熱風(fēng)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、摘要本論文主要敘述中小型高爐煉鐵自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及主要系統(tǒng)的自動(dòng)控制的原理及其實(shí)際應(yīng)用。著重?cái)⑹隽藷犸L(fēng)爐的參數(shù)控制過(guò)程（熱風(fēng)爐檢測(cè)儀表及控制系統(tǒng)，熱風(fēng)爐換爐自動(dòng)控制系統(tǒng)，）和應(yīng)用。在每一個(gè)控制環(huán)節(jié)中，均用CAD繪出各個(gè)參數(shù)的檢測(cè)圖，在本論文中以熱風(fēng)爐燃燒控制為例，說(shuō)明參數(shù)控制的原理，在高爐煉鐵過(guò)程中，對(duì)熱風(fēng)溫度、壓力和流量要求特別的嚴(yán)格，本論文就是用WINCCC件繪制人機(jī)界面對(duì)高爐本體的溫度和壓力進(jìn)行監(jiān)控，用STEP7編程軟件對(duì)PLC進(jìn)行編程，通過(guò)PID調(diào)節(jié)來(lái)控制熱風(fēng)流量、溫度和壓力，以達(dá)到工程的要求。在本論文中列出了每一個(gè)控制系統(tǒng)接線圖及檢測(cè)點(diǎn)，本控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方案

2、都簡(jiǎn)單，低成本配置和先進(jìn)的功能，選用德國(guó)西門子PLC作為電力傳動(dòng)控制和回路控制，采用工控機(jī)作為監(jiān)控和過(guò)程控制，以利于維護(hù)和降低成本。系統(tǒng)的功能包括傳統(tǒng)數(shù)字顯示和對(duì)熱風(fēng)爐系統(tǒng)各參數(shù)控制的過(guò)程自動(dòng)化。關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐；自動(dòng)控制；應(yīng)用AbstractThisthesismainlynarratesthemiddleandsmallscaleblastfurnaceiron-smeltingautomatedsystemstructure,functionandmainlycontroltheprincipleofthesystemautomaticallyanditisphysicallyapplie

3、d.Emphasizedtodescribeaprocess(hot-blaststovedetectioninstrumentationandcontrolsystem,thehot-blaststovetradesthestoveautomaticcontrolsystem)thathot-blaststoveparametercontrolandaplly.Intheprocessofineachcontrollink,withtheexaminationdiagramthattheCADdrawsaneachparameter,inthisthesistotakethecontrolo

4、fthehot-blaststovetradesthestoveautomaticcontrolsystemasanexample,theelucidationparametercontrol,andtohot-blaststovepressure,temperaturean(flowspeciallystrict,thisthesisbewiththesoftwareofWINCCdrawstheman-machineinterfacetomonitoringthehot-blastpressure,temperatureandflowcarryingonweavingthedistance

5、tothePLCwiththeSTEP7plaitdistancesoftware,regulatingthroughaPIDadjustmentthepressure,temperatureandflowofthehot-blaststovetoattaintherequestoftheengineering.Listedeachcontrolsystemtoconnectthelinediagramandexaminationstoorderinthisthesis,thecharacteristicsofthiscontrolsystemis:theControlsystemstruct

6、ureandthecontrolprojectsallsimple,lowcostinstallandforerunneroffunction,choosetobetheelectricpowerwiththeGermanSiemensPLCtospreadtomovecontrolandthebacktrackcontrol,adoptingtheworktocontrolthemachineconductandactionssupervisionandtheprocesscontrolsfo,rtheconvenienceofinsupportanddeclinelowcost.Thefu

7、nctionofthesystemincludesthetraditionalnumeralmanifestationandtotheprocessautomationofthedischargeandeachparametercontrolofthehot-blaststove.Keywords:Hot-blaststove；automaticcontrol;application目錄前言高爐熱風(fēng)爐是給高爐燃燒提供熱風(fēng)以助燃的設(shè)備，是一種儲(chǔ)熱型熱交換器。國(guó)內(nèi)大部分高爐均采用每座高爐帶3至4臺(tái)熱風(fēng)爐并聯(lián)輪流送風(fēng)方式，保證任何瞬時(shí)都有一座熱風(fēng)爐給高爐送風(fēng)，而每座熱風(fēng)爐都按：燃燒-休止-送風(fēng)-休止

8、-燃燒的順序循環(huán)生產(chǎn)。當(dāng)一座或多座熱風(fēng)爐送風(fēng)時(shí)，另外的熱風(fēng)爐處于燃燒或休止?fàn)顟B(tài)。送風(fēng)中的熱風(fēng)爐溫度降低后，處于休止?fàn)顟B(tài)的熱風(fēng)爐投入送風(fēng)，原送風(fēng)熱風(fēng)爐即停止送風(fēng)并開(kāi)始燃燒、蓄熱直至溫度達(dá)到要求后，轉(zhuǎn)入休止?fàn)顟B(tài)等待下一次送風(fēng)。傳統(tǒng)的完善的高爐熱風(fēng)爐燃燒自動(dòng)化系統(tǒng)都是具有完善的基礎(chǔ)自動(dòng)化和使用數(shù)學(xué)模型計(jì)算所需的加熱煤氣流量和助燃空氣流量，并對(duì)基礎(chǔ)自動(dòng)化的熱風(fēng)爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)的設(shè)定。完善的基礎(chǔ)自動(dòng)化對(duì)于燃燒混合煤氣或燃燒預(yù)熱的高爐煤氣和預(yù)熱空氣的熱風(fēng)爐來(lái)說(shuō)包括：煤氣流量控制、空氣流量控制、空燃比控制、拱頂溫度控制和廢氣溫度控制。如圖1所示，在熱風(fēng)爐燃燒初期是以較大的煤氣量和合適的空燃比（最好

9、還設(shè)有燃燒廢氣成分分析，按殘氧量來(lái)修正空燃比），以實(shí)行快速加熱，使拱頂溫度迅速達(dá)到規(guī)定值，然后逐步增加空氣量以保持拱頂溫度為規(guī)定值，當(dāng)達(dá)到廢氣溫度管理期，即溫度達(dá)到某一規(guī)定值時(shí)，需要減少煤氣及空氣量以維持廢氣溫度為設(shè)定值。對(duì)于燃燒高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣具有三眼燃燒器的熱風(fēng)爐來(lái)說(shuō)，由于高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣分別送入，需分別設(shè)置其流量控制，該流量比例控制和空燃比要分別適應(yīng)高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣需要，因此使系統(tǒng)回路更多、更復(fù)雜。熱風(fēng)爐流量設(shè)定數(shù)學(xué)模型的基本原理是使燃燒時(shí)熱風(fēng)爐格子磚的蓄熱量適合于加熱鼓風(fēng)到生產(chǎn)所需的熱風(fēng)溫度和流量而需要的熱量。除了數(shù)學(xué)模型相當(dāng)復(fù)雜外，更需設(shè)置自動(dòng)分析加熱煤氣的各種成分的分析器，這

10、種儀器不僅昂貴，還需良好的維護(hù)，此外要使數(shù)學(xué)模型有效，必須依靠完善的基礎(chǔ)自動(dòng)化。因此，在國(guó)內(nèi)除寶鋼以外，很少被采用。在國(guó)外，已經(jīng)使用人工智能的方式來(lái)代替數(shù)學(xué)模型，如日本川崎鋼鐵公司就開(kāi)發(fā)了模糊控制系統(tǒng)取代數(shù)學(xué)模型。日本鋼鐵公司（新日鐵）也使用專家系統(tǒng)來(lái)取代數(shù)學(xué)模型。由于上述完善的基礎(chǔ)自動(dòng)化所設(shè)的儀表和控制回路較多，特別是要在三座或四座熱風(fēng)爐都設(shè)置，故投資相當(dāng)大。止匕外，這種只有基礎(chǔ)自動(dòng)化的系統(tǒng)，在實(shí)際操作中還需人工對(duì)熱風(fēng)爐的流量進(jìn)行設(shè)定，而且目前由于耐火材料的進(jìn)步，耐溫增高，熱風(fēng)爐拱頂不易燒壞，故拱頂沒(méi)有限溫的必要，故這種基礎(chǔ)自動(dòng)化并不適用，許多工廠，包括如鞍鋼10#高爐那樣的大型高爐大都使用

