舞娘诱惑
范文一：加热炉 论文加热炉论文
2010年第4期南钢科技与管理29
蓄热式步进加热炉“黑匣子”测试与分析
康立文（技术质量部）
张西和（安徽工业大学）
摘要：通过对中型厂蓄热式步进加热炉进行“黑匣子”测试与分析，得到各种温度变化曲线，了解钢坯的加
热质量和存在问题。
关键词：蓄热式步进加热炉黑匣子温度变化曲线
Test and Analysis for the Black Box of Regenerative Walking-beam Reheating Furnace
Kang Liwen
（Technology ＆Quality Department ）
Zhang Xihe
（Anhui University of Technology ）
Abstract ：This article introduces the test and analysis for the black box of the regenerative walking-beam reheating fur-nace at Medium-sized Steel Plant．Temperature variation curves are obtained．The heating quality and problems of billet steel are known．
Key words ：regenerative walking-beam reheating furnace ；black box ；temperature variation curve
前言
中型厂选用320mm ? 480mm 的大断面坯料进由于320mm ? 480mm 的大断面坯料在行圆钢轧制，
加热过程中钢坯内外温差大，同时连铸坯是铸态组织，导热性差、塑性不好，因此钢坯在加热过程中如果加热不当（如加热速度过快）则会因热应力过大而造成内部裂纹，并在随后的开坯轧制过程中扩展到表面，形成圆钢表面的开裂缺陷。
为研究加热炉的加热过程，确定加热炉各段温度的变化，优化热工制度，需对加热炉连铸坯的加热“黑匣子”温度进行跟踪测试。本文采用温度测试仪对中型厂加热炉内的温度分布曲线进行测定，研究铸坯在炉内的温度分布，了解钢坯的加热质量和目前存在的问题，为加热炉加热过程和加热制度优化提供数据支撑，实现提高加热质量，降低燃料消耗的目的。
11．1
加热炉黑匣子测试结果及分析实验条件
坯料规格：320mm ? 480mm ? 4800mm ，钢种为
30Mn2-Y 。利用“黑匣子”温度测试仪，在试验坯不同位置打孔（包括上表面、下表面、中心）并埋设热电偶，共计8点，按照钢种相应加热制度，控制试验坯入炉和出炉时间，冷却后取出数据记录仪，通过计算机读取数据，得出上表面、中心、下表面的温度变化曲线、钢坯上下炉气温度曲线和钢坯长度方向三点温度变化曲线。
1．2
1．2．1
加热炉黑匣子测试结果及分析
加热炉上、下部炉气温度测试及比较
（1）上、下部炉气温度
下黑匣子测试的上炉气温度与加热炉实际上、
炉气温度曲线见图1、
2。图1表明黑匣子测试炉温与实际炉温基本符合，
均热段实际显示上部炉气温度比黑匣子测试温度低55? 左右。图2表明除加二段外黑匣子测试的下部炉气温度与实际炉温基本符合，加二段左侧热电偶基本正常，右侧热电偶严重偏低，需对该处热电偶进行调整。
（2）
上下炉气温度比较
图3
加热炉上、下炉气比较
由图3可见，加热炉上下炉气温度差别不大，仅在预热段开始阶段，由于下加热烧嘴关闭导致下加热温度较低，
具体数值见表1。表1
上下炉气温度的差值（? ）
温差预热段加一段加二段均热段平均温差－168．8－2．714．6－6．7最大温差57．792．894．721．0最小温差
－576．1
－95．1
－69．6
－39．0
1．2．2钢坯上、下表面温度测试比较
由于采用黑匣子测试，
为保证测试数据的准确度，试验坯上、下表面温度的测量分别采取打10mm 测孔和310mm 测孔的方式，测试结果分别见图4和图5。
由图4可见，钢坯的表面温度在炉内随时间的变化，几乎是直线关系。各段炉气与钢坯上、下表面的温差值见表2。表2
炉气温度与钢坯上、下表面温度的差值（? ）
比较项目
温度
预热段加一段加二段均热段
上表面温平均温差618．4
441．9356．3216．0度与炉气最大温差794．6578．6444．6308．7温度最小温差205．0275．1271．3132．1下表面温平均温差447．7433．0374．7218．5度与炉气最大温差618．9576．3450．8307．5温度最小温差122．3
294．2
297．2
131．3
1．2．3
钢坯上、下表面温度与中心温度比较
由于钢坯实际厚度为320mm ，为测钢坯的中心温度打孔深度为160mm ，钢坯上、下表面温度与中心温度比较曲线见图6、
7
。由图6可见，钢坯的表面与中心的最大温差出现在加二段与均热段的交界处，钢坯在该处的温度应力最大，但在此时钢坯最低温度已大于600? ，进入到塑性区，温度应力已不会造成开裂现象。表3
钢坯上、下表面温度与中心温度的差值（? ）
比较项目
温度
预热段加一段加二段均热段钢坯上表平均温差35．072．892．857．8面与中心最大温差59．281．9138．3108．8温度最小温差1．159．556．433．0钢坯下表平均温差32．379．189．048．6面与中心最大温差49．896．1124．094．7温度最小温差
2．2
49．0
60．7
30．6
由表3断面温差可见，钢坯出炉时的温差在34? 左右，相对于320mm 的钢坯来说单位厚度的温差为1? /cm，说明钢坯烧的较透，断面温度均匀。1．2．4
钢坯上表面温度与下表面温度比较
为方便钢坯在辊道上的运行以及保证测量的准确度，
钢坯下表面温度的测点打孔深度为310mm 。各温度曲线见图8
。
图8钢坯上表面温度与下表面温度
由图8可见钢坯出炉时，上下表面温度均匀，无阴阳面。具体数值见表4。表4
钢坯上表面温度与下表面温度的差值（? ）
温差预热段加一段加二段均热段平均温差2．7－6．33．89．2最大温差10．010．915．814．9最小温差
－2．4
－14．8
－7．3
1．2
1．2．5
钢坯长度方向上的温度
为检验加热炉炉宽方向上加热的均匀性，在钢坯长度方向取了三个深度为160mm 的孔（中心孔）。加热温度曲线见图9
。
图9钢坯长度方向上的温度均匀性
