【正文】 ”，這樣，不僅可以使燃料和空氣流量的變化速度相協(xié)調(diào)，而且可以解決因燃料流量調(diào)節(jié)閥的動作過快，往往空氣流量調(diào)節(jié)閥跟不上而失調(diào)，引起冒黑煙的問題。這正是雙交叉限幅系統(tǒng)優(yōu)于單交叉限幅系統(tǒng)之處，從而使燃燒過程無論在穩(wěn)定狀態(tài)還是動態(tài)過程都能保持在最佳燃燒區(qū)，達到防止冒黑煙、防止污染和節(jié)能的目的。而且降負荷時剩余空氣系數(shù)又不高于規(guī)定的上限值，即μ≤（μs+a3）。當系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，剩余空氣系數(shù)等于給定值μs。通過上述分析可知，當升負荷時，由于信號A急增，偏置a1(%)和a4(%)分別給燃料流量調(diào)節(jié)器FfC的給定值和空氣流量調(diào)節(jié)器FaC的給定值一個增量，信號B和E使FfC和FaC的給定值既受到限制又交替上升；反之，當降負荷時，由于信號A急減，偏置a3(%)和a2(%)分別給FfC和FaC的給定值一個減量，信號C和D使FfC和FaC的給定值既受到限制又交替減小。至此，降負荷的過渡過程結束。當A負跳變到AD 時，HS1又選通D，再乘以r作為空氣流量給定值Sa，使空氣流量隨著D值的減小而減小，即空氣流量隨著燃料流量的減小而減小，交叉限制開始。當C減小到CA 時，HS2選通A，同時，AB，LS1也選通A，A作為該回路的燃料流量給定值Sf，交叉限制結束。先看燃料流量調(diào)節(jié)回路的情況，此時AC，HS2選通A。在這個動態(tài)的過程中，燃料流量和空氣流量互相影響，交替增加[8]。當B增加到BA時，同時AC，HS2選通A，LS1也選通A，A作為該回路的燃料流量給定值Sf，交叉限制結束，此時系統(tǒng)恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。當E增加到EA時，LS2選通A，E被中斷，同時，AD，HS1又選通A，再乘以r作為空氣流量給定值Sa，交叉限制結束，此時系統(tǒng)恢復到穩(wěn)定狀態(tài)；再看燃料流量調(diào)節(jié)回路的情況，此時AC，HS2選通A。此時AE ，LS2選通A。系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，爐溫調(diào)節(jié)器TC的輸出信號A同時作為燃料和空氣流量調(diào)節(jié)回路中的給定信號，此時剩余空氣系數(shù)等于給定值μs 。在空氣流量調(diào)節(jié)回路中，爐溫調(diào)節(jié)器TC的輸出信號A，與燃料流量測量值Ff加上偏置a4(%)得到的信號E （） 和信號D相比較，由低值選擇器LS2和高值選擇器HS1來選通A、E、D之一，再乘以空燃比r作為空氣流量調(diào)節(jié)器FaC的給定值Sa。 雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng) 雙交叉限幅燃燒控制原理圖 雙交叉限幅燃燒控制原理圖雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)是在單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)的基礎上，增加了高值選擇器HS2，低值選擇器LS2，正偏置+a4(%)和負偏置a3(%),從而保證了爐子負荷擾動的過程中，既限制了剩余空氣系數(shù)μ的下限值，又限制了它的上限值，使得燃料流量Ff和空氣流量Fa分別限制在冒黑煙界限和空氣剩余界限之內(nèi)。