1、 有機(jī)熱載體加熱爐熱媒溫度的精確控制曹迅平 馮健 夏成越（常州能源設(shè)備總廠有限公司，江蘇常州 213033）簡介：本文介紹了燃煤、燃油（氣）、電加熱有機(jī)熱載體加熱爐不同的溫度控制方式及各自的特點(diǎn)，詳細(xì)分析了為達(dá)到精確控制溫度所能采取的各種系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)方案。關(guān)鍵詞：有機(jī)熱載體加熱爐，溫度控制方式，精確控制溫度，系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)方案有機(jī)熱載體加熱爐在我國的使用已經(jīng)有許多年了，由于其高溫低壓的特點(diǎn)，正為越來越多的行業(yè)和領(lǐng)域所采用，無論是礦物型導(dǎo)熱油還是合成型導(dǎo)熱油用戶，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用戶最關(guān)心的問題，如何達(dá)到工藝溫度并保持穩(wěn)定精確是加熱爐控制的一大重

2、點(diǎn)。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(xiàn)有熱載體加熱爐中的主要燃燒方式，其設(shè)備有火上添煤的手燒爐排爐，火前添煤的鏈條爐排爐，往復(fù)爐排爐等。煤從進(jìn)入爐膛到燃燒完畢，一般經(jīng)歷四個(gè)階段：水分蒸發(fā)階段：當(dāng)溫度達(dá)到105左右時(shí)，水分全部被蒸發(fā)。揮發(fā)物著火階段：煤不斷吸收熱量后，溫度繼續(xù)上升，揮發(fā)物隨之析出，當(dāng)溫度達(dá)到著火點(diǎn)時(shí)，揮發(fā)物開始燃燒。焦碳燃燒階段：煤中的揮發(fā)物著火燃燒后，余下的碳和灰組成的固體物便是焦碳。此時(shí)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(gè)階段使灰渣中的焦碳盡量燒完，以降低不完

3、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(shí)的，從煤的進(jìn)入到煤的發(fā)熱有一段時(shí)間，而且在整個(gè)發(fā)熱過程中，煤的燃燒強(qiáng)度也是弱-強(qiáng)-弱的變化著，這些都為穩(wěn)定的燃燒控制帶來了難度。手燒固定爐排手燒爐是最古老最簡單的一種層燃爐，它具有結(jié)構(gòu)簡單，又基本上能適應(yīng)各煤種的特點(diǎn)。小型的加熱爐，特別是負(fù)荷在40萬大卡/時(shí)以下的加熱爐有些還采用手燒固定爐排。這種爐排的溫度調(diào)節(jié)全憑操作人員根據(jù)用熱設(shè)備工藝需要及長期的使用經(jīng)驗(yàn)，通過加煤的頻率、加煤量和鼓引風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度來適應(yīng)用熱負(fù)荷的變化，由于煤的加入的間斷性和發(fā)熱強(qiáng)度的變化，供熱熱媒的溫度波動很大，一般波動范圍為8左右，而且燃燒穩(wěn)定狀況也很不好

4、，只能在一些對用熱溫度穩(wěn)定性要求不高的場合下使用。 鏈條爐排鏈條爐排的煤自煤斗滑落在冷爐排上后，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(gè)燃燒過程的幾個(gè)階段是沿爐排長度由前至后，連續(xù)順序地完成，故不存在手燒爐的那種工作周期性，使燃燒工況大為改善。對于使用鏈條爐排的燃煤加熱爐，爐排上的燃燒出力與送風(fēng)量、爐排速度和燃料層厚度有關(guān)。煤層的厚薄根據(jù)用煤的特性經(jīng)燃燒調(diào)整完成后，除非更換煤種就不再變動。送風(fēng)量的變動對出力的變化影響最為敏銳，提高風(fēng)速會立即加快燃燒反應(yīng)速度，使鍋爐出力增加。爐排速度的調(diào)節(jié)，實(shí)際是給煤量的調(diào)節(jié)。鏈速過慢，會使?fàn)t