由图9可见，三条曲线几乎重合，说明钢坯长度方向上温度较均匀，具体数值见表5。由表5可见，加热炉靠近侧墙位置的温度比中心温度稍高，特别是进入到加热炉的高温区以后，燃料在较短的距离内就燃烧完全，导致边部温度低中部温度高。
32
表5
温差平均温差最大温差最小温差
南钢科技与管理
钢坯左右两端温度的差值
加一段0．12．5－5．0
加二段－6．6－3．4－13．6
均热段－8．19．1－14．6
2010年第4期
图中A 点为进入均热段固定梁改变位置时的温度变化。由图10可见在钢坯出炉时“加热黑印”的“加热黑印”。无明显的温差为24? 左右，
预热段01．1－0．8
2结论
1）利用“黑匣子”温度测试仪实测冷坯在加热炉
1．2．6钢坯水印点的温度
“加热中型厂的加热炉在设计时就考虑到要减轻，黑印”加热炉的固定梁在进入均热段后梁间距发生“加热黑印”。本次钢坯改变，有利于消除此前形成的水印点温度的检测位置在均热段固定梁位置，即检测“加热黑印”。在该处打一个深度为均热段新形成的
160mm 的孔（中心孔）。加热温度曲线见图10，与此对应的曲线为钢坯中间的中心孔温度曲线
。
能够较准确的掌握钢坯加热过程内的温度分布曲线，
分析造成温度偏差的原因。但是测试中的温度分布，
准备时间较长，对生产有一定的影响，不宜频繁。
2）根据“黑匣子”温度测试仪实测所得曲线可知加热炉上下炉温均匀、钢坯出炉时温度均匀。
3）钢坯长度方向上加热温度较均匀，温差小于15? ，加热炉靠近侧墙位置的温度比中心温度稍高。
4）钢坯出炉时“加热黑印”不明显，出炉时“加热黑印”处的温度低24? 左右。
参考文献：
［1］刘日新，刘七新等．大型热轧加热炉内连铸坯加热J ］．工业加热，2000，（5）：40．温度的测试［
［2］张延平，王敏等．大型板坯加热温度均匀性测试与
图10
钢坯水印点的温度
2008：231－234．研究．全国能源与热工2008学术年会，
櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁
（上接第59页）
操作水平，采用合理的多环布料技术对装料制度和能有效提高煤气利用率，降低综送风制度进行优化，合焦比。3．4
降低铁水含硅是降低综合焦比的另一重要手
3
3．1
结语
通过优化高炉操作制度、提高风温、降低铁水
含硅和提高炉顶压力等措施，使2009年1 10月份比2008年下降累计综合焦比达到了523．29kg /tFe，了26．7kg /tFe。3．2
在目前的生产条件下，高炉降低综合焦比首先
段。在操作上，适当抑制边缘气流，提高煤气利用率；提高炉渣二元碱度，提高炉缸热稳定性；针对长期低定期进行提硅处理。硅高碱带来的炉形负面影响，3．5
高风温可以有效降低综合焦比，但过高的风温
要采用合理稳定的用料结构。在原燃料方面，要最大程度的为高炉的稳定顺行创造条件。3．3
多环布料技术对提升无料钟高炉的技术经济
对设备和炉况都有一定的制约。应该提高设备的可靠性，发展大喷煤技术，充分发挥高风温的降焦比作用。
指标有显著的作用。结合我厂的原燃料条件和技术
范文二：加热炉论文
浅谈步进式加热炉
加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。在冶金工业中，加热炉习惯上是指把金属加热到轧制成锻造温度的工业炉。
在加热炉中， 臵在炉底上的料坯随炉底转动由进料口移送到出料口。冶金厂轧钢车间多靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。近些年步进式加热炉得到了越来越多的使用。
步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。同推钢式炉相比，它的优点是：运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外；料坯在炉底或梁上有间隔地摆开，可较快地均匀加热；完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障，因而使炉的长度不受这些因素的限制。
改进的步进式加热炉，属于冶金行业生产设施，它包括
炉体，炉体的侧墙由内向外分别是低水泥料层、隔热砖层、硅酸铝纤维毡隔热层，炉体分为预热段、加热段、均热段，加热段的两面侧墙上设臵调焰烧嘴，均热段的上加热段设臵平焰烧嘴，均热段的下加热段设臵调焰烧嘴，调焰烧嘴的煤气和空气的混合气管道上设臵电磁阀和调节阀，平焰烧嘴的煤气和空气的混合气管道上设臵调节阀，空气总管道和煤气总管道设臵在炉顶。
一．步进式加热炉的炉型特点
步进梁式加热炉依靠专用的步进机构使钢坯在炉内移动的机械炉子。其基本特征是钢坯在炉底上的移动靠炉底可动的步进梁作矩形轨迹的往复运动，把放臵在固定梁上钢坯一步一步的由进料端送到出料端。步进炉向钢坯上下两面供热，是一种连续作业的加热 采用空、煤气双预热的燃烧系统。
步进式加热炉炉底机械设备包括斜轨座、提升框架、水平框架、滚轮装配、水平定心装臵、侧档轮、液压缸、固定水梁及其立柱、步进水梁及立柱等主要部件，上述部件均为工厂制作，现场组对安装。
二．步进式加热炉的工艺流程
原料跨的连铸坯由吊车吊到上料台架，测长合格后输送到辊道上等待人炉。当允许装入信号到达后，装料炉门打开，升降挡板下降，炉内、炉外装料辊道同时转动，将钢坯停放
在指定位臵。当钢坯尾部通过炉外检测器后，装料炉门关闭。然后装料定位推钢机的4个推头同时动作，在辊道上将钢坯推正后推返回起始位臵，完成钢坯装炉。人炉后的钢坯通过活动梁和固定梁的相对运 动，由入炉端运送到出炉端。钢坯经过预热段、加热段和均热段完成加热过程，最终被输送到出料端。当钢坯被出料端炉内激光检测器检得时，步进梁马上减速、停止前进并下降把钢坯放到固定梁上。
钢坯运行至炉内最后一个料位时，其温度也正好被加热到轧机要求的出钢温度；此时，加热炉也收到轧线计算机的要钢信号，出料炉门打开，出料辊道和炉外接钢辊道一起同步转动将钢坯运送到出料辊道上，由辊道快速正转送往轧机进行轧制。当钢坯尾部通过炉外检测元件时，钢坯出炉的同时出料炉门关闭。
三．步进式加热炉的温度分布
按炉温分布，炉膛沿长度方向分为预热段、加热段和均热段；进料端炉温较低为预热段，其作用在于利用炉气热量，以提高炉子的热效率。加热段为主要供热段，炉气温度较高，以利于实现快速加热。均热段位于出料端，炉气温度与金属料温度差别很小，保证出炉料坯的断面温度均匀。用于加热小断面料坯的炉子只有预热段和加热段。习惯上还按炉内安装烧嘴的供热带划分炉段，依供热带的数目把炉子称为一段式、二段式，以至五段式、六段式等。50～60年代，由于轧
