熱風(fēng)爐燃燒比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化0905班指導(dǎo)教師：工作單位：自動(dòng)化學(xué)院題目:熱風(fēng)爐燃燒比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初始條件：煉鋼高爐采用內(nèi)燃式熱風(fēng)爐,燃燒所采用的燃料為高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣。兩種燃料混合后進(jìn)入熱風(fēng)爐燃燒室,再與助燃空氣一起燃燒,為了使燃燒達(dá)到最高效率，要求燃料和助燃空氣按7％的比值送向熱風(fēng)爐燃燒，使熱風(fēng)溫度達(dá)到1150℃。要求完成的主要任務(wù):了解內(nèi)燃式熱風(fēng)爐工藝設(shè)備繪制內(nèi)燃式熱風(fēng)爐比值控制系統(tǒng)方案圖確定系統(tǒng)所需檢測(cè)元件、執(zhí)行元件、調(diào)節(jié)儀表技術(shù)參數(shù)撰寫系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理及調(diào)節(jié)過程說明書時(shí)間安排1月2日選題、理解課題任務(wù)、要求1月3日方案設(shè)計(jì)1月4日-10日參數(shù)計(jì)算、撰寫說明書1月11日答辯指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日 熱風(fēng)爐燃燒比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的工藝設(shè)備內(nèi)燃式熱風(fēng)爐是將鼓風(fēng)機(jī)送出的冷風(fēng)加熱成熱風(fēng)的設(shè)備，它的原理是借助煤氣燃燒將熱風(fēng)爐格子磚燒熱，然后再將冷風(fēng)通入格子磚。冷風(fēng)被加熱并通過熱風(fēng)管道送往高爐。本次課程設(shè)計(jì)中使用的是雙球形內(nèi)燃式熱風(fēng)爐。傳統(tǒng)內(nèi)燃式熱風(fēng)爐及主要組織部分包括燃燒室和蓄熱室兩大部分，并由爐基、爐底、爐襯、爐箅子、支柱等構(gòu)成。熱風(fēng)爐主要尺寸決定于高爐有效容積、冶煉強(qiáng)度要求的風(fēng)溫。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備工藝，按照配料要求，先把廢鋼等裝入爐內(nèi)，然后倒入鐵水，并加入適量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧氣噴槍從爐頂插入爐內(nèi)，吹入氧氣（純度大于99％的高壓氧氣流），使它直接跟高溫的鐵水發(fā)生氧化反應(yīng)，除去雜質(zhì)。用純氧代替空氣可以克服由于空氣里的氮?dú)獾挠绊懚逛撡|(zhì)變脆，以及氮?dú)馀懦鰰r(shí)帶走熱量的缺點(diǎn)。在除去大部分硫、磷后，當(dāng)鋼水的成分和溫度都達(dá)到要求時(shí)，即停止吹煉，提升噴槍，準(zhǔn)備出鋼。出鋼時(shí)使?fàn)t體傾斜，鋼水從出鋼口注入鋼水包里，同時(shí)加入脫氧劑進(jìn)行脫氧和調(diào)節(jié)成分。鋼水合格后，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以再軋制成各種鋼材。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在煉鋼過程中會(huì)產(chǎn)生大量棕色煙氣，它的主要成分是氧化鐵塵粒和高濃度的一氧化碳?xì)怏w等。因此，必須加以凈化回收，綜合利用，以防止污染環(huán)境。從回收設(shè)備得到的氧化鐵塵粒可以用來煉鋼；一氧化碳可以作化工原料或燃料；煙氣帶出的熱量可以副產(chǎn)水蒸氣。2比值控制系統(tǒng)概述在各種生產(chǎn)過程中，經(jīng)常遇到生產(chǎn)工藝要求兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)成一定的比例關(guān)系，一旦比例失調(diào)，就會(huì)影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。例如在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，要保持送進(jìn)爐膛的風(fēng)量和燃料成一定的比例，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。