但它沒有限制剩余空氣系數(shù)μ的上限值，因而導致負荷減少的動態(tài)過程中空氣過剩，使得燃燒效率降低。（3）當降負荷時，不能抑制剩余空氣系數(shù)μ的上升，在這段動態(tài)過程中燃燒效率有所下降。這樣，可以防止冒黑煙。 單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)特點單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)升負荷時空氣先行，降負荷時煤氣先行，由于采用了這種控制方式，所以單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)具有以下特點：（1）也就是說，系統(tǒng)只限制了升負荷時剩余空氣系數(shù)μ的下降幅度，即μ（μsa1），而不能抑制降負荷時剩余空氣系數(shù)μ的上升，這也是該系統(tǒng)的缺點。由于A負跳變、D緩慢下降，即Sf急劇下降，Sa緩慢下降，實現(xiàn)了降負荷時“先減少燃料后減少空氣”，同樣克服了空氣與燃料回路特性的差異。當D減少到DA時，HS又選通A，再乘以r作為空氣流量給定值，交叉限制結束。先看燃料流量調(diào)節(jié)回路的情況。由于A跳變，B緩慢上升，即空氣流量給定值Sa急劇上升，燃料流量給定值Sf緩慢上升，實現(xiàn)了升負荷時“先增加空氣后增加燃料”,克服了空氣與燃料流量回路特性的差異，使得升負荷的動態(tài)過程能夠合理燃燒[13]。當B增加到BA時，LS又選通A，A作為該回路的燃料流量給定值，交叉限制結束。先看空氣流量調(diào)節(jié)回路的情況。系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，爐溫調(diào)節(jié)器TC的輸出信號A同時作為空氣和燃料流量調(diào)節(jié)回路的給定信號，此時剩余空氣系數(shù)等于給定值μs。在空氣流量調(diào)節(jié)回路中，爐溫調(diào)節(jié)器TC的輸出信號A，與燃料流量測量值Ff減去偏置a2(%)得到的信號D （）相比較，由高值選擇器HS來選通A，D之一，再乘以空燃比r作為空氣流量調(diào)節(jié)器FaC的給定值Sa。 單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng) 單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)工作原理單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)是在串級比值燃燒控制系統(tǒng)的基礎上增加了高值選擇器HS，低值選擇器LS，正偏置+a1(%)和負偏置a2(%)，用來實現(xiàn)燃料和空氣流量之間的相互制約，防止剩余空氣系數(shù)μ低于其給定值μs以下的某一允許區(qū)間，即μ（μs a1），并保證燃料流量Ff低于冒黑煙界限，以及空氣流量Fa高于冒黑煙界限。但是對于鋼鐵廠中的加熱爐不僅煤氣壓力波動大，且燃料熱值也在發(fā)生波動，在動態(tài)過程中，實際空燃比會產(chǎn)生很大的波動，空氣過剩系數(shù)很容易進入黑煙區(qū)，因此，無法進行抑制，效果很差[12]。此時，煤氣流量的測量值暫時沒有變化，經(jīng)煤氣流量控制使其輸出增大，控制煤氣調(diào)節(jié)閥開度增大；同樣空氣流量的測量值暫時也沒有變化，經(jīng)空氣流量控制器輸出也增大，相應地控制空氣調(diào)節(jié)閥開度增大。