机能力加大，而推钢式炉的长度受到推钢长度的限制不能太长，所以开始在进料端增加供热带，取消不供热的预热段，以提高单位炉底面积的生产率。用这种炉子加热板坯，炉底的单位面积产量达900～1000公斤/（平方米?时），热耗约为(0.5～0.65)×106千卡/吨。70年代以来，由于节能需要，又由于新兴的步进式炉允许增加炉子长度，所以又增设不供热的预热段,最佳的炉底单位面积产量在600～650公斤/(平方米?时),热耗约为(0.3～0.5)×106千卡/吨。
四．步进式加热炉的余热回收
加热炉对钢锭进行加热时的温度高，烟气带走了大量的高温热量，造成白白浪费，热利用率较低，如果使用蜂窝陶瓷蓄热体可以达到余热回收的目的，但一次性投入大，切换机构多，维修成本高；另外在切换过程中也带走了相当多被烧嘴吹出但未燃烧的燃气，造成能源严重流失。而使用换热器则可弥补蜂窝陶瓷这方面的不足，且投资少、无切换机构、免维修。
如果使用金属换热器，由于材质的限制，抗氧化能力差，不能在高温下长期使用，余热回收率低。如烟道温度达到800度以上，金属换热器非常容易被高温损坏，无法达到余热回收的目的。
如普通情况下窑温高于800度，而烟道温度低于800度，这种情况看起来适合用金属换热器，但如果出现停电、燃气
量偏大、助燃风量不足等情况，都会使烟道温度快速高于800度，使金属换热器很快被烧坏。而使用陶瓷换热器，可攻克这一难关，陶瓷换热器具有以下特点：
1、耐高温，耐腐蚀，所以可以把陶瓷换热器放在离烟道出口最近、温度最高的地方，那么它的余热利用率高，换热效果好，节能率高。但金属换热器放在陶瓷换热器的部位就很快被烧坏了。
2、陶瓷换热器使用方法直接、简单、快捷、一次性投资少、投资成本低、换热温度稳定、效率高、寿命长、不堵塞、不漏气、更换方便，不存在煤气在切换时浪费跑掉。
3、使用寿命上，同等情况下陶瓷换热器是金属换热器几倍或几十倍。
五．步进式加热炉的节能
尽管步进式加热炉具有很多的优点，但是它的节能空间还是非常大的。对生产过程中步进式加热炉的节能措施进行分析和探讨。
1、步进式加热妒的热平衡参数
炉子加热性能的重要参数之一就是热平衡参数，它是反应炉子性能的重要指标之一，也是操作和设计的重点，更是生产过程中进行技能改造的主要依据。
步进式加热炉热平衡是由热量的各收入项和支出项组成，从热力学第二定律可知，步进式加热炉热平衡热量收入项的总
和与热量支出项的总和，在数值上必须相等。这可以由热工测定和计算来精确求得。步进式加热炉热平衡的常用计算方法：对连续式炉，其热平衡中的各项是用单位时间的热量收入和支出的千焦数来确定。
在生产实践中，炉子的热量收入与热量支出都可以通过工程热力学与传热学进行测定，并对热量收入与热量支出的各项具体数值进行分析和细致地审核，并根据数值的大小来确定这些数值是否在合理的范围内，据此可以找出节能的方向与途径。
2、合理控制空气燃料配比
通过对空气燃料配比的合理化控制，能够显著的提高燃料的利用率。以中型加热炉为例，它所使用的燃料是高焦炉混合煤气，加热炉所产生的热值在7556kJ／m3一8379kJ／m3之间波动(造成这种现象的主要原因是煤气因配送企业的生产波动)。我们从燃烧理论出发，合理控制空气燃料配比，在最大程度上降低烟气带走的能量，可以很好地达到节约燃料消耗、降低企业生产成本的效果。
3、应用新工艺与新材料
应用钢坯热送热装工艺。钢坯的热送热装工艺兴起于近几年，该工艺就是高温连铸坯经热送辊道直接推进到(步进式)加热炉中，因为钢坯没有经过冷却的环节并且直接就被送到加热炉中，所以钢坯本身所具有的热量在最大程度减少
了消耗，因此再次对它进行加热的时候会比较迅速。通常情况下，采用钢坯热送热装工艺之后，钢坯在进入加热炉之前的温度通常会在700℃以上，所以，在生产实践中的节能效果非常显著。
应用多晶莫来石纤维 在生产实践中，步进式加热炉通常会出现这样的问题，即由于长时间使用而出现的炉壁裂缝会将炉子的热量传递到炉墙的钢结构上面，因而导致钢结构受热变形，严重影响加热炉的使用。 为了能够有效地解决这种问题，我们可以通过应用多晶莫来石纤维的措施 来达到防止热量流失的目的。多晶莫来石纤维具有非常优良的耐高温性能，实践也证明此法的节能效果非常显著。
范文三：加热炉论文
探讨加热炉的主要节能措施及制约因素
潘诚
（塔里木油田公司塔西南石化厂炼油二车间 新疆泽普 844804）
摘要：本文介绍了加热炉主要的节能途径、主要技术措施及应注意的问题，并阐述了进一步提高加热炉节能水平的制约因素。
关键词：炼油装置 加热炉 节能 热效率
1 前言
自燃料气单价从今年4月1日起由0.51元每方涨到0.81元每方后，加热炉就成了重整装置的能耗大户，其节能措施对于提高装置的节能水平具有重要意义。
本文重点介绍加热炉一些主要节能途径；探讨节能途径的主要技术措施。以及提高加热炉节能水平的制约因素：降低排烟温度，要考虑经济性和露点腐蚀；过分降低炉外壁温度，会导致费用过高；预热空气温度过高对环保不利。提出了进一步提高加热炉节能水平的建议；开发新的余热回收工艺。 2 加热炉节能的主要途径
炼油装置加热炉的节能措施比一般工业炉要灵活得多，这是由于它所加热的工艺介质在经过后续设备完成蒸馏或其他加工过程之后，产品需要冷却到一定温度才能送出下一个装置，冷的原料和热的产品之间往往要进行复杂的热交换。另外，一个装置内常常不只有一台加热炉，还有各种其他设备，它们之间在热能利用方面往往是可以互补的。这就有可能也有必要首先把加热炉同整个装置结合在一起，全面考虑和优化，以便采取综合节能措施。
2.1 优化换热流程，降低加热炉热负荷
炼油装置的特点是：加热炉的热负荷随换热流程的不同而改变。优化换
热流程、降低加热炉热负荷，是减少燃料消耗、降低装置能耗最直接、最有效的措施。以本装置重整炉为例：重整进料前的精制油温度即冷路温度57℃，, 经过一组利用反应器出口余热为能量的换热器E1201和E1202后精制油被加热到400℃，然后再经过四合一炉进一步将已有一定温度的（400℃）油气加热到480℃。经过换热流程的优化，原油换热终温(即四合一炉入口温度) 从57℃提高到了400℃， 重整炉热负荷几乎减少了近80%，取得了显著成果。
2.2 加热炉与其他设备联合回收余热
炼油装置的产品，有一些是要经过空冷才能送出下一个单元的。如果将这些空气冷却器排出来的热空气（例如本装置重整空气冷却器下方或附近的环境温度一般都有50～60℃甚至更高）收集起来供给炉子作燃烧空气或者用来加热冷油，那么就可以回收一部分热能，从而降低装置的能耗。常见的有用热油式空气预热器代替空冷器，将原来空冷的油品引入热油式空气预热器，冷却后送出下一个单元。