為此，我們引入比值控制系統(tǒng)。2.1比值控制系統(tǒng)定義在過程控制中，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。通常以保持兩種或幾種物料的流量為一定比例關(guān)系的系統(tǒng)，稱之流量比值控制系統(tǒng)，這種控制方式在化工、制藥領(lǐng)域中大量存在。2.2比值控制原理最常見的比值控制過程是燃燒過程，燃料與空氣要保持一定的比例關(guān)系，才能滿足生產(chǎn)和環(huán)保的要求。通常，在兩個(gè)需要保持一定比例關(guān)系的物料中，一個(gè)是主動(dòng)量或關(guān)鍵量Q1，另一個(gè)是從動(dòng)量或輔助量Q2。Q1與Q2之間的關(guān)系為Q2＝KQ1（2-1）式中，K為比值系數(shù)。因此，只要主副流量的給定值保持比值關(guān)系，或者副流量給定值隨主流量按一定比例關(guān)系而變化即可實(shí)現(xiàn)比值控制。2.3比值控制系統(tǒng)特點(diǎn)比值控制系統(tǒng)的特征:是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上物料保持一定比例關(guān)系。1.主物料，也稱為主動(dòng)量:在要保持一定比例關(guān)系的物料中，把起主導(dǎo)作用的物料，稱為主物料（主動(dòng)量），因?yàn)樵谶^程控制中經(jīng)常保持比例的參數(shù)是流量，故常用Q1表示。2.從物料，也稱為從動(dòng)量:另一種隨主物料的變化而成比例地變化的物料稱為從物料（從動(dòng)量），常用Q2表示。2.4比值控制系統(tǒng)的類型根據(jù)生產(chǎn)過程中工藝容許的負(fù)荷、干擾、產(chǎn)品質(zhì)量等要求不同，實(shí)際采用的比值控制方案也不同。比值控制系統(tǒng)按比值的特點(diǎn)可分為定比值和變比值控制系統(tǒng)。比值控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為簡(jiǎn)單比值和復(fù)雜比值控制系統(tǒng)。凡構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)以下的比值控制系統(tǒng)稱為簡(jiǎn)單比值控制系統(tǒng)；凡構(gòu)成兩個(gè)閉環(huán)以上的比值控制系統(tǒng)稱為復(fù)雜比值控制系統(tǒng)。比值控制系統(tǒng)可籠統(tǒng)分為：開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、串級(jí)比值控制系統(tǒng)等。2.4.1開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的比值控制系統(tǒng)，其中FT為檢測(cè)變送器，F(xiàn)C為比值控制器。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，兩物料的流量滿足比值關(guān)系。當(dāng)從動(dòng)量受到外界干擾（如溫度、壓力擾動(dòng)）波動(dòng)時(shí)，由于是開環(huán)控制，沒有調(diào)節(jié)從動(dòng)量自身波動(dòng)的環(huán)節(jié)，也沒有調(diào)整主動(dòng)量的環(huán)節(jié)，故兩種物料的比值關(guān)系很難保持不變，系統(tǒng)對(duì)此無能為力。2.4.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是在開環(huán)比值控制系統(tǒng)上增加對(duì)副物料的閉環(huán)控制回路，用以實(shí)現(xiàn)主、副物料的比值保持不變。該系統(tǒng)能確保主、副兩個(gè)流量的比值不變，同時(shí)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)又較簡(jiǎn)單，方案實(shí)現(xiàn)起來方便,僅用一臺(tái)比值器或比例調(diào)節(jié)器即可，但是無法控制主物料的流量不變，因此，對(duì)生產(chǎn)過程的生產(chǎn)能力沒有進(jìn)行控制。