钢铁工业中加热炉的控制系统.pptVIP

Y X SH 自动化仪表与过程控制 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 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。 9.2.1 钢铁生产过程概要 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。 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。 9.2.2 加热炉的燃烧控制 1.燃烧机理与控制 发热量为 ，质量流量为 的燃料燃烧所产生的热流量为 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（ 、 、 和 分别表示燃料和空气的平均比热和入口温度） 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 ，用 代替 ，就可以解出火焰温度 (9-6) (9-8) (9-7) 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: 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。 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； (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。 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。 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。 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。 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。 9.2.4 交叉限幅并联回路的串级调节 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 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）。 β—理论空气量校正系数（一般β=0.8-1.0） ：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； ：空气流量测定的最大值； ：5%左右； ：5％左右。 (9-9) (9-10) (9-11) 燃料流量控制回路的信号选择关系如图9—10。 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。 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 算出来的。其中，F是不出现过氧燃烧时空气流量的上限值： H是不出现缺氧燃烧时空气流量的下限值： 式中， 为5％左右， 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。 (9-12) Y X SH 自动化仪表与过程控制 9.2 钢铁工业中加热炉的控制系统