熱風(fēng)爐自動控制系統(tǒng)

1、熱風(fēng)爐自動控制系統(tǒng)孟照崇 控制工程2015 153085210040摘要：本論文主要敘述中小型高爐煉鐵自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及主要系統(tǒng)的自動控制的原理及其實際應(yīng)用。著重敘述了熱風(fēng)爐的參數(shù)控制過程（熱風(fēng)爐檢測儀表及控制系統(tǒng)，熱風(fēng)爐換爐自動控制系統(tǒng)，）和應(yīng)用。關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐；自動控制；應(yīng)用Abstract ：This thesis mainly narrates the middle and small scale blast furnace iron-smelting automated system structure, function and mainly control the princ

2、iple 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； au

3、tomatic control； application1.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，是一種儲熱型熱交換器。國內(nèi)大部分高爐均采用每座高爐帶3至4臺熱風(fēng)爐并聯(lián)輪流送風(fēng)方式，保證任何瞬時都有一座熱風(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-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，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)爐燃燒自動化系統(tǒng)都是具有完善的基礎(chǔ)自動化和使用數(shù)學(xué)模型計算所需的加熱煤氣流量和助燃空氣流

4、量，并對基礎(chǔ)自動化的熱風(fēng)爐燃燒自動控制系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)的設(shè)定。在國外，已經(jīng)使用人工智能的方式來代替數(shù)學(xué)模型，如日本川崎鋼鐵公司就開發(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)來取代數(shù)學(xué)模型。設(shè)計方案：高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)的基本組成：高爐本體、儲礦槽、出鐵場、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、水處理和制煤粉車間）等組成.研究內(nèi)容：1.設(shè)計高爐熱風(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、停止以及過程參數(shù)（如：包括高爐本體數(shù)百項溫度、壓力、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，上料過程、布料過程的模擬盤、熱風(fēng)

5、爐轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)換等）的檢測、報警、聯(lián)鎖系統(tǒng)。2.設(shè)計、實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)回路的連續(xù)控制和邏輯控制功能。3.對各種參數(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)行實時、歷史趨勢記錄，生成班、日、月統(tǒng)計表。研究目標(biāo)：1.在上位機實現(xiàn)高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)的自動控制、手動控制及就地顯示。2.系統(tǒng)采用分布I/O方式，設(shè)計實現(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)間的數(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、提高效率因此，高爐熱風(fēng)爐自動控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(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。1.2高爐煉鐵

6、生產(chǎn)工藝流程現(xiàn)代大型高爐車間生產(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、儲礦槽、出鐵場、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：循環(huán)泵堆存待用瓦斯泥澄清水煤氣用戶瓦斯灰堆存鐵水原燃料高爐爐渣煤氣渣場水淬碎石鋪路，注混凝土水泥混合材料鑄鐵提釩煉鋼重力除塵煤氣燒結(jié)礦配料水洗滌塔含塵廢水圖1高爐工藝流程圖1.3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)

7、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、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、熱風(fēng)爐及一系列管道和閥門等，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，以滿足用戶對煤氣質(zhì)量的要求。（4）渣鐵處理系統(tǒng)：包括出鐵場、開鐵口機、堵渣口機、爐前吊車、鐵水罐車及水沖渣設(shè)備等，主要任務(wù)是及時處理高爐排放出的渣、鐵，保證高爐生產(chǎn)正?；M(jìn)行。（5）噴吹燃料系統(tǒng)：包括原料的儲存、運輸、煤粉的制備、收集及煤粉噴吹等

8、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)2.1高爐操作的計算機控制2.1.1計算機控制系統(tǒng)的配置高爐計算機控制的范圍日益擴大，采用多臺計算機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)前計算機配置的主流。主要配置形式有兩種:多級系統(tǒng)一般采用兩級計算機系統(tǒng)，即由過程計算機和局部控制系統(tǒng)組成。局部控制級由控制微機或可編程控制器(PLC)及檢測元件、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。過程計算機則擔(dān)負(fù)數(shù)模計算，并與原料和煉鋼聯(lián)系，建立大容量數(shù)據(jù)庫，集中顯示，監(jiān)視局部控制及操作，完成對高爐的總體控制。寶鋼1號高爐即

9、為此類計算機系統(tǒng)配置。分布系統(tǒng)不設(shè)過程計算機而將其功能分散到各個以微機為中心的局部網(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。臺灣鋼鐵公司3號高爐采用這種計算機系統(tǒng)，稱為WBt'F系統(tǒng)。2.1.2計算機控制的職能高爐計算機控制的職能如下:（1）原料準(zhǔn)備及運輸:的原料場堆、取料機控制監(jiān)視其工作狀態(tài)和位置，計算收、支庫存量及打印清單等。1) 礦槽控制礦槽貯料分配及槽存情況，水分測量，物料稱量及補正，配料計算及高爐裝料控制等。原料來自原料場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