5、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(xiàn)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(diào)節(jié)必須與送風(fēng)量很好配合。具體操作時(shí)，當(dāng)用熱負(fù)荷增加時(shí)，開大鼓引風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，并同時(shí)加大爐排調(diào)速器的轉(zhuǎn)速，使?fàn)t排的出力增加；當(dāng)用熱負(fù)荷減少時(shí)，關(guān)小鼓引風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)風(fēng)門，并同時(shí)降低爐排調(diào)速器的轉(zhuǎn)速，使?fàn)t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范圍內(nèi)。由于燃煤調(diào)節(jié)的滯后性，其溫度波動范圍為5左右。如果進(jìn)一步采用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)和無級調(diào)速爐排調(diào)速器后，調(diào)節(jié)溫度的精度可以更高，溫度的波動也大為降低了。當(dāng)出現(xiàn)波動時(shí)，首先根據(jù)熱媒出口溫度來變頻調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)和爐排調(diào)

6、速器，然后根據(jù)爐膛負(fù)壓（34mm水柱）來變頻調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)達(dá)到新的平衡。通過這樣的變頻調(diào)節(jié)，熱媒出口溫度波動范圍可以調(diào)節(jié)到3左右或更低。 往復(fù)爐排往復(fù)爐排燃燒室具有結(jié)構(gòu)合理、性能可靠、適應(yīng)燃料廣泛、燃燒充分等特點(diǎn)。大傾角往復(fù)機(jī)構(gòu)，使燃料呈波浪式翻滾前進(jìn)，燃料之間出現(xiàn)擠壓移動翻滾塌落疏松等過程，特別適應(yīng)燃用人造板行業(yè)的廢木料和工藝砂光粉。當(dāng)熱負(fù)荷變動時(shí), 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(dá)到動態(tài)平衡,使熱媒出口溫度在新的工況中穩(wěn)定。每小時(shí)通過推進(jìn)器進(jìn)入加熱爐內(nèi)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/m)，爐型定后，推料器寬度和推料器高

7、度是定值，所以決定廢木料量多少的是爐排速度，可以通過調(diào)節(jié)液壓傳動機(jī)構(gòu)使?fàn)t排速度變動來調(diào)節(jié)燃料量。特別是負(fù)荷變化量不很大，變化的周期較短時(shí)，通常只需調(diào)節(jié)爐排推進(jìn)速度，這種方法在改變?nèi)剂狭康臅r(shí)候，可較快地改變火床的長度。砂光粉由料倉下螺旋輸送機(jī)輸送到砂光粉輸送風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口，與新風(fēng)混合后由輸送管道經(jīng)過防回火裝置（單向閥）進(jìn)入爐膛上砂光粉噴嘴燃燒。砂光粉進(jìn)料的調(diào)節(jié)通過螺旋輸送機(jī)的變頻控制來進(jìn)行。當(dāng)加熱爐出口溫度升高超過設(shè)定值時(shí)，降低螺旋輸送機(jī)的電機(jī)運(yùn)行頻率，減少砂光粉的進(jìn)料量；當(dāng)加熱爐出口溫度降低超過設(shè)定值時(shí)，提高螺旋輸送機(jī)的電機(jī)運(yùn)行頻率，增加砂光粉的進(jìn)料量。以廢木料、砂光粉為主要燃料的加熱爐，由于砂光

8、粉燃燒特性決定，燃料在爐膛內(nèi)必須負(fù)壓燃燒，才能保證加熱爐的運(yùn)行正常和安全可靠，因此，風(fēng)量調(diào)節(jié)過程中，鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、砂光粉輸送風(fēng)機(jī)間的風(fēng)量匹配至關(guān)重要。調(diào)風(fēng)時(shí)，應(yīng)按先開引風(fēng)機(jī)，后開鼓風(fēng)機(jī)，先停鼓風(fēng)機(jī)，后停引風(fēng)機(jī)順序操作。風(fēng)量的調(diào)節(jié)必須與供熱量匹配，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門或停、開鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)或通過鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)變頻控制來實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。通過變頻調(diào)節(jié)，熱媒出口溫度波動范圍可以調(diào)節(jié)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(tài)燃燒，它需借助油噴嘴將油霧化成很細(xì)的霧狀粒子，一般粒徑小于200m，以增加油的燃燒反應(yīng)表面積。燃油噴入爐中后，首先被爐內(nèi)的高溫?zé)煔饧訜幔笳舭l(fā)成油氣。油氣遇氧即刻著火燃