11、較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，即只有煤氣總管壓力控制、煤氣及空氣流量或閥位自動(dòng)控制，然后人工控制流量或閥位的設(shè)定值或開(kāi)度。由于人工控制難以在預(yù)熱煤氣和空氣溫度變化時(shí)、高爐所需鼓風(fēng)溫度和流量變化時(shí)、助燃空氣壓力變化時(shí)、熱風(fēng)爐蓄熱量尚有富裕時(shí)，修正熱風(fēng)爐加熱的煤氣和空氣量，因而達(dá)不到節(jié)能和優(yōu)化熱風(fēng)爐操作的目的。我講對(duì)此進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案：高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)的基本組成：高爐本體、儲(chǔ)礦槽、出鐵場(chǎng)、除塵器、熱風(fēng)爐和輔助系統(tǒng)（煤氣清洗、爐頂煤氣余壓發(fā)電（TRT、水渣、水處理和制煤粉車問(wèn)）等組成.研究?jī)?nèi)容：1.設(shè)計(jì)高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)各種工藝設(shè)備（如：熱風(fēng)爐順控和換爐操作等）啟動(dòng)、停止以及過(guò)程參數(shù)（如：包括高爐本體數(shù)百項(xiàng)溫度、壓力、

12、流量數(shù)據(jù)，綜合鼓風(fēng)的風(fēng)量、風(fēng)溫、富氧量與富氧壓力、噴媒量與噴媒壓力，上料過(guò)程、布料過(guò)程的模擬盤、熱風(fēng)爐轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)換等）的檢測(cè)、報(bào)警、聯(lián)鎖系統(tǒng)。2.設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)回路的連續(xù)控制和邏輯控制功能。3.對(duì)各種參數(shù)（如：熱風(fēng)爐余熱量、冷風(fēng)溫度、送風(fēng)溫度、煤氣流量和冷風(fēng)流量）進(jìn)行實(shí)時(shí)、歷史趨勢(shì)記錄，生成班、日、月統(tǒng)計(jì)表。研究目標(biāo)：1.在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)的自動(dòng)控制、手動(dòng)控制及就地顯示。2.系統(tǒng)采用分布I/O方式，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)操作站與PLC高爐熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)問(wèn)的數(shù)據(jù)交換和通訊。為提高生產(chǎn)安全性，要保證基本聯(lián)鎖要求。高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)過(guò)程控制技術(shù)主要的作用有：1、節(jié)能降耗2、改善環(huán)境3、提高效

13、率因此，高爐熱風(fēng)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用、推廣成為高爐熱風(fēng)爐技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。1高爐生產(chǎn)工藝介紹1.1 概述1.1.1 高爐生產(chǎn)簡(jiǎn)述及原理高爐是用還原劑(焦炭、煤等)在高溫下將鐵礦石或含鐵原料還原成液態(tài)生鐵的過(guò)程。高爐生產(chǎn)時(shí)從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑(石灰石)，從位于爐子下部沿爐周的風(fēng)口吹入經(jīng)預(yù)熱的空氣。在高溫下焦炭(有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料)中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過(guò)程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中不還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從渣口排出。產(chǎn)生的煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為熱風(fēng)

14、爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料。1.1.2 高爐操作時(shí)的問(wèn)題(1)正確的配料并以一定的順序及時(shí)序裝入爐內(nèi)；(2)控制爐料均勻下降；(3)調(diào)節(jié)料柱中爐料分布及保持與煤氣流良好的接觸；(4)保持合適的熱狀態(tài)1234和歸結(jié)為要求爐況穩(wěn)定順行。只有在爐況穩(wěn)定順行的狀態(tài)下，才能達(dá)到優(yōu)質(zhì)，低耗、高產(chǎn)的目的，為保證高爐爐況穩(wěn)定必須隨時(shí)掌握爐內(nèi)各參數(shù)的變化情況，及時(shí)予以調(diào)整，這就有賴于自動(dòng)控制技術(shù)。1 .3高爐自動(dòng)化高爐自動(dòng)化主要是指儀表檢測(cè)及控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)，即基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化。儀表控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)通常由DCS£PLC來(lái)完成。1 高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程現(xiàn)代大型高

15、爐車間生產(chǎn)工藝流程，包括主體和輔助系統(tǒng)，主體系統(tǒng)包括五部分；高爐本體、儲(chǔ)礦槽、出鐵場(chǎng)、除塵器、和熱風(fēng)爐。輔助系統(tǒng)則有煤氣清洗、爐頂煤氣余壓發(fā)電(TRT、水渣、水處理和制煤粉車間等。其工藝流程如圖1所示：圖1高爐工藝流程圖1 高爐煉鐵主要設(shè)備高爐本體是冶煉生產(chǎn)的主要設(shè)備，它是由耐火材料砌筑的豎式圓筒型爐體，最外層是由鋼板材料制成的爐殼，在爐殼和耐火材料之間有冷卻設(shè)備。要完成高爐煉鐵生產(chǎn)，除高爐本體外，還必須其它附屬系統(tǒng)的配合，它們是：(1)供料系統(tǒng)：包括貯礦槽、貯焦槽、稱量與篩分等一系列設(shè)備，主要任務(wù)是及時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的將合格原料送入高爐。(2)送風(fēng)系統(tǒng)：包括鼓風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐及一系列管道和閥門等，

16、主要任務(wù)是連續(xù)可靠的供給高爐冶煉所需熱風(fēng)。(3)煤氣除塵系統(tǒng)：包括煤氣管道、重力除塵器、洗滌塔、文氏管、脫水器等，主要任務(wù)是回收高爐煤氣，使其含塵量降至10mg/m3以下，以滿足用戶對(duì)煤氣質(zhì)量的要求。(4)渣鐵處理系統(tǒng)：包括出鐵場(chǎng)、開(kāi)鐵口機(jī)、堵渣口機(jī)、爐前吊車、鐵水罐車及水沖渣設(shè)備等，主要任務(wù)是及時(shí)處理高爐排放出的渣、鐵，保證高爐生產(chǎn)正常化進(jìn)行。(5)噴吹燃料系統(tǒng)：包括原料的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、煤粉的制備、收集及煤粉噴吹等系統(tǒng)，主要任務(wù)是均勻穩(wěn)定的向高爐噴吹大量煤粉，以煤代焦，降低焦炭消耗。2熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)(1) 高爐操作的計(jì)算機(jī)控制1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的配置高爐計(jì)算機(jī)控制的范圍日益擴(kuò)大，采用多臺(tái)計(jì)算機(jī)

17、使功能分散但又能集中操作，即所謂集中分散系統(tǒng)，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)配置的主流。主要配置形式有兩種：多級(jí)系統(tǒng)一般采用兩級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即由過(guò)程計(jì)算機(jī)和局部控制系統(tǒng)組成。局部控制級(jí)由控制微機(jī)或可編程控制器（PLC）及檢測(cè)元件、變送器等裝置組成，擔(dān)負(fù)大量數(shù)據(jù)的采集和有效處理，完成各子系統(tǒng)的局部控制。過(guò)程計(jì)算機(jī)則擔(dān)負(fù)數(shù)模計(jì)算，并與原料和煉鋼聯(lián)系，建立大容量數(shù)據(jù)庫(kù)，集中顯示，監(jiān)視局部控制及操作，完成對(duì)高爐的總體控制。寶鋼1號(hào)高爐即為此類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置。分布系統(tǒng)不設(shè)過(guò)程計(jì)算機(jī)而將其功能分散到各個(gè)以微機(jī)為中心的局部網(wǎng)絡(luò)站（DPV）或集散系統(tǒng)（II3C）中，還取消了專用通訊指揮器，把指揮和控制通訊功能分散到各站。臺(tái)灣鋼

18、鐵公司3號(hào)高爐采用這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱為WBt'F系統(tǒng)。1 計(jì)算機(jī)控制的職能高爐計(jì)算機(jī)控制的職能如下：（1）原料準(zhǔn)備及運(yùn)輸：的原料場(chǎng)堆、取料機(jī)控制監(jiān)視其工作狀態(tài)和位置，計(jì)算收、支庫(kù)存量及打印清單等。1）礦槽控制礦槽貯料分配及槽存情況，水分測(cè)量，物料稱量及補(bǔ)正，配料計(jì)算及高爐裝料控制等。原料來(lái)自原料場(chǎng)至礦槽以及裝人爐內(nèi)的料批等全線跟蹤。3）爐頂裝料控制爐頂均壓系統(tǒng)及裝料程序的控制，裝料制度選擇及料面高度測(cè)量。4）原料和裝料情況顯示及報(bào)表打印。（2）高爐操作控制：1）高爐操作數(shù)據(jù)的采集、處理、貯存與顯示，高爐生產(chǎn)報(bào)表打印。2）送風(fēng)系統(tǒng)控制，即風(fēng)溫、濕分、風(fēng)量控制。3）噴吹系統(tǒng)控制，即噴吹量控