2.3 提高加热炉热效率[1]
热效率是衡量加热炉先进性的一个重要指标，其高低关系着炼油装置能耗的高低。可用简化的热效率平衡表达式描述：
η ＝(1- Q1- Q2- Q3)×100%
式中：η 为加热炉热效率；Q 1为排烟损失占加热炉总供热的比值， 是
排烟温度和过剩空气系数的函数；Q 2为不完全燃烧损失占加热炉总供热的比
值；Q 3为散热损失占加热炉总供热的比值。
2.3.1 降低排烟温度以减少排烟损失 [2]
排烟损失在加热炉的热损失中占极大的比例：当炉子热效率较高(例如90%)时，排烟损失所占比例为70%～80%；当炉子热效率较低(例如70%)时，所占比例高达90%以上。
降低排烟温度和降低过剩空气系数都能减少排烟损失。降低排烟温度的主要措施有以下几种：① 减小末端温差， 即减小排烟温度与被加热介质入对流室温度之差。这项措施涉及到一次投资和运转费用的权衡问题，应该由
详细的技术经济比较来决定。末端温差大，一次投资少，但加热炉热效率低，运转费用高；末端温差小，一次投资大，热效率高，运转费用低。② 将需要加热的低温介质，如热载体等引入对流室末端。把加热炉的对流室作为换热器，加入换热流程中一并优化。③ 采用各种空气预热器以预热空气，烟气预热空气是加热炉回收烟气余热、提高热效率主要的和最常用的方法。④ 采用烟气“余热锅炉”分担一部分热载体炉的热负荷。如重整装置的“四合一”重整炉：四个炉辐射室用隔墙分别隔开，各炉辐射室的烟气混合后集中通过炉子顶部共用的对流段先加热热载体，再通过热管预热空气。⑤ 除灰除垢， 以保证加热炉长期在高热效率下运转。不完全燃烧产生的炭粒和燃料中的灰分等烟尘均会污染对流室炉管的外表面和空气预热器的换热面，增加热阻，降低传热效果。随着积灰的增加，排烟温度迅速上升，热效率显著下降。为了保证加热炉长期在高热效率下运转，必须坚持用吹灰器定期清除积灰。
2.3.2 降低过剩空气系数以减少排烟损失 [3]
加热炉是靠燃料燃烧供给热量的。在工业炉中，燃料不可能在化学平衡的空气量(理论空气量) 下完全燃烧，总要在有一定过剩空气量的条件下才能完全燃烧。对于一般炼油装置的加热炉在烧气时，正常的过剩空气系数α 为1.05～1.15。在实际操作中，如果过剩空气量增加，排烟时大量的过剩空气将热量带走排入大气，使排烟损失增加，热效率降低。由于过剩的空气是在排烟温度下排入大气的， 所以排烟温度越高，过剩空气带走的热量就越多，对热效率的影响也就越大。降低过剩空气系数的办法很多：首先是要选用性能良好的燃烧器，保证在较低的过剩空气系数下完全燃烧；其次是应做好加热炉的堵漏，因为炼油加热炉几乎都是负压操作的，如果看火门、人孔门、弯头箱门等关闭不严或炉墙有泄漏之处，从这些地方漏入炉内的空气一般都不参与燃烧而白白带走热量。
2.3.3 减少不完全燃烧损失
在排烟损失中，除了前面所述的烟气物理热损失之外， 还有由于不完全燃烧而造成的化学热损失。不完全燃烧除造成热损失、降低热效率外，还造
成大气污染。减少不完全燃烧损失的措施，首先是选用性能良好的燃烧器，并及时和定期进行维护，使燃烧器长期保持在良好状态下运行，以保证在正常操作范围内能完全燃烧；其次是在操作中精心调节，以保证过剩空气量既不太多，也不太少[4]。
2.3.4 减少散热损失
加热炉外壁以辐射和对流两种方式向大气散热，散热量与炉外壁温度、环境温度和加热炉所处位置的风速等有关。对于已经使用多年、炉墙已有损坏的炉子，及时修补炉墙以减少散热损失、提高热效率却是很有必要的。 3 加热炉节能措施的制约因素
加热炉热效率的提高并不是无止境的，它要受技术、经济和环保等方面的制约。对制约因素不采取行之有效的解决措施，而过分追求高热效率并不是明智的。其所付出的代价可能是过高的一次投资、过早的设备损坏或者较短的操作周期等等。
3.1 降低排烟温度的制约因素
从理论上讲， 排烟温度可以降到接近环境温度，这时可以获得最高的热效率。但在工程实际中，这是不可能的，因为排烟温度的降低要受经济和技术两方面的制约[5]。随着排烟温度的降低，烟气余热回收系统的末端温差越来越小，传热效果也越来越差，回收余热的换热面积也就越来越大。因此，必须根据经济评价确定一个经济合理的余热回收末端温差。另外降低排烟温度在技术方面主要受烟气露点的制约。余热回收换热面的温度必须高于烟气的露点温度，否则换热面将受到露点腐蚀而损坏。另外，换热面在露点下积的灰将是“黏灰”，黏灰是很难清除的。这种黏灰越积越多，烟气侧的阻力迅速增加，甚至使余热回收系统难以操作而被迫停运[6]。防止露点腐蚀和黏灰沉积的有效办法是将低温段换热面的温度控制在如图3-1 所示的曲线以上。
图3-1 燃料中硫含量与最低金属壁温度的关系
当炼油加热炉烧劣质燃料时，这些劣质燃料中在所难免都含硫、氮化物等杂质。在这种条件下，提高热效率和降低排烟温度比较困难。
3.2 降低炉外壁温度的局限性
降低炉外壁温度，减少散热损失，提高热效率，这是肯定的。但炉外壁温度降到多少才是合理的，这要通过技术经济分析才能决定。分析时应考虑到两点：包括炉墙材料费在内的一次投资随着炉外壁温度的降低而增加；包括燃料费在内的运行费用随炉外壁温度的降低而减少。该温度主要取决于耐火隔热材料的价格和燃料价格。因此，过分追求太低的炉外壁温度，要求更厚的炉衬厚度或更高级的耐火隔热材料，也有失偏颇。另外，炉外壁温度的确定还要考虑安全方面的要求， 以避免烫伤。
3.3 环保方面的局限性
烟气预热空气是提高加热炉热效率最常用的措施。但是，随着空气温度的提高，空气密度下降， 燃烧产物中的NOx 增加。如果没有适当的措施来降低NOx ，则对环保不利。
4 加热炉进一步节能的期望和建议
从20 世纪70 年代至今，炼油加热炉的热效率一再提高， 从70％左右提高到现在的90％左右，各种节能设备和监控设施已基本完善，取得了很大成绩。但是，加热炉的节能征途并未走到胜利的终点，还有较大的进取空间。
当然，这需要做很多工作，但这并不是不可能的。下面将探讨加热炉今后的工作方向。
4.1 认真净化燃料，降低露点温度
国内个别在用加热炉的热效率已有达到93％的。分析其原因，都是燃料很干净，基本上不含硫。因此，为了进一步提高加热炉热效率，首要的任务就是净化燃料。对于烧燃料气的加热炉，净化燃料主要是燃料气脱硫。气体脱硫是很成熟的工业技术，可以说燃料气达到基本上不含硫。这时，从余热回收系统排出的烟气温度可以在100℃左右， 热效率可达94％。