煤氣和空氣串級比值控制系統(tǒng)開始工作：當爐溫升高時，在爐溫控制器反作用下，其輸出減小，即煤氣流量設定值減小，同時，爐溫控制器的輸出經(jīng)比值器給空氣流量的設定值也減小，控制煤氣調(diào)節(jié)閥開度減??；同樣空氣流量的測量值暫時也沒有變化，經(jīng)空氣流量控制器使其輸出也減小，相應地控制空氣調(diào)節(jié)閥開度減小。在穩(wěn)定狀態(tài)下，煤氣流量和空氣流量以一定的比值定量地進入加熱爐中。加熱爐的燃料燃燒過程中，不僅要保證穩(wěn)態(tài)情況的剩余空氣系數(shù)一定，更重要的是在加熱爐負荷發(fā)生變化的動態(tài)情況下，保證剩余空氣系數(shù)仍保持在合理的范圍內(nèi)。在該圖中，加熱爐溫度控制主調(diào)節(jié)器的輸出直接作為燃料流量副調(diào)節(jié)器的給定值，同時經(jīng)過空燃比運算器r運算后，作為空氣流量副調(diào)節(jié)器的給定值。焦爐煤氣的空燃比大約在4：1左右，：1左右，：1左右，如果煤氣過量，會浪費能源，同時產(chǎn)生冒黑煙現(xiàn)象，產(chǎn)生環(huán)境污染；如果空氣過量，不僅溫度上不去，而且為了加熱多余空氣，加熱爐的熱負荷會變大，同樣也會浪費能源，剩余的熱空氣隨煙氣排入大氣，會產(chǎn)生大量的NOSO2等氣體污染環(huán)境。 串級比值燃燒控制系統(tǒng)為了保證燃料與空氣有一定的配比關系，最常用的方案之一是串級比值燃燒控制系統(tǒng)，其原理是空氣流量和煤氣流量的設定值成簡單的比值關系。若煤氣壓力過低，必須相應降低供風壓力，使得空氣閥門和煤氣閥門調(diào)節(jié)行程大致相同，否則，空氣壓力過高，空氣閥門的微小動作都會導致剩余空氣過多。送風總管壓力也采用單回路PID控制系統(tǒng)，使燒嘴噴出的煤氣和空氣有一定的速度。因此衰減曲線法應用較為廣泛，本設計也將使用該方法對系統(tǒng)進行整定。此時的比例度（δs）和振蕩周期（Ts）即是我們需要的。（2）衰減曲線法 此法與臨界比例度法有些類似。（1） 臨界比例度法 在系統(tǒng)閉環(huán)情況下，將控制器的積分時間放到最大，微分時間放到最小，比例度放到100%，然后使比例度由大往小逐步改變，直到過渡過程出現(xiàn)不衰減的等幅振蕩為止?？刂破鲄?shù)整定的方法很多，歸結起來可以分為兩大類[7]：一類是理論計算方法，另一類是工程整定方法。所謂 PID 控制，就是利用比例、積分和微分三者配合對測量參數(shù)的偏差進行運算確定輸出量，對被控對象進行控制的方法。而由于爐溫控制的大慣性，要過很長的時間，爐溫檢測裝置才會有反應。 單閉環(huán)控制系統(tǒng)加熱爐單回路溫度控制系統(tǒng)框圖如下[2]： 單回路控制系統(tǒng)方框圖采用此系統(tǒng)，在平衡狀態(tài)下如果爐溫突然上升，那么此回路將控制煤氣閥和空氣閥關小，使溫度降回給定值，同樣如果爐溫突然下降，回路又會控制煤氣閥和空氣閥開大，使溫度回升至給定值。而當爐溫高于設定值，需要減少燃料流量時燃料先行，以防止冒黑煙。雙交叉算法在動態(tài)調(diào)節(jié)時能夠獲得合理的空燃比，但響應速度慢。當熱負荷降低時，煤氣量設定值先降低，空氣量設定值后降低，減少煙氣熱損失。（3）單交叉限幅控制單交叉限幅控制可以保證在動態(tài)過程中，空氣量比燃料量富裕，不會產(chǎn)生冒黑煙現(xiàn)象，但由于對空氣量的上限沒有限制，因此排煙熱損失較大。對于定空燃比(燃料熱值一定)的燃燒控制系統(tǒng)，概括起來主要有以下幾種爐溫控制方式: （1）單回路控制單回路控制是最簡單的控制方式，通過爐溫的變化直接調(diào)節(jié)煤氣流量。