19、制及噴吹系統(tǒng)運(yùn)行控制。4）出鐵控制，即出鐵量控制、渣鐵溫度測(cè)量，出鐵場(chǎng)除塵控制，5）高爐過(guò)程（熱狀態(tài)、氣流分布、鐵水成分等）控制，及爐況診斷。6)高爐冶煉技術(shù)指標(biāo)計(jì)算，各冶煉模型計(jì)算。(3)熱風(fēng)爐控制：1)換爐程序控制；2)熱風(fēng)滬工作方式控制，即熱風(fēng)爐組循壞送風(fēng)或并聯(lián)送風(fēng)控制，倒流休鳳；3)熱風(fēng)爐燃燒控制；4)熱鳳爐燃燒及傳熱模型計(jì)算。(4)高爐煤氣系統(tǒng)控制：1)爐頂壓力控制與調(diào)整；6.6 余壓發(fā)電控制；7.7 煤氣清洗控制，即洗滌塔噴水及水位控制；4)爐頂煤氣成分分析。(5)高爐冷卻水系統(tǒng)控制：（1） 一次新水控制；（2） 二次循環(huán)水控制；（3） 換熱器工作控制。(6)高爐設(shè)備工作監(jiān)測(cè)，即冷

20、卻系統(tǒng)漏水檢測(cè)、報(bào)警等。2.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和控制方法高爐過(guò)程極為復(fù)雜，它不僅是氣、固、液三相聞的傳熱、傳質(zhì)、動(dòng)量傳遞和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的逆流反應(yīng)器，而且是最大規(guī)模的生產(chǎn)設(shè)備，輸人輸出量都極大，很難控制其輸入條件恒定不變。止匕外，各種因索的變化影響具有很長(zhǎng)的延遲特性，更增加了控制的難度。把高爐作為恒穩(wěn)態(tài)對(duì)象來(lái)控制并不成功，采用功態(tài)控制和動(dòng)態(tài)模型是當(dāng)前的主要方向?？刂聘郀t的輸人變量，減少各種千擾因素造成的影響是控制的主要任務(wù)。一般采用兩種方法控制高爐：一是前饋控制，消除輸入?yún)?shù)的干擾，如稱量補(bǔ)正、水分補(bǔ)正、風(fēng)溫、溫度和風(fēng)量的控制等；二是反饋控制，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)果對(duì)預(yù)想不到的因素或前饋控制不住的因

21、素變化進(jìn)行反饋控制。3.9 熱風(fēng)爐系統(tǒng)設(shè)備組成本高爐配有四座頂燃式熱風(fēng)爐。熱風(fēng)爐系統(tǒng)包括4座熱風(fēng)爐、2臺(tái)助燃風(fēng)機(jī)和1座液壓站組成。每座熱風(fēng)爐安裝了11臺(tái)閥門，分別是：冷風(fēng)閥(LFF)、熱風(fēng)閥(RFF)、冷風(fēng)充壓閥（LCF）、冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥（LTF）等。燃燒系統(tǒng)閥門有：廢氣閥（FQF）、煙道閥（YDF）、助燃空氣燃燒閥（ZQF）、助燃空氣調(diào)節(jié)閥（ZTF）、高爐煤氣燃燒閥（RSF）、高爐煤氣切斷閥（MQF高爐煤氣調(diào)節(jié)閥（MTF）等。另外還有3臺(tái)公共輔助閥門，分別是熱風(fēng)爐倒流休風(fēng)放散閥、混風(fēng)切斷閥、混風(fēng)調(diào)節(jié)閥。3.10 熱風(fēng)爐的作用本高爐配有四座頂燃式熱風(fēng)爐，主要負(fù)責(zé)燃燒、蓄熱、給冷風(fēng)加熱，并將熱風(fēng)送進(jìn)

22、高爐。即熱風(fēng)爐的作用是把鼓風(fēng)加熱到要求的溫度，他是按“蓄熱”原理工作的熱交換器。在燃燒室里燃燒煤氣，高溫廢氣通過(guò)格子磚并使之蓄熱，當(dāng)格子磚充分加熱后，熱風(fēng)爐就可以改為送風(fēng)，此時(shí)有關(guān)燃燒各閥關(guān)閉，送風(fēng)各閥打開(kāi)，冷風(fēng)經(jīng)格子磚而備加熱并送出。高爐一般裝有34座熱風(fēng)爐，在“單爐送風(fēng)”時(shí)，兩或三座在加熱，一座在送風(fēng)，輪流更換，在“并聯(lián)送風(fēng)”時(shí)，兩座在加熱兩座在送風(fēng)。3.11 熱風(fēng)爐控制功能本系統(tǒng)根據(jù)工藝要求，對(duì)熱風(fēng)爐本體及附屬系統(tǒng)（如送風(fēng)系統(tǒng)，高爐煤氣系統(tǒng)、冷風(fēng)系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)、熱風(fēng)閥冷卻系統(tǒng)等）的有關(guān)熱工參數(shù)進(jìn)行顯示。并對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)記錄，對(duì)煤氣流量和冷風(fēng)流量進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)提供必要的電氣聯(lián)鎖信號(hào)。熱

23、風(fēng)爐由耐火材料砌筑而成，可承受極高的溫度及溫度變化，在熱風(fēng)爐燃燒期，高爐煤氣和助燃空氣在燃燒室內(nèi)燃燒。燃燒廢氣通過(guò)烘頂后進(jìn)入蓄熱室格子磚，熱量傳遞給格子磚，單烘頂溫度荷廢氣溫度達(dá)到規(guī)定值后燃燒期停止，廢氣由煙囪排出大氣。熱風(fēng)爐準(zhǔn)備向高爐提供熱風(fēng)。即進(jìn)入送風(fēng)期。在送風(fēng)期，冷風(fēng)以相反的方向吹入格子磚?？諝獗患訜?，離開(kāi)熱風(fēng)爐成為熱風(fēng)，熱風(fēng)經(jīng)熱風(fēng)支管、主管、圍管進(jìn)入高爐。由于一個(gè)熱風(fēng)爐的作用是間斷的熱交換，而高爐需要提供連續(xù)的熱風(fēng)，所以三或座熱風(fēng)爐是必要的。熱風(fēng)爐的控制功能可分為以下三個(gè)主要部分：-熱風(fēng)爐燃燒-熱風(fēng)爐順控和換爐-熱風(fēng)爐本體和熱風(fēng)公共部分熱風(fēng)爐燃燒由控制系統(tǒng)程序控制，它完成熱風(fēng)爐荷熱過(guò)程

24、的調(diào)節(jié)控制和設(shè)計(jì)值計(jì)算即監(jiān)視控制等。熱風(fēng)爐順控和換爐操作：由來(lái)自控制系統(tǒng)的熱風(fēng)爐換爐邏輯中的順序開(kāi)始指令執(zhí)行，液壓和電動(dòng)閥門按要求的位置順序動(dòng)作，具有用于操作者的狀態(tài)指示和報(bào)警。用于全部高爐操作的熱風(fēng)和熱風(fēng)爐公共部分是必要的，也由控制和控制系統(tǒng)。所有4座熱風(fēng)爐公共部分的項(xiàng)目均包含在此設(shè)備組中。2.5熱風(fēng)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)及其控制方案熱風(fēng)爐工藝流程及工藝控制要求.熱風(fēng)爐工藝流程熱風(fēng)爐主要任務(wù)，是將由冷風(fēng)總管送來(lái)的冷風(fēng)經(jīng)熱風(fēng)爐送風(fēng)系統(tǒng)閥門送至熱風(fēng)爐加熱后，再送到高爐.熱風(fēng)爐的工作狀態(tài)熱風(fēng)爐主要有三種工作狀態(tài)：即燃燒狀態(tài)、送風(fēng)狀態(tài)和悶爐工作狀態(tài)。(1)熱風(fēng)爐燃燒狀態(tài)熱風(fēng)爐處于燃燒狀態(tài)時(shí)，通過(guò)熱風(fēng)爐煤氣管

