辉达工控窑炉温控系统实现节能降耗

摘要：窑炉设备使用中的巨额能源损耗是目前制造行业面临的普遍问题，本系统提出并设计了一种基于节能降耗技术的窑炉温度控制系统。

关键词：节能降耗；窑炉；温度控制；

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

随着能源价格的不断上涨，制造行业对窑炉设备使用的误区及现行的窑炉温度控制系统弊端所造成的巨额能源损耗是目前制造行业面临的普遍问题，降低能耗、降低生产成本是制造行业迫在眉睫的任务，涉及磁性材料制造行业都是能耗大户，面对同行业日趋激烈的市场竞争，节能降耗、降低生产成本是磁性材料制造行业自身求生存求发展的迫切需求，如何从内部革新入手，向科技要成本、向管理要效益，用科学有效的方法来实现能耗大户企业节能降耗的目的成为制造行业发展的重要研究主题。

1 能源消耗主要原因分析

1.1 热电偶老化

    热电偶保护管为刚玉管，由氧化铝烧制而成，在连续高温下使用会产生多个毛细孔，窑炉内产生的连续高温及腐蚀性气体的连续侵蚀会透过刚玉管的毛细孔侵蚀热电偶，从而导致铂金或其他金属化学反应产生结晶，铂金或其他金属化学分子性能变异，产生热电偶老化现象。

       老化后的热电偶热电性发生变化，工作曲线偏离标准曲线，输出电动势会降低，致使使用标准曲线的智能仪表测量值发生偏差，低于实际炉温，在窑炉温度达到标准后SCR仍持续加热，增加了保温功率和电能消耗，进而给客户所制造产品的品质、客户窑炉本身、耐火材料的寿命造成许多隐患，也给客户带来巨额的能源损耗。

    除了热电偶老化的影响，补偿导线老化也是造成温度计量失真的重要原因。由于长期被置于高温环境下，使其出现导体变黑现象，即老化现象，（如电线老化会导致失火）补偿导线老化可以直接导致传送热电偶输出毫伏值衰减，从而加大误差，增加能耗损失。

图1-1

1.2 负载老化

      硅碳棒在空气中被加热后，与氧气反应生成二氧化硅，随之电阻逐渐增加导致硅碳棒老化。硅碳棒使用初期氧化和阻值增加速度较快，随之反应进行其表面形成致密的氧化硅膜，进入电阻温度区，之后导电层逐渐减少，绝缘层逐渐增加，硅碳棒内部产生局部过热，电阻值快速增加，如图1-2所示。当阻值达到初始阻值约3倍时，棒发热分布不均匀，从而导致炉内温度不均匀，硅碳棒的使用寿命达到极限。

      硅碳棒老化后，由于阻值增加，同样电压输出下，电流减小，功率降低，导致测量温度降低。为保证温度,此时需要增加电压提高电流以保证温度。同一负载上使用不同接法后，棒的老化致使温度上不去，温区内部温度不均匀，从而影响产品质量。

2、节能降耗的窑炉温度控制系统方案

      （采用PC上位机组态软件+触摸屏软件实现远程序及现场人机界面监控）；温度控制系统：（采用辉达KY系列一体化可控硅调压温度控制器）；过程控制：（采用西门子PLC系统及变频器进行速度风量等过程控制调节），信号检测部分：（采用辉达HD-M-A4000系统模块）。

图2-1窑炉温度控制系统结构图

3节能降耗技术

3.1 负载监控及保护技术

3.1.1恒流控制

连续使用硅碳棒时，希望缓速增加电压以维持长寿命。当碳棒老化后其阻值将变大，使用恒流模式则通过PID计算的输出值（同温度下）可不用调节输出，通过恒流原理直接自动调节电压，使碳棒上电流保持该温度维持电流大小，从而减小由于碳棒老化带来的调节与控制温度震荡。

3.1.2限流控制

此工作模式主要针对负载为硅钼棒的情况而开发。

硅钼棒电热体的电阻随温度升高急剧增大，开始加热时，电热体的电阻较小，所需电压较低，约为工作电压的1/4～1/3，根据硅钼棒电热体的工作电压及其电阻和温度的正向特性，变压器输出电压采用多抽头的方式来满足加热体在不同温度时需要的工作电压，从而提高电网功率因数。

由于以上因素，硅钼棒的特性低温下其阻值几乎为零，则限制电流是非常关键的，不但可以保护硅钼棒还可以保护相关电气设备的正常工作。自动限制调节作用，当硅钼棒进入正常使用范围时，则阻值增大，对应温度电流自动降下来。自动限流技术可以保障在升炉时操作不当带来对硅钼棒的损害。

大型炉子干燥时间长，使用其它发热元件烘炉，以免硅钼棒低温氧化，炉子烘干后，即可按以下步骤起动升温。

限流技术下，可按照上表升炉，实现保护硅钼棒的目的。

3.1.3负载检测

系统可实时测量负载的电压值及电流值，所测电压电流值为真有效值，根据欧姆定律R=U/I得出负载阻值，判断负载阻值来检测负载使用情况，如图3-1，具体判断方法如下表。实际应用中因非线性负荷的谐波电流引起的电流失真普遍存在，真有效值仪表工作时，先采集输入电流的瞬时值平方，按时间取平均值，zui后显示此平均值的平方根植，采用真有效值测量对于很多非线性负载的装置有重要意义。

预先设置负载的老化率、监测点等参数，控制器根据采集负载电压、电流，并对负载的老化情况进行判断，显示负载的性能状况，并给出负载监测情况的报表，供用户查验。负载监测界面，主要内容包括：1、负载参数设置；2、负载实际阻值显示；3、负载性能监测报警指示。

3.2 电量采集与记录功能

3.2.1 多区电量监控

通过对电量参数设置，按设定时段，分区分时段记录电量使用情况，支持使用数据导出，提供电量查询。电量记录界面如图3-4所示。

3.2.2 班次电能、费用统计

根据用户设置提供不同班次使用的电量和电价报表。

3.3 新窑或冷窑烘窑自动程序控制技术

3.3.1 PID控制算法

系统支持的PID控制算法是公司自主研发，具有超调小，控制精度高，快速、稳定的特点。同时支持定值控温和时间程序控温，即工艺曲线控温。其中，时间程序控温有升温速率和时间-温度两种控温模式可选，用户可根据自身设备特点和使用习惯等选择适合的控制模式。程序运行初期，可自动跟踪室温，减少运行时间，提高工作效率等。

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