【文章內(nèi)容簡介】 燃比）來實現(xiàn)。完善的基礎(chǔ)自動化對于燃燒混合煤氣或燃燒預熱的高爐煤氣和預熱空氣的熱風爐來說,包括煤氣流量控制、空氣流量控制、空燃比控制、拱頂溫度控制和廢氣溫度控制。熱風爐的燃燒過程如圖所示，它分為加熱期和蓄熱期。在加熱期內(nèi)，在限定燃燒時間和熱風爐拱頂溫度后,應盡量縮短達到規(guī)定拱頂溫度的時間,即縮短加熱期,這樣可以使蓄熱期延長,使熱風爐內(nèi)存儲較多的熱量,降低送風時風溫的波動。在蓄熱期內(nèi)，除了保證拱頂溫度不變外,還需要考慮廢氣的溫度。熱風爐廢氣溫度不能超過規(guī)定的界限(圖23中350℃),否則爐篦子支柱將被損壞,使爐體壽命降低,而且使熱損失增加。欲使廢氣溫度降低，目前主要采用減少煤氣量的方法來解決這個問題，而煤氣量的減少會導致拱頂溫度下降、熱風爐蓄熱量降低。如何獲得更多的蓄熱量，同時保持廢氣溫度在規(guī)定界限內(nèi)是熱風爐控制急需解決的問題。燃燒期蓄熱期 t煙氣溫度煤氣流量助燃空氣量拱頂溫度350℃280℃圖4熱風爐燃燒過程原理圖下面分別介紹幾種具有代表性的熱風爐燃燒控制系統(tǒng)。1) 三孔燃燒器外燃式熱風爐燃燒控制（圖 5）。燃燒控制以拱頂溫度為目標值來控制COG量，以廢氣溫度為目標值來控制BFG量。 圖5 配三孔燃燒器外燃式熱風爐燃燒控制COG/BFG之間的比率和兩種煤氣與助燃空氣的比率可由計算機根據(jù)數(shù)學模型演算的結(jié)果來設(shè)定，當計算機故障或停運時，可由手動設(shè)定器來進行人工設(shè)定。燃燒控制以BFG流量為主導，根據(jù)燃燒模型計算熱風爐蓄熱室的蓄熱量，推算出BGF流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，再從其中減去溫度調(diào)節(jié)器額輸出后，作為最終設(shè)定值。COG量I01的 設(shè)定值可由下式求出；I01＝n1I1 α 式中；n1COG/BFG比率；I1BFG流量信號；α拱頂溫度調(diào)節(jié)器的輸出信號。 助燃空氣流量ICE應為燃燒COG和BFG所需助燃空氣量之和。燃燒BFG所需空氣量I02為；I02＝n2I1 式中； n2燃燒BFG的空燃比；I1BFG流量信號；I02比率設(shè)定器的輸出信號 燃燒COG和BFG之和所需的空氣量為； I03＝n3I2+ I02 式中； n3燃燒COG的空燃比；I1COG流量信號；I03空氣流量的設(shè)定信號 由于空氣流量的設(shè)定值要根據(jù)COG和BFG的流量來確定，在燃燒初期建立空氣流量時只有煤氣量先行，煤氣量先行會冒黑煙，為了不因煤氣先行冒黑煙，在系統(tǒng)中設(shè)置空氣流量初期開度設(shè)定器。2) 配兩孔燃燒器的熱風爐燃燒控制（圖 6）。燃燒初期，煤氣和空氣流量按比率設(shè)定器所設(shè)定的空燃比進行燃燒；I01＝n1I1 + α式中；n1空燃比；I1煤氣流量信號；I01空氣控制器的設(shè)定信號 α拱頂溫度控制器的輸出信號。圖6 配兩孔燃燒器的熱風爐燃燒控制當拱頂溫度升至設(shè)定值時α值增加，隨之I01也增加，即加大空氣流量來使拱頂溫度保持一定值。燃燒初期，利用溫度偏差監(jiān)視器開關(guān)信號將調(diào)節(jié)器置于手動狀態(tài)，從燃燒初期過渡到蓄熱期時，拱頂溫度進入偏差監(jiān)視器的設(shè)定值時（設(shè)定值規(guī)定在拱頂溫度調(diào)節(jié)器的設(shè)定值下面一點），監(jiān)視器的接點斷開設(shè)定器使拱頂溫度調(diào)節(jié)器由手動轉(zhuǎn)為自動。當燃燒進入蓄熱飽和區(qū)時，即廢氣溫度升至監(jiān)視器的設(shè)定值，其接點將廢氣溫度調(diào)節(jié)器由手動轉(zhuǎn)為自動。