博比巴茨（上海）机械设备有限公司

　　摘要：对30t圆形熔铝炉改造系统的工艺及电气控制部分进行了分析，着重阐述了全新的蓄热式高温（低氧）空气燃烧技术和SIEMENS工控技术在设备中的应用。

　　前言

　　近年来，熔铝炉燃烧控制技术和余热回收技术取得了打破性的进步，以蓄热式烧嘴为代表的新型燃烧装置，在提高生产率、降低燃耗和污染物排放量方面取得了很大成功。原铸造熔铝炉和1#铸轧熔铝炉长期存在燃油消耗高、污染严重、控制稳定性差、设备维修周期短、维修成本高等问题。本文分别对其技术特性逐一进行分析。

　　1 系统简介

　　1.1圆形炉结构

　　30t圆形熔铝炉由圆形炉本体、可开启炉盖、揭盖机、蓄热式燃烧器系统、烧嘴、供风和引风系统、辅助烟道、换向装置等部分组成，加料方式为顶部加料，使用柴油作然料。

　　1.2主要性能指标

　　(1)熔铝炉砌体尺寸：内径5000mm，熔池高层度685mm，炉膛高度2885mm；

　　(2)装料量：30t;设计熔化速率：5t/h；非常大产量：7t/h；

　　(3)烧嘴型式：蓄热式燃烧器；烧嘴数量：2个／台炉；蓄热体型式：耐热陶瓷球；

　　(4)炉子热负荷：正常条件下15. 07GJ/h，非常大产量时17. 6GJ/h；单位油耗：≤60kg/t；油雾化介质：压缩空气(0. 3～0. 5MPa)；

　　(5)炉膛温度：1150℃；空气预热温度：低于炉温50～150℃；烟气排放温度：150～250℃（标准状态）；非常大空气消耗量：5250m3/h（标准状态）；非常大烟气排放量5720m3/h；助燃空气压力：9．8kPa。

　　2 空气燃烧系统热

　　2.1 蓄热式燃烧系统工作原理

　　蓄热式高温（低氧）空气燃烧系统主要由烧嘴、蓄热室、空气换向阀及燃料换向装置等组成。其工作原理如图1。蓄热式烧嘴必须成对使用，两烧嘴可以安装在炉子同侧，亦可相对放置，一对烧嘴周而复始地运行。在前半期，烧嘴A处于燃烧状态，烧嘴B处于排烟状态，冷空气经过A烧嘴蓄热室

　　被加热后与燃料混合燃烧，高温烟气进入蓄热室B，大部分余热被蓄热体储存，烟气温度降至200℃左右经引风机排出。一定时间间隔后，换向执行器动作，A、B烧嘴工作状态互换，进入后半周期，B烧嘴处于燃烧状态，在此之前A烧嘴熄灭，它熄灭

　　后吸入B烧嘴的高温烟气，将蓄热室A加热，而此时助燃空气进入蓄热室B即被预热到仅低于炉内温度50～150℃的温度水平。如此交替工作，将烟气余热充分回收利用。由于蓄热式燃烧系统的换向周期很短，因而炉内温度可以保持稳定。

　　2.2燃烧系统的主要配置及特点

　　本燃烧系统由一对高风温高动量低NO，烧嘴、效率高蓄热器、空气换向装置、主燃料换向阀、火焰监测器、点火值班烧嘴及管路等组成。烧嘴采用了优化配风、油枪保护、燃烧一蓄热期转换时油枪内残油处理、烧嘴壳体绝热等措施，雾化效果好，燃烧效率高，较好的满足了换向燃烧及铝熔炼的要求。蓄热器采用球型散状蓄热材料，通过进出料门可方便地更换烟尘污染的蓄热球。空气废气装置采用CDR-V-550型四通旋转式集中换向阀，体积小，密封性强，换向动作时间短，使用性能安全可靠。点火烧嘴为石油液化气烧嘴。

　　2.3排烟系统

　　90%的烟气通过处于蓄热器烧嘴的燃烧通道经蓄热器排出，排烟温度为200℃左右，10%的烟气通过设置在两烧嘴间的辅勘烟道通过烟闸直接排入地下烟道，辅助烟道与炉体之间留有适当间隙，一方面用于吸入冷风以保护烟气管路，另一方面