2.4.3雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為了克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中主動(dòng)量不受控制而產(chǎn)生的系統(tǒng)生產(chǎn)能力“失控”狀況，在單閉環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，對(duì)主動(dòng)量也設(shè)置了一個(gè)閉環(huán)回路，構(gòu)成對(duì)主、副物料流量都進(jìn)行控制的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。雙閉環(huán)控制中，主動(dòng)量控制回路是一定值控制系統(tǒng)，而從動(dòng)量控制回路是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。和單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)：控制系統(tǒng)更為穩(wěn)定、系統(tǒng)更易于調(diào)節(jié)。2.4.4串級(jí)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制是實(shí)現(xiàn)兩種物料流量間的定比值控制，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中其比值系數(shù)是不變的。在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個(gè)參數(shù)的需要而變化，為此可以設(shè)計(jì)成串級(jí)比值控制系統(tǒng)。在串級(jí)比值控制系統(tǒng)中流量比值是用第三個(gè)參數(shù)來自動(dòng)校正的。流量比值只是一個(gè)控制手段，不是最終目的。主參數(shù)往往是衡量質(zhì)量的最終指標(biāo)，因此這種系統(tǒng)對(duì)比值的要求大為降低，具有按主參數(shù)反饋?zhàn)詣?dòng)校正比值系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。3熱風(fēng)爐燃燒比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為了使燃燒達(dá)到最高效率，要求燃料和助燃空氣按7％的比值送向熱風(fēng)爐燃燒，使熱風(fēng)溫度達(dá)到1150℃。為了同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，需要在比值控制的基礎(chǔ)上再通過串級(jí)控制使熱風(fēng)溫度達(dá)到1150℃。在此以拱頂溫度為主被控對(duì)象，煤氣流量為副被控對(duì)象；主被控參數(shù)的信號(hào)送往主控制器控制煤氣切斷閥的開度，同時(shí)副被控參數(shù)的檢測(cè)信號(hào)乘以一定的系數(shù)作比值調(diào)節(jié)器基準(zhǔn)，其輸出值作為助燃風(fēng)流量流量給定，控制助燃風(fēng)支管流量調(diào)節(jié)閥門的開度，實(shí)現(xiàn)煤氣量和空氣量的最佳配比。3.1熱風(fēng)爐燃燒比值控制系統(tǒng)原理圖本次課程設(shè)計(jì)中采用比值控制系統(tǒng)中的串級(jí)比值控制系統(tǒng)來設(shè)計(jì)所需系統(tǒng)，以拱頂溫度作為主被控對(duì)象，煤氣流量作為副被控對(duì)象，然后再通過比值調(diào)節(jié)器控制助燃風(fēng)支管流量調(diào)節(jié)閥門的開度，從而實(shí)現(xiàn)煤氣量與空氣量的比值控制。熱風(fēng)爐燃燒比值控制系統(tǒng)的原理圖如圖3-1所示。圖3-1熱風(fēng)爐燃燒比值控制系統(tǒng)原理圖在圖3-1中，F(xiàn)1T與F2T是流量變送器，用于檢測(cè)物料流量的；F1C和F2C是流量控制器，用于對(duì)燃料的流量進(jìn)行控制；TC是溫度控制器，用于控制溫度的；TT是溫度變送器，用于檢測(cè)內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的熱風(fēng)的溫度。通過各個(gè)器件的相互配合來實(shí)現(xiàn)本次課程設(shè)計(jì)的要求。3.2熱風(fēng)爐燃燒比值控制系統(tǒng)方框圖熱風(fēng)爐燃燒比值控制系統(tǒng)的方框圖如圖3-1所示。圖3-2熱風(fēng)爐燃燒比值控制系統(tǒng)方框圖在此拱頂溫度控制系統(tǒng)中，以拱頂溫度為主被控對(duì)象，煤氣流量為副被控對(duì)象；主被控參數(shù)的信號(hào)送往主控制器控制煤氣切斷閥的開度，同時(shí)副被控參數(shù)的檢測(cè)信號(hào)乘以一定的系數(shù)作比值調(diào)節(jié)器基準(zhǔn)，其輸出值作為助燃風(fēng)流量流量給定，控制助燃風(fēng)支管流量調(diào)節(jié)閥門的開度，實(shí)現(xiàn)煤氣量和空氣量的比值控制?？