當爐溫降低時，溫度控制器開始動作，控制輸出量增大，即煤氣流量設定值增大，而此時煤氣實際流量沒有變化，煤氣流量控制器輸出增大，閥門增大開度，爐溫逐漸升高，直到重新恢復設定值。由于誤差的產(chǎn)生，煤氣流量控制器發(fā)生作用，經(jīng)過副回路的調(diào)節(jié)作用，會大大削弱它對爐溫的影響，而此時爐溫控制器開始工作，不斷改變副控制器的設定值，在主控制器和副控制器的共同作用下，爐溫將很快恢復到設定值。當煤氣壓力發(fā)生波動時，流量會相應發(fā)生變化。當穩(wěn)定狀態(tài)被破壞時，爐溫控制和燃燒控制的串級控制開始作用。而煤氣壓力波動等變化劇烈的擾動包含在副回路當中，利用副回路的優(yōu)良動態(tài)性能來抑制這些擾動對爐膛溫度的影響。它們的定義分別為： （） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （）可知空燃比r與剩余空氣系數(shù)μ的關系為： （）為單位體積或質(zhì)量的燃料完全燃燒所需要的理論空氣量和分別為空氣流量的測量值和最大值和分別為燃料流量的測量值和最大值為理論空氣修正系數(shù)第三章 加熱爐的溫度控制系統(tǒng)加熱爐的溫度控制一共分為五部分，每一部分單獨設置一個串級系統(tǒng)來實現(xiàn)爐膛溫度的自動控制。同時，從安全角度考慮，空氣不足也會使燃料在爐子中聚集起來，而一點燃就可能發(fā)生爆炸，因此，燃燒過程一般都是在空氣過量的情況下進行的。對于爐膛壓力，送風總管壓力以及汽包水位的控制，由于被控對象單一，所以采用單回路 PID 控制就能達到較好的效果。從工藝設計上，煙道口的排煙閥功能是用來調(diào)節(jié)爐膛壓力的，因此，我們要求，在正常生產(chǎn)時，煙道閥門的開度大小適當。均熱段的爐膛壓力也不能過低，尤其是當出現(xiàn)負爐壓時，冷空氣通過爐門、爐襯裂縫以及其它開口進入爐內(nèi)，這些漏入的冷空氣不僅會降低爐膛溫度，而且由于其必須被加熱到爐溫后才能排除，這樣造成了燃燒系統(tǒng)的額外負擔并浪費大量燃料，且給爐膛溫度控制系統(tǒng)帶來很大的麻煩，是絕對不允許的。因此，在實際燃燒系統(tǒng)中，≤μ≤。從上圖可看出當μ＜1和1≤μ＜，在這兩個燃燒區(qū)中，會有不完全燃燒現(xiàn)象，這樣的熱損失就比較大，而且從環(huán)境污染角度看，由于不完全燃燒，將會產(chǎn)生大量的黑煙，污染大氣。理論空燃比A0為單位體積或質(zhì)量的燃料完全燃燒所需的空氣量，為一個常數(shù)。 燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)的曲線描述圖如下[12]： 燃燒系統(tǒng)的曲線描述上圖表示了空氣過剩率與燃燒效率及污染之間的關系，可以看出，燃燒系統(tǒng)的質(zhì)量跟空氣過剩率有很大的關系。由于焦爐煤氣的主要可燃成分是高發(fā)熱量的H2和CH4，所以焦爐煤氣的發(fā)熱量較高，為16000～18800 KJ/M3。高爐煤氣由于發(fā)熱量較低，燃燒溫度也低，約1470 ℃，在加熱爐上單獨使用困難，往往是與焦爐煤氣混合使用。高爐煤氣是高爐煉鐵的副產(chǎn)品，它主要由可燃成分CO、HCH4和不可燃成分NCO2組成。常用的液體燃料主要是重油。隨著我國冶金工業(yè)設備的日趨完善，技術的逐漸提高和石油工業(yè)的全面發(fā)展，目前國內(nèi)大、中型冶金企業(yè)的軋鋼加熱爐已極少使用固體燃料，絕大部分軋鋼廠是使用氣體或液體燃料。 加熱爐溫度控制要求燃料的種類很多，分類方法也不盡相同。另外，不