由于調(diào)節(jié)器的反作用，其輸出隨廢氣溫度的上升而減小，當達到設(shè)定值后就開始減小煤氣量，隨之空氣流量亦自動按比例減小。熱風爐燃燒控制系統(tǒng)方框圖所示，在燃燒初期，為了保證空氣先行而不冒黑煙，需給空氣流量調(diào)節(jié)閥一個初期開度以防止煤氣先行而冒黑煙。同時為避免燃燒一開始，就有大量的煤氣流量產(chǎn)生，所以需給煤氣流量調(diào)節(jié)閥一個初期開度即煤氣流量模糊調(diào)節(jié)單元、空氣流量模糊調(diào)節(jié)單元均選擇右邊煤氣初期開度設(shè)定單元及空氣初期開度設(shè)定單元，同時將廢氣溫度模糊調(diào)節(jié)單元、空燃比模糊設(shè)定單元設(shè)為手動。拱頂溫度開始迅速上升，當檢測拱頂溫度上升到接近要求溫度時，將空燃比模糊設(shè)定單元置成自動，檢測到的煤氣流量經(jīng)煤氣流量模糊調(diào)節(jié)單元輸出后乘以空燃比模糊設(shè)定單元輸出的空燃比，從而獲得空氣流量設(shè)定值。在空氣流量模糊調(diào)節(jié)單元內(nèi)，空氣流量設(shè)定值與檢測到的空氣流量實際值進行比較，從而決定空氣流量調(diào)節(jié)閥的大小。當進入蓄熱期后，將廢氣溫度模糊調(diào)節(jié)單元置為自動，通過低選單元獲得煤氣流量給定值，與檢測到的煤氣流量進行比較，從而決定煤氣流量調(diào)節(jié)閥的大小。設(shè)置低選單元的目的是為了安全起見，保證通過廢氣溫度模糊調(diào)節(jié)單元產(chǎn)生的煤氣流量設(shè)定值低于最大煤氣流量設(shè)定值。在燃燒期內(nèi)，控制的主要目標是維持拱頂溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，在蓄熱期內(nèi)，控制的主要目標變?yōu)閺U氣溫度，通過調(diào)節(jié)煤氣流量的大小使廢氣溫度控制在350℃內(nèi)，當廢氣溫度達到350℃時，發(fā)出燃燒完悶爐信號，熱風爐轉(zhuǎn)悶爐狀態(tài)?？諝饬髁繖z測煤氣流量檢測空氣流量調(diào)節(jié)閥煤氣流量調(diào)節(jié)閥廢氣溫度調(diào)節(jié)單元煤氣流量設(shè)定單元空燃比設(shè)定單元低選單元運算單元煤氣流量調(diào)節(jié)單元空氣流量調(diào)節(jié)單元煤氣初期開度設(shè)定單元空氣初期開度設(shè)定單元廢氣溫度檢測拱頂溫度檢測圖7熱風爐燃燒控制系統(tǒng)框圖 根據(jù)熱風爐在加熱期控制的主要目標是拱頂溫度以及在蓄熱期控制的主要目標是廢氣溫度,本論文設(shè)計的控制器包括兩個部分:根據(jù)拱頂溫度調(diào)節(jié)的最佳空燃比控制器和根據(jù)廢氣溫度調(diào)節(jié)的廢氣溫度控制器。在加熱期使用拱頂溫度控制器，當煙道廢氣溫度達到280℃時，廢氣溫度控制器投入自動。(1) 最佳空燃比控制器最佳空燃比控制器為PID控制器，輸入量為拱頂溫度，輸出量為最佳空燃比。(2) 廢氣溫度控制器 廢氣溫度控制器為PID控制器，輸入量為廢氣溫度，輸出量為煤氣流量。(1)混風溫度控制的目的為保證高爐的穩(wěn)定工作，要求:送風溫度保持在1000℃，不能出現(xiàn)大的波動,如圖25所示。開始送風時風溫較高，將控制回路置為手動，預置一個較大地開度，送入較多的冷風。風溫達到可以使用PID調(diào)節(jié)時，轉(zhuǎn)換為自動，進行PID調(diào)節(jié)。圖8溫度控制要求（1） 熱風爐風溫對象傳遞函數(shù)：（2） 要求控制風溫：1000℃左右可設(shè)定（3） 要求控制風溫在177。10C176。（4） 新爐送風時，相當產(chǎn)生t=20C176。的擾動。高爐熱風爐混風溫度控制系統(tǒng)工藝情況如圖26所示 ，為單爐送風即每次一座熱風爐送風，經(jīng)過一段時間后，熱風溫度下降，第二座熱風爐送風，第一座熱風爐轉(zhuǎn)燃燒，如此循環(huán)下去保證熱風不間斷。