梢?，串級(jí)控制與比值控制的結(jié)合可以很好地同時(shí)滿足溫度的控制與物流流量間的比值的控制。在應(yīng)用中常需要兩種或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系，比例一旦失調(diào)，將影響生產(chǎn)或造成事故。例如，在煤氣燃燒過程中，要求煤氣與助燃空氣按一定配比供入燃燒室。若助燃空氣輸入不足，煤氣得不到充分燃燒，降低了燃燒效率，造成能源浪費(fèi)，環(huán)境污染，還有可能導(dǎo)致環(huán)境中大量煤氣積存而成為事故隱患；若助燃空氣過量，過?？諝庥謱⒋罅繜崃恳詮U氣形式排放，造成熱能的大量浪費(fèi)。4控制器的選擇4.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇由于本次課程設(shè)計(jì)選用的是熱風(fēng)爐，選擇流量控制器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而通過對(duì)燃料與空氣的物料比值的實(shí)時(shí)控制來控制內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的熱風(fēng)的溫度，熱風(fēng)的溫度才是最終的被控參數(shù)。PLC控制器輸出的數(shù)字量經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成劉控制器可識(shí)別的模擬電壓信號(hào)后，根據(jù)不同的電流值，再通過相應(yīng)的模塊輸出相應(yīng)的電壓值來控制電阻絲兩端的電壓值，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。4.2微型計(jì)算機(jī)的選擇工業(yè)中常用的控制器有工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、單片機(jī)和可編程控制器等。與其它幾種控制器相比較，可編程控制器是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與繼電器邏輯控制概念而開發(fā)的一代新型工業(yè)控制器，是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它可以取代傳統(tǒng)的繼電器完成開關(guān)量的控制，比如，將行程開關(guān)、按鈕開關(guān)、無觸點(diǎn)開關(guān)或敏感元器件作為輸入信號(hào)，輸出信號(hào)可控制電動(dòng)閥門、開關(guān)、電磁閥和步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。工業(yè)控制采用PLC，顯示了突出的優(yōu)越性，因它可對(duì)用戶提出的生產(chǎn)控制要求和意見，能方便地在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行程序修改和調(diào)試，使系統(tǒng)的靈活性大大增強(qiáng)。內(nèi)部的軟繼電器使系統(tǒng)在控制中能嚴(yán)格地起到互鎖作用，增加了系統(tǒng)的可靠性，簡(jiǎn)化設(shè)備，維修方便。而且，隨著PLC的發(fā)展，在硬件、軟件方面都會(huì)有更先進(jìn)的計(jì)數(shù)出現(xiàn)。針對(duì)系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析各控制器的優(yōu)缺點(diǎn)，采用PLC作為本次設(shè)計(jì)的控制器。具體比較如下：首先，PLC和PC控制相比,具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)對(duì)低端應(yīng)用,PLC具有極大的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì).工控機(jī)的價(jià)格較高,將它用于小型開關(guān)量控制系統(tǒng)以取代繼電器控制,無論是在體積和價(jià)格上都很難接受,可靠性也遠(yuǎn)不如PLC。(2)PLC的可靠性無可比擬,故障停機(jī)時(shí)間最少.