4.2 开发新的余热回收工艺，解决露点腐蚀和黏灰堵塞[7]
对于露点腐蚀，通常的解决方法是选用耐露点腐蚀的材料( 如铸铁、ND 钢、搪瓷管、玻璃管等) 作换热面，或净化燃料如降低燃料气中的硫含量来降低露点。这是很正常的，多年来也是这么做的。但是，也可以换个角度思维：将可能产生露点腐蚀的部位独立出来，采用有一定耐露点腐蚀的材料作换热面，让其腐蚀，并设计成便于用高压水冲洗清除黏灰和便于拆换的结构。这种结构能够在烟气露点温度之下回收热能，只要定期用高压水冲洗就能安全操作，直到其腐蚀到一定程度，不能再坚持使用时，再更换新的换热面。
4.3 开发新的燃烧方式
节能从源头做起，到目前为止，炼油装置加热炉是用常规燃烧方法将热量释放出来，被加热介质在辐射室主要通过辐射传热方式吸热。烟气中剩余的热量，还需要建立对流室，让烟气余热主要以对流传热方式传给被加热介质。为了节能，烟气中最后剩余的热量还要通过空气预热器回收。一般来说，烟气与炉管之间的传热方式中，辐射传热的速率数值是两者温度数值的4 次方差，而对流传热的速率数值则是两者温度数值的1 次方差。因此，辐射传热是最经济的传热方式。也就是说，传递同样多的热量，辐射传热所需的传热面积最小。如果加热炉采用新的燃烧方式，只用辐射室，不用对流室，同时做到高热效率完成传热任务，将节省大量投资。
5 结语
综上所述，虽然加热炉在节能方面取得了较大的成绩，但还未登上最高峰。只要我们不断地开发新技术，克服制约、局限节能的因素，就可以更上一层楼。
参考文献
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范文四：加热炉论文
加热炉论文
班级:509332 姓名:王伟明
摘要:步进式加热炉替代推钢式加热炉,其中的关键技术之一就是水梁技术的采用。无论是设 计阶段还是施工阶段,水梁都是步进式加热炉工程的关键部位。以某钢厂高线工程配套的120吨/小时双蓄热步进式加热炉为例,介绍水梁技术应用过程中的关键控制环节。 关键词:加热炉;步进式;水梁
一、工程概况
1.炉型:高效蓄热步进梁式加热炉。
2.钢种:普碳钢、优碳钢、低合金钢、优质碳素结构钢、冷镦钢、弹簧钢、焊条钢。 3.产量:120t/h。
4.燃料:转炉煤气,最高低发热值Qd:1500kCal/Nm3;接点压力:压力8 000Pa,10 000Pa。 二、水梁的设计
1.该加热炉纵水梁设有6根固定梁、4根活动梁。可以满足12 000mm单排和6 000mm双排料钢坯规格的装炉要求。
2.水平支撑梁由双根厚壁无缝钢管组成,其断面系数大、刚度好、对钢坯遮蔽小。 支撑梁立柱采用无缝钢管套管式结构,外管采用厚壁无缝钢管,内管采用普通无缝管。 立柱顶部采用鞍座密封,鞍座与纵向支撑梁焊在一起。立柱冷却采用外管进水内管排水。 3.立柱与纵向水平支撑梁采用刚性焊接结构连接。
4.加热炉水梁采用两种不同材质的热滑道,根据不同段的炉温和钢坯温度,两段滑道采用不同合金垫块。低温段采用ZGCr25Ni20Si2耐热合金垫块的半热滑道,垫块高度约70mm;高温段采用ZGCr25Ni3lWNbRE的高温合金垫块的全热滑道,卡固式安装。垫块高度约l00mm。 5.错位梁是水梁进入均热段后错位布置,这样,钢坯在加热段形成的水管黑印进入均热段由于水梁位移而脱离滑道,黑印逐步消失,而钢坯在均热段滑道尚未形成明显的黑印即准备出炉。采用直线滑道的钢坯黑印温差为40?,50?,采用错位梁后钢坯黑印温差可减少20?,30?。本工程采取步进梁和固定梁均错位的技术。
6.水梁规格。活动梁规格:纵梁,双管ф114x16;单立柱,ф168X16;双立柱,ф114X16。 固定梁规格:纵梁,双管ф114X16;单立柱,ф140X18;双立柱,ф114X16。
.水梁包扎。水平支撑梁和立柱的绝热采用耐火纤维毯和莫来石浇注料双层包扎,以减少散热损失。活动梁立柱在靠近炉底处包扎层减薄,目的是为了减少氧化铁皮落入水封槽,而且还可以减小炉底开洞处的散热损失。
?自流浇注料 60mm
?硅酸铝纤维毯 20mm
总厚度 80mm
三、水梁的制作
1.材料的选择。(1)各种原材料必须有合格证,并按国家标准进行检查,对不符合要求的需进行矫正处理,有明显缺陷又无法修整的材料不得使用。(2)对入厂的材料检查其型号、材质是否与图纸要求相符。(3)采用的钢材应具有质量证明书,并符合设计要求。对材质有疑义时,应按国家现行有关标准规定抽样检查。用于制造水梁立柱的钢管应是同一家生产厂同一批生产的钢管,以防止出现由于管子上的允许公差点不同而引起的管子外径的尺寸变化。钢管的尺寸公差必须符合GB/8162-87和GB/8163-87的较高级精度要求。(4)钢材的表面质量应符合国家现行标准。(5)当钢材表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时,其深度不得大于钢材厚度负偏差的一半。(6)钢材表面的锈蚀等级应符合标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》有关规定的A、B、C项。(7)药皮脱落或焊芯生锈的焊条,受潮结块或已熔烧的焊剂以及锈蚀、碰伤的螺
栓、螺母不得使用。(8)对入厂的材料,按其规格、类型进行标识。标牌或标签要求字迹清楚并放于明显的位置。(9)三通、弯头为外购件,要检查是否有合格证和材质单。
2.材料的机械加工:(1)水梁立柱必须严格认真地按照图纸给定的尺寸公差和形位公差进行制造施工。制作前要制定好设备制造的程序步骤,以便掌握在焊接操作中出现的各种问题。(2)水梁、立柱用的钢管采用机械锯切的方法进行定尺下料。(3)对于水管和弯头,在进行对接焊前应对焊口处进行机械加工,对需要在施工现场进行对接焊的两个接合口端,应保证达到要求的管壁厚薄公差及剖口要求;在对水管及弯头等部件加工完毕后,必须清除其上面的金属屑,机械加工的部分应涂油保护,焊接时再将油膜擦净。(4)加工后的棱边坡口必须符合所选定的焊接方法对形状和角度的要求;破口必须保持干净,坡口上加工面要保持无裂纹和裂痕,圆弧应平滑过渡,并且要保持同心度,以使两部件之间能够正确的结合。