25、道和助燃空氣管道向熱風(fēng)爐送入高爐煤氣和助燃空氣，高爐煤氣和助燃空氣燃燒產(chǎn)生熱煙氣使熱風(fēng)爐蓄熱；熱風(fēng)爐處于燃燒狀態(tài)時(shí)，其廢氣閥、煙道閥、助燃空氣燃燒閥、高爐煤氣燃燒閥、高爐煤氣切斷閥等閥均處于開(kāi)啟狀態(tài)，其它各閥(切斷閥)均處于關(guān)閉狀態(tài)。(2)熱風(fēng)爐送風(fēng)狀態(tài)熱風(fēng)爐處于送風(fēng)狀態(tài)時(shí)，向燃燒結(jié)束蓄有一定熱量的熱風(fēng)爐送入冷風(fēng)，冷風(fēng)經(jīng)熱風(fēng)爐加熱后再送入高爐。熱風(fēng)爐處于送風(fēng)狀態(tài)時(shí)，其冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥、冷風(fēng)充壓閥等處于開(kāi)啟狀態(tài)，其它各閥(切斷閥)均處于關(guān)閉狀態(tài)。(3)熱風(fēng)爐悶爐狀態(tài)熱風(fēng)爐處于悶爐狀態(tài)時(shí)，為保持溫度，熱風(fēng)爐所有的閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)。.熱風(fēng)爐工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換熱風(fēng)爐處于上述三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程定義為換爐

26、過(guò)程。在熱風(fēng)爐的操作過(guò)程中最基本的工作過(guò)程是換爐。換爐時(shí)，應(yīng)保證整個(gè)熱風(fēng)爐系統(tǒng)不間斷的向高爐送風(fēng)，并應(yīng)盡量使進(jìn)入高爐的風(fēng)量、風(fēng)壓波動(dòng)很小，還要注意煤氣安全。熱風(fēng)爐工作狀態(tài)改變周期順序如下：*燃*休止送風(fēng)*休止"圖3熱風(fēng)爐工作狀態(tài)改變周期圖2.5.2高爐熱風(fēng)爐儀表控制要求.高爐熱風(fēng)爐儀表控制的主要功能(1)助燃空氣總管壓力檢測(cè)和控制本控制系統(tǒng)為單參數(shù)反饋控制，由空氣總管壓力與設(shè)定值進(jìn)行比較來(lái)控制風(fēng)機(jī)前的吸風(fēng)管上的百葉窗式調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而確保了助燃空氣壓力的穩(wěn)定。(2)凈煤氣總管溫度檢測(cè)、壓力檢測(cè)和控制(3)熱風(fēng)爐燃燒控制高爐熱風(fēng)爐燃燒采用高爐煤氣，煤氣熱值經(jīng)常波動(dòng)。燃燒控制得好壞將直

27、接影響熱風(fēng)爐的拱頂溫度及燃燒的熱效率，因此燃燒控制是熱風(fēng)爐最難、最關(guān)鍵的控制環(huán)節(jié)之一。(4)熱風(fēng)爐混風(fēng)溫度控制熱風(fēng)溫度控制根據(jù)工藝，采用的工作制不同，風(fēng)溫控制的方法也不同。在基本工作制時(shí)，靠混風(fēng)閥混冷風(fēng)來(lái)調(diào)節(jié)熱風(fēng)總管風(fēng)溫，當(dāng)使用輔助工作制時(shí)，由于此時(shí)為兩燒兩送，故風(fēng)溫控制依靠先行爐送風(fēng)與后行爐送風(fēng)量的大小來(lái)進(jìn)行控制以達(dá)到穩(wěn)定風(fēng)溫的目的。(5)冷風(fēng)溫度和富氧自動(dòng)控制、送風(fēng)濕度控制。.高爐熱風(fēng)爐儀表控制的主要參數(shù)高爐熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)主要參數(shù)有：拱頂溫度、廢氣溫度、廢氣含氧量、高爐煤氣支管流量、高爐煤氣支管壓力、助燃空氣總管溫度、助燃空氣總管壓力、凈煤氣總管溫度、凈煤氣總管壓力和凈煤氣總管流量。.5.

28、3熱風(fēng)爐燃燒過(guò)程控制.熱風(fēng)爐的燃燒過(guò)程及控制熱風(fēng)爐燃燒控制主要包括拱頂溫度控制、廢氣溫度控制、空燃比控制、廢氣中含氧量分析。熱風(fēng)爐燃燒所用的燃料為焦?fàn)t煤氣(COG)和高爐煤氣(BFG),兩種燃料進(jìn)入熱風(fēng)爐火燒室后，在燃燒混合器內(nèi)進(jìn)行混合，再與助燃空氣一起通過(guò)陶瓷燒嘴進(jìn)行燃燒。熱風(fēng)爐的燃燒時(shí)間約為110min左右。燃燒時(shí)，爐體溫度達(dá)1050度左右，拱頂溫度最高不得超過(guò)1350度。熱風(fēng)爐燃燒控制通過(guò)調(diào)節(jié)煤氣和助燃空氣流量以及兩者之間的比值(空燃比)來(lái)實(shí)現(xiàn)。完善的基礎(chǔ)自動(dòng)化對(duì)于燃燒混合煤氣或燃燒預(yù)熱的高爐煤氣和預(yù)熱空氣的熱風(fēng)爐來(lái)說(shuō)，包括煤氣流量控制、空氣流量控制、空燃比控制、拱頂溫度控制和廢氣溫度控

29、制。熱風(fēng)爐的燃燒過(guò)程如圖所示，它分為加熱期和蓄熱期。在加熱期內(nèi)，在限定燃燒時(shí)間和熱風(fēng)爐拱頂溫度后，應(yīng)盡量縮短達(dá)到規(guī)定拱頂溫度的時(shí)間，即縮短加熱期，這樣可以使蓄熱期延長(zhǎng)，使熱風(fēng)爐內(nèi)存儲(chǔ)較多的熱量，降低送風(fēng)時(shí)風(fēng)溫的波動(dòng)。在蓄熱期內(nèi)，除了保證拱頂溫度不變外，還需要考慮廢氣的溫度。熱風(fēng)爐廢氣溫度不能超過(guò)規(guī)定的界限(圖2-3中350C),否則爐篦子支柱將被損壞，使?fàn)t體壽命降低，而且使熱損失增加。欲使廢氣溫度降低，目前主要采用減少煤氣量的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，而煤氣量的減少會(huì)導(dǎo)致拱頂溫度下降、熱風(fēng)爐蓄熱量降低。如何獲得更多的蓄熱量，同時(shí)保持廢氣溫度在規(guī)定界限內(nèi)是熱風(fēng)爐控制急需解決的問(wèn)題。下面分別介紹幾種具有

30、代表性的熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)。1）三孔燃燒器外燃式熱風(fēng)爐燃燒控制（圖5）。燃燒控制以拱頂溫度為目標(biāo)值來(lái)控制COG1,以廢氣溫度為目標(biāo)值來(lái)控制BFG量。上位計(jì)算機(jī)圖5配三孔燃燒器外燃式熱風(fēng)爐燃燒控制COG/BFGL間的比率和兩種煤氣與助燃空氣的比率可由計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型演算的結(jié)果來(lái)設(shè)定，當(dāng)計(jì)算機(jī)故障或停運(yùn)時(shí)，可由手動(dòng)設(shè)定器來(lái)進(jìn)行人工設(shè)定。燃燒控制以BFGB量為主導(dǎo)，根據(jù)燃燒模型計(jì)算熱風(fēng)爐蓄熱室的蓄熱量，推算出BGF流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，再?gòu)钠渲袦p去溫度調(diào)節(jié)器額輸出后，作為最終設(shè)定值。COGfcI01的設(shè)定值可由下式求出；I01=n1I1-a式中；n1-COG/BFG比率;I1-BFG流量信號(hào)；a-拱

31、頂溫度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)。助燃空氣流量ICE應(yīng)為燃燒CO傍口BFG9T需助燃空氣量之和。燃燒BFG所需空氣量I02為；I02=n2I1式中；n2-燃燒BFG勺空燃比；I1-BFG流量信號(hào)；I02-比率設(shè)定器的輸出信號(hào)燃燒COGBFG之和所需的空氣量為；I03=n3I2+I02式中；n3-燃燒COG勺空燃比；I1-COG流量信號(hào)；I03-空氣流量的設(shè)定信號(hào)由于空氣流量的設(shè)定值要根據(jù)CO傍口BFGB流量來(lái)確定，在燃燒初期建立空氣流量時(shí)只有煤氣量先行，煤氣量先行會(huì)冒黑煙，為了不因煤氣先行冒黑煙，在系統(tǒng)中設(shè)置空氣流量初期開(kāi)度設(shè)定器。2）配兩孔燃燒器的熱風(fēng)爐燃燒控制（圖6）0燃燒初期，煤氣和空氣流量按比率