10、面高度測量。 4) 原料和裝料情況顯示及報表打印。（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，即噴吹量控制及噴吹系統(tǒng)運行控制。 4) 出鐵控制，即出鐵量控制、渣鐵溫度測量，出鐵場除塵控制，5) 高爐過程(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)計算，各冶煉模型計算。（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算。（4）高爐煤氣系統(tǒng)控制:1) 爐頂壓力

11、控制與調(diào)整; 2) 余壓發(fā)電控制; 3) 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，即冷卻系統(tǒng)漏水檢測、報警等。2.1.3計算機的特點和控制方法高爐過程極為復(fù)雜，它不僅是氣、固、液三相聞的傳熱、傳質(zhì)、動量傳遞和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程的逆流反應(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。此外，各種因索的變化影響具有很長的延遲特性，更增加了控制的難度。把高爐作為恒穩(wěn)態(tài)對象來控制并不成功，采用功態(tài)控制和動態(tài)模型是當(dāng)前的主要方向?？刂聘郀t

12、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，如稱量補正、水分補正、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)果對預(yù)想不到的因素或前饋控制不住的因素變化進(jìn)行反饋控制。2.2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臺助燃風(fēng)機和1座液壓站組成。每座熱風(fēng)爐安裝了11臺閥門，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)、

13、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。冷風(fēng)充壓閥熱風(fēng)閥高爐煤氣切斷閥2高爐煤氣調(diào)節(jié)閥2助燃空氣燃燒閥2冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥熱風(fēng)爐MMM助燃空氣管熱風(fēng)管煤氣管冷風(fēng)總管M煤氣管助燃空氣管廢氣管助燃空氣燃燒閥1煙道閥冷風(fēng)閥廢氣閥M高爐煤氣燃燒閥2高爐煤氣切斷閥1高爐煤氣調(diào)節(jié)閥1高爐煤氣燃燒閥1助燃空氣調(diào)節(jié)閥1助燃空氣調(diào)節(jié)閥2圖2熱風(fēng)爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3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)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

14、室里燃燒煤氣，高溫廢氣通過格子磚并使之蓄熱，當(dāng)格子磚充分加熱后，熱風(fēng)爐就可以改為送風(fēng)，此時有關(guān)燃燒各閥關(guān)閉，送風(fēng)各閥打開，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，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，兩座在加熱兩座在送風(fēng)。2.4熱風(fēng)爐控制功能本系統(tǒng)根據(jù)工藝要求，對熱風(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。并對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行趨勢記錄，對煤氣流量和冷風(fēng)流量進(jìn)行計算，同時提供必要的電氣聯(lián)鎖信號。 熱風(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

15、燃燒室內(nèi)燃燒。燃燒廢氣通過烘頂后進(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?？諝獗患訜幔x開熱風(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)爐荷熱過程的調(diào)節(jié)控制和設(shè)計值計算即監(jiān)視控制等。熱風(fēng)爐順控和換爐操作：由來自控制系統(tǒng)的熱風(fēng)爐換爐邏輯

16、中的順序開始指令執(zhí)行，液壓和電動閥門按要求的位置順序動作，具有用于操作者的狀態(tài)指示和報警。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)爐公共部分的項目均包含在此設(shè)備組中。2.5熱風(fēng)爐自動控制系統(tǒng)及其控制方案2.5.1熱風(fēng)爐工藝流程及工藝控制要求1.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2.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，通過熱風(fēng)爐煤氣管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)

17、生熱煙氣使熱風(fēng)爐蓄熱；熱風(fēng)爐處于燃燒狀態(tài)時，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，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，其冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥、冷風(fēng)充壓閥等處于開啟狀態(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，為保持溫度，熱風(fēng)爐所有的閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)。3.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)換過程定義為換爐過程。在熱風(fēng)爐的操作過程中最基本的工作過程是換爐。換爐時，應(yīng)保證整

18、個熱風(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：燃燒 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1.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)行比較來控制風(fēng)機前的吸風(fēng)管上的百葉窗式調(diào)節(jié)閥的開度,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、壓力檢測和控制(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。燃燒控制得好壞將直接影響熱風(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

19、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,靠混風(fēng)閥混冷風(fēng)來調(diào)節(jié)熱風(fēng)總管風(fēng)溫,當(dāng)使用輔助工作制時,由于此時為兩燒兩送,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)溫度和富氧自動控制、送風(fēng)濕度控制。2.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。2.5.3熱風(fēng)爐燃燒過程控制 1.熱風(fēng)爐的燃燒過程及控制熱風(fēng)爐燃燒控