基本W(wǎng)indowsNT/2000/XP操作系統(tǒng)的IPC控制系統(tǒng),在實(shí)時(shí)任務(wù)處理,長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,抗病毒和惡意攻擊等方面還存在較大的問題.IPC控制系統(tǒng)在可靠性和安全性等方面還未獲得廣泛的認(rèn)同。(3)PLC是專為工廠現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)的,結(jié)構(gòu)上采取整體密封或插件組合型,對(duì)印制板,電源,機(jī)架,插座的制造和安裝,均采取了嚴(yán)密的措施。(4)PLC是使用專門為工業(yè)設(shè)計(jì)的編程語言,這些語言簡(jiǎn)單易學(xué).工控機(jī)如果用VB,VC等語言來編程,需要花更多時(shí)間來學(xué)習(xí),編程的效率也沒有PLC高.如果使用Windows操作系統(tǒng)，其穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如PLC,時(shí)間控制精度也較差。(5)與PC機(jī)發(fā)展太快相比,PLC產(chǎn)品可以長(zhǎng)期供貨,并提供長(zhǎng)期的技術(shù)支持。(6)PLC有龐大的有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員,維護(hù)人員和技術(shù)支持系統(tǒng)。其次，與單片機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)由專業(yè)大公司精心設(shè)計(jì)的硬件和軟件系統(tǒng)，功能強(qiáng)大、可靠性好。(2)編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)，即使是不熟悉電腦的工程師也可以用它開發(fā)復(fù)雜的控制系統(tǒng)。(3)抗干擾能力強(qiáng)，適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制場(chǎng)合。(4)有豐富的擴(kuò)展模塊和聯(lián)網(wǎng)能力，可以做成大型復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)。再次，目前在張力、速度、液位特別是溫度等過程控制中，經(jīng)常使用溫控器等專用控制器或用戶自制設(shè)備。這些控制器雖然使用和設(shè)置比較簡(jiǎn)單且控制針對(duì)性強(qiáng)，但是用途比較單一，控制范圍有限，同時(shí)用戶自身的經(jīng)驗(yàn)技巧不易應(yīng)用到其中。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，PLC的處理速度越來越快，功能也越來越豐富。因此，采用PLC進(jìn)行PID控制可以逐漸取代一些傳統(tǒng)的控制手段。就以溫度為例，可以比較出采用PLC的優(yōu)點(diǎn)。通常所使用的溫度控制器適用于單純的單回路溫度控制，而PLC可以實(shí)現(xiàn)多回路的整體控制，相比主要有以下的特點(diǎn)：在多點(diǎn)加熱時(shí)，可以錯(cuò)開加熱導(dǎo)通時(shí)序，避免同時(shí)導(dǎo)通引起的大電流;在控制過程中可以自由簡(jiǎn)便地修改設(shè)定值及其它參數(shù)；可以定時(shí)自動(dòng)執(zhí)行所需的控制曲線；可以使用相位控制，降低沖擊電流、峰值電流，減少加熱器頻繁冷熱變化引起的熱壓力；可以同時(shí)控制系統(tǒng)或機(jī)械中的其它動(dòng)作；可以實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警功能等等。最初的PLC主要是用于取代繼電器進(jìn)行順序控制，其后又逐步擴(kuò)充了數(shù)值運(yùn)算、模擬量、電機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)通信。從發(fā)展趨勢(shì)看，PID控制特別是溫度控制將是今后PLC應(yīng)有的功能。綜上，針對(duì)系統(tǒng)的工藝機(jī)構(gòu)及要求，最后選擇了小型機(jī)CPM2A系列PLC，具體型號(hào)為CPM2A-40CDR-A，I/O點(diǎn)數(shù)為40，電源類型為AC，輸出方式為繼電器輸出型。5元件選擇5.1溫度傳感器及變送器熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)對(duì)溫度要求很高，過高或過低都會(huì)影響煉鋼的效果，因此必須準(zhǔn)確測(cè)出各點(diǎn)溫度進(jìn)行適當(dāng)處理。