32、設(shè)定器所設(shè)定的空燃比進(jìn)行燃燒；I01=n111+a式中；n1-空燃比；I1-煤氣流量信號(hào)；I01-空氣控制器的設(shè)定信號(hào)a-拱頂溫度控制器的輸出信號(hào)。圖6配兩孔燃燒器的熱風(fēng)爐燃燒控制當(dāng)拱頂溫度升至設(shè)定值時(shí)a值增加，隨之I01也增加，即加大空氣流量來(lái)使拱頂溫度保持一定值。燃燒初期，利用溫度偏差監(jiān)視器開(kāi)關(guān)信號(hào)將調(diào)節(jié)器置于手動(dòng)狀態(tài)，從燃燒初期過(guò)渡到蓄熱期時(shí)，拱頂溫度進(jìn)入偏差監(jiān)視器的設(shè)定值時(shí)（設(shè)定值規(guī)定在拱頂溫度調(diào)節(jié)器的設(shè)定值下面一點(diǎn)），監(jiān)視器的接點(diǎn)斷開(kāi)設(shè)定器使拱頂溫度調(diào)節(jié)器由手動(dòng)轉(zhuǎn)為自動(dòng)。當(dāng)燃燒進(jìn)入蓄熱飽和區(qū)時(shí)，即廢氣溫度升至監(jiān)視器的設(shè)定值，其接點(diǎn)將廢氣溫度調(diào)節(jié)器由手動(dòng)轉(zhuǎn)為自動(dòng)。由于調(diào)節(jié)器的反作用，具

33、輸出隨廢氣溫度的上升而減小，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值后就開(kāi)始減小煤氣量，隨之空氣流量亦自動(dòng)按比例減小。.熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)方框圖熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)方框圖所示，在燃燒初期，為了保證空氣先行而不冒黑煙，需給空氣流量調(diào)節(jié)閥一個(gè)初期開(kāi)度以防止煤氣先行而冒黑煙。同時(shí)為避免燃燒一開(kāi)始，就有大量的煤氣流量產(chǎn)生，所以需給煤氣流量調(diào)節(jié)閥一個(gè)初期開(kāi)度即煤氣流量模糊調(diào)節(jié)單元、空氣流量模糊調(diào)節(jié)單元均選擇右邊煤氣初期開(kāi)度設(shè)定單元及空氣初期開(kāi)度設(shè)定單元，同時(shí)將廢氣溫度模糊調(diào)節(jié)單元、空燃比模糊設(shè)定單元設(shè)為手動(dòng)。拱頂溫度開(kāi)始迅速上升，當(dāng)檢測(cè)拱頂溫度上升到接近要求溫度時(shí)，將空燃比模糊設(shè)定單元置成自動(dòng)，檢測(cè)到的煤氣流量經(jīng)煤氣流量模糊調(diào)節(jié)單元

34、輸出后乘以空燃比模糊設(shè)定單元輸出的空燃比，從而獲得空氣流量設(shè)定值。在空氣流量模糊調(diào)節(jié)單元內(nèi)，空氣流量設(shè)定值與檢測(cè)到的空氣流量實(shí)際值進(jìn)行比較，從而決定空氣流量調(diào)節(jié)閥的大小。當(dāng)進(jìn)入蓄熱期后，將廢氣溫度模糊調(diào)節(jié)單元置為自動(dòng)，通過(guò)低選單元獲得煤氣流量給定值，與檢測(cè)到的煤氣流量進(jìn)行比較，從而決定煤氣流量調(diào)節(jié)閥的大小。設(shè)置低選單元的目的是為了安全起見(jiàn)，保證通過(guò)廢氣溫度模糊調(diào)節(jié)單元產(chǎn)生的煤氣流量設(shè)定值低于最大煤氣流量設(shè)定值。在燃燒期內(nèi)，控制的主要目標(biāo)是維持拱頂溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，在蓄熱期內(nèi)，控制的主要目標(biāo)變?yōu)閺U氣溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)煤氣流量的大小使廢氣溫度控制在350c內(nèi)，當(dāng)廢氣溫度達(dá)到350c時(shí)，發(fā)出燃燒完悶爐信

35、號(hào)，熱風(fēng)爐轉(zhuǎn)悶爐狀態(tài)。煤氣流量煤氣流量檢測(cè)調(diào)節(jié)閥空氣流量檢測(cè)空氣流量調(diào)節(jié)閥圖7熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)框圖.燃燒控制器設(shè)計(jì)根據(jù)熱風(fēng)爐在加熱期控制的主要目標(biāo)是拱頂溫度以及在蓄熱期控制的主要目標(biāo)是廢氣溫度，本論文設(shè)計(jì)的控制器包括兩個(gè)部分：根據(jù)拱頂溫度調(diào)節(jié)的最佳空燃比控制器和根據(jù)廢氣溫度調(diào)節(jié)的廢氣溫度控制器。在加熱期使用拱頂溫度控制器，當(dāng)煙道廢氣溫度達(dá)到280c時(shí)，廢氣溫度控制器投入自動(dòng)。最佳空燃比控制器最佳空燃比控制器為PID控制器，輸入量為拱頂溫度，輸出量為最佳空燃比。廢氣溫度控制器廢氣溫度控制器為PID控制器，輸入量為廢氣溫度，輸出量為煤氣流量。2.5.4混風(fēng)溫度控制方案.混風(fēng)溫度控制要求(1)混風(fēng)

36、溫度控制的目的為保證高爐的穩(wěn)定工作，要求：送風(fēng)溫度保持在1000C,不能出現(xiàn)大的波動(dòng)，如圖2-5所示。開(kāi)始送風(fēng)時(shí)風(fēng)溫較高，將控制回路置為手動(dòng)，預(yù)置一個(gè)較大地開(kāi)度，送入較多的冷風(fēng)。風(fēng)溫達(dá)到可以使用PID調(diào)節(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)換為自動(dòng)，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。圖8溫度控制要求.混風(fēng)溫度控制系統(tǒng)的主要參數(shù)_sGp(s)=-e(1)熱風(fēng)爐風(fēng)溫對(duì)象傳遞函數(shù)：1+Ts(2)要求控制風(fēng)溫：1000c左右可設(shè)定(3)要求控制風(fēng)溫在±10C°(4)新?tīng)t送風(fēng)時(shí)，相當(dāng)產(chǎn)生t=20C°的擾動(dòng)。.混風(fēng)溫度控制策略高爐熱風(fēng)爐混風(fēng)溫度控制系統(tǒng)工藝情況如圖2-6所示，為單爐送風(fēng)即每次一座熱風(fēng)爐送風(fēng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，

37、熱風(fēng)溫度下降，第二座熱風(fēng)爐送風(fēng)，第一座熱風(fēng)爐轉(zhuǎn)燃燒,如此循環(huán)下去保證熱風(fēng)不間斷。圖9熱風(fēng)爐溫度控制系統(tǒng)工1HS-4HS-1-4號(hào)熱風(fēng)爐，SEQ順序控制程序，ZI-閥位指示，M-電動(dòng)調(diào)節(jié)閥HC-手動(dòng)控制輸出，TIC-溫度PID控制送風(fēng)溫度控制通過(guò)調(diào)節(jié)混風(fēng)閥的開(kāi)度來(lái)控制往熱風(fēng)中送入的冷風(fēng)，來(lái)控制送風(fēng)溫度。為安全起見(jiàn)，在送風(fēng)管道上安裝有兩只熱電偶，選擇其中之一作為測(cè)量值。送風(fēng)溫度控制設(shè)計(jì)為PID控制回路，以確保較高精度的控制。為了補(bǔ)償新的爐送風(fēng)時(shí)風(fēng)溫較高，可在新?tīng)t送風(fēng)時(shí)，將控制回路置為手動(dòng)，預(yù)置一個(gè)較大地開(kāi)度，送入較多的冷風(fēng)，然后設(shè)置為自動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。.混風(fēng)溫度控制的實(shí)現(xiàn)根據(jù)控制需要，將PID功能

