钢铁工业中加热炉的控制系统

自动化仪表与过程控制
Y SH X
9.2
钢铁工业中加热炉的控制系统
Q 流量
2
3
1
O
图 9-8 流量变化过程示意图
有干扰出现时，由于负荷增加，炉膛 温度下降，调节器使燃料流量增大。 又由于空气是从变量，其响应有一段 滞后，如图9—8中燃料流量1增加或 减少的一段过渡过程中， 实际空气流 量曲线3与理想空气流量和燃料流量 成比例变化曲线2之间不相重合。实 际空气流量变化滞后于曲线2。在燃 料流量增加的动态过程中，会出现缺 t 氧燃烧，产生黑烟，热效率急剧下降。 当负荷减少时，燃料流量就减少滞后， 则会出现过氧燃烧，热效率也会降低。
即使钢坯原来是热的，在生产过程中也要冷
却，并反复进行多次加热与冷却。从这一点来
看，钢铁生产是要消耗很多燃料(能量)的，有
人把钢铁业称为能量消费业。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
9.2
钢铁工业中加热炉的控制系统
9.2.2 加热炉的燃烧控制
1.燃烧机理与控制
发热量为H，C 质量流量为 F的F 燃料燃烧所产生的热流量为
(1)减少排烟所含过量空气带走的热损失，达到节能的目的； (2)减少燃烧空气量和排风量，可以节省通风机的动力费用； (3)降低的生成，减少空气污染； (4)降低生成，防止设备腐蚀； (5)减少灰分，使除尘器小型化并节省维护费用。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
9.2
钢铁工业中加热炉的控制系统
9.2.3 燃烧控制得串级比值调节系统
SV FIC
2 MV
mV/V
MV TC
SV PV
空气
E 燃料
燃料加热炉
图 9-9 加热炉燃烧控制系统
自动化仪表与过程控制
Y SH X
9.2
钢铁工业中加热炉的控制系统
1.燃料流通调节回路
图9—9左半部分，高值选择器和低值选择器有两个重要 的选择比较参数B、D，是根据实测空气流量信号 F算A 出来 的。其中，D是不出现缺氧燃烧，燃料流量的上限值，B不 是出现过氧燃烧，燃料流量的下限值（μ是空气过剩率。 它由手动设定，或者通过燃烧效率计算和测定进行修正， 通过含氧分析来校正，由动态自动寻优控制系统来设定）。
煤气
BFG COG
煤气
冷
轧
烧纯炉
压 延 机
电力
煤气
电力
冷轧 冷轧
图 9-5 钢铁联合生产过程系统图
自动化仪表与过程控制
Y SH X
9.2
钢铁工业中加热炉的控制系统
在钢铁联合企业中，各生产工艺之间相互联 系，形成连续生产过程，所需原料和能量按图 9-5所示那样传递，最后制成成品。
钢铁生产虽然是这些复杂工艺的综合，但它 也具有共同特征，那就是大部分工艺过程都是 在高温氧化与还原反应过程中进行的。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
9.2
钢铁工业中加热炉的控制系统
燃料流量控制回路的信号选择关系如图9—10。
100%
信
号
负荷急增
增
大 A
Q=FF HC
(9-6)
这个热流量必须等于燃料流量 和空气流量 升高到火馅温
度T所需的热流量（ C、F 、TF和C A分别TA表示燃料和空气的平
均比热和入口温度）
Q FF CF (T TF ) FACA(T TA )
(9-7)
为了保证完全燃烧，必须根据燃料的化学成分，选好空气和
燃料的比值K，A 用 K代A 替 FA，F就F 可以解出火焰温度
1
D FA (1 K2 )
β—理论空气量校正系数 （一般β=0.8-1.0）
FF max A0
FAmax
(9-11)
(9-9)
B
FA
1
(1
K2)
(9-10)
FFAm0ax
：单位燃料所必须的理论空气量； ：燃料流量测定范围的最大值；
FAmax ：空气流量测定的最大值；
K1 ：5%左右；
K2 ：5％左右。
为了保证燃料与空气有一定的配比关系，一般在燃烧控 制中，常用的控制方案之一是比值串级调节系统，其一般形式 如图9—7所示。
设定值
SV PV
TC/1
KA 比值器
燃料
SV PV
FC/2
SV TC/3
PV
MV
空气
燃料加热炉
图 9-7 比值串级调节系统
比值器K值可以预 先设定，在系统稳定 运行的情况下，比值 系统空燃比等于。通 过分析烟气含氧量计 算热效率，人工调整 比值器的设定值可以 使燃烧处于较佳状态。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
9.2
钢铁工业中加热炉的控制系统
副产品 化工厂 CDG 焦炉 煤
副原料 铁矿石
焦炭
粉矿 烧结炉 烧结矿
鼓风
热风炉 重油
蒸汽
氧气
BFG
高 炉
生铁
氧 转炉 电力 电炉
连续铸造机 煤气
钢锭
均热炉
钢管
线材
电力 压延机
钢板
电力
压 延 加热炉 机
型钢 厚板 薄板 热轧
重油 平炉
在动态过程中，串级比值调节不能保持适当的空气燃 料比。它仅适用于稳态情况下燃烧控制方式。
自动化仪表与过程控制
Y SH X
9.2
钢铁工业中加热炉的控制系统
9.2.4 交叉限幅并联回路的串级调节
A
>B
C
<
D
1-K1 1+K2
SV FIC PV 1
MV
H
1-K3
>
E
1+K4
<来自百度文库
μ
1/β
1/μ
FA PV
β
<
Y SH X
9.2
钢铁工业中加热炉的控制系统
9.2 钢铁工业中加热炉的控制系统
9.2.1 钢铁生产过程概要
第二次世界大战以后，炼铁技术取得了惊人的进展。 铁矿石处理技术的进步，纯氧转炼炉炼钢和连续铸造法的 应用，以及计算机技术深入到炼铁、炼钢、轧钢等工序， 推进了技术革新，使产量与质量有很大的提高。
因不完全 燃烧的热
损失
最佳燃烧区 热效率
理论空气量 空气过剩率μ 1.0
1.02
废气热损失
1.10
1.20
氮氧化合物
产生黑烟
公害少
硫氧化合物增加
空气不足区
空气过剩区
空气过剩率 较低区
图 9-6 空气过剩率与热损失、热效益、公害关系图
自动化仪表与过程控制
Y SH X
9.2
钢铁工业中加热炉的控制系统
在热效率最高的区域是低含量燃烧区。经常保持在这个区 域内运转，可望得到如下经济效果：
T HC CFTF K AC ATA CF K AC A
(9-8)
自动化仪表与过程控制
Y SH X
9.2
钢铁工业中加热炉的控制系统
2.燃料、空气配比与燃烧效率
燃料燃烧加热的炉子里，实际使用的空气量与理论空 气量之比，即空气过剩率μ:
实际空气量
理论空气量
为了使燃料得到充 分的燃烧，空气过剩 率μ常大于1，一般 μ=1.02—1.50。空 气过剩率与燃烧效率、 节能、防止公害有很 大的关系，其关系曲 线如图9—6所示。