热风炉燃烧温度控制系统的设计.

工号：JG-0054889酒钢炼铁保障作业区论文设计题目热风炉燃烧温度控制系统设计厂区炼铁厂作业区保障作业区班组维护班姓名陈现伟2011 年05 月08 日论文设计任务书职工姓名：陈现伟工种：维护电工题目: 热风炉燃烧温度控制系统的设计初始条件：炼铁高炉采用内燃式热风炉,燃烧所采用的燃料为高炉煤气和转炉煤气。

两种燃料混合后进入热风炉燃烧室,再与助燃空气一起燃烧,要求向高炉送风温度达到1350℃，则炉顶温度必须达到1400℃±10℃。

要求完成的主要任务:1、了解内燃式热风炉工艺设备2、绘制内燃式热风炉温度控制系统方案图3、确定系统所需检测元件、执行元件、调节仪表技术参数4、撰写系统调节原理及调节过程说明书时间安排4月29－30日选题、理解设计任务，工艺要求。

5月1－3日方案设计5月4－7日参数计算撰写说明书5月8日整理修改主管领导签字：年月日目录摘要 (I)1内燃式热风炉工艺概述 (1)2热风炉温度串级控制总体方案 (2)2.1内燃式热风炉送风温度控制方案选择... (2)2.2内燃式热风炉温度串级控制系统框图 (4)3系统元器件选择 (4)3.1温度变送器 (5)3.2温度传感器 (5)3.3控制器及调节阀 (6)3.3.1调节阀的选择 (6)3.3.2控制器即调节器的选择 (6)4参数整定及调节过程说明 (7)4.1参数整定 (7)4.2调节过程说明 (8)学习心得及体会 (10)参考文献 (11)摘要过程控制通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。

过程控制的主要任务是对生产过程中的有关参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度、pH值和物性等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的的前提下，使连续性生产过程自动地进行下去。

由于控制对象的特殊性，除了具有一般自动化所具有的共性之外过程控制系统相对于其他控制系统还具有以下特点：控制对象复杂、控制要求多样；控制方案丰富；控制多属慢过程参数控制；定值控制是过程控制的一种主要控制形式；过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成。

本次课程设计是炼铁生产中负责给高炉送风的内燃式热风炉燃烧温度控制系统的设计。

在课程设计的任务中给出了向高炉送风的温度要求，同时要满足送风温度则需炉顶温度达到某一要求，因此本温度控制系统采用串级控制系统，因为随着燃料流量的变化，首先影响的是炉壁温度的变化，然后通过传热过程逐渐影响向高炉的送风温度，从燃料流量变化经过三个变量后，才引起送风温度的变化，这个通道时间常数很大，反应缓慢，而采用串级控制恰好能克服这一缺点，故而本温度控制系统采用串级温度控制系统。

关键字：过程控制热风炉串级控制热风炉温度串级控制系统的设计1内燃式热风炉工艺概述图1-1热风炉、高炉炼铁工艺图如图1-1所示为热风炉、高炉冶铁,近年来我国炼铁生产技术取得了长足进步 ,但是热风的温度提高不大 ,生产的钢铁质量与国际水平仍然有差距。

因此热风的温度控制便成为制约炼铁质量的主要因素。

我国大多数钢铁企业风温低的主要原因有:热风炉老化严重;高热值煤气缺乏;热风炉潜力没有充分发挥;高炉接收风温的能力低等。

煤气热值低是提高风温的主要困难 ,随着高炉的大型化 ,原料的改善 ,操作的改进 ,高炉煤气的物理和化学性能越来越被高炉充分利用 ,致使高炉煤气日益贫化 ,许多现代化高炉的煤气热值已经降低很多,而高热值煤气(焦炉煤气、天燃气等)的短缺情况会越来越严重 ,因此 ,如何利用低热值煤气获得较高的风温,在我国具有特殊的意义。

实现煤气的合理燃烧 ,才能将其能量充分利用热风炉才有可能在消耗同样煤气量情况下 ,蓄到更多的热量 ,为提高送风温度创造条件。

由于高炉的操作或炉况等种种原因 ,造成煤气压力不稳定 ,煤气热值也往往存在波动 ,因而热风炉燃烧控制是热风炉最难、最关键的控制环节之一 ,燃烧控制得好坏将直接影响到热风炉的拱顶温度及燃烧的热效率，从而对高炉送风温度产生影响，最终对高炉炼钢的质量产生影响，故内燃式热风炉的温度控制显得至关重要，热风炉的种类很多，下图1-2图1-2无管式热风炉结构示意图 所示为热风炉的一种形式。

在图中数字1到10所代表的分别是：炉排、炉门、燃烧室、壳体、散热片、冷风罩、冷风进口、炉蕊、热风出口和排烟口。

2热风炉温度串级控制总体方案2.1内燃式热风炉送风温度控制方案选择热风炉是高炉冶铁工艺中的重要组成部分，其向高炉的送风温度对对高炉冶铁质量有重要影响，因此其温度控制也显得非常重要。

内燃式热风炉所用燃料为高炉煤气和转炉煤气的混合气体，另外还有助燃空气，本设计要求向高炉送风温度达到1350 ℃，为满足要求炉顶温度必须达到1400 ℃±10℃。

在该温度控制系统中要求按照相关的计算使助燃空气无论在燃料流量为多少时皆使其充分燃烧，故不再考虑其影响，从而混合煤气的流量Q 为控制变量，而影响送风温度的干扰则有冷风流量()1f t 、冷风入口温度()2f t 、燃料压力()3f t 和燃料热值()4f t 。