20、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()和高爐煤氣(),兩種燃料進(jìn)入熱風(fēng)爐燃燒室后,在燃燒混合器內(nèi)進(jìn)行混合,再與助燃空氣一起通過陶瓷燒嘴進(jìn)行燃燒。熱風(fēng)爐的燃燒時間約為110min左右。燃燒時，爐體溫度達(dá)1050度左右，拱頂溫度最高不得超過1350度。熱風(fēng)爐燃燒控制通過調(diào)節(jié)煤氣和助燃空氣流量以及兩者之間的比值（空燃比）來實現(xiàn)。完善的基礎(chǔ)自動化對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)爐來說,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。熱風(fēng)爐的燃燒過程如圖所示，它分為加熱期和蓄熱期。在加熱期內(nèi)，在限

21、定燃燒時間和熱風(fēng)爐拱頂溫度后,應(yīng)盡量縮短達(dá)到規(guī)定拱頂溫度的時間,即縮短加熱期,這樣可以使蓄熱期延長,使熱風(fēng)爐內(nèi)存儲較多的熱量,降低送風(fēng)時風(fēng)溫的波動。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規(guī)定的界限(圖2-3中350),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解決這個問題，而煤氣量的減少會導(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題。燃燒期蓄熱期 t煙氣溫度煤氣流量助燃空氣量拱頂溫度350280圖4熱風(fēng)爐燃燒過程原理圖下面

22、分別介紹幾種具有代表性的熱風(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)值來控制COG量，以廢氣溫度為目標(biāo)值來控制BFG量。 圖5 配三孔燃燒器外燃式熱風(fēng)爐燃燒控制COG/BFG之間的比率和兩種煤氣與助燃空氣的比率可由計算機根據(jù)數(shù)學(xué)模型演算的結(jié)果來設(shè)定，當(dāng)計算機故障或停運時，可由手動設(shè)定器來進(jìn)行人工設(shè)定。燃燒控制以BFG流量為主導(dǎo)，根據(jù)燃燒模型計算熱風(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，再從其中減去溫度調(diào)節(jié)器額輸出后，作為最終設(shè)定值。COG量I01的 設(shè)定值可由下式求出；I01n1I1- 式中；n1-COG/BFG比率；I1-BFG流量

23、信號；-拱頂溫度調(diào)節(jié)器的輸出信號。 助燃空氣流量ICE應(yīng)為燃燒COG和BFG所需助燃空氣量之和。燃燒BFG所需空氣量I02為；I02n2I1 式中； n2-燃燒BFG的空燃比；I1-BFG流量信號；I02-比率設(shè)定器的輸出信號 燃燒COG和BFG之和所需的空氣量為； I03n3I2+ I02 式中； n3-燃燒COG的空燃比；I1-COG流量信號；I03-空氣流量的設(shè)定信號 由于空氣流量的設(shè)定值要根據(jù)COG和BFG的流量來確定，在燃燒初期建立空氣流量時只有煤氣量先行，煤氣量先行會冒黑煙，為了不因煤氣先行冒黑煙，在系統(tǒng)中設(shè)置空氣流量初期開度設(shè)定器。2) 配兩孔燃燒器的熱風(fēng)爐燃燒控制（圖 6）。燃

24、燒初期，煤氣和空氣流量按比率設(shè)定器所設(shè)定的空燃比進(jìn)行燃燒；I01n1I1 + 式中；n1-空燃比；I1-煤氣流量信號；I01-空氣控制器的設(shè)定信號 -拱頂溫度控制器的輸出信號。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)定值時值增加，隨之I01也增加，即加大空氣流量來使拱頂溫度保持一定值。燃燒初期，利用溫度偏差監(jiān)視器開關(guān)信號將調(diào)節(jié)器置于手動狀態(tài)，從燃燒初期過渡到蓄熱期時，拱頂溫度進(jìn)入偏差監(jiān)視器的設(shè)定值時（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），監(jiān)視器的接點斷開設(shè)定器使拱頂溫度調(diào)節(jié)器由手動轉(zhuǎn)為自動。當(dāng)燃燒進(jìn)入蓄熱飽和區(qū)時，即廢氣溫度升至監(jiān)視器的設(shè)定值，其接點將廢氣溫度調(diào)節(jié)器由手動轉(zhuǎn)為

25、自動。由于調(diào)節(jié)器的反作用，其輸出隨廢氣溫度的上升而減小，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值后就開始減小煤氣量，隨之空氣流量亦自動按比例減小。2.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)閥一個初期開度以防止煤氣先行而冒黑煙。同時為避免燃燒一開始，就有大量的煤氣流量產(chǎn)生，所以需給煤氣流量調(diào)節(jié)閥一個初期開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度設(shè)定單元及空氣初期開度設(shè)定單元，同時將廢氣溫度模糊調(diào)節(jié)單元、空燃比模糊設(shè)定單元設(shè)為手動。拱頂溫度開始迅速上升，當(dāng)檢測拱頂溫度上升到接近要求溫度時，將空燃比模糊設(shè)定單元置成自動，檢測到的