3.组装。(1)组装要在具有一定长度和足够刚度的平台上进行,以保证各组装部件尺寸外形公差的一致性。(2)应制作组装时用于找平的可复用的模具,模具制作完成后,要认真进行尺寸检查,检查合格后再使用。在上一次模具使用之后,下一次使用之前,对模具应认真的在水平面上进行水平度和尺寸的校验。(3)在进行各部位组装时,应正确使用模具,注意正确的对齐和找平。(4)对要焊接的部位,要认真清理干净,除去油污。(5)水梁很重,容易变形和损坏,组装好后要做上标记,尽可能防止变形,管件的对焊依照模具进行,如水梁焊后变形量大于设计要求,要对焊接好的水梁进行矫直。(6)经组装核查后,不同的对焊焊接可以成批进行。(7)主要制作部件的公差要求(除在图纸上已标明的):a.组装后的活动梁及固定梁公差要求:总长度公差:出料侧 2 mm/-3mm,装料侧 2mm/-3mm;梁与立柱中心在长度方向的距离公差: 1mm;与立柱相接的P弯头中心在长度方向上的距离公差: 1mm;梁靠两端头的单管立柱中心在长度方向上的距离公差: 2mm;b.组装后的立柱总高度(顶端标高)公差:活动梁各立柱公差: 1.5mm;固定梁各立柱公差: 1.5mm;c.固定立柱、活动立柱的中心管必须与外管保持同心;不得有明显的弯曲,要求内外管不同心度为1mm;d.外管中心不直度不大于1mm;e.同一纵梁平行度误差为2mm;其中直管道平行度误差:1mm。
4.焊接:(1)担任水梁及立柱焊接工作的人员必须是具有锅炉压力容器的持证焊工并且具有水平转动管对焊、水平固定管对接、垂直固定管对接等项目的合格资格。(2)在压力部件接合面进行任何焊接操作之前,必须进行焊接工艺的技术鉴定。(3)认真擦去坡口保护油膜,保证破口干净无锈迹;(4)所采用的焊条应为碱性焊条,材质与母体金属相适应;(5)所有焊缝尺寸要严格按图施工;(6)焊接要在温度适宜,能防风防雨的场所进行,几乎所有的焊口都很深,所以必须进行连续的多道次焊接,在焊一道时,要全部采用氩弧焊,第二道焊用于正常支撑其他道次的焊料,随后的焊接道次可采用直径Ф3.2mm和Ф4.0mm的焊条焊接。在每焊一道次之后,要将焊渣清除干净,并对焊缝认真打磨,以消除焊渣痕迹和堆焊不均而造成的不平整。进行最后一道焊时,要注意均匀,表面整齐,无凹凸现象,与组合件母体金属相比较,其焊缝超厚量应保证均匀,如果对接焊缝外边出现了凸边,应将其磨掉,直至磨到与纵向两面对齐为止。(7)水梁上的卡块与水管间焊接选用E0-19-10Nb-16焊条;(8)ZGCr25Ni20Si垫块与水管间焊接要选用E2-26-21-16焊条。(9)焊条在使用前必须要将焊条较长时间的放在烘烤箱内烘烤,以便防潮。(10)水梁双管间连接方钢两端头留出5mm不焊,并各有30mm过渡区。(11)垫块和水梁焊接时垫块两端各留出5mm不焊。垫块要求应符合YB/T018-92的有关规定。(12)如果管件焊后变形量超过要求,可采用“收缩性加热”的方法进行矫直。(13)锚固钉的配置应严格按图纸中的要求进行。焊接时,要用A302或A307焊条,距钢管接头至少留150mm的空位,水梁立柱结合处及位于该处200mm的区域内应到现场在焊锚固钉。要做好防止锚固钉在运输过程中被压弯或歪斜的相应措施。
四、水梁的安装
1.待炉底钢结构安装、检查合格后,才能进行水梁的安装,先安装固定立柱,再安装固定水梁,需要注意的是,只有当一排立柱全部安装检查合格后,才能进行固定梁的安装。而活动立柱和活动梁的安装要一排一排的交替进行安装,在装配过程中要做到边装配边检查,主要控制项目为:水梁的标高及中心距。
2.固定立柱安装:(1)先将立柱的上下固定板点焊在事先安装好的炉底钢结构上,以炉子中心为基准,找好各固定板上圆孔的中心距;(2)先将立柱按指定位置就位,将顶丝安装好,再将下部水管和法兰焊好,使立柱内外管组成一个整体;(3)固定立柱安装时,要先将两端的立柱先安装好,按照图纸要求的定位尺寸以炉子中心线为基准对两端的立柱进行调整,待两端立柱中心距无误后,再进行中间其他立柱的安装。(4)立柱中心距和垂直度都调整完毕后,通过立柱上的顶丝进行立柱上顶端标高的调整,调整无误后将立柱与上下固定板焊接。(5)固定立柱安装技术要求:a.立柱横向/纵向垂直度:?0.5mm/?1mm;b.一排中所有立柱的中心距:?0.5mm;c.一排中所有立柱的同心度:?1mm;d.立柱顶端标高:?1mm;e.芯管朝向要与管中介质流向一致,斜口朝向进料端。
3.固定梁的安装:(1)固定梁与立柱的安装焊接要先从中间的双管立柱开始,此立柱要在已定位(即没有任何预应力)的情况下与水梁的定位正确后才能与立柱的顶头进行焊接;(2)首先将水梁与该双管立柱对好并点焊上,然后通过拉动双管立柱,使水梁与其他的单立柱对好,无误后进行焊接,使水梁处于梁安装后的正确位置;(3)在整个的安装过程中,要认真检查水梁方位是否保持正确,包括水梁与炉子中心线是否平行,水梁是否有扭转变形现象。由于每根水梁分为两部分,所以,为防止水梁连接时的焊接变形,我们先将水梁与立柱焊接安装完毕后,再进行水梁之间的焊接。(4)固定水梁安装的技术要求:a.各固定梁垫块顶面在同一炉宽方向标高:?1mm;b.水梁与炉子中心线的平行度:?2mm;c.检查所有立柱与装出料线相对应的位置,位置度公差:?1mm。
4.活动立柱的安装:(1)在平移框架、水封槽及炉底钢结构安装完毕,并检查合格后,才能进行活动立柱的安装,活动立柱也是按一排一排地安装方式进行安装。(2)同固定立柱一样,先将上下固定板上的圆孔中心距调好,点焊在钢结构上。(3)将活动立柱按要求就位,并将顶丝安装在指定位置,再将下部水管焊好,使内外管组成一个整体;(4)以炉子中心线为基准调好各立柱的中心距,要保证一排中所有的立柱对齐;(5)用立柱上的顶丝来调整立柱的垂直度及立柱顶端的标高;待调整合格,立柱与水梁焊接完成后,将上下固定板与立柱满焊;(包括立柱下部的方法兰与立柱和平移框架的焊接)(6)活动立柱安装的技术要求:a.立柱横向/纵向垂直度:?0.5mm/?1mm;b.一排中所有立柱的中心距:?0.5mm;c.一排中所有立柱的同心度:?1mm;d.立柱顶端标高:?1mm;e.芯管朝向要与管中介质流向一致,斜口朝向进料端; 5.活动梁的安装:(1)在活动立柱安装完毕并验收合格,并且安装在炉体钢结构上的立柱通道孔也已安装完毕后,才能进行活动梁的安装。活动梁与固定梁的安装方法及步骤相同。(2)需要特别说明的是,在活动梁的安装过程中,无论任何一个梁的形状变形如何,都不能修改立柱的调整值,如果出现任何与水梁母线相关的位移,可以通过“收缩加热”的方式将其拉回到立柱的顶头上来。(3)活动梁安装的技术要求:a.各固定梁垫块顶面在同一炉宽方向标高:?1mm;b.水梁与炉子中心线的平行度:?2mm;c.检查所有立柱与装出料线相对应的位置。 五、水梁试压
