摘要：窯爐設(shè)備使用中的巨額能源損耗是目前制造行業(yè)面臨的普遍問題，本系統(tǒng)提出并設(shè)計了一種基于節(jié)能降耗技術(shù)的窯爐溫度控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗；窯爐；溫度控制；

Abstract: The huge energy losing in using of kiln equipment is a common problem which 

manufacturing industry facing currently, this system design and put forward a kiln temper

ature control system that based on technology of saving energy and reducing consump

-tion.

Key Words: saving energy and reducing consumption; kiln; temperature control;

0 引言

隨著能源價格的不斷上漲，制造行業(yè)對窯爐設(shè)備使用的誤區(qū)及現(xiàn)行的窯爐溫度控制系統(tǒng)弊端所造成的巨額能源損耗是目前制造行業(yè)面臨的普遍問題，降低能耗、降低生產(chǎn)成本是制造行業(yè)迫在眉睫的任務(wù)，涉及磁性材料制造行業(yè)都是能耗大戶，面對同行業(yè)日趨激烈的市場競爭，節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本是磁性材料制造行業(yè)自身求生存求發(fā)展的迫切需求，如何從內(nèi)部革新入手，向科技要成本、向管理要效益，用科學(xué)有效的方法來實現(xiàn)能耗大戶企業(yè)節(jié)能降耗的目的成為制造行業(yè)發(fā)展的重要研究主題。

1 能源消耗主要原因分析

1.1 熱電偶老化

    熱電偶保護管為剛玉管，由氧化鋁燒制而成，在連續(xù)高溫下使用會產(chǎn)生多個毛細孔，窯爐內(nèi)產(chǎn)生的連續(xù)高溫及腐蝕性氣體的連續(xù)侵蝕會透過剛玉管的毛細孔侵蝕熱電偶，從而導(dǎo)致鉑金或其他金屬化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)晶，鉑金或其他金屬化學(xué)分子性能變異，產(chǎn)生熱電偶老化現(xiàn)象。

       老化后的熱電偶熱電性發(fā)生變化，工作曲線偏離標準曲線，輸出電動勢會降低，致使使用標準曲線的智能儀表測量值發(fā)生偏差，低于實際爐溫，在窯爐溫度達到標準后SCR仍持續(xù)加熱，增加了保溫功率和電能消耗，進而給客戶所制造產(chǎn)品的品質(zhì)、客戶窯爐本身、耐火材料的壽命造成許多隱患，也給客戶帶來巨額的能源損耗。

    除了熱電偶老化的影響，補償導(dǎo)線老化也是造成溫度計量失真的重要原因。由于長期被置于高溫環(huán)境下，使其出現(xiàn)導(dǎo)體變黑現(xiàn)象，即老化現(xiàn)象，（如電線老化會導(dǎo)致失火）補償導(dǎo)線老化可以直接導(dǎo)致傳送熱電偶輸出毫伏值衰減，從而加大誤差，增加能耗損失。

圖1-1

1.2 負載老化

      硅碳棒在空氣中被加熱后，與氧氣反應(yīng)生成二氧化硅，隨之電阻逐漸增加導(dǎo)致硅碳棒老化。硅碳棒使用初期氧化和阻值增加速度較快，隨之反應(yīng)進行其表面形成致密的氧化硅膜，進入電阻溫度區(qū)，之后導(dǎo)電層逐漸減少，絕緣層逐漸增加，硅碳棒內(nèi)部產(chǎn)生局部過熱，電阻值快速增加，如圖1-2所示。當阻值達到初始阻值約3倍時，棒發(fā)熱分布不均勻，從而導(dǎo)致爐內(nèi)溫度不均勻，硅碳棒的使用壽命達到極限。

      硅碳棒老化后，由于阻值增加，同樣電壓輸出下，電流減小，功率降低，導(dǎo)致測量溫度降低。為保證溫度,此時需要增加電壓提高電流以保證溫度。同一負載上使用不同接法后，棒的老化致使溫度上不去，溫區(qū)內(nèi)部溫度不均勻，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2、節(jié)能降耗的窯爐溫度控制系統(tǒng)方案