26、煤氣流量經(jīng)煤氣流量模糊調(diào)節(jié)單元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)定值與檢測到的空氣流量實際值進(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，通過低選單元獲得煤氣流量給定值，與檢測到的煤氣流量進(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，保證通過廢氣溫度模糊調(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，通過調(diào)節(jié)煤氣流量的大小使廢氣溫度控制在350內(nèi)，當(dāng)廢氣溫度達(dá)到

27、350時，發(fā)出燃燒完悶爐信號，熱風(fēng)爐轉(zhuǎn)悶爐狀態(tài)。空氣流量檢測煤氣流量檢測空氣流量調(diào)節(jié)閥煤氣流量調(diào)節(jié)閥廢氣溫度調(diào)節(jié)單元煤氣流量設(shè)定單元空燃比設(shè)定單元低選單元運算單元煤氣流量調(diào)節(jié)單元空氣流量調(diào)節(jié)單元煤氣初期開度設(shè)定單元空氣初期開度設(shè)定單元廢氣溫度檢測拱頂溫度檢測圖7熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)框圖3.燃燒控制器設(shè)計 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)計的控制器包括兩個部分: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280時，廢氣溫度控制器投入自動。(1) 最佳空燃比控制器最佳空燃比

28、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。(2) 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1.混風(fēng)溫度控制要求(1)混風(fēng)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1000，不能出現(xiàn)大的波動,如圖2-5所示。開始送風(fēng)時風(fēng)溫較高，將控制回路置為手動，預(yù)置一個較大地開度，送入較多的冷風(fēng)。風(fēng)溫達(dá)到可以使用PID調(diào)節(jié)時，轉(zhuǎn)換為自動，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。圖8溫度控制要求2.混風(fēng)溫度控制系統(tǒng)的主要參數(shù)（1） 熱風(fēng)爐風(fēng)溫對象傳遞函數(shù)：（2） 要求控制風(fēng)溫：1000左右可設(shè)定（3） 要求控制風(fēng)溫在±10C&

29、#176;（4） 新爐送風(fēng)時，相當(dāng)產(chǎn)生t=20C°的擾動。3.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)過一段時間后，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。HC2008-SEG1HS2HS3HS4HSMZI2008TIC2008SEQ 高爐 圖9熱風(fēng)爐溫度控制系統(tǒng)工1HS-4HS -1-4號熱風(fēng)爐，SEQ順序控制程序，ZI-閥位指示， M-電動調(diào)節(jié)閥 HC-手動控制輸出, TIC-溫度PID控制送風(fēng)溫度控制通過調(diào)節(jié)混風(fēng)閥的開度來控制往熱風(fēng)中送入的冷風(fēng)，來控制送風(fēng)溫度。為安全起見，在送

30、風(fēng)管道上安裝有兩只熱電偶，選擇其中之一作為測量值。送風(fēng)溫度控制設(shè)計為PID控制回路，以確保較高精度的控制。 為了補償新的爐送風(fēng)時風(fēng)溫較高，可在新爐送風(fēng)時，將控制回路置為手動，預(yù)置一個較大地開度，送入較多的冷風(fēng)，然后設(shè)置為自動進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。4.混風(fēng)溫度控制的實現(xiàn)根據(jù)控制需要，將 PID功能塊與邏輯控制相結(jié)合，可適應(yīng)各種控制回路。所以利用SFC很容易實現(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候，對各個熱風(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

31、轉(zhuǎn)為燃燒狀態(tài)。結(jié)束退出？置PID回路自動置初始開度PID回路手動？PID調(diào)節(jié)置手動有新爐送風(fēng)？開始混風(fēng)全自動？開始圖10熱風(fēng)爐混風(fēng)溫度控制系統(tǒng)的工作流程5熱風(fēng)溫度自動控制圖從鼓風(fēng)機來的風(fēng)溫大約150200，經(jīng)過熱風(fēng)爐的風(fēng)溫可高于1300，而高爐所需的熱風(fēng)溫度約為10001250，且需溫度穩(wěn)定。單爐送風(fēng)時，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，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設(shè)定器，以避免在換爐時出現(xiàn)過高的風(fēng)溫，預(yù)先打開混風(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，用一臺風(fēng)溫控制器切換工作，不送風(fēng)的熱風(fēng)爐，其混風(fēng)調(diào)節(jié)閥的開

32、度由手動設(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)時調(diào)節(jié)兩個爐子的冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥以改變兩個爐子的輸出熱風(fēng)量的比例即可維持規(guī)定的風(fēng)溫（圖 3）在冷并聯(lián)時，兩個爐子的冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥全開，和單爐送風(fēng)類似控制混風(fēng)管道的混風(fēng)調(diào)節(jié)閥閥開度改變混入冷風(fēng)量以保持風(fēng)溫穩(wěn)定。圖11 熱風(fēng)溫度自動控制系統(tǒng)（a）帶公共混風(fēng)閥的單爐送風(fēng)；(b)每個熱風(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)溫度和富氧自動控制兩者均是串級控制系統(tǒng)。即各自有一個流量自動控制回路，而其定值則由總風(fēng)量經(jīng)過比率設(shè)定器來設(shè)定，即噴入蒸汽量和氧量與風(fēng)量成比例。對于濕度，