38、塊與邏輯控制相結(jié)合，可適應(yīng)各種控制回路。所以利用SFC艮容易實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐燃燒和混風(fēng)溫度的各種控制方式。圖2-7顯示了熱風(fēng)爐混風(fēng)溫度控制系統(tǒng)順序控制的工作流程：各個(gè)熱風(fēng)爐的狀態(tài)轉(zhuǎn)換由電氣換爐控制系統(tǒng)控制，當(dāng)送風(fēng)管道里面混風(fēng)后的風(fēng)溫低于要求溫度的時(shí)候，對(duì)各個(gè)熱風(fēng)爐的工作狀態(tài)進(jìn)行切換，將新的熱風(fēng)爐轉(zhuǎn)為送風(fēng)狀態(tài)，原送風(fēng)爐轉(zhuǎn)為燃燒狀態(tài)。圖10熱風(fēng)爐混風(fēng)溫度控制系統(tǒng)的工作流程.熱風(fēng)溫度自動(dòng)控制圖從鼓風(fēng)機(jī)來(lái)的風(fēng)溫大約150200C,經(jīng)過(guò)熱風(fēng)爐的風(fēng)溫可高于1300C,而高爐所需的熱風(fēng)溫度約為10001250C,且需溫度穩(wěn)定。單爐送風(fēng)時(shí)，其溫度控制根據(jù)混風(fēng)調(diào)節(jié)閥配置而異，有兩種方式，一種是控制公用的混風(fēng)調(diào)節(jié)閥位置

39、，改變混入的冷風(fēng)量以保持所需的熱風(fēng)溫度，系統(tǒng)還設(shè)有高值選擇器和手動(dòng)設(shè)定器，以避免在換爐時(shí)出現(xiàn)過(guò)高的風(fēng)溫，預(yù)先打開(kāi)混風(fēng)調(diào)節(jié)閥；另一種是控制每座熱風(fēng)爐的混風(fēng)調(diào)節(jié)閥，用一臺(tái)風(fēng)溫控制器切換工作，不送風(fēng)的熱風(fēng)爐，具混風(fēng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度由手動(dòng)設(shè)定器設(shè)定。并聯(lián)送風(fēng)有兩種方式，即熱并聯(lián)和冷并聯(lián)。一般先送風(fēng)的爐子輸出風(fēng)溫較低，而后送風(fēng)的爐子輸出風(fēng)溫較高，故熱并聯(lián)時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)爐子的冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥以改變兩個(gè)爐子的輸出熱風(fēng)量的比例即可維持規(guī)定的風(fēng)溫（圖3）在冷并聯(lián)時(shí)，兩個(gè)爐子的冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，和單爐送風(fēng)類似控制混風(fēng)管道的混風(fēng)調(diào)節(jié)閥閥開(kāi)度改變混入冷風(fēng)量以保持風(fēng)溫穩(wěn)定。(a)換爐順控回路至底爐圖11熱風(fēng)溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)（a）帶公共

40、混風(fēng)閥白單爐送風(fēng)；（b）每個(gè)熱風(fēng)爐帶混風(fēng)閥的單爐送風(fēng)；（c）熱并聯(lián)送風(fēng)。2.5.5冷風(fēng)溫度和富氧自動(dòng)控制兩者均是審級(jí)控制系統(tǒng)。即各自有一個(gè)流量自動(dòng)控制回路，而其定值則由總風(fēng)量經(jīng)過(guò)比率設(shè)定器來(lái)設(shè)定，即噴入蒸汽量和氧量與風(fēng)量成比例。對(duì)于濕度，冷風(fēng)管道還裝有氯化鋰溫度計(jì)和濕度控制器MIC相連。單濕度偏離規(guī)定值時(shí)則修正蒸汽控制系統(tǒng)以保持鼓風(fēng)中溫度恒定。爐圖12冷風(fēng)溫度和富氧自動(dòng)控制2.5.6送風(fēng)濕度控制濕度控制的儀表流程如圖4所示。濕度檢測(cè)裝置包括氯化鋰及其恒溫箱，氣樣處理系統(tǒng)以及絕對(duì)濕度變換器等。變換器的輸入信號(hào)為探頭的阻值變化，輸出信號(hào)為420mA直流電流或15V直流電壓冷風(fēng)1-FB溫度變自送器M

41、T至高爐MB圖13送風(fēng)濕度控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)一般為審級(jí)配比方式，副回路為冷風(fēng)流量與調(diào)濕蒸汽流量配比，主回路為加濕后的送風(fēng)濕度，濕度的量程為540g/m3。冷風(fēng)流量（包括扣除富氧部分）信號(hào)Ib經(jīng)阻尼器后在比例設(shè)定器RB中進(jìn)行如下運(yùn)算后輸出信號(hào)IS作為蒸汽流量調(diào)節(jié)器的外設(shè)定化Is=nlb+a+B式中|B-風(fēng)量信號(hào)；n比值系數(shù)；a濕度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)（RB的外偏置）；BRB的內(nèi)偏置系數(shù)n可在0.11.0的范圍內(nèi)變更，而可在-100%0+100%內(nèi)設(shè)定。由于系統(tǒng)處于平衡時(shí)濕度調(diào)節(jié)器的輸出為50%（12mA）,此時(shí)為了使IS和Ib配比不受a的影響，故需將設(shè)定為-50%。由于濕度調(diào)節(jié)回路的時(shí)間常數(shù)大，為防止

42、調(diào)節(jié)器輸出出現(xiàn)積分飽和，調(diào)節(jié)器最好帶抗積分飽和功能。除濕度調(diào)節(jié)以外，還可根據(jù)送風(fēng)流量，蒸汽流量及大氣濕度（或冷風(fēng)脫濕濕度）來(lái)自動(dòng)算出濕度的計(jì)算值，并與濕度計(jì)的實(shí)測(cè)值相比較，如差值過(guò)大則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。三系統(tǒng)的基本配置高爐煉鐵的基礎(chǔ)自動(dòng)化為實(shí)現(xiàn)煉鐵生產(chǎn)工藝的自動(dòng)化目標(biāo)，人們不斷推進(jìn)著煉鐵過(guò)程的基礎(chǔ)自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。在組成煉鐵工藝流程的各控制子工序中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)自動(dòng)化的工序有：(1)槽下配料系統(tǒng)的稱量與配料過(guò)程的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制；(2)卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)的上料、布料過(guò)程的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制；(3)噴吹媒粉的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制；(4)熱風(fēng)爐燃燒過(guò)程與送風(fēng)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制；(5)爐前出鐵作業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)

43、化；(6)高爐值班室用PLC或DCS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)取代高爐儀表，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的集中監(jiān)控。在傳統(tǒng)煉鐵工藝中，工長(zhǎng)是通過(guò)幾十塊高爐儀表來(lái)監(jiān)控?zé)掕F過(guò)程的。它包括高爐本體數(shù)百項(xiàng)溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，綜合鼓風(fēng)的風(fēng)量、風(fēng)溫、富氧量與富氧壓力、噴媒量與噴媒壓力的參數(shù)的檢測(cè)控制以及上料過(guò)程、布料過(guò)程的模擬盤等，高爐值班室應(yīng)用計(jì)算機(jī)取代高爐儀表后，實(shí)現(xiàn)了高爐本體參數(shù)、槽下配料稱量系統(tǒng)、卷?yè)P(yáng)上料布料系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)以及噴媒系統(tǒng)的工藝參數(shù)集中監(jiān)控。多臺(tái)PC機(jī)集中顯示各種監(jiān)控畫(huà)面、趨勢(shì)圖與模擬圖的應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)比儀表能夠更直接、更形象、更可靠的反映了高爐過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化特征。高爐自動(dòng)化控制范圍高爐自動(dòng)化控制范圍分以下

44、兩個(gè)部分：PLC1系統(tǒng)：包括槽下PLCPLC2系統(tǒng)：包括本體PLCPLC3系統(tǒng)：熱風(fēng)PLC及除塵PLC說(shuō)明：槽下PLC控制槽下設(shè)備及爐頂設(shè)備。本體PLC高爐本體儀控設(shè)備及相關(guān)設(shè)備。熱風(fēng)PLC熱風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備，主要為儀控設(shè)備及閥門等。除塵PLC干法除塵設(shè)備，各箱體閥門及儀表檢測(cè)控制設(shè)備3.3高爐自動(dòng)化控制的主要功能高爐電氣傳動(dòng)及自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要完成各種工藝設(shè)備啟動(dòng)停止以及過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)、報(bào)警、聯(lián)鎖、PID調(diào)節(jié)回路的連續(xù)控制和邏輯控制，并對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、歷史趨勢(shì)記錄，生成班、日、月統(tǒng)計(jì)報(bào)表。高爐自動(dòng)化系統(tǒng)基本配置高爐自動(dòng)化系統(tǒng)采用分布I/O方式，實(shí)現(xiàn)PLC與擴(kuò)展機(jī)架、遠(yuǎn)程站之間的數(shù)據(jù)通訊，工業(yè)E

