一、 前言
现有各种工业炉窑140多座，其中大部分燃烧控制是采用了连续控制方式，即通过调节燃气及助燃空气流量的大小来控制炉内温度和燃烧气氛以达到工艺要求。由于这种连续控制方式往往受到燃气、助燃空气流量测量精度的制约及调节系统中空燃比控制等环节的影响，目前，大多数炉窑的控制效果不佳，很难保证炉内温场均匀，制约着产品质量的提高和能源消耗的降低。随着工业炉窑和控制技术的迅猛发展，在国内外同行业中产生一种新型的燃烧控制技术———脉冲燃烧控制技术，并得到了一定程度的应用。从2001年以来，先后自行设计建成了多座采用脉冲燃烧技术的工业炉，并取得了较好的效果，同时总结出了不少应用经验，希望这篇文章能给同行们应用脉冲燃烧技术时带来帮助。
二、 脉冲燃烧控制技术的原理及优点
1、 脉冲燃烧控制技术的工作原理
脉冲燃烧控制采用的是一种间断燃烧的方式，它使用脉宽调制技术，通过调节燃烧时间的占空比（通断比）实现工业窑炉的温度控制。系统的燃气流量可通过压力调整预先设定，烧嘴一旦工作，就处于满负荷状态，保证烧嘴燃烧时的燃气出口速度不变。通过调整燃烧和不燃烧两种状态的时间比进行温度调节。也就是说，当需要升温时，烧嘴燃烧时间长，熄火时间短；相反，需要降温时，烧嘴燃烧时间短，熄火时间长。
2、 脉冲燃烧控制技术的优点
工业炉窑燃烧时的空燃比是一个非常重要的控制参数，它关系到炉内气氛、能源消耗等重要指标。但空燃比并不是线性关系，而是一条曲线，以往在连续控制系统中，采用一台比例跟随器，使助燃空气的流量与燃气的流量成固定的比例，但这种方法很难找到一个最佳空燃比值，有时还会将助燃空气的富余量留得很大，达不到最佳的节能和控制过剩氧含量（或过剩空气系数）的要求。而采用脉冲燃烧控制方式，它燃烧时就一种状态，流量、压力都是很稳定的，可以在烧嘴燃烧时通过烟气含量分析仪准确找到处于满负荷状态下的空燃比关系值，一次性调好即可投运，使燃烧效果达到最佳，并且炉内气氛达到工艺要求，运行时只需保持燃气和助燃空气压力的稳定就可以达到控制效果。这样，大大提高了燃烧效率，降低了能耗，提高了产品质量。
温场均匀性也是工业炉窑控制一个重要参数，它直接关系到产品的质量。连续燃烧方式燃烧时，炉内主要靠火焰辐射，离火焰近的地方温度高，离火焰远的地方温度低。它们之间的温差也较大。另外，烧嘴未处于满负荷时特别流量接近最小流量时，燃气流速大大降低，火焰形状达不到要求，温差也较大。而采用脉冲燃烧，在任何时候，只要烧嘴燃烧，烧嘴就处于满负荷状态，燃气流速、火焰形状都处于最佳。燃气速度快，使周围形成负压，而且使炉内形成环流，加上两侧烧嘴交替燃烧，使炉内充分搅拌,炉内温场均匀性大大增加，而且减少了高温燃气对钢制品的直接冲击。
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。也给今后系统运行及维护带来了方便。
三、脉冲燃烧控制技术的应用
2001年对一座新建60吨台车式退火炉，采用了脉冲燃烧控制方式，该炉分为两个温区控制，每个温区有四个烧嘴。调节器根据设定值温度和实测温度进行PID计算输出到燃烧控制器，燃烧控制器将4-20mA的模拟信号转换成频率脉冲信号，分别传到每个烧嘴的烧嘴控制器，最后，通过电磁阀、比例控制阀、烧嘴、自动点火系统完成燃烧过程，达到控温目的（如图3）。该项目是典型的脉冲燃烧控制方式，投产至今，产品合格率达到100%，吨钢消耗降低30%，大大提高了产品质量和能源的降低。
经过脉冲控制系统运行两年多来，发现还是存在一些不足之处，虽然采用的脉冲式燃烧方式比以往的连续式燃烧方式温场均匀度提高了很多，但仍然有20℃的温差，这样对于退火质量要求高的产品存在着一定的制约。通过研究发现，工业炉窑虽然采用了脉冲燃烧控制技术，但仍受到传统连续方式的影响。采用炉体硬分段，通过现场测量数据显示控制测温点附近的温度与设定值非常相近，保持在±2℃之内，但离控制测温点较远处就有±20℃以上的温差。因此，我们提出了“打破炉体硬分段，实行软分段”的概念，也就是说，炉段细分，甚至分为每一个烧嘴为一段，利用多功能调节器的脉冲输出直接控制燃气烧嘴。并且还能将价格昂贵的MPT700燃烧控制器省掉，2004年在对新建第二座脉冲式燃烧炉采用了这种改进后的脉冲燃烧控制方式，八个烧嘴分为八段，选用八台英国欧陆控制器分别控制燃烧，经过1年的运行投产，炉内温场非常均匀，炉内温差控制在±2℃之内。在第三座采用脉冲燃烧控制方式时，采用了当今国际上最先进的CX-2000智能控制工作站，它是具有多路控制、多路无纸记录、网络共享等功能为一体，在控制方面，多路控制可使用一条温度曲线，这样炉体各段温度控制可达到一致性，对温场的均匀性可进一步提高。
四、 结论
与其它燃烧技术比较起来，脉冲燃烧控制技术作为一项新兴的节能、环保技术，在提高产品质量、降低能耗、减少污染将发挥重大作用，是工业炉窑行业自动控制的一次革新，将成为未来工业炉窑燃烧技术的发展方向。
