热风炉自动控制系统

热风炉自动控制系统孟照崇控制工程2015 153085210040摘要：本论文主要叙述中小型高炉炼铁自动化系统结构、功能及主要系统的自动控制的原理及其实际应用。

着重叙述了热风炉的参数控制过程（热风炉检测仪表及控制系统，热风炉换炉自动控制系统，）和应用。

关键词：热风炉；自动控制；应用Abstract ：This thesis mainly narrates the middle and small scale blast furnace iron-smelting automated system structure, function and mainly control the principle of the system automatically and it is physically applied. Emphasized to describe a process (hot-blast stove detection instrumentation and control system, the hot-blast stove trades the stove automatic control system) that hot-blast stove parameter control and aplly.Keywords: Hot-blast stove； automatic control； application1.前言高炉热风炉是给高炉燃烧提供热风以助燃的设备，是一种储热型热交换器。

国内大部分高炉均采用每座高炉带3至4台热风炉并联轮流送风方式，保证任何瞬时都有一座热风炉给高炉送风，而每座热风炉都按：燃烧-休止-送风-休止-燃烧的顺序循环生产。

当一座或多座热风炉送风时，另外的热风炉处于燃烧或休止状态。

送风中的热风炉温度降低后，处于休止状态的热风炉投入送风，原送风热风炉即停止送风并开始燃烧、蓄热直至温度达到要求后，转入休止状态等待下一次送风。

传统的完善的高炉热风炉燃烧自动化系统都是具有完善的基础自动化和使用数学模型计算所需的加热煤气流量和助燃空气流量，并对基础自动化的热风炉燃烧自动控制系统进行有关的设定。

在国外，已经使用人工智能的方式来代替数学模型，如日本川崎钢铁公司就开发了模糊控制系统取代数学模型。

日本钢铁公司（新日铁）也使用专家系统来取代数学模型。

设计方案：高炉热风炉系统的基本组成：高炉本体、储矿槽、出铁场、除尘器、热风炉和辅助系统（煤气清洗、炉顶煤气余压发电（TRT）、水渣、水处理和制煤粉车间）等组成.研究内容：1.设计高炉热风炉系统各种工艺设备（如：热风炉顺控和换炉操作等）启动、停止以及过程参数（如：包括高炉本体数百项温度、压力、流量数据，综合鼓风的风量、风温、富氧量与富氧压力、喷媒量与喷媒压力，上料过程、布料过程的模拟盘、热风炉转台的转换等）的检测、报警、联锁系统。

2.设计、实现PID调节回路的连续控制和逻辑控制功能。

3.对各种参数（如：热风炉余热量、冷风温度、送风温度、煤气流量和冷风流量）进行实时、历史趋势记录，生成班、日、月统计表。

研究目标：1.在上位机实现高炉热风炉系统的自动控制、手动控制及就地显示。

2.系统采用分布I/O方式，设计实现高炉热风炉系统操作站与PLC高炉热风炉控制系统间的数据交换和通讯。

为提高生产安全性，要保证基本联锁要求。

高炉热风炉系统过程控制技术主要的作用有：1、节能降耗2、改善环境3、提高效率因此，高炉热风炉自动控制系统的设计及应用、推广成为高炉热风炉技术发展的主要方向之一。

1.2高炉炼铁生产工艺流程现代大型高炉车间生产工艺流程，包括主体和辅助系统，主体系统包括五部分；高炉本体、储矿槽、出铁场、除尘器、和热风炉。

辅助系统则有煤气清洗、炉顶煤气余压发电（TRT）、水渣、水处理和制煤粉车间等。

其工艺流程如图1所示：1.3高炉炼铁主要设备高炉本体是冶炼生产的主要设备，它是由耐火材料砌筑的竖式圆筒型炉体，最外层是由钢板材料制成的炉壳，在炉壳和耐火材料之间有冷却设备。

要完成高炉炼铁生产，除高炉本体外，还必须其它附属系统的配合，它们是：（1）供料系统：包括贮矿槽、贮焦槽、称量与筛分等一系列设备，主要任务是及时、准确、稳定的将合格原料送入高炉。