33、冷風(fēng)管道還裝有氯化鋰溫度計和濕度控制器MIC相連。單濕度偏離規(guī)定值時則修正蒸汽控制系統(tǒng)以保持鼓風(fēng)中溫度恒定。圖12 冷風(fēng)溫度和富氧自動控制2.56送風(fēng)濕度控制濕度控制的儀表流程如圖4所示。濕度檢測裝置包括氯化鋰及其恒溫箱，氣樣處理系統(tǒng)以及絕對濕度變換器等。變換器的輸入信號為探頭的阻值變化，輸出信號為420mA直流電流或15V直流電壓。圖13 送風(fēng)濕度控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)一般為串級配比方式，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IB經(jīng)阻尼器后在比例設(shè)定器RB中進(jìn)行如下運算后輸出信號IS作為蒸汽流量調(diào)節(jié)器的外設(shè)定值：

34、ISnIB+ 式中 IB風(fēng)量信號； n比值系數(shù)； 濕度調(diào)節(jié)器的輸出信號（RB的外偏置）； RB的內(nèi)偏置系數(shù)n可在0.11.0的范圍內(nèi)變更，而 可在-1000+100內(nèi)設(shè)定。由于系統(tǒng)處于平衡時濕度調(diào)節(jié)器的輸出為50（12 mA），此時為了使IS和IB配比不受的影響，故需將 設(shè)定為-50。由于濕度調(diào)節(jié)回路的時間常數(shù)大，為防止調(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）來自動算出濕度的計算值，并與濕度計的實測值相比較，如差值過大則發(fā)出報警信號。三 系統(tǒng)的基本配置3.1高爐煉鐵的基礎(chǔ)自動化為實現(xiàn)煉鐵生產(chǎn)工藝的自動化目標(biāo)，人

35、們不斷推進(jìn)著煉鐵過程的基礎(chǔ)自動化和計算機的應(yīng)用。在組成煉鐵工藝流程的各控制子工序中，已經(jīng)實現(xiàn)基礎(chǔ)自動化的工序有：（1）槽下配料系統(tǒng)的稱量與配料過程的計算機自動化控制；（2）卷揚上料系統(tǒng)的上料、布料過程的計算機自動化控制；（3）噴吹媒粉的計算機自動化控制；（4）熱風(fēng)爐燃燒過程與送風(fēng)的計算機自動化控制；（5）爐前出鐵作業(yè)的機械化、自動化；（6）高爐值班室用PLC或DCS計算機系統(tǒng)取代高爐儀表，實現(xiàn)工藝參數(shù)的集中監(jiān)控。在傳統(tǒng)煉鐵工藝中，工長是通過幾十塊高爐儀表來監(jiān)控?zé)掕F過程的。它包括高爐本體數(shù)百項溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)的監(jiān)測，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)的檢測控制以及

36、上料過程、布料過程的模擬盤等，高爐值班室應(yīng)用計算機取代高爐儀表后，實現(xiàn)了高爐本體參數(shù)、槽下配料稱量系統(tǒng)、卷揚上料布料系統(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PC機集中顯示各種監(jiān)控畫面、趨勢圖與模擬圖的應(yīng)用，使計算機比儀表能夠更直接、更形象、更可靠的反映了高爐過程的動態(tài)變化特征。3.2高爐自動化控制范圍高爐自動化控制范圍分以下兩個部分：（1）PLC1系統(tǒng)：包括槽下PLC（2）PLC2系統(tǒng)：包括本體PLC（3）PLC3系統(tǒng)：熱風(fēng)PLC及除塵PLC說明：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

37、：干法除塵設(shè)備，各箱體閥門及儀表檢測控制設(shè)備3.3高爐自動化控制的主要功能高爐電氣傳動及自動化控制系統(tǒng)主要完成各種工藝設(shè)備啟動停止以及過程參數(shù)的檢測、報警、聯(lián)鎖、PID調(diào)節(jié)回路的連續(xù)控制和邏輯控制，并對各種參數(shù)進(jìn)行實時、歷史趨勢記錄，生成班、日、月統(tǒng)計報表。3.4高爐自動化系統(tǒng)基本配置高爐自動化系統(tǒng)采用分布I/O方式，實現(xiàn)PLC與擴展機架、遠(yuǎn)程站之間的數(shù)據(jù)通訊，工業(yè)Ethernet網(wǎng)實現(xiàn)PLC相互之間，PLC與計算機操作站（OS系統(tǒng)）之間的數(shù)據(jù)交換和通訊。高爐自動化系統(tǒng)組成包括（一座高爐）：4套PLC： 1PLC-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)；4P