45、thernet網(wǎng)實(shí)現(xiàn)PLC相互之間，PLC與計(jì)算機(jī)操作站（OS系統(tǒng)）之間的數(shù)據(jù)交換和通訊。高爐自動(dòng)化系統(tǒng)組成包括（一座高爐）：4套PLC1PLC-槽下及爐頂PLC系統(tǒng)；2PLC-本體PLC系統(tǒng)；3PLC-熱風(fēng)爐PLC系統(tǒng)；4PLC體袋除塵PLC系統(tǒng)。5#、6#高爐采用一套PLC系統(tǒng)完成槽上供料系統(tǒng)及供料除塵的控制和信號(hào)的采集。6套上位機(jī)和一個(gè)工程師站：OS1OS2槽下及卷?yè)P(yáng)和爐頂操作站、OS3OS4高爐本體操作站預(yù)留工程師站接口、OS5OS6高爐熱布操作站、OS7-X程師站。配置方案（1）高爐自動(dòng)化硬件基本配置：高爐自動(dòng)化系統(tǒng)PLC分別采用西門子公司S7系列產(chǎn)品，CPU4用6ES7-400系歹

46、I/O模板采用24V配電模板。所有上位機(jī)操作站均采用研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，工控機(jī)具體配置P4/2.0G/512M/80G/52XCD/1.44M,顯示器為22"CRT顯示器。上位機(jī)操作站、工程師站操作系統(tǒng)均采用微軟公司的Windows200O作系統(tǒng)；自動(dòng)化編程，過(guò)程控制軟件采用STEP75.3;前端開(kāi)發(fā)軟件采用WINCC6.0高爐電氣傳動(dòng)基本配置：高爐電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中主卷?yè)P(yáng)采用施奈德公司ATV71系列產(chǎn)品；布料器傾動(dòng)采用ATV-58HU90N變頻器、溜槽旋轉(zhuǎn)電機(jī)采用施奈德公司ATV-58HD16N變頻器；探尺選用西門子公司6RA70系列產(chǎn)品；低壓電器元件采用施耐德系列產(chǎn)品；PLC隔離繼電

47、器采用OMROM品；自動(dòng)化系統(tǒng)配置的UPS電源，采用山特UPS電源；其他元件選用國(guó)內(nèi)外較高質(zhì)量產(chǎn)品；網(wǎng)絡(luò)組成Ethernet網(wǎng)絡(luò)，Ethernet網(wǎng)絡(luò)是工廠級(jí)智能自動(dòng)化相互通訊的解決方案。主要實(shí)現(xiàn)各個(gè)PLC相互之間，PLC與計(jì)算機(jī)操作站（OS系統(tǒng)）、工程師站之間的數(shù)據(jù)交換和通訊，另外提供通訊接口，以便和公司ER陳統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)公司級(jí)的自動(dòng)化管理。PROFIBUS-D網(wǎng)絡(luò)，PROFIBU制絡(luò)是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間通訊的經(jīng)濟(jì)的解決方案。主要實(shí)現(xiàn)PLC與遠(yuǎn)程ET200M占之間的數(shù)據(jù)通訊，這樣即保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，又可以節(jié)省大量的控制電纜，為用戶節(jié)省投資。高爐專用檢測(cè)儀表由于高爐是密閉機(jī)組，故監(jiān)測(cè)儀表是至關(guān)

48、重要的。高爐檢測(cè)儀表和傳感器大致分為；（1）檢測(cè)高爐排出的氣體成分、溫度、壓力等的常規(guī)傳感器，（2）檢測(cè)爐頂處裝入原料的分布、溫度、壓力和氣體的成分等傳感器；（3）檢測(cè)爐喉處的原料、氣體的流動(dòng)、溫度、壓力、成分等傳感器；（4）檢測(cè)爐腹風(fēng)口部位的焦炭、熔融物、氣體的流動(dòng)、溫度、壓力、成分等傳感器；（5）檢測(cè)渣、鐵溫度和成分的傳感器?，F(xiàn)在的高爐作業(yè)與以前大不一樣，它需要在維持煉鐵廠煤氣平衡的基礎(chǔ)上以總成本最低為標(biāo)準(zhǔn)，第一，必須迅速適應(yīng)煉鐵廠整體煤氣的平衡；第二，要大量應(yīng)用廉價(jià)原料;第三，要減輕煉鋼過(guò)程的負(fù)擔(dān)而需生產(chǎn)低硅生鐵；因此，對(duì)今后高爐儀表和傳感器的要求不可缺少的是要迅速測(cè)出高爐內(nèi)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)，

49、得到準(zhǔn)確的信息以便進(jìn)行高效率的多方面的分析與評(píng)價(jià)。但是現(xiàn)在的儀表和傳感器要直接得到信息還有很大距離，許多檢測(cè)還未解決。故儀表和傳感器今后的工作是；（1）提高現(xiàn)有傳感器信息的質(zhì)量，包括提高信息的可靠性和提高信息的獲取次數(shù)；（2）為了有效利用儀表和傳感器，要強(qiáng)化支持機(jī)構(gòu)（維護(hù)部門）；（3）開(kāi)發(fā)新的傳感器，特別是測(cè)量爐子內(nèi)部的傳感器。高爐常用的監(jiān)測(cè)儀表及其作用如下：（1）熱風(fēng)壓力計(jì)熱風(fēng)壓力與爐料透氣性、風(fēng)量、噴吹物量、爐缸積存渣鐵量、爐缸工作狀況等有關(guān)，反映順行程度和爐缸熱制度的變化。爐況正常時(shí)，熱風(fēng)壓力曲線穩(wěn)定，波動(dòng)微小，并與風(fēng)量相對(duì)應(yīng)；爐溫向熱時(shí)，風(fēng)壓升高，風(fēng)量減少；向涼時(shí)則相反。氣流失常，爐況

50、不順時(shí)，風(fēng)壓劇烈波動(dòng)。（2）風(fēng)量計(jì)一定的冶煉條件有其適宜的風(fēng)量，并與風(fēng)壓相匹配。影響風(fēng)壓的因素也影響風(fēng)量。情況正常時(shí)，風(fēng)量與風(fēng)壓的波動(dòng)都微??；不正常時(shí)則此消彼長(zhǎng)。（3）護(hù)頂壓力計(jì)常壓高爐爐頂煤氣壓力曲線有一平穩(wěn)基線。若基線值升高，表示護(hù)內(nèi)邊緣或中心氣流過(guò)分發(fā)展，或產(chǎn)生管道，后者壓力值升高尤大。若基線值偏低，表示爐內(nèi)透氣性變壞。崩料時(shí)基線波動(dòng)劇烈；懸料時(shí)基線值降低甚至趨近于零。將爐頂壓力與風(fēng)壓兩相對(duì)照，更能判明問(wèn)題。高爐高壓操作時(shí)，爐頂壓力值對(duì)判斷爐況的作用減少。爐頂壓力計(jì)還可反映能煤氣及清洗系統(tǒng)的工作情況。（4）爐身靜壓力計(jì)在高爐不同高度測(cè)量爐身靜壓力，可以較早得知爐況變化，并能較準(zhǔn)確判斷局部

51、管道和懸料位置，以便及時(shí)采取措施?，F(xiàn)代高爐一般在35個(gè)水平面上裝設(shè)24個(gè)取壓口以測(cè)量爐身靜壓力，為推斷軟熔帶位置也可在高爐上設(shè)置多層取壓平面。爐身靜壓力檢測(cè)主要困難在于取壓口不可靠，因?yàn)樵撎幉粌H高溫，多粉塵，且易結(jié)焦堵塞，進(jìn)來(lái)較成功的是采用連續(xù)吹掃取壓口。它利用爐內(nèi)壓力p等于恒流閥后取壓口處壓力pi減去取壓口至爐內(nèi)的壓力損失Ap（Ap的測(cè)量方法，可用吹氣時(shí)測(cè)得的pi值減去關(guān)閉吹氣時(shí)測(cè)得的pi值即可，用指示針指示儀時(shí)可以按此撥零位），測(cè)量pi就可以求出爐內(nèi)壓力p,但Ap將與流過(guò)吹掃氮?dú)饬魉俚钠椒匠杀壤?，故首先必須使吹掃氮?dú)饬髁亢愣ǘ柙O(shè)置恒流閥，這個(gè)恒流閥是一個(gè)自力式流量調(diào)節(jié)器，流量可任意在30

