訊號用來控制進入裝置的熱媒流量·╃,滿足負荷需要·╃,多餘的熱媒則透過三通閥旁路迴流返回加熱爐╃↟·•◕。用三通閥控制恆定體積流量已被廣泛應用在工業生產中·╃,並被證明為一種簡單易行而又可靠的方案╃↟·•◕。

         3.採用蓄熱罐工藝

         在系統中設定蓄熱罐·╃,罐記憶體油量約為系統總油量的1/4·╃,經加熱爐加熱後的導熱油進入蓄熱罐·╃,然後再透過二次迴圈泵將油打入後面各個用熱點(如用熱裝置A)·╃,如需要有某個不同的工藝溫度點(如用熱裝置B)·╃,還可以用冷熱油混合調節的方法實現╃↟·•◕。經用熱裝置使用後的回油再進入蓄熱罐·╃,由主迴圈泵抽回加熱爐再次加熱╃↟·•◕。由於主迴圈只流經加熱爐☁╃、油管線和蓄能罐·╃,流動阻力很小·╃,因此主迴圈泵的揚程可選的較小·╃,一般有40~50米揚程即可╃↟·•◕。透過蓄熱罐的設定·╃,增加了系統內的容油量·╃,鈍化了負荷變化對油溫的影響·╃,對小負荷的加熱爐及系統管線比較短的加熱爐效果尤其明顯╃↟·•◕。



         4.採用二次迴圈工藝

         對於系統管線比較長和容油量大的系統·╃,特別是有多個用熱溫度點的使用者可以採用多個二次迴圈模組來實現穩定供熱╃↟·•◕。來自主迴圈的熱油由分流式三通調節閥控制進入二次迴圈與冷油混合·╃,分流式三通調節閥的開度由混合油溫控制·╃,透過這樣的方式·╃,可以得到恆定流量和恆定溫度的熱油進入用熱裝置╃↟·•◕。特別是對於壓機這樣需要大流量的用熱裝置·╃,透過二次迴圈模組的設定解決了其與主迴圈流量的匹配問題╃↟·•◕。



         5.採用少量回流介質旁路工藝

         在某些熱使用者的工藝中·╃,為保證主迴圈中加熱爐出口溫度的穩定·╃,還可採用迴流介質爐前旁路法╃↟·•◕。如果出口溫度超過設定的某點溫度·╃,則自動開啟旁路閥·╃,用冷流體來混合熱流體·╃,使混合流體的溫度恢復到控制溫度內·╃,旁路閥的開度由混合熱媒的溫度來控制╃↟·•◕。但這種方法必須嚴格計算旁通管路口徑·╃,保證在旁路較大開路時·╃,進入加熱爐的熱媒流量仍在安全流量之上·╃,一般旁路流量控制在總流量的10%~15%·╃,否則會由於流量過低而對加熱爐造成損壞╃↟·•◕。




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