热风炉燃烧比值控制系统的设计.pdf
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1、 课程设计任务书 学生姓名:专业班级:自动化 0905 班 指导教师:工作单位:自动化学院 题 目:热风炉燃烧比值控制系统的设计 初始条件:炼钢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,为了使燃烧达到最高效率,要求燃料和助燃空气按7的比值送向热风炉燃烧,使热风温度达到 1150。要求完成的主要任务:1、了解内燃式热风炉工艺设备 2、绘制内燃式热风炉比值控制系统方案图 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 1 月 2 日 选题、理解课题任务、要求 1 月 3 日
2、 方案设计 1 月 4 日-10 日 参数计算、撰写说明书 1 月 11 日 答辩 指导教师签名:年 月 日 系主任(或责任教师)签名:年 月 日 I 摘要 内燃式热风炉是一种传统的加热鼓风的设备,它在传统内燃式热风炉的基础上进行了一些技术改造。通过长时间的生产实践,人们已经认识到,只有利用热风作为介质和载体才能更大地提高热利用率和热工作效果。传统电热源和蒸汽热动力在输送过程中往往配置多台循环风机,使之最终还是间接形成热风进行烘干或供暖操作。这种过程显然存在大量浪费能源及造成附属设备过多、工艺过程复杂等诸多缺点。在配料过程中对生产产品的各种原料的比值进行控制显得尤为重要,常用比值控制来解决此类
3、问题。比值控制的目的就是为了实现使几种物料混合符合一定比例关系,使生产能安全正常进行。本次课程设计系统采用了比值控制中的串级比值控制,通过微机控制热风炉拱顶温度和煤气流量,使系统能够很好的保持拱顶温度和高炉送风温度,并通过废气中的含氧量调节燃空比的大小达到设计要求的7。本次课程设计利用了比值控制系统中串级比值控制原理,通过串级控制原理控制温度从而达到需要的温度,通过比值控制燃料与助燃空气的物料比例。在系统中本次设计还介绍了主系统结构,确定系统所需检测元件、执行元件、调节仪表技术参数,选择调节器的调节原理等内容。关键字:热风炉;比值控制;串级 II ABSTRACT Internal combu
4、stion stove is a kind of traditional blast heater,which is carried out based on some technical reformation in the traditional internal combustion stove.Through long time practice,it has been recognized,only using air as medium and carrier can greatly improve the heat utilization rate and thermal eff
5、ect.The traditional electric heat source and steam heat power in the process of conveying are often multiple circulating fan,The final or indirectly formed hot air drying or heating operation.This process is obviously with many disadvantages including a lot of waste of energy and ancillary equipment
6、,more complicated process.In the process of production of product ingredients of various raw materials ratio control is particularly important,common ratio control to solve this kind of problem.Ratio control in order to make several material mixed with certain proportion,so that production can be sa
7、fe and normal.The curriculum design system uses ratio control in cascade ratio control,through the computer control of hot blast stove dome temperature and gas flow,enables the system to maintain a good arch temperature and blast furnace air temperature.And through the exhaust gas oxygen in the regu
