3.5×7蓄热式热处理炉技术方案说明.doc

一、3.57新建蓄热式热处理炉技术方案1.1主要技术参数（1）台车尺寸（宽长）、炉膛高度（高度含垫铁高度）及最大装载量：台车尺寸（m）炉膛高度（m）最大装载量（不含垫铁）(t)3.57360（2）炉子用途：3.57热处理炉正火热处理（3）最高使用温度：3.57热处理炉950（4）炉温均匀性： 3.57热处理炉有效加热区内，保温0.5 h后10（5）控温精度： 2（6）升温速度： 满负荷时100/h（7）燃料名称： 天然气（8）燃料热值： 3450035500KJ/Nm3（9）天然气压力： 8000Pa（10）最大燃料消耗量： 3.57热处理炉280Nm3/h（11）最大空气消耗量： 3.57热处理炉3200Nm3/h（12）烧嘴型号及数量： 3.57热处理炉FXZ-80 蓄热式直焰高速烧嘴 8个（4对）（13）控制方式： 上位机PLC自动控制。（14）分区数量： 3.57热处理炉4区 （15）炉墙、炉顶及炉门保温材料：采用全纤维结构。（16）台车保温材料： 由炉内向外依次为116mm粘土质耐火砖+136mm粘土质耐火砖+136mm轻质隔热砖+30mm石棉板。（17）能耗指标： 3.57热处理炉正火消耗55Nm3/t工件(优于国家特等炉标准)（18）炉门升降速度： 8 m/min。（19）炉门压紧、提升： 自重式压紧，炉门升降装置采用电动葫芦。（20）台车移动速度: 3.57热处理炉7m/min（21）台车驱动行走方式：钝齿轮销齿条传动+滚珠带行走,变频调速。（22）炉壁表面温升： 炉体50；炉顶60（23）蓄热箱表面温升： 100；（24）侧密封： 升降式软密封；（25）后密封： 远置式弹簧自压紧机构；（26）排烟方式： 引风机强制排烟,排烟温度120；1.2 设备组成该炉组成主要包括：炉架、炉衬、炉门及炉门升降机构与压紧装置、炉体密封、台车及行走牵引机构、排烟系统、燃烧系统及自动控制系统等部分组成。1.2.1 炉架（1）炉架为型钢和钢板焊接制作的炉体钢结构。（2）炉外壁为4mm厚钢板，侧柱为16#工字钢或槽钢结构，侧柱间及炉顶型钢间均用矩形钢加强，形成网架结构，结实、牢固、可靠耐用。前柱采用25#槽钢焊接的组合柱。焊缝均匀平整，没有气孔、夹渣、裂纹、未熔合等缺陷，外观平直、光滑、没有皱折凹凸不平现象。（3）在后墙下部设有观察孔，在运行中可以观察炉内状况。（4）在需要操作和维修的地方设置维修平台和梯子，其设施符合国家规范要求。1.2.2 炉衬炉衬采用全纤维结构，炉内向外依次为250mm厚纤维折叠块和50mm厚纤维毯组成，炉衬总厚度为300mm。纤维折叠块型号为标准型，经裁剪、压缩制成300300250mm的耐火纤维模块，压缩容重为220kg/m3。 炉墙、炉顶及炉门耐火纤维砌筑采用内锚固的方式，即先在钢板上焊上不锈钢螺栓，交错平铺两层25mm厚标准型耐火纤维毯，再将制好的耐火纤维模块用锚固件固定在炉墙钢板上。1.2.3 炉门及炉门升降机构炉门由钢结构框架、耐火纤维及炉门四周护板组成。炉门钢结构框架为型钢和钢板焊接的框架结构，各部结构设计充分考虑到边框受热变形问题。炉门架框内安装250mm厚标准耐火纤维模块+50mm厚标准耐火纤维毯作为耐火保温体，总厚度为300mm。由于炉门在高温情况下经常开启，炉门四周极易受热，因此在炉门四周安装耐热铸铁板，材质为RQTSi5。炉门提升采用电动葫芦驱动，链轮链条传动，确保炉门同步，实现平稳上移或下降。炉门行程控制使用行程限位开关及电动葫芦自身的行程控制装置，做到双限位，保证稳定可靠，炉门升降速度为8m/min。炉门与台车设有连锁保护，台车到位后，由台车开关反馈信号，炉门才能自动下降到位。1.2.4 炉体密封炉体的密封是炉子设计制造的一个重要环节,密封效果如何,直接影响到炉子的使用性能。炉体的密封包括炉墙侧密封、台车后密封和炉门密封。（1）侧密封采用升降式软密封，由气缸带动密封槽的升降，与台车护板和炉墙护板配合实现良好密封。