摘要：文章主要以扩管项目步进炉为例，具体介绍了脉冲式步进加热炉的组成、结构、特点、优缺点及发展趋势
关键词：步进构架优势、脉冲燃烧技术、余热利用、节能环保
Abstract: This paper mainly introduces the composition, structure, characteristics, advantages and disadvantages, and development trend of the pulse type step heating furnace, taking the step furnace for the expansion project as an example
Key words: advantages of stepping frame, pulse combustion technology, waste heat utilization, energy conservation and environmental protection
一、炉子形式
加热炉方案是应用于将钢管从20°C开始加热，将钢管最高加热至1150°C。炉内采用装出料传输辊道配合步进梁形式运输管坯，装出料辊道轴线与炉子轴线成30°角度倾斜，以使钢管在装出料时旋转，实现侧进侧出。
管坯入炉后按特殊设计形状的步进梁和固定梁以步进的方式移动。步进梁及固定梁采用错齿形式，以使钢管在每一个步进周期内旋转一个角度。炉底的升降运动通过液压缸驱动。经过特殊设计以避免步进梁在运动过程中产生的加减速对钢管产生的冲击而带来的管坯表面损伤。
炉子燃烧系统分为几个控制区，采用先进的脉冲（大小火）燃烧控制技术，对炉温进行灵活和精确控制。计算机系统自动对比各区炉温的设定值和实测值，通过调整各区烧嘴的通断时间和频率，自动调节各区的供热量以保证管坯在管长方向的温度均匀性。
燃烧产生多余烟气通过排烟机强制排出，并在烟道安装换热器。为充分利用烟气余热达到有效节能，在烟道配置集中换热器以使助燃空气可以最高予热至500°C。
二、脉冲式步进加热炉的组成
1、步进驱动系统组成
步进驱动系统由固定梁、步进梁、立柱和步进机构组成。步进梁和固定梁通过特殊的齿形设计，可以保证钢管在炉内做步进运动的同时，还不断地滚动，以避免钢管变形。每组固定梁和步进梁下部设4根立柱，固定梁立柱与炉底钢结构相连，步进梁立柱与炉底步进机构相连。步进机构由中央液压站驱动液压缸控制。
2、脉冲燃烧系统组成
加热烧嘴采用先进的脉冲（大小火）燃烧控制技术，炉温由安装在炉顶的热电偶检测；每一个烧嘴的天然气管道上安装有电磁阀和气动大小火蝶阀；每一个烧嘴的助燃空气管道上安装有气动大小火蝶阀；当炉温产生偏差时，PLC输出脉冲信号，该信号传递给烧嘴控制器。由烧嘴控制器驱动天然气电磁阀点火，PLC控制热风蝶阀开启或关闭，实现烧嘴的脉冲燃烧控制。脉冲燃烧控制系统根据炉温偏差的大小，在一个固定的时间周期内烧嘴的供热能力可在0%至100%之内连续变化，以控制所控分区内N个烧嘴的循环开启或关闭。
天然气管路上装有流量孔板，用于测量该区的天然气流量；空气总管上有气动调节阀和流量孔板，使用单交叉控制模式控制每个烧嘴的空、燃气比例。空燃比可以在一个预设的范围内连续调节。在低负荷的情况下，可以改变空燃比，从而使烧嘴更好地工作。
脉冲燃烧控制技术，对炉温进行灵活和精确控制。计算机系统自动对比各区炉温的设定值和实测值，通过调整各区烧嘴的通断时间和频率，自动调节各区的供热量。
这样的工作方式不仅可以提供不同的供热量，而且起到充分搅动炉内气氛的作用，获得均匀稳定的温度场。软件对热负荷的算法还充分考虑到炉温的滞后性、相邻炉区温度变化的干扰、炉门的启闭、热风温度的波动等等因素的影响，从而达到最佳的炉温控制和燃烧状态。
三、脉冲式步进加热炉优缺点：
1、步进式架构
(1)可以加热多种口径的管坯
(2)生产能力大，炉底强度可以达到更高强度，加热等量的管坯，炉子长度可以根据现场空间及生产需要调整，使用空间更为灵活
(3)炉子长度不受限制，不会产生拱料、粘连现象。