38、LC-布袋除塵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的采集。6套上位機和一個工程師站：OS1、OS2-槽下及卷揚和爐頂操作站、OS3、OS4-高爐本體操作站預(yù)留工程師站接口、OS5、OS6-高爐熱布操作站、OS7-工程師站。3.5配置方案（1）高爐自動化硬件基本配置：高爐自動化系統(tǒng)PLC分別采用西門子公司S7系列產(chǎn)品，CPU選用6ES7400系列， I/O模板采用24V配電模板。所有上位機操作站均采用研華工業(yè)控制計算機，工控機具體配置 P4/2.0G/512M/80G/52XCD/1.44M,顯示器為22"CRT顯示器。上位機操作站、工程師

39、站操作系統(tǒng)均采用微軟公司的Windows2000操作系統(tǒng)；自動化編程，過程控制軟件采用STEP7 5.3；前端開發(fā)軟件采用WINCC6.0。（2）高爐電氣傳動基本配置：高爐電氣傳動系統(tǒng)中主卷揚采用施奈德公司ATV71系列產(chǎn)品；布料器傾動采用ATV-58HU90N4變頻器、溜槽旋轉(zhuǎn)電機采用施奈德公司ATV-58HD16N4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隔離繼電器采用OMROM產(chǎn)品；自動化系統(tǒng)配置的UPS電源，采用山特UPS電源；其他元件選用國內(nèi)外較高質(zhì)量產(chǎn)品；3.6網(wǎng)絡(luò)組成（1）Ethernet網(wǎng)絡(luò)，Ethernet網(wǎng)絡(luò)是工廠級智能自動化相互

40、通訊的解決方案。主要實現(xiàn)各個PLC相互之間，PLC與計算機操作站（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ERP系統(tǒng)連接，實現(xiàn)公司級的自動化管理。（2）PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場設(shè)備之間通訊的經(jīng)濟的解決方案。主要實現(xiàn)PLC與遠(yuǎn)程ET200M站之間的數(shù)據(jù)通訊，這樣即保證了系統(tǒng)運行的可靠性，又可以節(jié)省大量的控制電纜，為用戶節(jié)省投資。3.7高爐專用檢測儀表由于高爐是密閉機組，故監(jiān)測儀表是至關(guān)重要的。高爐檢測儀表和傳感器大致分為；（1）檢測高爐排出的氣體成分、溫度、壓力等的常規(guī)傳感器，（2）檢測爐頂處裝入原料的分布、溫度、壓力和氣體的成分等傳感

41、器；（3）檢測爐喉處的原料、氣體的流動、溫度、壓力、成分等傳感器；（4）檢測爐腹-風(fēng)口部位的焦炭、熔融物、氣體的流動、溫度、壓力、成分等傳感器；（5）檢測渣、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)用廉價原料；第三，要減輕煉鋼過程的負(fù)擔(dān)而需生產(chǎn)低硅生鐵；因此，對今后高爐儀表和傳感器的要求不可缺少的是要迅速測出高爐內(nèi)的動態(tài)狀態(tài)，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價。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，許多檢測還未解決。故儀表和傳感器今后的工作是；（1）

42、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，要強化支持機構(gòu)（維護部門）；（3）開發(fā)新的傳感器，特別是測量爐子內(nèi)部的傳感器。高爐常用的監(jiān)測儀表及其作用如下:（1）熱風(fēng)壓力計 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，熱風(fēng)壓力曲線穩(wěn)定，波動微小，并與風(fēng)量相對應(yīng);爐溫向熱時，風(fēng)壓升高，風(fēng)量減少;向涼時則相反。氣流失常，爐況不順時，風(fēng)壓劇烈波動。（2）風(fēng)量計 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，風(fēng)量與風(fēng)壓的波動都微小;不正常

43、時則此消彼長。（3）護頂壓力計 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，表示護內(nèi)邊緣或中心氣流過分發(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。崩料時基線波動劇烈;懸料時基線值降低甚至趨近于零。將爐頂壓力與風(fēng)壓兩相對照，更能判明問題。高爐高壓操作時，爐頂壓力值對判斷爐況的作用減少。 爐頂壓力計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 在高爐不同高度測量爐身靜壓力，可以較早得知爐況變化，并能較準(zhǔn)確判斷局部管道和懸料位置，以便及時采取措施?，F(xiàn)代高爐一般在35個水平面上裝設(shè)24個取壓口以測量爐身靜壓力，為推斷軟熔帶位置也可在高爐上設(shè)置多層取壓平面。

