热风炉拱顶温度串级与比值控制系统设计 武汉理工大学

学 号：

课 程 设 计

题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师

热风炉拱顶温度串级与比值控制系

统设计 自动化 自动化卓越工程师

傅 剑

2014 年 12 月 4 日

课程设计任务书

学生姓名： 哈哈哈 专业班级： 自动化ZY1101 指导教师： 傅 剑 工作单位： 自动化学院 题 目: 热风炉拱顶温度串级与比值控制系统设计

初始条件：转炉炼钢通常采用的是内燃式热风炉,燃料为高炉煤气和转炉煤气。

两种燃料混合后进入热风炉燃烧室,再与助燃空气一起燃烧，要求高炉送风温度达到1550℃，则炉顶温度要求必须达到1600℃，稳态误差±10℃。此拱顶温度串级控制系统中，以拱顶温度为主被控对象，煤气流量为副被控对象；主被控参数的信号送往主控制器控制煤气切断阀的开度，同时副被控参数的检测信号乘以一定的系数作比值调节器基准，其输出值作为助燃风流量流量给定，控制助燃风支管流量调节阀门的开度，实现煤气量和空气量的最佳配比。

要求完成的主要任务:

1、了解内燃式热风炉工艺结构以及工作原理。

2、绘制内燃式热风炉温度控制系统方案图，掌握温度串级与比值控制系统的工作原理。

3、确定系统所需检测变送元件、执行元件、调节仪表技术参数，以及误差控制。 4、撰写详细的系统设计说明书并描述调节过程 5、系统建模及其数值仿真 6、总结课程设计的经验和收获

时间安排

11月 3 日 选题、理解课题任务、要求 11月 4 日 方案设计

11月 5日- 8日 参数计算并撰写说明书 11月 9 日 答辩

指导教师签名： 2014 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 2014 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 串级比例控制 PID整定 Matlab仿真

武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书

目录

1热风炉的工艺结构........................................................................................................................ 1

1.1炉基的设计 ......................................................................................................................... 2 1.2炉壳的设计 ......................................................................................................................... 2 1.3炉墙的设计 ......................................................................................................................... 3 1.4拱顶的设计 ......................................................................................................................... 4 1.5蓄热室的设计 ..................................................................................................................... 5 1.6燃烧室的设计 ..................................................................................................................... 6 1.7炉箅子与支柱的设计 ......................................................................................................... 6 1.8转炉炼钢工艺流程 ............................................................................................................. 7 2热风炉拱顶温度串级与比值控制系统设计 ................................................................................ 8

2.1热风炉温度串级与比值控制系统原理图 ......................................................................... 8 2.2热风炉温度串级与比值控制系统方框图 ......................................................................... 8 3控制器的选择................................................................................................................................ 9

3.1

执行机构的选择 ........................................................................................................... 9

3.2 微型计算机的选择 .......................................................................................................... 9 4元件选择...................................................................................................................................... 11

4.1温度传感器及变送器 ....................................................................................................... 11 4.2 流量测量仪表 .................................................................................................................. 11 5热风炉燃烧控制方案.................................................................................................................. 12

5.1 热风炉燃烧过程 .............................................................................................................. 12 5.2 热风炉最有燃烧条件 ...................................................................................................... 12 6 PID整定及仿真 .......................................................................................................................... 13 7 小结心得..................................................................................................................................... 16 8参考文献...................................................................................................................................... 17

I

武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书

热风炉拱顶温度串级比值控制系统设计

1热风炉的工艺结构

热风炉是将鼓风机送出的冷风加热成热风的设备。通过提高高炉鼓风温度，可以增加喷煤量，降低燃料比。热风炉的原理是借助煤气燃烧将热风炉格子砖烧热，然后再将冷风通入格子砖。冷风被加热并通过热风管道送往高炉。目前蓄热式热风炉有三种基本结构形式，即内燃式热风炉、外燃式热风炉、顶燃式热风炉。如下使用的是双球形内燃式热风炉。

传统内燃式热风炉及主要组织部分（如图1-1所示[4]）包括燃烧室和蓄热室两大部分，并由炉基、炉底、炉衬、炉箅子、支柱等构成。热风炉主要尺寸决定于高炉有效容积、冶炼强度要求的风温。

拱顶构造

主体结构 燃烧室构造图

图1

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