过控课设——热风炉炉顶温度控制.docx

学 号：0121311371307课 程 设 计题 目热风炉炉顶温度控制系统的设计学 院自动化专 业自动化班 级自动化1305姓 名司文雷指导教师贺远华2016年11月30日课程设计任务书学生姓名：司文雷 专业班级：自动化1305指导教师： 贺远华 工作单位： 自动化学院 题 目: 热风炉炉顶温度控制系统 初始条件：热风炉炉顶温度控制系统的作用是调节热风炉炉顶的温度，采用串级控制系统。以热风炉炉顶温度为主被控变量，以燃烧室的热风为辅助变量，设计一个温度控制系统，使热风炉的炉顶温度在一定范围内波动，克服各种干扰，保持稳定。要求完成的主要任务:1、了解热风炉的结构及性能。2、设计热风炉炉顶温度控制系统并绘制结构图。3、确定系统所需检测元件、执行元件、调节仪表技术参数4、撰写系统调节原理及调节过程说明书时间安排月 日 选题、理解课题任务、要求月 日 方案设计月 日 参数计算撰写说明书月 日 答辩指导教师签名： 20 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 20 年 月 日摘 要 作为热动力机械的热风炉于20世纪70年代末在我国开始广泛应用，它在许多行业已成为电热源和传统蒸汽动力热源的换代产品。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。传统电热源和蒸汽热动力在输送过程中往往配置多台循环风机，使之最终还是间接形成热风进行烘干或供暖操作。这种过程显然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。在本设计系统中采用了串级与比例控制，通过微机控制热风炉拱顶温度和煤气流量，使系统能够很好的保持拱顶温度和高炉送风温度，而且通过废气中的含氧量调节空燃比的大小从而实现最佳燃料。系统设计中还介绍了主系统结构、并按系统要求选择检测元件、执行元件、调节仪表的技术参数，选择调节器结构，并进行参数近似计算。关键字 热风炉 送风温度 PID控制 Matlab仿真目录1高炉炼铁工艺11.1高炉炼铁工艺流程11.2 热风炉设备工艺21.3 热风炉工作原理31.4热风炉燃烧分析42热风炉炉顶温度控制系统设计42.1控制变量选择42.2控制对象数学模型52.2热风炉炉顶温度控制方案53控制系统元件选择63.1执行器的选择63.2传感器的选择73.3变送器的选择73.4控制器的选择84 Matlab仿真设计以及PID参数整定104.1仿真方案设计104.2 仿真参数PID整定105 仿真结果以及分析116 总结157参考文献16热风炉炉顶温度控制系统设计1高炉炼铁工艺1.1高炉炼铁工艺流程图1-1 高炉炼铁工艺流程高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。 焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。 鼓风机送出的冷空气 在热风炉加热到800～1350℃以后，经风口连续而稳定地进入炉缸，热风使风口前的焦炭燃烧，产生2000℃以上的炽热还原性煤气。上升的高温煤气流加 热铁矿石和熔剂，使成为液态；并使铁矿石完成一系列物理化学变化，煤气流则逐渐冷却。下降料柱与上升煤气流之间进行剧烈的传热、传质和传动量的过程。 下降炉料中的毛细水分当受热到100～200℃即蒸发，褐铁矿和某些脉石中的结晶水要到500～800℃才分解蒸发。主要的熔剂石灰石和白云石，以及其他 碳酸盐和硫酸盐，也在炉中受热分解。石灰石中CaCO3和白云石中MgCO3的分解温度分别为900～1000℃和740～900℃。铁矿石在高炉中于 400℃或稍低温度下开始还原。部分氧化铁是在下部高温区先熔于炉渣，然后再从渣中还原出铁。 焦炭在高炉中不熔化,只是到风口前才燃烧气化, 少部分焦炭在还原氧化物时气化成CO。而矿石在部分还原并升温到1000～1100℃时就开始软化；到1350～1400℃时完全熔化；超过1400℃就 滴落。焦炭和矿石在下降过程中，一直保持交替分层的结构。由于高炉中的逆流热交换,形成了温度分布不同的几个区域，①区是矿石与焦炭分层的干区，称块状 带，没有液体；②区为由软熔层和焦炭夹层组成的软熔带，矿石开始软化到完全熔化；③区是液态渣、铁的滴落带，带内只有焦炭仍是固体；④风口前有一个袋形的 焦炭回旋区，在这里，焦炭强烈地回旋和燃烧，是炉内热量和气体还原剂的主要产生地。1.2 热风炉设备工艺高炉热风炉按工作原理