HC2008SEG1HS2HS3HS4HSMZI2008TIC2008SEQ 高爐 圖9熱風爐溫度控制系統(tǒng)工1HS4HS 14號熱風爐，SEQ順序控制程序，ZI閥位指示， M電動調(diào)節(jié)閥 HC手動控制輸出, TIC溫度PID控制送風溫度控制通過調(diào)節(jié)混風閥的開度來控制往熱風中送入的冷風，來控制送風溫度。為安全起見，在送風管道上安裝有兩只熱電偶，選擇其中之一作為測量值。送風溫度控制設(shè)計為PID控制回路，以確保較高精度的控制。 為了補償新的爐送風時風溫較高，可在新爐送風時，將控制回路置為手動，預置一個較大地開度，送入較多的冷風，然后設(shè)置為自動進行自動調(diào)節(jié)。根據(jù)控制需要，將 PID功能塊與邏輯控制相結(jié)合，可適應各種控制回路。所以利用SFC很容易實現(xiàn)熱風爐燃燒和混風溫度的各種控制方式。圖27顯示了熱風爐混風溫度控制系統(tǒng)順序控制的工作流程：各個熱風爐的狀態(tài)轉(zhuǎn)換由電氣換爐控制系統(tǒng)控制，當送風管道里面混風后的風溫低于要求溫度的時候，對各個熱風爐的工作狀態(tài)進行切換，將新的熱風爐轉(zhuǎn)為送風狀態(tài)，原送風爐轉(zhuǎn)為燃燒狀態(tài)。結(jié)束退出？置PID回路自動置初始開度PID回路手動？PID調(diào)節(jié)置手動有新爐送風？開始混風全自動？開始圖10熱風爐混風溫度控制系統(tǒng)的工作流程5．熱風溫度自動控制圖從鼓風機來的風溫大約150～200℃，經(jīng)過熱風爐的風溫可高于1300℃，而高爐所需的熱風溫度約為1000～1250℃，且需溫度穩(wěn)定。單爐送風時，其溫度控制根據(jù)混風調(diào)節(jié)閥配置而異，有兩種方式，一種是控制公用的混風調(diào)節(jié)閥位置，改變混入的冷風量以保持所需的熱風溫度，系統(tǒng)還設(shè)有高值選擇器和手動設(shè)定器，以避免在換爐時出現(xiàn)過高的風溫，預先打開混風調(diào)節(jié)閥；另一種是控制每座熱風爐的混風調(diào)節(jié)閥，用一臺風溫控制器切換工作，不送風的熱風爐，其混風調(diào)節(jié)閥的開度由手動設(shè)定器設(shè)定。并聯(lián)送風有兩種方式，即熱并聯(lián)和冷并聯(lián)。一般先送風的爐子輸出風溫較低，而后送風的爐子輸出風溫較高，故熱并聯(lián)時調(diào)節(jié)兩個爐子的冷風調(diào)節(jié)閥以改變兩個爐子的輸出熱風量的比例即可維持規(guī)定的風溫（圖 3）在冷并聯(lián)時，兩個爐子的冷風調(diào)節(jié)閥全開，和單爐送風類似控制混風管道的混風調(diào)節(jié)閥閥開度改變混入冷風量以保持風溫穩(wěn)定。圖11 熱風溫度自動控制系統(tǒng)（a）帶公共混風閥的單爐送風；(b)每個熱風爐帶混風閥的單爐送風；(c)熱并聯(lián)送風。兩者均是串級控制系統(tǒng)。即各自有一個流量自動控制回路，而其定值則由總風量經(jīng)過比率設(shè)定器來設(shè)定，即噴入蒸汽量和氧量與風量成比例。對于濕度，冷風管道還裝有氯化鋰溫度計和濕度控制器MIC相連。單濕度偏離規(guī)定值時則修正蒸汽控制系統(tǒng)以保持鼓風中溫度恒定。圖12 冷風溫度和富氧自動控制．6送風濕度控制濕度控制的儀表流程如圖4所示。濕度檢測裝置包括氯化鋰及其恒溫箱，氣樣處理系統(tǒng)以及絕對濕度變換器等。變換器的輸入信號為探頭的阻值變化，輸出信號為4～20mA直流電流或1～5V直流電壓。圖13 送風濕度控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)一般為串級配比方式，副回路為冷風