9、燒，燃燒產(chǎn)生的熱量，其中一部分由火焰?zhèn)鹘o油滴，使其不斷蒸發(fā)，油氣繼續(xù)向外擴(kuò)散，燃燒就連續(xù)下去。以油作燃料，發(fā)熱量大，容易著火燃燒，燃燒效率也高，幾乎沒有灰分，運(yùn)輸、貯存和運(yùn)行調(diào)節(jié)都很方便，易于實(shí)現(xiàn)操作、運(yùn)行的機(jī)械化和自動化。燃油加熱爐的供熱負(fù)荷有變動時(shí)，控制系統(tǒng)通過控制燃油量的變化及同步調(diào)節(jié)燃燒所需空氣量來控制進(jìn)入加熱爐的熱量，從而控制熱媒出口溫度的波動。單段火燃燒器燃燒器只有一個(gè)噴嘴，在正常情況下，空氣量在擋板處一次調(diào)好并不再改變。燃燒器開始運(yùn)行后，啟動吹掃和預(yù)點(diǎn)火，一段時(shí)間后燃油電磁閥打開，燃油流向噴嘴，火焰出現(xiàn)。燃燒器在溫度設(shè)定點(diǎn)附近通過反復(fù)的開-關(guān)來調(diào)節(jié)功率，溫度的波動范圍約為5左右。

10、雙段火燃燒器燃燒器有兩個(gè)噴嘴，燃燒器開始運(yùn)行后，啟動吹掃和預(yù)點(diǎn)火，一段時(shí)間后1號燃油電磁閥打開，火焰出現(xiàn)；然后打開2號電磁閥后達(dá)到滿負(fù)荷。在溫度設(shè)定點(diǎn)附近通過反復(fù)的打開和關(guān)閉2號電磁閥來調(diào)節(jié)功率，溫度的波動范圍約為3左右。三段火燃燒器燃燒器有三個(gè)噴嘴，燃燒器開始運(yùn)行后，啟動吹掃和預(yù)點(diǎn)火，一段時(shí)間后1號燃油電磁閥打開，火焰出現(xiàn)；然后打開2號電磁閥加部分負(fù)荷；最后打開3號電磁閥后達(dá)到滿負(fù)荷。在溫度設(shè)定點(diǎn)附近通過反復(fù)的打開和關(guān)閉2號和3號電磁閥來調(diào)節(jié)功率，溫度的波動范圍約為2左右。滑動二級式和比例調(diào)節(jié)式燃燒器此種燃燒器的噴嘴預(yù)先設(shè)定了滑動的雙級控制。開動第一級后，第二級在恒定的時(shí)間內(nèi)持續(xù)的增至滿負(fù)荷

11、，當(dāng)達(dá)到額定溫度后，第二級即連續(xù)降至第一級。若用第一級已達(dá)到額定溫度，則這個(gè)基準(zhǔn)級也關(guān)閉。通過在電控箱中裝入合適的比例調(diào)節(jié)器，燃燒器就可按比例調(diào)節(jié)方式運(yùn)行，即實(shí)現(xiàn)了連續(xù)控制，在所有負(fù)載階段下都保證燃燒合格。滑動二級式和比例調(diào)節(jié)式燃燒器通過其功率的緩慢變化能與熱能裝置極佳的配合，溫度的波動范圍約為1左右。3. 燃?xì)饧訜釥t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于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?xì)饧訜釥t的供熱負(fù)荷有變動時(shí)，控制系統(tǒng)通過控制燃?xì)饬康淖兓巴秸{(diào)節(jié)燃燒所需空氣量來控制進(jìn)入加熱爐的熱量，從而控制熱媒出