（2）台车后端密封采用弹簧压紧柔性密封结构形式：在炉体后壁上安装带有弹簧的耐火纤维密封块，台车进炉后，台车尾部推动密封块，弹簧受压、纤维变形，弹簧受压产生的弹力推动密封块压紧在台车尾部。采用这种密封方式可确炉后密封长期使用不冒火，从而达到良好密封效果。在炉后墙上设有观火孔。（3）炉门密封：炉门密封压紧采用四轮自重式压紧机构。在炉门两侧上下各安装两个导向轮，前柱上设置导向槽，在导向槽下部设置可调式楔形压紧块，用于炉门的密封压紧。炉门上下运行时脱离炉口，在导向槽内运动，当炉门下落对位后，在可调式楔形压紧块的引导下使炉门压紧在炉口护板上。炉口四周耐火纤维凸出35mm，炉门四周耐火纤维也凸出35mm，炉门关闭压紧后耐火纤维与炉口纤维及炉口四周护板(材质为RQTSi5)形成软硬双密封，从而能有效地对炉门进行密封。1.2.5 台车及驱动行走机构台车是承载工件加热及转运的平台。需具有在高温下有足够的强度、刚度和对下部结构有良好的隔热效果。台车车体由车架、车面钢板、耐热铸铁（RQTSi5）边框、耐火砌体组成，设计中充分考虑到台车的载荷及平稳性。车架的受力构件为横梁，横梁的支撑点为两条滚子带，使横梁成为两端悬臂的受力构件，弯矩的产生点在中心和两个支撑点上，因此，将尽量使横梁符合等强度设计原则，使三点产生相同的弯矩，取轨距为横梁的0.586倍。台车车架为单层结构,车架上铺1016mm厚钢板。为保证车间四周有足够的强度，在车架四周采用16mm厚钢板，车架中间采用10mm厚钢板，台车四周设有耐热铸铁边框，采用螺栓固定在台车车架上。车架采用大型槽钢和工字钢焊接的框架结构形式，台车车架整体结构既保证尽量降低台车高度，又保证在重载情况下和一定温度下有足够的强度。台车砌体分为耐火层和隔热层：耐火层中间部分采用252mm（116 mm +136 mm）厚粘土质耐火砖，四周采用粘土浇注料预制块，既有足够的强度承受压力，又有很好的耐高温性能。隔热层采用136mm轻质隔热砖及30mm石棉板，使热量尽可能不向台车底部传导，降低炉子的热量损失。台车砌体总厚度为418mm。台车驱动行走机构采用钝齿轮与销齿条相配合的销齿传动装置。台车驱动行走机构设置于炉前地坑土建基础上，驱动机构配备主传动电机、减速机、抱闸及行程控制检测设备。台车行走采用滚柱带结构，这种结构整车高度较低，整车重量均布，台车行走平稳可靠、能消除起动和停止时冲击引起的跳动。台车驱动电机采用变频调速制动电机。台车运行速度为7m/min,当装载量较大时可适当调低电机转速,降低台车运行速度，当装载量较小时可适当调高电机转速,提高台车运行速度。台车设有进、出炉限位，并在进炉极限位置上设有机械车档，防止误操作和限位开关失灵导致台车碰撞后墙。台车进、出炉，与炉门升、降和炉门压紧都互相连锁，确保实现台车的安全可靠运行。1.2.6 燃烧系统燃烧系统由烧嘴及管路系统组成。采用大火、小火高速脉冲蓄热式燃烧技术，根据炉温曲线升温、保温，大火或小火交替自动脉冲燃烧，无需人工操作，全自动化的高精度热处理加热工艺。该烧嘴成对布置在炉墙的两侧下部:左侧烧嘴燃烧供热，右侧烧嘴吸烟蓄热，然后换向；右侧烧嘴燃烧供热、左侧烧嘴吸烟蓄热，然后再换向，这样周而复始的工作。高温炉气在炉内形成循环回路，消除了死角，有利于炉内温度均匀，基本消除了炉压波的冲击影响。本方案每台烧嘴都独立配有点火烧嘴、火焰监测器、燃气手动切断阀、燃气电磁阀、空气、烟气管道换向装置。可对每个烧嘴进行独立的控制和调节，确保各温度段下燃烧的安全性和可靠性。（1）烧嘴选型及布置方式本方案烧嘴采用我院自主研发的专门用于台车式热处理炉的FXZ系列蓄热式高速直焰低NOx烧嘴。蓄热式烧嘴型号及数量:工业炉编号台车尺寸（m）烧嘴型号单个烧嘴额定功率(kw)烧嘴数量（台）3.57FXZ-808008烧嘴沿炉体两侧对称布置，蓄热箱采用外置倒挂式。该蓄热式烧嘴的性能特征：与常规换热式燃烧技术相比，节能2030%。全温段换向，从室温点火到停炉的全温段蓄热换向。