熱電偶能把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，以便于遠(yuǎn)傳和實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)切換，應(yīng)用廣泛。其測(cè)量范圍一般為0～1800℃，它具有感溫接觸塊、動(dòng)作響應(yīng)快等特點(diǎn)。熱電阻是輸出型感溫元件，其測(cè)量范圍在中低溫度（-200～650℃），價(jià)格便宜，但不能用于點(diǎn)區(qū)域測(cè)量，可以用來測(cè)量一些低溫且要求精度不高的溫度檢測(cè)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要用來測(cè)量以下溫度，參數(shù)如下拱頂溫度范圍0～1700℃；正常溫度1610℃；送風(fēng)溫度范圍0～1700℃；正常溫度1550℃；熱電偶是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接合成回路時(shí)，當(dāng)兩接合點(diǎn)溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱點(diǎn)流。如果熱電偶的工作端與參比端存在溫差時(shí)，顯示儀表就會(huì)批示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的溫度差。本設(shè)計(jì)中測(cè)量拱頂溫度選用的熱電偶為WRR-120B，鉑銠30-鉑銠6，基本誤差為±2.5℃，L=1500mm，I=1000mm。送風(fēng)溫度選用熱電偶為WRR-120B，L=1500mm，I=750mm。溫度測(cè)量選用的溫度變送單元已包含在PLC功能模塊中，不需另行選擇。`5.2流量測(cè)量?jī)x表目前常用的流量測(cè)量?jī)x表主有孔板、噴嘴及文丘里管等流件及渦街流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)等流量計(jì)。此次設(shè)計(jì)中只有煤氣、助燃空氣、冷風(fēng)需測(cè)量，可采用渦街、渦輪、孔板等。由于孔板經(jīng)濟(jì)適用，因此采用孔板實(shí)現(xiàn)。冷風(fēng)流量的測(cè)量采用差壓變送器與標(biāo)準(zhǔn)孔板配套，測(cè)量范圍為0～6.0KPa，輸出信號(hào)4～20mADC,型號(hào)為PMD235—KB4D2EB1C[GT]。煤氣流量及助燃空氣流量的測(cè)量采用差壓變送器與標(biāo)準(zhǔn)孔板配套，測(cè)量范圍為0～4.0KPa，輸出信號(hào)為4～20mADC，型號(hào)為PMD235—KB4D2EB1C[GT]。6熱風(fēng)爐燃燒控制方案到目前為止，我國的許多熱風(fēng)爐，尤其是中小型熱風(fēng)爐的燃燒控制仍然采用手工控制，有操作人員來調(diào)節(jié)空氣、煤氣的比例來燒爐。整個(gè)燃燒過程都要考操作人員根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)儀表的顯示結(jié)合自己的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來判斷這樣燃燒很難達(dá)到最優(yōu)化，而且煤氣的壓力和成分會(huì)經(jīng)常產(chǎn)生波動(dòng)，難以及時(shí)的調(diào)節(jié)，且導(dǎo)致操作頻繁，加大勞動(dòng)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，所以手工控制燃燒的熱風(fēng)爐很難實(shí)現(xiàn)合理的燃燒。如何使熱風(fēng)爐最有燃燒，是熱風(fēng)爐獲得高風(fēng)溫的同時(shí)，消耗能源最少的最重要的屏障。6.1熱風(fēng)爐燃燒過程燃燒過程對(duì)應(yīng)著蓄熱室的蓄熱過程，它分為加熱期和拱頂溫度管理期。在加熱期，蓄熱室拱頂?shù)臏囟群艿?，廢氣的熱量大部分被拱頂吸收，拱項(xiàng)的溫度上升迅速，蓄熱室中下部溫度則上升緩慢。當(dāng)拱頂溫度上升到一定值后，需要保持拱頂溫度維持在這個(gè)定值，此時(shí)拱頂幾乎不再吸收廢氣的熱量，而廢氣的熱量主要被蓄熱室中下部所吸收。從廢氣管道排出的廢氣，它的溫度比較低時(shí)，說明熱風(fēng)爐的熱交換效率比較高，反之，熱交換效率比較低。