(4)炉子的灵活性大，在炉长不变的情况下，通过改变管坯之间的距离。就可以改变炉内管坯的数目，适应产量变化的需要。而且步进周期也是可调的，如果加大每一周期前进的步距。就意味着料坯在炉内的时间缩短，从而可以适应不同金属加热的要求。
(5)管坯在步进结构中滚动前行，全面均匀受热，不会产生黑印现象
(6)由于管坯不在炉底滑道上滑动，料坯的下面不会有划痕。同时也减少的步进机构的磨损，有效降低维修费用。
(7)轧机故障或停轧时，能踏步或将物料退出炉膛，以免料坯长期停留炉内造成氧化和脱碳。
(8)可以准确计算和控制加热时间，便于实现过程的自动化。
步进式炉存在的缺点是，同样生产能力，其造价更高；其次，步进式炉炉底支承水管较多，水耗量和热耗量超过同样生产能力的其它工业炉。
2、脉冲燃烧控制
(1)PID线性调节，保障每个区域内温度均匀
(2)燃烧效率高，同等生产条件下，大大降低能耗。
(3)单个烧嘴出现故障时，通过对其它烧嘴的调节可有效避免对整个区域的影响。
(4)可提高烧嘴的负荷调节比。
(5)优秀可靠的控制系统，造价低。
(6)减少氧化铁皮的生成。
普通烧嘴的调节比一般为1：4左右，当烧嘴在满负荷工作时，燃气流速、火焰形状、热效率均可达到最佳状态，但当烧嘴流量接近其最小流量时，热负荷最小，燃气流速大大降低，火焰形状达不到要求，热效率急剧下降，高速烧嘴工作在满负荷流量50%以下时，上述各项指标距设计要求就有了较大的差距。脉冲燃烧则不然，无论在何种情况下，烧嘴只有两种工作状态，一种是满负荷工作，另一种是不工作，只是通过调整两种状态的时间比进行温度调节，所以采用脉冲燃烧可弥补烧嘴调节比低的缺陷，需要低温控制时仍能保证烧嘴工作在最佳燃烧状态。
燃烧环境的调节是提高工业炉性能必不可少的一个环节，而传统的连续燃烧控制只能通过在线测量烟气残氧量，反馈给燃烧气氛控制器，然后实时调节控制助燃空气流量执行器的输出，才能精确控制炉内的燃烧气氛。采用脉冲燃烧控制方式，可以将燃气和助燃空气风压一次性调整到合适值，在系统投人运行后，只需保持这两个压力稳定即可。对压力进行测量和控制要比流量简单得多，可以根据系统的实际情况采取全自动控制，也可以采取人工手动控制。
与连续燃烧控制相比，脉冲燃烧控制系统中参与控制的仪表大大减少，仅有温度传感器、控制器和执行器，省略了大量价格昂贵的流量、压力检测控制机构。并且，由于只需要两位式开关控制，执行器也由原来的气动（电动）阀门变为电磁阀门，增加了系统的可靠性，大大降低了系统造价。
脉冲燃烧的缺点是：工况下的炉压的控制相对较复杂，由于在同一时刻各烧嘴不断开闭，炉压波动较大。根据脉冲燃烧的特点，需要采用脉冲燃烧炉压控制烟道结构，钝化炉压波动。通过特定的计算机程序对炉压进行修正，通过烟道闸板进行调节，保证炉压和炉况的稳定。
四、工业炉节能的发展趋势
(1)调整燃料结构。尽管煤炭在相当阶段内仍是我国的主力能源，但其既污染严重，又不利实施高温空气燃烧技术。所以用油、气取代煤等固体燃料，是我国工业炉节能发展的战略性方向。
(2)进一步开发、完善先进的燃烧技术。大力完善和推广高温空气燃烧技术仍是今后工业炉节能发展的方向。在保证高温、高效火焰的基础上提高炉膛温度的技术，使炉膛温度均匀分布的技术，以及N0x控制技术，是推动富氧燃烧的核心技术，也是未来的发展方向。同时C02的减排和封存问题将成为重要的研究热点，余热回收及充分利用低热值燃料是工业炉节能发展的重点。
(3)砌筑将向整体化和轻型化方向发展。随着不定形耐火材料的发展，整体浇注和轻型结构将获更广泛的发展。采用新型耐火材料，用耐高温陶瓷和陶瓷纤维代替耐火砖，使炉子升温快，热损失小。
(4)节能和环保并重。在进行节能改造的同时，应进行污染治理，努力降低或消除有害废气和烟尘的排放。对中国而言节能是最大的环保措施之一。
五、结束语
我国能源紧张，严重影响了经济的发展。节能是中国能源战略和政策的核心，解决能源和资源问题，最根本的还是要靠科技进步。脉冲式步进加热炉是在工业炉发展进程中的产物，我们应当继续抓技术创新，寻找、探索新的节能机理和途径，走出传统节能方法的老路，走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的可持续发展道路。