该烧嘴火焰出口速度可达到80m/s以上，具有极强的搅动能力，大大提高了工件的吸热能力，提高了燃烧效率，提高了炉温均匀性。烧嘴的分体式结构设计考虑到了设备的维护与更换，便于设备维修，提高工作效率。（2）管道系统压缩空气供应系统压缩空气用于燃烧系统空气/烟气换向阀的驱动。压缩空气系统配备过滤器、调压阀、电磁阀消声器等。并设有检测和显示。空气/烟气管道系统本系统配置助燃风机、排烟引风机及烧嘴点火风机各一台。空气管道系统设置有助燃风机及烧嘴点火风机各一台，并设有空气压力检测和显示。助燃风机主要为烧嘴燃烧时提供所需氧气；点火风机主要为点火烧嘴燃烧时提供所需氧气。同时在空气总管路上安装防爆装置，用于防止燃气回火时空气和燃气混合物在管道内的引燃爆炸。在助燃风机进风口处设置消音器，以降低厂房内噪声。热处理炉助燃风机型号为：工业炉编号台车尺寸（m）风机型号流量（Nm3/h）压力（Pa）电机功率（kw）3.579-19-5.6A4000700018.5注:风机配消音器、进口调节阀烟气管道设有排烟引风机一台，用于强制排出经蓄热体降温后的炉内烟气。热处理炉排烟引风机型号为：工业炉编号台车尺寸（m）风机型号流量（Nm3/h）压力（Pa）电机功率（kw）3.57Y 9-26-5.6D6000760022在烧嘴前的空气/烟气管道上装有用于缓冲管道受热变形的耐热钢膨胀节,以及控制调节空气/烟气量的手动调节蝶阀及气动脉冲换向阀,从而实现供风/排烟量的有效控制和调节。助燃风机和排烟引风机均采用变频电机调速，以调节供风压力及排烟抽力。 燃气管道系统燃气管道全部采用无缝钢管制作，在燃气管道上安装手动球阀、稳压减压阀、安全切断阀，流量计以及压力开关，当燃气压力、空气压力的波动超出正常范围时，安全切断阀将快速关闭燃气管道，确保炉子的安全运行。炉子燃气管道的末端装有放散阀，以利于生产中随时检查燃气和长时间停产时燃气管道的排空置换。流量计就地显示流量、压力。同时流量、压力等参数在控制柜均有显示。1.2.7 自动控制系统自动控制系统采用上下位的工业控制计算机与PLC等控制仪表组成的集散控制系统。下位控制仪表包括PLC、监视控制及记录仪表等，上位机采用西门子工业控制计算机，在上位机上可以完成工艺设定、动态跟踪和工艺管理，下位智能控制仪表执行具体的测量和控制，从而实现整体设备控制系统运行的自动化和柔性化。传动控制系统中的位置信号、台车的进出、炉门压紧及升降、电气仪表安全报警信号采集等采用PLC实现自动化控制并与上位机进行通信。该自动控制系统主要由以下几个部分组成：上位机控制系统 、温度控制系统、燃烧控制系统、压力控制系统、故障报警系统及电气动力系统等。（1）上位机控制系统上位机采用高性能、可靠的西门子工业计算机，配备UPS不间断电源（延时时间1小时）。监控软件采用WINCC 7.0软件, 该软件能把通讯、动态图象、文字表格和各种控制技术融合在一起，采用全中文显示和引导，生成动态工艺流程图、生产表格图、工艺曲线图等，能根据生产工艺的需要编制工艺文件，并根据实际情况进行在线修改。计算机显示界面设有色彩美观的系统全貌、参数设置、参数显示、设定曲线、过程曲线、报警界面及报表设定时打印和帮助工作界面，所有界面采用中文显示。a、系统全貌界面：用不同色彩全面显示设备主要结构、上下位构成的集散控制系统、温度控制、PLC控制系统示意图。b、参数设置界面：工艺温度、工艺时间及报警设置、输出限辐等控制参数的基本设置。c、参数显示界面：直观显示整个系统的实时运行状态和各主要参数（各区温度、各点温度偏差、压力等）的测控值。d、监视曲线界面：在同一坐标内显示某一时刻炉内监视温度曲线和控温温度曲线的变化，利用相互的滞后关系，便于工艺人员对工艺执行过程中进行分析和调整。e、过程曲线界面：对于主控温度、监视温度、记录温度可实时显示温度和时间的变化，并具有局部放大功能，作为历史记录随时调用、显示。所有实测值应具备定时存盘功能，时间可任意设定。f、报警报表打印界面：显示温度控制超限、PLC检测出的测控参数、主控、监视、记录仪表故障报警和指示，对上述所有界面及工艺实测参数及曲线可随时调出打印。