　　用于均衡炉压。精炼造渣期，全部炉气由辅助烟道直接排入地下烟道。

　　3 电气控制系统

　　圆形熔铝炉控制设备采用了德国了SIEMENS公司的先进控制技术，通过WINCC人机对话操作系统、SIEMENS S7- 300系列PLC及SIEMENS工业局域网MPI网的无缺结合，实现了对整个工艺过程的自动控制、自动检测、信号联锁、保护及故障诊断、远程操作等实时任务。

　　3.1 WINCC人机界面

　　系统的主要操作和监控任务由一台工业控制计算机(PⅡ450/128M/IOG)来实现，在计算机上安装了SIMATIC WINCC开发软件。WINCC是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术中性系统，它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板。除此之外，WINCC还提供了公开的界面用于用户解决方案，这使得将WINCC集成年人复杂、广泛的自动控制解决方案成为可能。

　　在WINCC界面平台上，开发了熔铝炉系统控制应用软件。主要包括：燃烧工艺过程图形及数据显示，实时控制操作及参数设定，故庳启动紧急信号，过程数据、曲线归档存储，报表打印等功能。使熔铝炉现场设备运行状况的监视和控制在远程计算机上得以实现。

　　3.2 PLC控制部分

　　作为熔铝炉设备的控制核心PLC部分，采用了SIEMENS S7- 300系列可编程控制器，它采用模块化结构设计，组态十分灵活，具有通讯功能，编程方便。如图2，PLC主CPU使用了6ES7 CPU314模板，扩展1/0板使用了IM365 SEND(365- OBA01-OAAO)和IM365 RECEIVE模板。PLC软件编程使用SIEMENS STEP7V5.O标准软件，STEP7软件运行在操作系统Windows95/98/NT环境下，其编程语言及表达方式符合EN61131-3或IEC1131-3标准。通过STEP7，实现了对SIEMENS PLC的硬件组态和对熔铝炉自动化任务的编程。

　　3.3 MPI局域网

　　SIEMENS S7系统工业网包括MPl网、PROFIBUS网、工业以太网。为实现熔铝炉操作画面WINCC视窗与PLC系统之间的数据动态链接，本系统使用了MPI(Multiple Point Interface)局域网。MPI网主要用于PLC同PC/PG或PLC之间通讯，它配置简单，份格低，应用十分广泛。炉子PLC系统CPU314上集成有MPI接口，在STEP7硬件组态编程时设置使用此MPI口，并设置网络站号、波特率、是否主站等参数；工业计算机上安装有内置式CP5611网卡，在WIN98操作系统“控制面板”中“set PC/PG”下安装网卡驱动程序，并设置站号、

　　波特率、是否主站等，从而完成对MPI网的配置。MPI网通讯电缆使用双绞线，用T形头连接，波特率一般采用187. 5kbps。

　　4 熔铝炉系统特点

　　熔炉设备采用了先进的蓄热式燃烧技术和全部优异的工控技术，具有以下主要优点：

　　①采用耐火材料做蓄热体，空气预热温度可达1000℃以上，排烟温度可接近烟气的露点温度，从而大大提高了炉子的热效率，与使用普通燃烧、换热技术相比，燃料节约率可达30%～60%。

　　②高温预热助燃风，可使燃料燃烧在低氧空气条件下完成，形成与传统火焰（诸如扩散火焰与预混火焰等）迥然不同的新型火焰类型，从而大大降低了烟气中NO。的生成量。同时，燃料消耗减少，使烟气排放量也大为降低。

　　③蓄热式燃烧器火焰刚性强，且采用换向式燃烧，从而使炉膛内温度更加均匀，有利于提高加热质量。

　　④控制部分采用了先进的自动化技术，使系统操作使捷，运行更加可靠、稳定。

　　5 结论和存在的问题，造成炉子的热效率逐步下降’且不便于对炉衬的修补，还需要做进一步的研究和探讨。

　　(1)对6t熔铝锂合金用的无芯工频炉炉衬采用高铝质耐火捣打料能满足合金材料对炉衬的要求。

　　(2)采用干法捣打方式较为合理，炉衬的使用寿命在熔炼Al- Li合金时可达ioo炉次以上，熔炼常规铝合金时可达450炉次以上。

　　(3)存在的问题：熔炼A1- Li合金时，炉衬的使用寿命短；熔炼常规铝合金时，炉衬内表面积渣厚。