1.试水前的准备工作。(1)检查电动试压泵是否正常。(2)清理管道内的污物,确保管路畅通。(3)检查临时管路是否畅通,压力表量程是否够用。
2.试水。准备工作完成以后开始进行试压。试水时先把固定梁内充满水,在临时管道上设置一根放气管,其开口位置高于固定梁高度。当放气管口有水流出时,证明水已充满。关闭放气阀门,停止加水,起动电动试压泵进行升压。在升压过程中,注意观察压力变化。当压力升至0.3Mpa时,关闭试压泵,仔细检查焊口及法兰连接处是否有渗漏现象。确认无异常情况后,启
动试压泵继续升压至试验压力1.0Mpa。关闭试压泵,施工人员再次检查焊口及法兰连接处。保压一小时检查有无漏水,同时观察压力表压力变化,其泄漏率不超过3%。 试压完毕后,关闭试压泵阀门,同时把管路内的水放净,做好管道试验记录。 3.安全措施。(1)试压开始前,请无关人员远离工作区域。(2)检查时,一定要在试压泵停止升压后进行。(3)当发生漏水时,停止升压以后再进行处理。(4)工作人员工作时一定要精力集中,不得马虎。
六、水梁包扎
1.施工准备:(1)在砌筑之前水冷梁系统必须进行水压试验,并验收合格交与下道工序,并有交接记录。(2)图纸会审、会审完毕。(3)各种施工机械及物资准备就绪,机械运转正常。(4)进到现场的注浇必须标示清楚,并且有合格证或检验报告,有时限的材料不得超期超期的应进行检验否则不得使用。
2.施工程序及方法:(1)模具制作。水梁、立柱模具由技术人员根据图纸划出模具制作图,再由木工根据制作图进行模具制作。模具采用4000×200×25木板制作,制作好的模具要标好型号。(2)模具支设。立柱模具支设采用模板卡子固定,用木楔子调整间距。水梁模具采用模板卡子及木方固定。(3)浇注料浇注。水梁、立柱采用自流浇注料浇注,浇注料要严格按配比进行搅拌,搅拌好的浇注料要在30分钟内用完,自流浇注料按图纸要求施工。不需振捣。 3.耐火材料的管理。(1)将现场的各种材料按其类别、牌号及施工先后顺序依次挂牌标记,严禁不同材料相混堆,尤其不定型耐火材料更不能混放。(2)各种材料严格清点数量,作好材料台账。(3)各种材料进到现场后经验收是否有合格证,以及品种、牌号规格是否与设计标准相符。(4)各种材料要做好防雨,把怕雨淋湿的材料用鱼布苫好或放到库房内。(5)材料员应每天记录进料量,以及材料使用量。
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范文五：加热炉论文
加热炉串级控制系统
摘要
本设计是加热炉串级控制系统的设计方案，利用MATLAB 中的Simulink 进行系统仿真，并采用临界比例度法进行参数的整定，最终完成符合实际要求的加热炉串级控制系统的设计方案。
关键词：加热炉串级控制系统 主控制量 临界比例度
1序言
在大多数情况下，简单控制系统由于其自身需要的自动化仪表少，设备投资少，维护、投运简单，同时，生产实践证明它能解决大量的生产控制问题，满足定值控制的要求，因此，简单控制系统是生产过程自动控制中最简单、最基本、应用最广的一种形式，约占自动控制系统的90%左右。但是，针对不同的生产过程为满足其生产过程的生产工艺、生产参数的不同要求，简单控制系统已不能满足生产要求，所以相继出现了各种复杂控制系统，例如，串级控制系统，前馈控制系统，纯滞后补偿控制系统和解耦控制系统等。在各种复杂控制系统中，串级控制系统占有较大比重。
串级控制系统是在简单控制系统的基础上发展起来的，为双闭环或多闭环控制系统。串级控制系统可以应用于容量滞后较大的对象，纯滞后较大的对象，扰动变化激烈而且幅度大的对象和参数互相关联的对象。
工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。
从实际工程可知，加热炉出口温度的控制系统中的温度属于容量滞后较大的对象，为了提高控制质量，采用串级控制系统，选择滞后较小的炉膛温度为副参数，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统。运用副回路的快速作用，将有效地提高控制质量，可以满足生产要求。为此设计以串级控制为基础的加热炉串级控制系统，对该生产过程有积极意义。
2加热炉串级控制系统分析
2.1加热炉串级控制系统的描述
加热炉温度控制系统如图1所示，原料在加热管中从入口到出口过程中被加热到指定的温度。该系统从燃油燃烧到原料出口温度有三个容量环节：炉膛、管壁和被加热的原料。加热炉控制系统图如图2-1所示。
原料出口
图2-1 加热炉温度控制系统
图2-1中，T 1T 是原料温度传感器，T 1C 是原料温度控制器；T 2T 是炉膛温度传感器，T 1C 是炉膛温度控制器。
在上述系统中，中间被控变量是炉膛温度；操纵变量是燃料油的流量。 系统的基本扰动来自两个方面，一是原料侧的扰动及负荷扰动，二是燃烧侧的扰动，诸如燃油压力、配风量等。由于该系统容量滞后较大，如采用以原料出口温度为被控量的单回路控制系统，当燃料侧扰动产生时，系统不能立即感知，直至经过较大的容量滞后反映到原料温度发生改变时，系统控制作用才开始反应，但为时已晚。同样，控制器的动作必须经过较大容积滞后才能开始对输出的改变进行调整。这样感知慢、调整慢，控制系统的品质不可能很高。对于负荷侧的扰动，虽然感知较早，但是控制过程较慢。为此可增设炉膛温度作为另一个被控参量，构成一个如图1所示的串级控制系统。
2.1加热炉串级控制系统的原理框图
由加热炉串级控制系统可得系统的原理框图，如图2-2所示。
图2-2 串级控制系统的原理框图
3加热炉串级控制系统的设计与分析
3.1串级控制系统性能分析
在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路：主回路和副回路，主副调节器串联工作；主调节器输出作副调节器设定值。系统通过副调节器输出控制执行器动作，实现对参数的设定控制。串级控制系统的主回路是定值控制系统，副回路是随动控制系统，通过协调工作使主参数能够准确地控制在工艺规定范围之内。
串级控制系统中，由于引入了副回路，不仅能迅速克服作用于副回路内的干扰，也能加速克服主回路的干扰。副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点。
加热炉串级控制系统的主要性能特点为：
⑴副控回路具有快速性，能够有效地克服进入副控回路的二次干扰；
⑵副控制回路起到了改善对象动态特性的作用，可以加大主控制器的增益，提高系统的工作频率；