12、口溫度的波動。燃?xì)饧訜釥t的溫度控制方式有滑動兩級式和比例調(diào)節(jié)式。滑動兩級式z點(diǎn)火時(shí)，打開電磁閥開始釋放燃?xì)猓c(diǎn)火燃?xì)庾缘y輸出，通過伺服馬達(dá)控制蝶閥的位置釋放部分及滿負(fù)荷所需的燃?xì)饬浚瑒觾杉壥絲式燃燒器的部分及滿負(fù)荷變換所需的時(shí)間為8秒，溫度的波動范圍約為2左右。滑動兩級式zm和比例調(diào)節(jié)式m點(diǎn)火時(shí)，打開電磁閥開始釋放燃?xì)猓c(diǎn)火燃?xì)庾缘y輸出，通過慢速運(yùn)行伺服馬達(dá)控制蝶閥的位置釋放部分及滿負(fù)荷所需的燃?xì)饬浚瑒觾杉壥絲m和比例調(diào)節(jié)式m之間的差別在于電子調(diào)節(jié)裝置及伺服馬達(dá)的運(yùn)行時(shí)間（zm-20秒 m-42秒），溫度的波動范圍約為1左右。4. 電加熱器電加熱器根據(jù)出口油溫控制電加熱單元的投入數(shù)量,

13、從而得到穩(wěn)定可靠的熱源。常規(guī)的電加熱器采用電加熱的全開-全關(guān)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(wěn)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(jìn)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(jìn)一步提高溫度控制的精度，可以采用固態(tài)繼電器來無級調(diào)節(jié)電功率的投入量，這樣供熱溫度的波動范圍可控制在1左右。5. 燃水煤漿加熱爐在環(huán)境保護(hù)越來越受重視的現(xiàn)代社會，越來越多的新燃料和新的燃燒方式被采用，燃水煤漿的加熱爐正逐漸被開發(fā)出來并成熟應(yīng)用。煤粉加水和添加劑制成的水煤漿用螺桿泵輸送，采用

14、空氣或蒸汽霧化，送入水煤漿噴嘴燃燒，運(yùn)行管理與重油一樣。負(fù)荷變化時(shí)，操作人員一方面需要調(diào)節(jié)進(jìn)入噴嘴的水煤漿料，另一方面需要調(diào)節(jié)燃燒所需的助燃風(fēng)量，這些調(diào)節(jié)雖然也可做成多級可調(diào)，但是這些調(diào)節(jié)都與操作人員的使用經(jīng)驗(yàn)相關(guān)，而不是水煤漿噴嘴自身的控制系統(tǒng)自行完成的，因此供熱溫度的波動范圍還是較大，一般可控制在3左右。以上采用的都是從加熱爐本體燃燒設(shè)備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通過比例調(diào)節(jié)來達(dá)到1的精度，而燃煤鍋爐的溫度控制則很難達(dá)到這樣的水平，這樣，我們只能從工藝系統(tǒng)上想辦法來提高控溫精度。二為提高溫度精度所能采取的系統(tǒng)方案1兩通閥流量控制如加熱爐出口

15、熱媒溫度無法直接控制在需要的精度以內(nèi)，也可通過兩通閥調(diào)節(jié)流量以滿足各用熱設(shè)備的負(fù)荷調(diào)節(jié)。用各用熱設(shè)備內(nèi)被加熱介質(zhì)的溫度來控制各支路的兩通調(diào)節(jié)閥，根據(jù)負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)兩通閥的開度，使進(jìn)入本支路的熱媒流量增大或減小，滿足穩(wěn)定供熱的需要。此種控制方式適用于有多支路的調(diào)節(jié)，每個(gè)獨(dú)立支路閥的開度只與本支路內(nèi)用熱設(shè)備內(nèi)介質(zhì)的溫度相關(guān)，與其他支路都不相關(guān)。為保證加熱爐內(nèi)熱媒的循環(huán)流量，在旁路設(shè)置了流量調(diào)節(jié)閥，用出爐熱媒壓力（熱媒進(jìn)出口壓差或者熱媒流量）來控制該閥的開度，在后面用熱設(shè)備在小負(fù)荷狀態(tài)工作時(shí)，旁通閥開大保證加熱爐不因流量降低而產(chǎn)生粘度增加和結(jié)焦的問題。2三通閥流量控制如系統(tǒng)中只有一個(gè)用熱設(shè)備，則利用