如果以向高炉送风温度()1n t 为被控参数，仅根据送风温度变化来控制燃料阀门开度，通过改变燃料流量将送风温度控在规定的数值上，那么这是一个简单的控制系统，当燃料压力或燃料热值变化时，先影响炉顶的温度，然后通过传热逐渐影响送风温度，从燃料流量变化经过三个变量后，才引起送风温度变化，这个通道时间常数很大，反应缓慢。

而温度调节器是根据送风温度()1n t 与设定值的偏差进行控制，当燃料部分出现干扰后，该控制系统并不能及时产生控制作用，克服干扰对()1n t 的影响，控制质量差，因为本设计对送风温度要求较为严格，故该方案不予采用。

而当以炉顶温度()2n t 为被控参数时，会使控制通道容量滞后减少，对来自燃料的干扰()3f t 、()4f t 的控制作用比较及时，但炉顶温度毕竟不能真正代表热风炉的送风温度，即使炉顶温度稳定，冷风本身的流量或入口温度仍会影响送风温度，这是因为来自冷风的干扰()1f t 、()2f t 并没有包含在该控制系统的反馈回路内，控制效果仍无法达到生产工艺要求，故也不予采用。

综上所述，单独以送风温度或炉顶温度为被控参数都不能满足工艺要求，故只有将两者结合起来才能弥补各自的缺陷，这就是本设计所要采用的串级控制系统，其简单控制结构图如下图2-1所示：图2-1热风炉串级温度控制系统在串级控制系统中，由于引入了副回路，不仅能迅速克服作用于副回路内的干扰，也能加速克服回路的干扰。

副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，对副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以消除。

由于主副回路相互配合、相互补充，使控制质量显著提高。

2.2内燃式热风炉温度串级控制系统框图该设计的内燃式温度串级控制系统结构框图如下图2-2所示：图2-2热风炉温度串级控制系统框图根据系统框图，内燃式热风炉温度串级控制系统的控制原理简单分析如下：(1)燃料压力()3f t 、燃料热值()4f t 发生扰动——干扰进入副回路。

(2)冷风流量()1f t 、冷风入口温度()2f t 发生扰动——干扰进入主回路。

(3)干扰同时作用于副回路和主回路：[1]在干扰作用下，主、副参数()1n t 、()2n t 的变化方向相同，即同时增加或同时减小；[2]在干扰作用下，主副参数()1n t 、()2n t 的变化方向相反，一个增加，一个减少。

3系统元器件选择在本设计中所选用的主被控参数为热风炉向高炉送风温度()1n t ，辅助被控参数为炉顶温度()2n t ，同时影响炉顶温度的因素主要有高炉煤气和转炉煤气流量Q 、助燃空气流量1Q 两个因素，且在本设计中我们通过相关计算满足在燃料任何流量下都使其充分燃烧，故不再考虑燃料的影响，所以高炉煤气和转炉煤气在生产中起主导地位，且也是两种因素中最为昂贵的物料，因此选择高炉煤气和转炉煤气流量Q 为系统的控制变量，而温度控制系统的各控制元件选择如下。

3.1温度变送器过程控制系统中用于参数检测的传感器、变送器是系统中获取信息的装置。

传感器、变送器完成对被控对象参数以及其他一些参数、变量的检测，并将测量信号传送至控制器。

测量信号是调节器进行控制的基本依据，被控参数迅速、准确的测量是实现高性能的重要条件。

测量不准确或不及时、会产生失调、误差或调解不及时，影响之大不容忽视。

传感器与变送器设备的选择和使用主要依据检测参数的性质以及控制系统设计的总体功能要求。

被检测参数的性质、测量精度、响应速度要求以及对控制性能要求都影响传感器、变送器的选择和使用。

温度变送器有DDZ －III 型温度变送器 ，一体化温度变送器 ，智能式温度变送器等等，本设计选用DDZ －III 型热电偶温度变送器。

3.2温度传感器热电偶是工业上最常用的高温温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克效应,即两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。

其优点是：[1]测量精度高。

因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

[2]测量范围广。

常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电 偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

[3]构造简单，使用方便。

热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不 受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。

它的主要特点是测量精度高，性能稳定。

其中铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200℃～400℃）最常用的一种温度检测器，，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

本系统的主被控温度为1350℃，同时辅助被控温度为1400℃±10℃。

，要求温度上下浮动不超过10℃，对精度有一定要求，因此本系统选择630铂铑铂铑 热电偶测温元件。

3.3控制器及调节阀3.3.1调节阀的选择执行器是自动控制系统中的执行环节，在本设计中所用的执行器即为调节阀。

自动调节阀按其工作能源形式可分为气动、电动和液动三大类。

本设计中用的是气到调节阀，气动调节阀由执行机构和调节机构两部分组装而成，而根据不同要求，阀门的结构形式又有很多种：有直通单座阀、直通双座阀、角阀、隔膜阀、蝶阀、球阀等，最常用的是直通单座阀和直通双座阀。

调节阀的流量特性是指流过阀门的流体的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系，即：max Q l f Q L ⎛⎫= ⎪⎝⎭，式中相对流量max Q Q 是调节阀某一开度时流量Q 与全开时流量max Q 之比，相对开度l L 是调节阀某一开度行程l 与全开行程L 之比。