因此，在拱項(xiàng)溫度達(dá)到一定值后，合理控制廢氣的溫度上升速率對(duì)熱風(fēng)爐的燃燒顯得尤其重要。6.2熱風(fēng)爐最優(yōu)燃燒條件合理的空燃比是實(shí)現(xiàn)最優(yōu)燃燒的關(guān)鍵，因而在應(yīng)用中常需要兩種或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系，比例一旦失調(diào)，將影響生產(chǎn)或造成事故。在煤氣燃燒過程中，要求煤氣與助燃空氣按一定配比供入燃燒室。如果空燃比過大時(shí)，將會(huì)以大量廢氣的形式排出，帶走更多的熱量，增大熱損失，同時(shí)污染環(huán)境；當(dāng)空燃比過小時(shí)，空氣量不足，煤氣過剩，煤氣不能完全燃燒，不僅浪費(fèi)煤氣，造成熱量損失，環(huán)境污染，還有可能導(dǎo)致環(huán)境中大量煤氣積存而成為事故隱患。只有當(dāng)空燃比在一定的范圍時(shí)，才能夠達(dá)到最優(yōu)燃燒，獲得最高的燃燒溫度和熱效率。熱風(fēng)爐在燃燒期首要目的就是要向熱風(fēng)爐存儲(chǔ)足夠的熱量，特別對(duì)提高風(fēng)溫起重要作用的高溫?zé)嵩矗@就要盡量提高燃料燃燒時(shí)的火焰溫度，另外還要盡量節(jié)約熱風(fēng)爐燃燒期中消耗的燃料，努力提高熱風(fēng)爐自身的熱效率。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，很難保證煤氣的組成部分和各部分的含量都保持不變，這個(gè)時(shí)候即使能保持煤氣流量的穩(wěn)定，但是單位體積的煤氣最優(yōu)燃燒所需的空氣量也會(huì)不同，即實(shí)現(xiàn)最優(yōu)燃燒的空燃比發(fā)生。如果一直采用固定的空燃比進(jìn)行燃燒，則無法適應(yīng)這個(gè)變化，因此需要即使及時(shí)調(diào)整空燃比，才能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)燃燒，因此要找到一個(gè)兩來反映出最優(yōu)燃燒時(shí)空燃比的變化，可以通過在熱風(fēng)爐煙道中安裝氧化浩殘氧分析儀，測(cè)量煙氣中氧含量變化來判斷燃燒是否最優(yōu)。當(dāng)廢氣中氧含量在0.2～0.8%范圍內(nèi)，一般熱風(fēng)爐燃燒狀態(tài)較好，當(dāng)廢氣氧含量大時(shí)，則為空氣過剩，可適當(dāng)減少空燃比，當(dāng)廢氣氧含量小時(shí)，則為空氣量不走，可相應(yīng)增大空燃比。6.3煙氣含氧量串級(jí)比值控制煙氣含氧量串級(jí)比值控制結(jié)構(gòu)圖如圖6-1所示。圖6-1煙氣含氧量串級(jí)比值控制結(jié)構(gòu)圖具體來講，煙氣含氧量串級(jí)比例控制法是利用熱風(fēng)爐煙道中的殘氧量來控制熱風(fēng)爐燃燒的一中方法，是以比例調(diào)節(jié)作為粗調(diào)，以煙氣中含氧量反饋控制作為細(xì)調(diào)，對(duì)空氣、煤氣量進(jìn)行控制，使煙氣殘氧量處于或接近于根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先約定好的目標(biāo)值，達(dá)到燃燒最充分利用。燃燒控制模塊的輸入是煙氣氧含量設(shè)定值和煙氣氧含量差值，輸出是空燃比，具體的控制程序如下：當(dāng)熱風(fēng)爐煙氣中殘氧的體積分?jǐn)?shù)在0.2～0.8%范圍內(nèi)，一般熱風(fēng)爐燃燒較好，所以可以選取0.6%作為控制目標(biāo)，并且把0.4～0.8%最為穩(wěn)態(tài)控制區(qū)間，在此區(qū)間不進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。只有當(dāng)煙氣殘氧的體積分?jǐn)?shù)大于0.8%時(shí)才啟動(dòng)空燃比控制系統(tǒng)，如圖6-1所示，將煙氣氧含量設(shè)定值與煙氣氧含量的差值作為給定值輸入系統(tǒng)，進(jìn)而通過后續(xù)程序使得燃料得到燃燒，從而可以充分利用煙氣中的氧，最后再輸出空燃比，反饋到輸入端進(jìn)行比較循環(huán)進(jìn)入上述環(huán)節(jié)，直至煙氣中殘氧體積分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在穩(wěn)態(tài)控制區(qū)間。