（2）送风系统：包括鼓风机、热风炉及一系列管道和阀门等，主要任务是连续可靠的供给高炉冶炼所需热风。

（3）煤气除尘系统：包括煤气管道、重力除尘器、洗涤塔、文氏管、脱水器等，主要任务是回收高炉煤气，使其含尘量降至10mg/m3以下，以满足用户对煤气质量的要求。

（4）渣铁处理系统：包括出铁场、开铁口机、堵渣口机、炉前吊车、铁水罐车及水冲渣设备等，主要任务是及时处理高炉排放出的渣、铁，保证高炉生产正常化进行。

（5）喷吹燃料系统：包括原料的储存、运输、煤粉的制备、收集及煤粉喷吹等系统，主要任务是均匀稳定的向高炉喷吹大量煤粉，以煤代焦，降低焦炭消耗。

2热风炉控制系统2.1高炉操作的计算机控制2.1.1计算机控制系统的配置高炉计算机控制的范围日益扩大，采用多台计算机使功能分散但又能集中操作，即所谓集中分散系统，是当前计算机配置的主流。

主要配置形式有两种: 多级系统一般采用两级计算机系统，即由过程计算机和局部控制系统组成。

局部控制级由控制微机或可编程控制器(PLC)及检测元件、变送器等装置组成，担负大量数据的采集和有效处理，完成各子系统的局部控制。

过程计算机则担负数模计算，并与原料和炼钢联系，建立大容量数据库，集中显示，监视局部控制及操作，完成对高炉的总体控制。

宝钢1号高炉即为此类计算机系统配置。

分布系统不设过程计算机而将其功能分散到各个以微机为中心的局部网络站(DPV)或集散系统(II3C)中，还取消了专用通讯指挥器，把指挥和控制通讯功能分散到各站。

台湾钢铁公司3号高炉采用这种计算机系统，称为WBt'F系统。

2.1.2计算机控制的职能高炉计算机控制的职能如下:（1）原料准备及运输:的原料场堆、取料机控制监视其工作状态和位置，计算收、支库存量及打印清单等。

1) 矿槽控制矿槽贮料分配及槽存情况，水分测量，物料称量及补正，配料计算及高炉装料控制等。

原料来自原料场至矿槽以及装人炉内的料批等全线跟踪。

3) 炉顶装料控制炉顶均压系统及装料程序的控制，装料制度选择及料面高度测量。

4) 原料和装料情况显示及报表打印。

（2）高炉操作控制:1) 高炉操作数据的采集、处理、贮存与显示，高炉生产报表打印。

2) 送风系统控制，即风温、湿分、风量控制。

3) 喷吹系统控制，即喷吹量控制及喷吹系统运行控制。

4) 出铁控制，即出铁量控制、渣铁温度测量，出铁场除尘控制，5) 高炉过程(热状态、气流分布、铁水成分等)控制，及炉况诊断。

6) 高炉冶炼技术指标计算，各冶炼模型计算。

（3）热风炉控制:1) 换炉程序控制;2) 热风沪工作方式控制，即热风炉组循坏送风或并联送风控制，倒流休凤;3) 热风炉燃烧控制;4) 热凤炉燃烧及传热模型计算。

（4）高炉煤气系统控制:1) 炉顶压力控制与调整;2) 余压发电控制;3) 煤气清洗控制，即洗涤塔喷水及水位控制;4) 炉顶煤气成分分析。

（5）高炉冷却水系统控制:1) 一次新水控制;2) 二次循环水控制;3) 换热器工作控制。

（6）高炉设备工作监测，即冷却系统漏水检测、报警等。

2.1.3计算机的特点和控制方法高炉过程极为复杂，它不仅是气、固、液三相闻的传热、传质、动量传递和复杂的化学反应过程的逆流反应器，而且是最大规模的生产设备，输人输出量都极大，很难控制其输入条件恒定不变。