52、300L/min范圍內(nèi)設(shè)定，進(jìn)氣壓力應(yīng)為0.50.7Mpa。一般氮?dú)饬髁靠稍?00300L/min范圍內(nèi)選取，過(guò)小,取壓口易于堵塞，過(guò)大，測(cè)量誤差大。爐身靜壓力計(jì)分層安裝在爐身各方位，成為一套靜壓力計(jì)組，可反映爐內(nèi)各方位不同高度的煤氣壓力變化。當(dāng)某處壓力升高而風(fēng)壓尚無(wú)變化時(shí)，說(shuō)明該處上部爐料透氣性變壞;若風(fēng)壓也升高，說(shuō)明該處上、下的透氣性都變壞。較之單憑風(fēng)壓計(jì)不僅能提前發(fā)現(xiàn)透氣性變化引起的護(hù)缸變化，而且能推測(cè)方位和程度。靜壓力計(jì)管道堵塞時(shí)將產(chǎn)生壓力降低假象。此外還有壓差計(jì)(熱風(fēng)壓力與爐頂壓力之差)，上下部壓差計(jì)(下部靜壓力與上部靜壓力相連為上部壓差，熱風(fēng)壓力與下部靜壓力相連為下部壓差)，透氣性

53、指數(shù)計(jì)等，都是將有關(guān)單項(xiàng)監(jiān)測(cè)予以綜合的指示儀表。(5)料線檢測(cè)現(xiàn)代高爐均裝有25根探尺，裝料時(shí)由卷?yè)P(yáng)機(jī)把它提起，檢測(cè)時(shí)下放或隨料面自然下降，探尺的位移信號(hào)經(jīng)自整角機(jī)發(fā)送器帶動(dòng)控制室內(nèi)的自整角機(jī)接受器，后者帶動(dòng)記錄儀表指針進(jìn)行記錄，或帶脈沖發(fā)生器，送DCS!行檢測(cè)。止匕外，還設(shè)有另一套自整角機(jī)觀測(cè)下料速度。由于自整角機(jī)接受器有跟隨誤差，為此進(jìn)來(lái)采用S/D變換方式，即直接把自整角機(jī)轉(zhuǎn)角(料線值)變換成數(shù)字量，指示料線值，經(jīng)時(shí)間處理后還可輸出下料速度值，這種儀表還沒(méi)有最高最低料線等報(bào)警功能。(6)爐頂溫度計(jì)測(cè)示上升管中的煤氣溫度。從各個(gè)上升管煤氣溫度的差別可判斷爐內(nèi)氣流的分布，從溫度變化可判斷煤氣利

54、用的好壞。煤氣分布均勻，利用程度好，則爐頂溫差小，形成一定寬窄的溫度帶。邊緣氣流過(guò)分發(fā)展時(shí)溫度帶變寬，中心氣流過(guò)分發(fā)展時(shí)溫度帶變窄。低料線時(shí)爐頂溫度升高，管道行程時(shí)各七升管溫差增大，且管道方位的溫度特高。懸料時(shí)護(hù)頂溫度升高。(7)爐喉溫度計(jì)爐況正常時(shí)，爐喉各點(diǎn)溫度相近且穩(wěn)定；邊緣煤氣發(fā)展則溫度升高，巾心氣流發(fā)展則相反。爐料分布不均、偏行、管道行程或結(jié)瘤時(shí)，爐喉四周各點(diǎn)溫度差增大，溫度高的方向氣流較強(qiáng)。(8)爐身溫度計(jì)指示爐身四周各層的溫度，反映周向的氣流分布，還可據(jù)此推測(cè)爐襯浸蝕或結(jié)厚、結(jié)瘤等情況。爐身及爐腹采用冷卻壁的高爐，可在不同方位各層冷卻壁上設(shè)測(cè)溫元件，其溫度指示的作用與爐身溫度計(jì)同，

55、并反映冷卻壁工作情況(9)爐喉煤氣成分測(cè)定爐喉煤氣成分測(cè)定一是定時(shí)取各半徑上幾個(gè)點(diǎn)(常為五點(diǎn))的煤氣樣，分析一氧化碳：含量，分別按所在半徑上的位置描成曲線，煤氣通過(guò)較多處的caz含量低，煤氣通過(guò)較少處的含炭量高，比較各曲線可以判斷氣流分布情況。二是指料面上混合煤氣的一氧化碳和氫氣含量。煤氣利用好、燃料比低的爐頂煤氣中CUE含量多，煤氣發(fā)熱值低。冷卻器件損壞向爐內(nèi)漏水時(shí)，煤氣中Hz量明顯增多。(10)風(fēng)口前端溫度測(cè)量高爐爐缸熱狀態(tài)難以直接測(cè)量，故利用嵌入高爐風(fēng)口前端上部溝槽里的鍥銘-鍥硅鎧裝熱電偶測(cè)量風(fēng)口附前端近的熱狀態(tài)，根據(jù)這風(fēng)口水箱前端溫度X,按下列統(tǒng)計(jì)回歸公式，求出對(duì)應(yīng)的風(fēng)口區(qū)域溫度Y。Y

56、=608.5+6.97X3.8熱風(fēng)爐系統(tǒng)儀表檢測(cè)和控制系統(tǒng)的配備本高爐熱風(fēng)爐自動(dòng)化設(shè)計(jì)包括拱頂溫度、爐身溫度、煤氣和空氣預(yù)熱前后的溫度、壓力；煤氣和空氣的流量檢測(cè)；冷風(fēng)壓力、流量、溫度檢測(cè)等主要參數(shù)，并有煤氣、空氣燃燒控制、空氣預(yù)熱量溫度控制、風(fēng)溫控制、空氣總管壓力和煤氣總管壓力控制等18套自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。流量檢測(cè)元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)尤為重要，針對(duì)雙預(yù)熱系統(tǒng)中溫度高、管道口徑大且有耐火磚內(nèi)襯的特點(diǎn)，高溫空氣流量的檢測(cè)引進(jìn)了美國(guó)泰克公司生產(chǎn)的矢量流量計(jì)。該流量計(jì)利用矢量和的原理將探頭的各方向力折算成水平方向來(lái)計(jì)算流量，并配有溫度補(bǔ)正。助燃空氣用調(diào)節(jié)閥選用了無(wú)錫工裝生產(chǎn)的6000J電動(dòng)高溫蝶

57、閥，工作溫度為650C、工作壓力為0.6Mpa、管徑為力1400m這種閥門在閥板之間采用平面接觸，引進(jìn)了日本先進(jìn)的密封技術(shù)，因而使其達(dá)到了良好的密封效果。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為大連引進(jìn)的西門子電動(dòng)執(zhí)行器并智智能手操，操作調(diào)整都十分方便，所有變送器均選用智能化變送器，常規(guī)儀表均為國(guó)內(nèi)配套。(1)油溫檢測(cè)：拱頂溫度、熱風(fēng)溫度、冷風(fēng)溫度、助燃風(fēng)溫度、煤氣濕度顯示與記錄。廢氣溫度顯示、記錄與報(bào)警。(2)壓力與差壓檢測(cè)：熱風(fēng)、煤氣、冷卻水壓力顯示與報(bào)警；冷風(fēng)壓力顯示與報(bào)警，當(dāng)冷風(fēng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示有關(guān)工作人員立即關(guān)閉正在送風(fēng)的熱風(fēng)爐的熱風(fēng)閥和冷風(fēng)閥。預(yù)熱器前后助燃風(fēng)、預(yù)熱器前后煙氣壓力檢測(cè)并在系統(tǒng)內(nèi)部做助燃風(fēng)、煙氣差壓顯示。冷風(fēng)閥前后差壓檢測(cè)，當(dāng)差壓值小于20Kpa時(shí)，發(fā)出開(kāi)冷風(fēng)閥連鎖信號(hào)。煙道閥差壓檢測(cè)：當(dāng)差壓值小于20Kpa時(shí)，發(fā)出開(kāi)