44、爐身靜壓力檢測主要困難在于取壓口不可靠，因為該處不僅高溫，多粉塵，且易結(jié)焦堵塞，進(jìn)來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p1減去取壓口至爐內(nèi)的壓力損失p（p的測量方法，可用吹氣時測得的p1值減去關(guān)閉吹氣時測得的p1值即可，用指示針指示儀時可以按此撥零位），測量p1就可以求出爐內(nèi)壓力p，但p將與流過吹掃氮氣流速的平方成比例，故首先必須使吹掃氮氣流量恒定而需設(shè)置恒流閥，這個恒流閥是一個自力式流量調(diào)節(jié)器，流量可任意在30300L/min范圍內(nèi)設(shè)定，進(jìn)氣壓力應(yīng)為0.50.7Mpa。一般氮氣流量可在200300L/min范圍內(nèi)選取，過小，取壓口易于堵塞，過大，測量誤差大

45、。爐身靜壓力計分層安裝在爐身各方位，成為一套靜壓力計組，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)壓尚無變化時，說明該處上部爐料透氣性變壞;若風(fēng)壓也升高，說明該處上、下的透氣性都變壞。較之單憑風(fēng)壓計不僅能提前發(fā)現(xiàn)透氣性變化引起的護缸變化，而且能推測方位和程度。靜壓力計管道堵塞時將產(chǎn)生壓力降低假象。 此外還有壓差計(熱風(fēng)壓力與爐頂壓力之差)，上下部壓差計(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)，透氣性指數(shù)計等，都是將有關(guān)單項監(jiān)測予以綜合的指示儀表。（5）料線檢測現(xiàn)代高爐均裝有25根探尺，裝料時由卷揚機把它提起，檢測時下放或隨料面自然下降，探尺的

46、位移信號經(jīng)自整角機發(fā)送器帶動控制室內(nèi)的自整角機接受器，后者帶動記錄儀表指針進(jìn)行記錄，或帶脈沖發(fā)生器，送DCS進(jìn)行檢測。此外，還設(shè)有另一套自整角機觀測下料速度。由于自整角機接受器有跟隨誤差，為此進(jìn)來采用S/D變換方式，即直接把自整角機轉(zhuǎn)角（料線值）變換成數(shù)字量，指示料線值，經(jīng)時間處理后還可輸出下料速度值，這種儀表還沒有最高最低料線等報警功能。（6）爐頂溫度計測示上升管中的煤氣溫度。從各個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。邊緣氣流過分發(fā)展時溫度帶變寬，中心氣流過分發(fā)展時溫度帶變窄。低料線時爐頂溫度

47、升高，管道行程時各七升管溫差增大，且管道方位的溫度特高。懸料時護頂溫度升高。（7）爐喉溫度計爐況正常時，爐喉各點溫度相近且穩(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，爐喉四周各點溫度差增大，溫度高的方向氣流較強。 （8）爐身溫度計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)測溫元件，其溫度指示的作用與爐身溫度計同，并反映冷卻壁工作情況。（9）爐喉煤氣成分測定爐喉煤氣成分測定一是定時取各半徑上幾個點(常為五點)的煤氣樣，分析一氧化碳:含量，分別按所在半徑上的

48、位置描成曲線，煤氣通過較多處的ca z含量低，煤氣通過較少處的含炭量高，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，煤氣中Hz量明顯增多。 （10） 風(fēng)口前端溫度測量 高爐爐缸熱狀態(tài)難以直接測量，故利用嵌入高爐風(fēng)口前端上部溝槽里的鎳鉻鎳硅鎧裝熱電偶測量風(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)計回歸公式，求出對應(yīng)的風(fēng)口區(qū)域溫度Y。 Y=608.5+6.97X3.8熱風(fēng)爐系統(tǒng)儀表檢測和控制系統(tǒng)的配備本高爐熱風(fēng)爐自動化設(shè)計包括拱頂溫度、爐身溫度、煤氣和空氣預(yù)熱前后的溫

49、度、壓力；煤氣和空氣的流量檢測；冷風(fēng)壓力、流量、溫度檢測等主要參數(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套自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。流量檢測元件及執(zhí)行機構(gòu)對整個控制系統(tǒng)尤為重要，針對雙預(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，高溫空氣流量的檢測引進(jìn)了美國泰克公司生產(chǎn)的矢量流量計。該流量計利用矢量和的原理將探頭的各方向力折算成水平方向來計算流量，并配有溫度補正。助燃空氣用調(diào)節(jié)閥選用了無錫工裝生產(chǎn)的6000J電動高溫蝶閥，工作溫度為650、工作壓力為0.6Mpa、管徑為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)

50、到了良好的密封效果。執(zhí)行機構(gòu)為大連引進(jìn)的西門子電動執(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)儀表均為國內(nèi)配套。（1）油溫檢測： 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、記錄與報警。（2）壓力與差壓檢測：熱風(fēng)、煤氣、冷卻水壓力顯示與報警；冷風(fēng)壓力顯示與報警，當(dāng)冷風(fēng)壓力低于設(shè)定值時，發(fā)出報警信號，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，當(dāng)差壓值小于20Kpa時，發(fā)出開冷風(fēng)閥連鎖信號。煙道閥差壓檢測：當(dāng)差壓值小于20Kp

