热风炉送风温度控制系统的设计

学号：课程设计题目热风炉送风温度控制系统设计学院自动化学院专业自动化卓越工程师班级自动化zy1201班姓名指导教师傅剑2015年12月8日课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化zy1201指导教师：傅剑工作单位：武汉理工大学题目:热风炉送风温度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,要求向高炉送风温度达到1350℃，则炉顶温度必须达到1400℃±10℃。要求完成的主要任务:1、了解内燃式热风炉工艺设备2、绘制内燃式热风炉温度控制系统方案图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11月3日选题、理解课题任务、要求11月4日方案设计11月5日-11月8日参数计算撰写说明书11月9日答辩指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录前言................................................................................................................................................11.热风炉工艺...................................................................................................................................21.1主要结构............................................................................................................................21.2工作方式............................................................................................................................21.2.1直接式高净化热风炉.............................................................................................31.2.2间接式热风炉.........................................................................................................31.3工作原理............................................................................................................................31.4高炉炼铁、转炉炼钢工艺流程........................................................................................42.热风炉温度控制方案设计............................................................................................................72.1熟悉工艺过程，确定控制目标........................................................................................72.2选择被控变量....................................................................................................................72.3选择操纵变量.....................................................................................................................72.4确定控制方案....................................................................................................................72.5温度传感器的选择............................................................................................................82.6执行器的选择....................................................................................错误!未定义书签。2.7调节器的选择..................................................................................................................103.小结........................................................................................................................................124.参考文献...................................................................................................................................131前言热风炉是现代大型高炉主体的一个重要组成部分，其作用是把从鼓风机来的冷风加热到工艺要求的温度形成热风，然后从高炉风口鼓入，帮助焦炭燃烧。所以热风炉的热风温度大小或稳定与否都对于整个高炉炼铁有着很大的影响。所以我们要做一套设计，控制热风炉的温度，保证生产的正常进行。本次课程设计正是针对于转炉炼钢生产中热风炉的单炉送风系统，利用单闭环系统进行负反馈控制，使得热风炉的热风温度能够达到转炉炼钢生产的工艺要求。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。21.热风炉工艺1.1主要结构热风炉是将鼓风机送出的冷风加热成热风的设备。通过提高高炉鼓风温度，可以增加喷煤量，降低燃料比。热风炉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。目前蓄热式热风炉有三种基本结构形式，即内燃式热风炉、外燃式热风炉、顶燃式热风炉。如下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（如图1-1所示[4]）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。拱顶构造主体结构燃烧室构造图3图11.2工作方式1.1.1直接式高净化热风炉就是采用燃料直接燃烧，经高净化处理形成热风，而和物料直接接触加热干燥或烘烤。该种方法燃料的消耗量约比用蒸汽式或其他间接加热器减少一半左右。因此，在不影响烘干产品品质的情况下，完全可以使用直接式高净化热风。1.1.2间接式热风炉主要适用于被干燥物料不允许被污染，或应用于温度较低的热敏性物料干燥。如：奶粉、制药、合成树脂、精细化工等。此种加热装置，即是将蒸气、导热油、烟道气等做载体，通过多种形式的热交换器来加热空气。1.3工作原理高炉热风炉按工作原理可分为蓄热式和换热式两种。蓄热式热风炉，按热风炉内部的蓄热体分球式热风炉（简称球炉）和采用格子砖的热风炉，按燃烧方式可以分为顶燃式，内燃式，外燃式等几种，提高热风炉热风温度是高炉强化冶炼的关键技术。如何提高风温，是业内人士长期研究的方向。常用的办法是混烧高热值煤气，或增加热风炉格子砖的换热面积，或改变格子砖的材质、密度，或改变蓄热体的形状（如蓄热球），以及通过种种方法将煤气和助燃空气预热。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。(1)热风炉燃烧状态热风炉处于燃烧状态时，通过热风炉煤气管道和助燃空气管道向热风炉送入高炉煤气和助燃空气，高炉煤气和助燃空气燃烧产生热烟气使热风炉蓄热；热风炉处于燃烧状态时，其废气阀、烟道阀、助燃空气燃烧阀、高炉煤气燃烧阀、高炉煤气切断阀等阀均处于开启状态，其它各阀（切断阀）均处于关闭状态。(2)热风炉送风状态热风炉处于送风状态时，向燃烧结束蓄有一定热量的热风炉送入冷风，冷风经热风炉加热后再送入高炉。热风炉处于送风状态时，其冷风阀、热风阀、冷风充压阀等处于开启状态，其它各阀（切断阀）均处于关闭状态。(3)热风炉闷炉状态4热风炉处于闷炉状态时，为保持温度，热风炉所有的阀门均处于关闭状态。热风炉处于上述三种状态之间的转换过程定义为换炉过程。在热风炉的操作过程中最基本的工作过程是换炉。换炉时，应保证整个热风炉系统不间断的向高炉送风，并应尽量使进入高炉的风量、风压波动很小，还要注意煤气安全。1.4高炉炼铁、转炉炼钢工艺流程在现代工业生产过程中，高炉炼铁的实质在于用焦炭做燃料和还原剂，在高温下，将铁矿石或含铁原料中的铁，从氧化物或矿物状态还原为液态生铁。因此，高炉炼铁的本质是铁的还原过程。高炉生产的产品是生铁，副产品是炉渣、高炉煤气和炉尘灰。高炉冶炼过程是一个连续的、大规模的、高温生产过程。炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入高温热风使焦炭燃烧。燃烧生成的高温还原性煤气，在上升过程中与下降的炉料相遇，使其加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁，聚集于炉缸，周期的从高炉排出。上升的煤气流由于将能量传给炉料，温度不断降低，成分逐渐变化，最后变成高炉煤气从炉顶排出。高炉实质是一个炉料下降、煤气上升两个逆向流运动的反应器。高炉一经开炉就必须连续地进行生产。但高炉炼铁环节中，热风炉的温度稳定控制成了高炉炼铁成功与否的关键因素。如图1-1，图1-2。图1-1高炉工艺流程5图1-2高炉工艺流程热风炉是现代大型高炉炼铁主体的一个重要组成部分，其作用是把从鼓风机来的冷风加热到工艺要求的温度形成热风，然后从高炉风口鼓入，帮助焦碳燃烧。热风炉是按“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，冷风经格子砖而被加热并送出。高炉一般装有3-4座热风炉，在单炉送风时，两座或三座在加热，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。这里以一座热风炉设计组态为例，其它热风炉与其类似。后面的控制系统设计就是在热风炉单炉送风条件下做的。如图1-3。图1-3热风炉工艺风机焦炭石灰石硅石铁矿石球团矿烧结矿炉尘尘泥污水脱水器除尘器洗涤塔文氏管净煤气热风炉高炉鱼雷罐充渣6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