热风炉

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。

钨-铼）。③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。满足热风炉工艺要求的热电偶型号有B型和S型，B型测温范围是0℃--1700℃，S型测温范围是0℃--1450℃，所以从经济适用方面选择S型铂铑10-铂热电偶。具体参数见表2-1。表2-1 标准化热电偶技术数据热电偶名称分度号热电极标示E（100,0）（mV）测温范围（℃）对分度表允许误差极性识别长期短期等级使用温度（℃）允差铂铑10-铂S 正亮白较硬0.646 0~1300 1600 III ≤600 ±1.5℃负亮白柔软＞600 ±0.25％t 用铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差。采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。温度测量选用的温度变送单元已包含在PLC功能模块中，不需另行选择。

2.6执行器的选择控制过程中常用的执行器有电动和气动两种，他们均由执行机构和调节阀组成。根据安全生产原则，当热风温度不够时，进入高炉燃烧不充分，高炉温度降低，铁水凝固，导致生产被迫停产，严重会出现生产事故，所以选择气关式调节阀，调节器输出的模拟信号为4-20mA，当电信号为4 mA时，调节阀处于全开状态；当电信号为20 mA 时，调节阀处于全关状态。根据管路特性、生产规模及工艺要求，宜选用百分比流量特性的调节阀，而具体的调节阀尺寸则要根据被控介质流量大小及调节阀流通能力来选择。由于本次设计选用的是热风炉，选择温度控制器作为执行机构，选用对应的MJYD-JL-20型单相交流模块。PLC控制器输出的数字量经过D/A转换成温度控10 制器可识别的模拟电压信号后，根据不同的电流值，MJYD-JL-20型单相交流模块输出相应的电压值从而控制煤气调节阀的开度，达到调节温度的目的。

2.7调节器的选择根据构成控制系统为负反馈原则，选择调节器作用方式。由于调节阀为气关式，故Kv为“-”，当煤气调节阀开度增加时，热风炉温度上升，故被控对象的Ko为“+”；测温仪表的Km为“+”，根据闭环内只有奇数个副作用的原则调节器的Kp应为“+”，故调节器选用负作用方式。工业中常用的控制器有工业控制计算机、单片机和可编程控制器等。与其它几种控制器相比较，可编程控制器是综合了计算机技术、自动化技术与继电器逻辑控制概念而开发的一代新型工业控制器，是专为工业环境应用而设计的。它可以取代传统的继电器完成开关量的控制，比如，将行程开关、按钮开关、无触点开关或敏感元器件作为输入信号，输出信号可控制电动阀门、开关、电磁阀和步进电机等执行机构。它采用可编程的存储器，在其内部存储，执行逻辑运算，顺序控制、定时计数和算术运算等操作的指令，通过数字式、模拟式的输入和输出控制各种类型的机械和生产过程实现自动化。工业控制采用PLC，显示了突出的优越性，因它可对用户提出的生产控制要求和意见，能方便地在现场进行程序修改和调试，使系统的灵活性大大增强。内部的软继电器使系统在控

制中能严格地起到互锁作用，增加了系统的可靠性，简化设备，维修方便。而且，随着PLC 的发展，在硬件、软件方面都会有更先进的计数出现。针对系统的特点，分析各控制器的优缺点，采用PLC作为本次设计的控制器。与单片机相比，具有以下优点： 1.由专业大公司精心设计的硬件和软件系统，功能强大、可靠性好。 2.编程简单易学，即使不熟悉电脑的工程师也能用它开发复杂的控制系统。 3.抗干扰能力强，适用于环境恶劣的工业控制场合。 4.有丰富的扩展模块和联网能力，可以做成大型复杂的工业控制系统。同时，目前在张力、速度、液位特别是温度等过程控制中，经常使用温控器等专用控制器或用户自制设备。近年来，随着技术的发展，PLC的处理速度越来越快，功能也越来越丰富。因此，采用PLC进行PID控制可以逐渐取代一些传11 统的控制手段。就以温度为例，可以比较出采用PLC的优点。通常所使用的温度控制器适用于单纯的单回路温度控制，而PLC可以实现多回路的整体控制，相比主要有以下的特点：在多点加热时，可以错开加热导通时序，避免同时导通引起的大电流;在控制过程中可以自由简便地修改设定值及其它参数；可以定时自动执行所需的控制曲线；可以使用相位控制，降低冲击电流、峰值电流，减少加热器频繁冷热变化引起的热压力；可以同时控制系统或机械中的其它动作；可以实现多种报警功能等等。最初的PLC主要是用于取代继电器进行顺序控制，其后又逐步扩充了数值运算、模拟量、电机控制、网络通信。从发展趋势看，PID控制特别是温度控制将是今后PLC应有的功能。12

3. 小结在热风炉温度控制系统中，单回路控制系统完全可以胜任。而且其系统结构简单，所需自动化技术工具少，投资比较低，操作维护也比较方便。用热电偶作为传感器测量热风管道温度，把反馈回来的信号送给PLC进行处理，转换成0-5V或者4-20mA标准电信号，再把标准电信号送给温度控制器进行比较、运算和输出，最后把处理后的信号送给调节阀对热风温度调节，系统整体使用单回路闭环负反馈调节，使整个系统可以稳定、连续、精确的实现对炉顶温度的调节，使炉顶温度稳定的保持1400 ℃±10℃，保证生产稳定，安全的运行，使燃料充分燃烧，减少污染提高生产效益。热风炉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。但是现在的热风炉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，等待我们更深入的去研究和探索更加方便高效的生产工艺。到目前为止，我国的许多热风炉，尤其是中小型热风炉的燃烧控制仍然采用手工控制，有操作人员来调节空气、煤气的比例来烧炉。整个燃烧过程都要考操作人员根据温度监测仪表的显示结合自己的实际经验来判断这样燃烧很难达到最优化，而且煤气的压力和成分会经常产生波动，难以及时的调节，且导致操作频繁，加大劳动人员的劳动强度，所以手工控制燃烧的热风炉很难实现合理的燃烧。如何使热风炉最有燃烧，是热风炉获得高风温的同时，消耗能源最少的最重要的屏障。在这次课设中，充分的运用了学过的课程，把理论与实践很好的结合，不仅回顾了相关课程而且提升了我们自己动手的能力，为解决以后会遇到的实际问题做了很好的基础，进一步验证了所学的理论知识。同时这次课程设计，我也充分锻炼了自己的查阅资料能力、设计能力、与同学相互合作的能力。要想真正提高自己的能力，就不能只局限于课本，要学习各方面的知识，要多从实践中总结经验，从而达到理论与实践的相互融合。13

4. 参考文献【1】李文涛过程控制[M]．北京：科学出版社，2012. 【2】李忠虎过程参数检测技术及仪表[M]．北京：中国计量出版社，2009 【3】周国庆，孙涛锅炉工安全技术[M]. 北京：化学工业出版社. 2005 【4】魏浩，李忠虎热风炉燃烧智能控制系统研究中国计量协会冶金分会2010年会【5】周国庆，孙涛锅炉工安全技术[M]. 北京：化学工业出版社. 2005 【6】丁崇功工业锅炉设备[M].北京：机械工业出版社2005 【7】潘立登，李大宇过程控制技术原理及运用[M].北京：中国电力出版社2007 【8】叶江祺热工测量和控制仪表的安装[M].中国电力出版社2006 【9】盛伟等电