51、a時，發(fā)出開煙道閥連鎖信號。（3）流量檢測：冷風(fēng)、助燃風(fēng)、煤氣、冷卻水流量顯示與記錄。工藝參數(shù)：壓力檢測點共計 7點壓差檢測點共計 6點流量檢測點共計 4點閥位檢測點共計 18點溫度檢測點共計 12點熱電阻PT100 5點熱電偶K型 4點熱電偶S型 3點3.9高爐自動化儀表的選型（1）常規(guī)模擬儀表在高爐上用的模擬儀表，多采用以集成電路為基礎(chǔ)的電動單元組合儀表。系統(tǒng)各設(shè)備間的聯(lián)絡(luò)信號為國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的420mA直流電流或15V直流電壓信號。差壓、壓力便送器均為二線制，即變送器的電源與信號共用兩根導(dǎo)線。近年來這類變送器的技術(shù)發(fā)展很快，目前普遍采用的有電容式、振弦式及擴散硅式等。其精度在一定范圍為0.

52、20.25級，由于這些型式的變送器內(nèi)除了可動部件，其穩(wěn)定性和精度都比杠桿力平衡式有所提高。 用于高爐控制的調(diào)節(jié)器多為具有特殊功能的，主要有外部自動/手動切換型和積分反饋輸出限幅抗積分飽和型，這些功能適用于間歇過程。 測量流量的裝置有孔板、噴嘴（熱風(fēng)爐燃燒用BFG、COG總管用），橢圓齒輪流量計（重油用），孔板分流式轉(zhuǎn)子流量計（現(xiàn)場指示的水流量用），電磁流量計或旋渦流量計（風(fēng)口冷卻水用）。 測量熱風(fēng)爐燃燒廢氣含氧量用氧化鋯式氧分析儀。 高爐煤氣成分分析，采用兩種類型的氣體分析儀；一種是紅外線式，另一種為氣體色譜儀。前者用于分析爐身探針取出煤氣中的CO、CO2含量，而后者用于分析爐頂煤氣的CO、C

53、O2、H2及N2的含量。 執(zhí)行器主要是油壓和氣動的，驅(qū)動蝶閥的均為油壓式，除蝶閥外為氣動薄膜調(diào)節(jié)閥。（2） 數(shù)字儀表目前國內(nèi)外在高爐上采用數(shù)字儀表，比較成熟的有日本橫河的CENTUNM系統(tǒng)。寶鋼1號高爐用于四套CENTUNM系統(tǒng)，其中一套用于風(fēng)口破損監(jiān)測報警，兩套用于噴吹重油的控制，一套用于高爐各部及熱風(fēng)爐的鐵皮溫度巡回監(jiān)視。3.10系統(tǒng)軟件的組成和功能系統(tǒng)軟件主要由STEP 7 V5.1和WinCC6.0組成: （1） STEP 7編程軟件     針對德國Siemens公司的S7-400系列的可編程控制器,由STEP 7編程軟件進(jìn)行編程完成以下功能:

54、 建立燃燒PID控制器實現(xiàn)煤氣流量和助燃風(fēng)量的閉環(huán)控制。通過對煤氣管道的調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使煤氣流量與PID調(diào)節(jié)器設(shè)定值保持一致;通過調(diào)整助燃風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的開度，使空燃比與設(shè)定值保持一致。熱風(fēng)爐各種狀態(tài)的自動切換。通過檢測熱風(fēng)爐各閥門的開關(guān)反饋情況進(jìn)行判斷，采取必要的控制方式。 采集現(xiàn)場信號。實時采集壓力、溫度、流量、限位狀態(tài)等信號，控制閥門開/關(guān)及報警等。 （2） WinCC組態(tài)軟件監(jiān)控 WinCC組態(tài)軟件監(jiān)控的主要功能: 通過加載相應(yīng)驅(qū)動程序進(jìn)行動態(tài)數(shù)據(jù)嵌入，把現(xiàn)場的數(shù)據(jù)讀入進(jìn)來，進(jìn)行顯示、存儲以及報表打印等功能; 設(shè)定最佳煤氣流量和空燃比，通過WinCC設(shè)計的調(diào)節(jié)器上設(shè)置相應(yīng)的PID參數(shù)及換爐方式等數(shù)據(jù)并下傳PLC; 設(shè)定換爐方式，可以根據(jù)高爐的不同工況，修改熱風(fēng)爐換爐控制自動/手動方。四 PLC配置及S7簡述4.1 PLC配置及功能高爐自動化系統(tǒng)PLC分別采