8、lation of air fuel ratio of the size to meet the design requirements of the 7%.This course is designed to use the cascade ratio control principle in ratio control system.Through the cascade control of the principle of temperature,and through the ratio control principle to fuel and combustion air mat
9、erial ratio.The curriculum design also introduced the main structure of the system,also determined the system required for the detection element,actuator,control instrument technical parameters,selection of regulator for regulating principle etc.Keyword:Hot blast stove;Ratio control;Cascade 武汉理工大学调节
10、仪表与过程控制系统课程设计说明书 III 目 录 1 内燃式热风炉的工艺设备-1 2 比值控制系统概述-2 2.1 比值控制系统定义-2 2.2 比值控制原理-2 2.3 比值控制系统特点-2 2.4 比值控制系统的类型-2 2.4.1 开环比值控制系统-3 2.4.2 单闭环比值控制系统-3 2.4.3 双闭环比值控制系统-3 2.4.4 串级比值控制系统-3 3 热风炉燃烧比值控制系统的设计-4 3.1 热风炉燃烧比值控制系统原理图-4 3.2 热风炉燃烧比值控制系统方框图-5 4 控制器的选择-6 4.1 执行机构的选择-6 4.2 微型计算机的选择-6 5 元件选择-8 5.1 温度传
11、感器及变送器-8 5.2 流量测量仪表-8 6 热风炉燃烧控制方案-9 6.1 热风炉燃烧过程-9 6.2 热风炉最优燃烧条件-9 6.3 烟气含氧量串级比值控制-10 7 系统的调节及抗干扰过程-11 7.1 调节过程及调节器技术参数整定-11 7.2 抗干扰过程-12 8 小结心得-13 9 参考文献-14 本科生课程设计成绩评定表武汉理工大学调节仪表与过程控制系统课程设计说明书 1 热风炉燃烧比值控制系统的设计 1 内燃式热风炉的工艺设备 内燃式热风炉是将鼓风机送出的冷风加热成热风的设备,它的原理是借助煤气燃烧将热风炉格子砖烧热,然后再将冷风通入格子砖。冷风被加热并通过热风管道送往高炉。
12、本次课程设计中使用的是双球形内燃式热风炉。传统内燃式热风炉及主要组织部分包括燃烧室和蓄热室两大部分,并由炉基、炉底、炉衬、炉箅子、支柱等构成。热风炉主要尺寸决定于高炉有效容积、冶炼强度要求的风温。氧气顶吹转炉炼钢设备工艺,按照配料要求,先把废钢等装入炉内,然后倒入铁水,并加入适量的造渣材料(如生石灰等)。加料后,把氧气喷枪从炉顶插入炉内,吹入氧气(纯度大于 99的高压氧气流),使它直接跟高温的铁水发生氧化反应,除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆,以及氮气排出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后,当钢水的成分和温度都达到要求时,即停止吹炼,提升喷枪,准备出钢。出
13、钢时使炉体倾斜,钢水从出钢口注入钢水包里,同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后,可以浇成钢的铸件或钢锭,钢锭可以再轧制成各种钢材。氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气,它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此,必须加以净化回收,综合利用,以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢;一氧化碳可以作化工原料或燃料;烟气带出的热量可以副产水蒸气。武汉理工大学调节仪表与过程控制系统课程设计说明书 2 2 比值控制系统概述 在各种生产过程中,经常遇到生产工艺要求两个或两个以上参数成一定的比例关系,一旦比例失调,就会影响生产的正常运行。例如在锅炉的燃烧系统中,要保持
14、送进炉膛的风量和燃料成一定的比例,以保证燃烧的经济性。为此,我们引入比值控制系统。2.1 比值控制系统定义 在过程控制中,实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统,称为比值控制系统。通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统,称之流量比值控制系统,这种控制方式在化工、制药领域中大量存在。2.2 比值控制原理 最常见的比值控制过程是燃烧过程,燃料与空气要保持一定的比例关系,才能满足生产和环保的要求。通常,在两个需要保持一定比例关系的物料中,一个是主动量或关键量 Q1,另一个是从动量或辅助量 Q2。Q1 与 Q2 之间的关系为 Q2 KQ1 (2-1)式中,K 为比值系数。因此,只