系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及抗干擾過程調(diào)節(jié)過程及調(diào)節(jié)器技術(shù)參數(shù)整定本次課程設(shè)計(jì)的原理是比值控制系統(tǒng)中的串級(jí)比值控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)過程如下：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主控制器選用PI控制規(guī)律，副控制器選用P控制規(guī)律。在系統(tǒng)穩(wěn)定允許的條件下，主、副控制器均置于純比例作用，主控制器的比例度置于百分之百，用4:1衰減曲線法整定副控制器的參數(shù)，進(jìn)而類似地再取得主控制器的相關(guān)參數(shù)。衰減曲線法是利用比例作用下產(chǎn)生的4:1衰減振蕩（0.75）過程時(shí)調(diào)節(jié)器比例帶即過程上升時(shí)間t，據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。s r衰減曲線法的具體步驟是：置調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間T，微分時(shí)間T0，比例帶為稍大的值；將系i d統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)后作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，應(yīng)觀察控制過程。如果過渡過程衰減率大于0.75，應(yīng)逐步減小比例帶值，并再次試驗(yàn)，直到過渡過程曲線出現(xiàn)4:1的衰減過程，對(duì)于0.9的調(diào)節(jié)過程也是一樣的做上述試驗(yàn)，直到出現(xiàn)10:1的衰減過程。記錄下4:1（或10:1）的衰減振蕩過程曲線。在曲線上求取0.75時(shí)的振蕩周期T或0.9s時(shí)的上升時(shí)間t，按表7-1計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。r表7-1衰減曲線法計(jì)算公式規(guī)律iTdT0.75PPIPIDs1.2s0.8s—0.5sT0.3sT——0.1sT規(guī)律iTdT0.9PPIPIDs1.2s0.8s—2rt1.2rt——0.4rt按計(jì)算結(jié)果設(shè)置好調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)，作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，到滿意為止。衰減曲線法利用了比例作用下的調(diào)節(jié)過程。從表3-2可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于0.75，采用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)相對(duì)于采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律是引入了積分作用，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性將下降，仍然能得到0.75的衰減率，就須將放大1.2倍后作為比例積分調(diào)節(jié)器的s比例帶值。對(duì)于三參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律，由于微分作用的引入提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，因此可將減小至0.8后作為調(diào)節(jié)器比例帶設(shè)定值，同時(shí)積分時(shí)間與無微分作用下相s s比也適當(dāng)減小了?？垢蓴_過程本次設(shè)計(jì)中利用的是比值控制中的串級(jí)比值控制，而串級(jí)控制具有很好的抗干擾能力。具體分別針對(duì)三種干擾的應(yīng)對(duì)過程進(jìn)行概述：當(dāng)干擾進(jìn)入了副回路時(shí)，串級(jí)系統(tǒng)可以獲得比單回路系統(tǒng)更快的控制作用，有效地克服燃料的比值的變化對(duì)熱風(fēng)的溫度的影響，從而大大地提高控制質(zhì)量；當(dāng)干擾進(jìn)入的是主回路，由于副回路的存在，加快了校正作用，可以及時(shí)改變副回路輸出，使得干擾對(duì)熱風(fēng)的溫度的影響比單回路控制時(shí)小得多；當(dāng)干擾同時(shí)進(jìn)入主回路和副回路的話，由于引入了副回路，不僅能迅速克服作用于副回路內(nèi)的干擾，也能加快克服主回路的干擾。副回