钢铁工业中加热炉的控制系统

0% 0 t0 t1 t2 t3 t4
t
图 9-10 燃料流量控制回路信号选择关系图
系统在正常 工作时，就是一 般的串级调节系 统；一旦发生扰 动，由于高、低 值选择器的限幅 作用，使得系统 能在一定范围内 维持空气—燃料 比，克服了一般 比值调节方式的 局限性。
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CDG
煤 粉矿 鼓风
蒸汽
电力
煤气 电力
图 9-5 钢铁联合生产过程系统图
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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。
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。
理论空气量 1.10 空气过剩率μ 产生黑烟 空气不足区 空气过剩率 较低区 1.0 1.02 公害少
废气热损失 1.20
氮氧化合物 硫氧化合物增加 空气过剩区
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9.2
9.2.1
钢铁工业中加热炉的控制系统
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。
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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。
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9.2.4 交叉限幅并联回路的串级调节
A H B D 1-K3 1-K1 E 1+K4 1+K2 μ β PV 1/β 1/μ
>
C
> <
<
SV FIC 1 MV
(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。
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9.2.3 燃烧控制得串级比值调节系统
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。
Q = FF H C
(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 C T C 温度T所需的热流量（ F 、F 、 A和T A 分别表示燃料和空气 的平均比热和入口温度） Q F F C F (T TF ) F A C A (T T A ) (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 A代替 F A F F ，就可以解出火焰温度
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。
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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 F 的燃料燃烧所产生的热流量为
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100% 信 号 增 大 K4 (%) 50% 负荷急减 负荷急增 F A F K=G=A K4 (%)
G= K= F
K=H
K=G=A K3 (%) H
H
K3 (%)
F
A
K=G=A H
0% 0 t0 t1 t2 t3 t4
t
图 9-11 信号选择关系
图 9-6 空气过剩率与热损失、热效益、公害关系图
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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： (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；
D FA 1

(1 K 2 )
(9-9)
B FA
1

(1 K 2 )
(9-10)
β—理论空气量校正系数 （一般β=0.8-1.0）

F F m ax A0 F A m ax
(9-11)
ห้องสมุดไป่ตู้
F F m ax ：燃料流量测定范围的最大值； F A m ax ：空气流量测定的最大值； K 1 ：5%左右； K 2 ：5％左右。
SV PV TC/1 设定值 KA 比值器 MV 燃料 SV PV FC/2 燃料加热炉 SV TC/3 PV
空气
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。
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图 9-7 比值串级调节系统
A0 ：单位燃料所必须的理论空气量；
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燃料流量控制回路的信号选择关系如图9—10。
100% 信 号 增 大 K2 (%) 50% A=C=E K1 (%) B 负荷急减 负荷急增 D A P E=D A=C=E B K1 (%) A A=C=E B K2 (%)
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副产品 副原料 化工厂 铁矿石 氧 BFG 钢管 线材 转炉 焦炉 焦炭 高 炉 烧结炉 热风炉 重油 重油 煤气 BFG 氧气 COG 平炉 冷 轧 烧纯炉 压 延 机 冷轧 冷轧 煤气 烧结矿 生铁 电炉 钢锭 均热炉 压延机 钢板 加热炉 压 延 机 煤气 电力 电力 薄板 热轧 电力 连续铸造机 型钢 厚板
<
FA PV SV FIC 2 MV
MV TC SV PV mV/V
空气 燃料加热炉 E 燃料
图 9-9
加热炉燃烧控制系统
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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 A 算出 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）。
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3.YS-80加热炉燃烧控制系统
炉温调节器 SLPC 废气氧浓度调节器 SLPC
空气流量 调节器
SLPC
SLPC
燃料流量 调节器 氧浓度 炉温
空气 流量 燃料
燃料 流量
空气
图 9-12 YS-80加热炉燃烧控制系统
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Q 流量
2
3
1
t
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。
T H C C F TF K A C AT A C F K AC A
(9-8)
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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
因不完全 燃烧的热 损失 最佳燃烧区 热效率
2.空气流量调节回路
空气流量调节回路见图9—9右半部分。这里也有两个重 要的参数F、H．是根据实测燃料流量信号F F 算出来的。其 中，F是不出现过氧燃烧时空气流量的上限值：
F (1 K 4 ) F F
(9-12)
H是不出现缺氧燃烧时空气流量的下限值： H (1 K 3 ) F F
K K 式中， 3 为5％左右， 4 为5％左右。该系统的工作原理与 燃料流量调节回路是相同的，其信号选择关系示于图9— 11。