15、要主副流量的给定值保持比值关系,或者副流量给定值随主流量按一定比例关系而变化即可实现比值控制。2.3 比值控制系统特点 比值控制系统的特征:是实现两个或两个以上物料保持一定比例关系。1.主物料,也称为主动量:在要保持一定比例关系的物料中,把起主导作用的物料,称为主物料(主动量),因为在过程控制中经常保持比例的参数是流量,故常用 Q1 表示。2.从物料,也称为从动量:另一种随主物料的变化而成比例地变化的物料称为从物料(从动量),常用 Q2 表示。2.4 比值控制系统的类型 根据生产过程中工艺容许的负荷、干扰、产品质量等要求不同,实际采用的比值控制方案也不同。比值控制系统按比值的特点可分为定比值和
16、变比值控制系统。比值控制系统按结构特点可分为简单比值和复杂比值控制系统。凡构成一个闭环以下的比值控制系统称为简单比值控制系统;凡构成两个闭环以上的比值控制系统称为复杂比值控制系统。比值控制系统可笼统分为:开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、串级比值控制系统等。武汉理工大学调节仪表与过程控制系统课程设计说明书 3 2.4.1 开环比值控制系统 开环比值控制系统是结构最简单的比值控制系统,其中 FT 为检测变送器,FC 为比值控制器。当系统处于稳定工作状态时,两物料的流量满足比值关系。当从动量受到外界干扰(如温度、压力扰动)波动时,由于是开环控制,没有调节从动量自身波动的环节
17、,也没有调整主动量的环节,故两种物料的比值关系很难保持不变,系统对此无能为力。2.4.2 单闭环比值控制系统 单闭环比值控制系统是在开环比值控制系统上增加对副物料的闭环控制回路,用以实现主、副物料的比值保持不变。该系统能确保主、副两个流量的比值不变,同时,系统的结构又较简单,方案实现起来方便,仅用一台比值器或比例调节器即可,但是无法控制主物料的流量不变,因此,对生产过程的生产能力没有进行控制。2.4.3 双闭环比值控制系统 为了克服单闭环比值控制系统中主动量不受控制而产生的系统生产能力“失控”状况,在单闭环比值控制的基础上,对主动量也设置了一个闭环回路,构成对主、副物料流量都进行控制的双闭环比
18、值控制系统。双闭环控制中,主动量控制回路是一定值控制系统,而从动量控制回路是一个随动控制系统。和单闭环比值控制系统相比,双闭环比值控制系统的突出优点:控制系统更为稳定、系统更易于调节。2.4.4 串级比值控制系统 单闭环比值控制和双闭环比值控制是实现两种物料流量间的定比值控制,在系统运行过程中其比值系数是不变的。在有些生产过程中,要求两种物料流量的比值随第三个参数的需要而变化,为此可以设计成串级比值控制系统。在串级比值控制系统中流量比值是用第三个参数来自动校正的。流量比值只是一个控制手段,不是最终目的。主参数往往是衡量质量的最终指标,因此这种系统对比值的要求大为降低,具有按主参数反馈自动校正比
19、值系数的优点。武汉理工大学调节仪表与过程控制系统课程设计说明书 4 3 热风炉燃烧比值控制系统的设计 为了使燃烧达到最高效率,要求燃料和助燃空气按7的比值送向热风炉燃烧,使热风温度达到 1150。为了同时满足上述两个条件,需要在比值控制的基础上再通过串级控制使热风温度达到 1150。在此以拱顶温度为主被控对象,煤气流量为副被控对象;主被控参数的信号送往主控制器控制煤气切断阀的开度,同时副被控参数的检测信号乘以一定的系数作比值调节器基准,其输出值作为助燃风流量流量给定,控制助燃风支管流量调节阀门的开度,实现煤气量和空气量的最佳配比。3.1 热风炉燃烧比值控制系统原理图 本次课程设计中采用比值控制
20、系统中的串级比值控制系统来设计所需系统,以拱顶温度作为主被控对象,煤气流量作为副被控对象,然后再通过比值调节器控制助燃风支管流量调节阀门的开度,从而实现煤气量与空气量的比值控制。热风炉燃烧比值控制系统的原理图如图 3-1所示。图 3-1 热风炉燃烧比值控制系统原理图 在图 3-1中,F1T 与 F2T 是流量变送器,用于检测物料流量的;F1C 和 F2C 是流量控制器,用于对燃料的流量进行控制;TC 是温度控制器,用于控制温度的;TT 是温度变送器,用于检测内燃式热风炉的热风的温度。通过各个器件的相互配合来实现本次课程设计的要求。武汉理工大学调节仪表与过程控制系统课程设计说明书 5 3.2 热
21、风炉燃烧比值控制系统方框图 热风炉燃烧比值控制系统的方框图如图 3-1所示。图 3-2 热风炉燃烧比值控制系统方框图 在此拱顶温度控制系统中,以拱顶温度为主被控对象,煤气流量为副被控对象;主被控参数的信号送往主控制器控制煤气切断阀的开度,同时副被控参数的检测信号乘以一定的系数作比值调节器基准,其输出值作为助燃风流量流量给定,控制助燃风支管流量调节阀门的开度,实现煤气量和空气量的比值控制。可见,串级控制与比值控制的结合可以很好地同时满足温度的控制与物流流量间的比值的控制。在应用中常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系,比例一旦失调,将影响生产或造成事故。例如,在煤气燃烧过程中,要求煤气与助
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