（2）温度控制系统为提高炉温均匀性，采用多区控温。每个控温区控制1对烧嘴。具体如下表：工业炉编号台车尺寸（m）区数3.574烧嘴大火、小火脉冲燃烧由烧嘴、大/小火燃气电磁阀、空气/烟气换向阀、检测热电偶、烧嘴控制器、PLC组成温度控制回路来实现。热电偶检测的炉膛实际温度，通过与PLC和设定的工艺温度进行比较计算，再由PLC输出大、小火信号，自动控制烧嘴前燃气和空气的通断，从而使炉内温度和工艺设定温度保持一致，提高炉温的均匀性。炉体预留炉温均匀性测试孔。（3）燃烧控制系统每只烧嘴分别配有点火烧嘴、高压点火装置、火焰监测器、燃气手动切断阀、大小火燃气电磁阀、空/烟手动调节阀及空/烟换向气动阀等组成，可对每个燃烧器进行独立的控制和调节，确保各温度段下燃烧的安全性和可靠性。燃烧采用大、小火脉冲燃烧。为提高炉温均匀性，燃烧管路采用大、小火两路管道。蓄热式烧嘴约40秒钟换向一次，通过换向，可以将助燃风预热到800以上，同时可以将排烟温度降到120以下，不仅最大可能的将烟气余热回收入炉，而且极大的改善了燃烧状态，优化了炉内的温度场。当排烟温度过高时，系统将强制换向阀换向，直至排烟温度下降到设定的温度范围内。每个烧嘴前设有燃烧控制箱，控制烧嘴的自动点燃，火焰检测及熄火报警等。燃烧控制系统由“自动”及“手动”两种控制模式。在自动状况下，燃烧系统由PLC实现自控，并根据温控表输出的信号来控制大火的燃烧。如果本机PLC出现故障，还可以采用手动应急控制。燃烧控制系统设有自动火焰监控和断电关阀保护功能，烧嘴熄火或燃烧不好，控制系统立即切断燃气阀并报警。同时，所有阀门采用电关式，一旦停电就自动切断阀门，防止发生安全事故。低NOx燃烧新技术：影响燃烧过程中NOx形成的因素包括：空气-燃料比；燃烧空气的预热温度；燃烧区的冷却程度；燃烧器的形状设计。可降低氮氧化物浓度的方法有：减少送入燃烧器的过剩空气；降低燃烧区的热强度；采用二段燃烧; 烟气再循环技术，把烟气掺入助燃空气，降低助燃空气的氧浓度。在引风机的出口抽出烟气，加入助燃空气中，其作用是降低火焰温度，有利于减少热力型NOx的生成。（4）压力控制系统及故障报警系统压力控制系统分别设有燃气欠压紧急切断并报警控制系统、燃烧空气压力自控系统、炉膛压力自控系统及压缩空气压力显示报警系统。各压力自控系统由压力变送器、压力调节器、操作器及电动碟阀组成，构成闭环随动调节系统，控制系统可靠性高，响应速度快、调节性能好。燃气管路上还设有流量数显装置。燃气总管上设有燃气压力高限及低限两只压力开关，在助燃风机出口处安装一只低限压力开关，该信号作为燃气总管切断阀开启及烧嘴启动的连锁条件。燃气管道系统配备二道阀门、快速切断阀、流量装置及安全装置等。另外，燃气压力系统还有风机故障、压缩空气欠压时自动关闭气源并报警等功能，在风压或燃气压力低于额定值时，数字显示控制仪将关闭燃气的快速安全切断阀，以确保安全生产。各种故障显示采用故障报警模块，在控制柜上设有灯光及音响报警装置。（5）电气动力系统传动控制系统中的位置信号、压紧、升降、开合、联锁及机械、电气、仪表安全报警信号采集等均采用PLC实现自动控制并与上位计算机进行通信。炉门升降、炉门压紧、台车开合、风机启动等动作的控制实现单独控制或连锁控制。为操作方便，在炉前设置操作台，同时设置有遥控方式，以方便炉门升降的操作。在控制室操作面板和炉前操作面板上必须同时设有急停开关；所有接触器、继电器、按钮、开关、指示灯及仪表等电器元件均采用国内外著名厂家产品。电气控制柜（屏）：柜体采用框架式机构，柜内框架带有万能安装孔，柜内安装镀锌挂板，挂板及柜面采用2.5mm厚的钢板压制而成。整套设备采用打印线号，保证线号清晰、牢固，柜内走线安装有走线槽，设备上走线均安装电缆桥架或穿线钢管。柜内安装维修照明，柜门上安装照明控制限位门开关。热电偶补偿导线采用屏蔽线，以确保测量可靠。所有电气设备、穿线管、电气柜、仪表柜等均设有安全接地装置，所有电气接线方式均满足相关技术要求及国家规范。