⑶由于副控制回路的存在，使串级系统的自适应能力增强 。
从以上串级控制的特点来看，副控制回路给控制系统带来了一系列优点，因此串级控制可应用于抑制控制系统的扰动，克服对象的纯滞后，减少对象的非线性影响，完全适用于加热炉控制系统。
3.2主、副回路的设计
串级系统对二次扰动的抑制效果最好，所以副回路应包含尽可能多的扰动，特别是把变化最剧烈、幅值最大最频繁的主要扰动包括在副回路内。由副回路先把扰动克服到最低程度，减小其对主变量的影响，从而提高控制质量。
加热炉温度串级控制系统是以原料油为主要被控参数的控制系统。其他被控参数有炉膛温度、膛壁温度、燃料流量、原料油流量。副回路的选择即确定副回路的被控参数。燃料由于其成分和流量变化，对控制过程产生极大干扰，所以选择炉膛温度为串级控制系统的辅助被控参数。
3.3 主、副控制规律的设计
在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用不同，主调节器起定值控制作
用，副调节器起随动控制作用，这是选择调节器规律的基本出发点。
在加热炉温度串级控制中，选择原料油出口温度为主要被控参数，原料油温度影响产品生产质量，工艺要求严格；又由于加热炉串级控制系统有很大的容量滞后，所以，选择PID 调节作为主调节器的调节规律。
控制副参数是为了保证和提高主参数的控制质量，对副参数的要求一般不严格，可以在一定范围内变化，允许有误差。在加热炉的温度控制，采用炉膛温度作为副被控量，炉膛温度过分偏离设定值严重影响了炉子的安全运行，这种情况下副控制器可以采用PI 控制。所以副调节器调节规律选择PI 控制。
3.4 控制参数的工程整定
串级控制系统主、副控制器的参数整定方法主要有三种。两步整定法、逐步逼近法和一步整定法。
⑴按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副控制器，后整定主控制器的方法叫做两步整定法。
⑵一步整定法，就是根据经验先将副控制器一次整定好，不再变动，然后按照一般单回路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。
⑶逐步逼近法是一种依次整定主回路、副回路，然后循环进行，逐步接近主、副回路最佳整定的一种方法。
4加热炉串级控制系统的仿真与结果分析
4.1 控制系统传递函数模型
隧道加热炉系统中，考虑将燃烧室温度作为副变量，烧成温度为主变量，串级控制系统中主、副对象的传递函数G o 1和G o 2分别为：
G o 1=
1
(30s +1)(3s +1)
1
(10s +1)(s +1)
2
(式4-1)
G o 2=
（式4-1）
主、副控制器的传递函数G c 1和G c 2为：
G c 1(s ) =K c 1(1+
1T I s
) （式4-3）
G c 2(s ) =K c 2 （式4-4）
采用传递函数描述的串级控制时系统的Simulink 模型如图4-1所示：q1为一次扰动，取阶跃信号；q2为二次扰动，取阶跃信号；PID C1为主控制器，采用PID 控制；PID C2为副控制器，采用PID 控制；G o 2为副对象；G o 1为主对象；r 为系统输入，取阶跃信号；c 为系统输出，它连接到示波器上，可以方便地观测输出。
4.2 PID参数整定及MATLAB 系统仿真
采用临界比例度法来整定PID 控制器的参数。临近比例度法又称稳定边界条件法，它是先让控制器在纯比例作用下，通过现场试验找到等幅震荡的过渡过程，记下此时的比例度δk 和等幅震荡周期T k ，再通过简单的计算，求出衰减震荡时控制器的参数。
4.2.1 系统总仿真图
系统可以由Simulink 仿真来进行参数的调节，系统仿真图如图4-1所示。
图4-1系统仿真图
此时的参数值为，P 为10.4，I 为0.1，D 为1.26，此时的仿真波形如图4-2所示。
图4-2 仿真波形图
4.2.2 副回路的整定
将主环路断开，副回路为比例作用的条件下，由大到小逐渐降低副调节器的比例度。整定副回路的仿真图如图4-3所示。
图4-3整定副回路的仿真图
先对副回路进行整定，按照要求，此时的控制器为纯比例作用，在Simulink 环境中建立系统模型。当P 为9时，衰减比基本可达到4:1，此时比例度为9，振荡周期为8.8。整定副回路波形图如图4-4所示。
图4-4 整定副回路波形图
4.2.3 主回路的整定
连接好主回路，保持副回路的比例度不变，即为9，逐渐降低主回路的比例度P1。主回路整定仿真图如图4-5所示。
图4-5主回路仿真图
用临界比例度法对主回路进行整定，此时的P 值为13，此时比例度为13，振荡周期为14.1。主回路整定仿真波形如图4-6所示。
图4-6主回路整定仿真波形
4.3 加扰动后的参数调整
加入扰动后，系统会出现稳态误差，动态性能和静态性能都会变差，PID 的各参数需要重新进行调整。加入扰动的主回路仿真图如图4-7所示。
图4-7 加入扰动的主回路仿真图
加入扰动后系统仿真波形如图4-8所示，可以看出系统存在稳态误差，并且震荡比较严重震荡，所以PID 调节的参数需要改变，进行进一步调整。
图4-8 加入扰动后系统仿真波形
调整后的参数值是：P 为8.5，I 值为0.5，D 值为1.5，加入扰动后系统新仿真波形图如图4-9所示。
图4-9 加入扰动后系统新仿真波形图
4.3 仿真结果分析
串级控制系统对干扰串级控制系统的副回路的存在，能够迅速克服进入副回路的干扰，从而极大的减少副回路干扰对主被控参数的影响；副回路的存在提高了系统主调节器对进入主回路干扰控制的快速性；由于副回路的存在，总放大系数提高了，抗干扰能力和控制性能都比单回路控制系统有明显提高。
从图4-9仿真图来看，比例度为13，振荡周期为14.1，并且不存在稳态误差，仿真结果满足加热炉的理论要求。
5设计总结
本次设计所选课题为“加热炉串级控制系统”，经过几个星期的不懈努力，终于完成了理论设计，基本实现了设计要求。
虽然系统基本可以完成设计要求。但是还有很多可以改进的地方： ⑴ 设计的串级控制不够完美，对于稳态误差及时间参数仍需要进一步改进。 ⑵ 对于设计的加热炉控制系统处于理论阶段，不能直接应用于实际。如果想制成实际应用，仍需进一步完善。
虽然在整个设计中遇到了许多问题，但是也在不断解决问题的过程中使自己的自学能力和思考能力得到了很大提升，为以后的学习和工作奠定了基础。
参考文献
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