此外，各种因索的变化影响具有很长的延迟特性，更增加了控制的难度。

把高炉作为恒稳态对象来控制并不成功，采用功态控制和动态模型是当前的主要方向。

控制高炉的输人变量，减少各种千扰因素造成的影响是控制的主要任务。

一般采用两种方法控制高炉:一是前馈控制，消除输入参数的干扰，如称量补正、水分补正、风温、温度和风量的控制等;二是反馈控制，根据产品结果对预想不到的因素或前馈控制不住的因素变化进行反馈控制。

2.2热风炉系统设备组成本高炉配有四座顶燃式热风炉。

热风炉系统包括4座热风炉、2台助燃风机和1座液压站组成。

每座热风炉安装了11台阀门，分别是：冷风阀(LFF)、热风阀(RFF)、冷风充压阀(LCF)、冷风调节阀（LTF）等。

燃烧系统阀门有：废气阀(FQF)、烟道阀(YDF)、助燃空气燃烧阀(ZQF)、助燃空气调节阀（ZTF）、高炉煤气燃烧阀(RSF)、高炉煤气切断阀(MQF)、高炉煤气调节阀(MTF)等。

另外还有3台公共辅助阀门，分别是热风炉倒流休风放散阀、混风切断阀、混风调节阀。

图2热风炉系统结构图2.3热风炉的作用本高炉配有四座顶燃式热风炉，主要负责燃烧、蓄热、给冷风加热，并将热风送进高炉。

即热风炉的作用是把鼓风加热到要求的温度，他是按“蓄热”原理工作的热交换器。

在燃烧室里燃烧煤气，高温废气通过格子砖并使之蓄热，当格子砖充分加热后，热风炉就可以改为送风，此时有关燃烧各阀关闭，送风各阀打开，冷风经格子砖而备加热并送出。

高炉一般装有3～4座热风炉，在“单炉送风”时，两或三座在加热，一座在送风，轮流更换，在“并联送风”时，两座在加热两座在送风。

2.4热风炉控制功能本系统根据工艺要求，对热风炉本体及附属系统（如送风系统，高炉煤气系统、冷风系统、预热系统、热风阀冷却系统等）的有关热工参数进行显示。

并对有关参数进行趋势记录，对煤气流量和冷风流量进行计算，同时提供必要的电气联锁信号。

热风炉由耐火材料砌筑而成，可承受极高的温度及温度变化，在热风炉燃烧期，高炉煤气和助燃空气在燃烧室内燃烧。

燃烧废气通过烘顶后进入蓄热室格子砖，热量传递给格子砖，单烘顶温度荷废气温度达到规定值后燃烧期停止，废气由烟囱排出大气。

热风炉准备向高炉提供热风。

即进入送风期。

在送风期，冷风以相反的方向吹入格子砖。

空气被加热，离开热风炉成为热风，热风经热风支管、主管、围管进入高炉。

由于一个热风炉的作用是间断的热交换，而高炉需要提供连续的热风，所以三或座热风炉是必要的。

热风炉的控制功能可分为以下三个主要部分：----热风炉燃烧----热风炉顺控和换炉----热风炉本体和热风公共部分热风炉燃烧由控制系统程序控制，它完成热风炉荷热过程的调节控制和设计值计算即监视控制等。

热风炉顺控和换炉操作：由来自控制系统的热风炉换炉逻辑中的顺序开始指令执行，液压和电动阀门按要求的位置顺序动作，具有用于操作者的状态指示和报警。

用于全部高炉操作的热风和热风炉公共部分是必要的，也由控制和控制系统。

所有4座热风炉公共部分的项目均包含在此设备组中。

2.5热风炉自动控制系统及其控制方案2.5.1热风炉工艺流程及工艺控制要求1.热风炉工艺流程热风炉主要任务，是将由冷风总管送来的冷风经热风炉送风系统阀门送至热风炉加热后，再送到高炉2.热风炉的工作状态热风炉主要有三种工作状态：即燃烧状态、送风状态和闷炉工作状态。