      （采用PC上位機組態(tài)軟件+觸摸屏軟件實現(xiàn)遠程序及現(xiàn)場人機界面監(jiān)控）；溫度控制系統(tǒng)：（采用輝達KY系列一體化可控硅調(diào)壓溫度控制器）；過程控制：（采用西門子PLC系統(tǒng)及變頻器進行速度風(fēng)量等過程控制調(diào)節(jié)），信號檢測部分：（采用輝達HD-M-A4000系統(tǒng)模塊）。

圖2-1窯爐溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3節(jié)能降耗技術(shù)

3.1 負載監(jiān)控及保護技術(shù)

3.1.1恒流控制

連續(xù)使用硅碳棒時，希望緩速增加電壓以維持長壽命。當碳棒老化后其阻值將變大，使用恒流模式則通過PID計算的輸出值（同溫度下）可不用調(diào)節(jié)輸出，通過恒流原理直接自動調(diào)節(jié)電壓，使碳棒上電流保持該溫度維持電流大小，從而減小由于碳棒老化帶來的調(diào)節(jié)與控制溫度震蕩。

3.1.2限流控制

此工作模式主要針對負載為硅鉬棒的情況而開發(fā)。

硅鉬棒電熱體的電阻隨溫度升高急劇增大，開始加熱時，電熱體的電阻較小，所需電壓較低，約為工作電壓的1/4～1/3，根據(jù)硅鉬棒電熱體的工作電壓及其電阻和溫度的正向特性，變壓器輸出電壓采用多抽頭的方式來滿足加熱體在不同溫度時需要的工作電壓，從而提高電網(wǎng)功率因數(shù)。

由于以上因素，硅鉬棒的特性低溫下其阻值幾乎為零，則限制電流是非常關(guān)鍵的，不但可以保護硅鉬棒還可以保護相關(guān)電氣設(shè)備的正常工作。自動限制調(diào)節(jié)作用，當硅鉬棒進入正常使用范圍時，則阻值增大，對應(yīng)溫度電流自動降下來。自動限流技術(shù)可以保障在升爐時操作不當帶來對硅鉬棒的損害。

大型爐子干燥時間長，使用其它發(fā)熱元件烘爐，以免硅鉬棒低溫氧化，爐子烘干后，即可按以下步驟起動升溫。

限流技術(shù)下，可按照上表升爐，實現(xiàn)保護硅鉬棒的目的。

3.1.3負載檢測

系統(tǒng)可實時測量負載的電壓值及電流值，所測電壓電流值為真有效值，根據(jù)歐姆定律R=U/I得出負載阻值，判斷負載阻值來檢測負載使用情況，如圖3-1，具體判斷方法如下表。實際應(yīng)用中因非線性負荷的諧波電流引起的電流失真普遍存在，真有效值儀表工作時，先采集輸入電流的瞬時值平方，按時間取平均值，zui后顯示此平均值的平方根植，采用真有效值測量對于很多非線性負載的裝置有重要意義。

預(yù)先設(shè)置負載的老化率、監(jiān)測點等參數(shù)，控制器根據(jù)采集負載電壓、電流，并對負載的老化情況進行判斷，顯示負載的性能狀況，并給出負載監(jiān)測情況的報表，供用戶查驗。負載監(jiān)測界面，主要內(nèi)容包括：1、負載參數(shù)設(shè)置；2、負載實際阻值顯示；3、負載性能監(jiān)測報警指示。

3.2 電量采集與記錄功能

3.2.1 多區(qū)電量監(jiān)控

通過對電量參數(shù)設(shè)置，按設(shè)定時段，分區(qū)分時段記錄電量使用情況，支持使用數(shù)據(jù)導(dǎo)出，提供電量查詢。電量記錄界面如圖3-4所示。

3.2.2 班次電能、費用統(tǒng)計

根據(jù)用戶設(shè)置提供不同班次使用的電量和電價報表。

3.3 新窯或冷窯烘窯自動程序控制技術(shù)

3.3.1 PID控制算法

系統(tǒng)支持的PID控制算法是公司自主研發(fā)，具有超調(diào)小，控制精度高，快速、穩(wěn)定的特點。同時支持定值控溫和時間程序控溫，即工藝曲線控溫。其中，時間程序控溫有升溫速率和時間-溫度兩種控溫模式可選，用戶可根據(jù)自身設(shè)備特點和使用習(xí)慣等選擇適合的控制模式。程序運行初期，可自動跟蹤室溫，減少運行時間，提高工作效率等。

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