16、一個(gè)三通調(diào)節(jié)閥就可進(jìn)行負(fù)荷的調(diào)節(jié)。用熱設(shè)備內(nèi)的溫度信號用來控制進(jìn)入設(shè)備的熱媒流量，滿足負(fù)荷需要，多余的熱媒則通過三通閥旁路回流返回加熱爐。用三通閥控制恒定體積流量已被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，并被證明為一種簡單易行而又可靠的方案。3采用蓄熱罐工藝在系統(tǒng)中設(shè)置蓄熱罐，罐內(nèi)存油量約為系統(tǒng)總油量的1/4，經(jīng)加熱爐加熱后的導(dǎo)熱油進(jìn)入蓄熱罐，然后再通過二次循環(huán)泵將油打入后面各個(gè)用熱點(diǎn)（如用熱設(shè)備a），如需要有某個(gè)不同的工藝溫度點(diǎn)（如用熱設(shè)備b），還可以用冷熱油混合調(diào)節(jié)的方法實(shí)現(xiàn)。經(jīng)用熱設(shè)備使用后的回油再進(jìn)入蓄熱罐，由主循環(huán)泵抽回加熱爐再次加熱。由于主循環(huán)只流經(jīng)加熱爐、油管線和蓄能罐，流動阻力很小，因此主循環(huán)

17、泵的揚(yáng)程可選的較小，一般有4050米揚(yáng)程即可。通過蓄熱罐的設(shè)置，增加了系統(tǒng)內(nèi)的容油量，鈍化了負(fù)荷變化對油溫的影響，對小負(fù)荷的加熱爐及系統(tǒng)管線比較短的加熱爐效果尤其明顯。4采用二次循環(huán)工藝對于系統(tǒng)管線比較長和容油量大的系統(tǒng)，特別是有多個(gè)用熱溫度點(diǎn)的用戶可以采用多個(gè)二次循環(huán)模塊來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供熱。來自主循環(huán)的熱油由分流式三通調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入二次循環(huán)與冷油混合，分流式三通調(diào)節(jié)閥的開度由混合油溫控制，通過這樣的方式，可以得到恒定流量和恒定溫度的熱油進(jìn)入用熱設(shè)備。特別是對于壓機(jī)這樣需要大流量的用熱設(shè)備，通過二次循環(huán)模塊的設(shè)置解決了其與主循環(huán)流量的匹配問題。5采用少量回流介質(zhì)旁路工藝在某些熱用戶的工藝中，為保證

18、主循環(huán)中加熱爐出口溫度的穩(wěn)定，還可采用回流介質(zhì)爐前旁路法。如果出口溫度超過設(shè)定的某點(diǎn)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(fù)到控制溫度內(nèi)，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(yán)格計(jì)算旁通管路口徑，保證在旁路最大開路時(shí)，進(jìn)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%，否則會由于流量過低而對加熱爐造成損壞。作者簡介：曹迅平（1971- ），男，江蘇人，工程師，主要從事熱載體加熱爐方面的研究工作。馮健（1978- ）， 男，江蘇人，助理工程師，主要從事熱載體加熱爐方面的研究工作。夏成越（1981- ），男，江蘇人，助理工程師，主要從事熱載體加熱爐方面的研究工作。precise temperature control of organic heat transfer material heaterscao xun-ping feng jian xia cheng-yue(changzhou energy engineering co.,ltd, jiangsu changzhou 213033)abstract：this paper introduces the different temperature control modes and spec