熱風(fēng)爐自動測控系統(tǒng)設(shè)計說明

1、. . . . 熱風(fēng)爐自動測控系統(tǒng)設(shè)計摘要熱風(fēng)爐是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)生鐵的主要設(shè)備,熱風(fēng)爐的作用是把鼓風(fēng)加熱到要求的溫度,它是按“蓄熱”原理工作的熱交換器,即先用煤氣燃燒后加熱格子磚,再使空氣通過熾熱的格子磚被加熱并送出。為保證高爐連續(xù)不斷地得到大量的高溫空氣,每座高爐配備了34座熱風(fēng)爐輪流交替地進(jìn)行燃燒和送風(fēng)。熱風(fēng)爐是燃燒- 燜爐- 送風(fēng)- 燜爐- 燃燒的重復(fù)工作過程。本文根據(jù)熱風(fēng)爐的參數(shù)變化特性與控制要求，設(shè)計了相應(yīng)的溫度、壓力自動測控系統(tǒng)和自動監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)。在對熱風(fēng)爐的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時借鑒了國外同類型的熱風(fēng)爐在自動化儀表方面的先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)經(jīng)驗，對熱風(fēng)爐的過程檢測和自動控制系統(tǒng)進(jìn)行了全新的設(shè)

2、計。監(jiān)控程序采用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計，實時動態(tài)顯示。關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐；燃燒；動態(tài)顯示；控制；MCGS49 / 54Stove automatic monitoring and control system designAbstractHot gas is the main equipment of producing pig iron of iron and steel industry. The role of hot gas is heat blast to the requirements temperature. It is based on "regenerative&quo

3、t; principle of the work of the heat exchanger, that is, burning brick lattice after the first heating with gas, and then heating the air through the red-hot brick lattice and then sent it out.In order to ensure continuous large number of high-temperature air to the blast furnace, each is equipped w

4、ith BF 3 to 4 alternating to burn and send air.Hot stove is the repeated process of burning, stuffy furnace, air, stuffy furnace and combustion duplication. In this paper, the corresponding temperature, pressure measurement and control system is designed in accordance with the characteristics of par

5、ameter changes and the requirements of control. In the process of designing the control system of the stove, the advanced technology and advanced experience in automation instrument of stoves of the same type home and abroad is adopted to make a completely new design to the detection of stove and au

6、tomatic control system.The monitoring program takes use of MCGS configuration software and performs real-time dynamic display. Key words：Hot-blast stove ; Combustion ; dynamic display ;Control ; MCGS目 錄摘要IAbstractII第一章 前言11.1 熱風(fēng)爐的發(fā)展11.2 熱風(fēng)爐在高爐生產(chǎn)中的作用11.3 熱風(fēng)爐的自動控制概述21.4 本文的主要工作2第二章 熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)與原理32.1 熱風(fēng)爐的分類

7、32.1.1 燃式熱風(fēng)爐32.1.2 蓄熱式熱風(fēng)爐42.2 熱風(fēng)爐的爐體結(jié)構(gòu)52.3 熱風(fēng)爐的管道和閥門62.3.1 管道72.3.2 閥門72.4 熱風(fēng)爐用煤氣的種類與成分92.4.1 燃料的種類92.4.2 熱風(fēng)爐用煤氣的成分102.5 熱風(fēng)爐的檢測與控制參數(shù)112.5.1 溫度參數(shù)112.5.2 流量參數(shù)132.5.3 壓力參數(shù)14第三章 熱風(fēng)爐換爐自動控制方式163.1 熱風(fēng)爐工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換163.2 熱風(fēng)爐自動換爐方式193.3 自動換爐工藝流程203.4 自動換爐安全要求與保護(hù)措施20第四章 熱風(fēng)爐燃燒自動控制系統(tǒng)設(shè)計224.1 我國高爐熱風(fēng)爐燃燒控制技術(shù)進(jìn)展224.1.1 熱風(fēng)爐

8、的燃燒控制工藝224.1.2 熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)的發(fā)展224.2 幾種控制方案234.3 熱風(fēng)爐燃燒自動控制系統(tǒng)設(shè)計234.3.1 燃燒過程控制234.3.2 送風(fēng)過程控制244.3.3 控制系統(tǒng)組成與功能244.3.4 控制系統(tǒng)構(gòu)成244.3.5 系統(tǒng)安全264.4 變頻器在鼓風(fēng)機(jī)控制中的應(yīng)用26第五章 熱風(fēng)爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計315.1 MCGS 軟件介紹315.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計325.2.1 圖形界面的形成335.2.2 數(shù)據(jù)庫的建立335.2.3 動畫設(shè)計345.2.4 報警圖形的制作345.3 系統(tǒng)的功能355.4 監(jiān)控系統(tǒng)框架組態(tài)355.4.1 實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)365.4.2 用戶窗口組態(tài)

9、365.4.3 監(jiān)控系統(tǒng)自動運行策略組態(tài)36結(jié)束語40參考文獻(xiàn)41附錄A43附錄B44致45第一章 前 言1.1 熱風(fēng)爐的發(fā)展自1828年第一座熱風(fēng)爐在美國使用至今，高爐采用熱風(fēng)爐操作已經(jīng)歷180多年的歷史。最早采用的是管式交換器，空氣從鐵管過，用煤作為燃料，熱風(fēng)溫度只有315，但在當(dāng)時對高爐爐況有顯著改善，產(chǎn)量提高，焦比降低35%，十幾年后才開始使用高爐煤氣作為熱風(fēng)爐的燃料。1857年，考貝提出用蓄熱式熱風(fēng)爐問世以來，其工作原理至今沒有改變，但熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)、設(shè)備與操作方法都有了重大改進(jìn)。1972年，荷蘭艾莫依登廠在新建的3667m3高爐上對燃式熱風(fēng)爐做了較大的改進(jìn)，較好地克服了傳統(tǒng)考貝式熱風(fēng)

10、爐的缺點，這種熱風(fēng)爐被稱為霍戈文燃式熱風(fēng)爐。由于燃式熱風(fēng)爐存在著拱頂容易損壞、壽命短、擋火隔墻“ 短路”竄風(fēng)和風(fēng)溫水平低等問題，因此，出現(xiàn)了燃燒室獨立地砌筑于蓄熱室之外的外燃式熱風(fēng)爐。外燃式熱風(fēng)爐的構(gòu)思是1910年由佛朗茲.達(dá)爾提出并申請了專利。1928年美國在卡爾尼基鋼鐵公司首先建造了外燃式熱風(fēng)爐，但由于其表面積大，熱損失大而沒有發(fā)展起來。其后，1938年科泊公司又提出專利，但直到1950年，科泊外燃式熱風(fēng)爐才應(yīng)用在高爐上。頂燃式熱風(fēng)爐存在著結(jié)構(gòu)大、燃燒器不好解決等問題，為克服這些缺點，出現(xiàn)了球式熱風(fēng)爐。球式熱風(fēng)爐也是頂燃式熱風(fēng)爐的一種，具有加熱面積大、風(fēng)溫高的優(yōu)點，在中小高爐上得到很好的應(yīng)

11、用。1.2 熱風(fēng)爐在高爐生產(chǎn)中的作用熱風(fēng)爐是高爐生產(chǎn)的重要設(shè)施，其風(fēng)溫的高低趨勢影響高爐的生產(chǎn)，高的風(fēng)溫是降低焦比、提高產(chǎn)量的有效措施，而風(fēng)溫的高低關(guān)鍵取決于熱風(fēng)爐的燃燒操作的好壞。在燃燒期，熱風(fēng)爐燃燒高爐煤氣，產(chǎn)生的廢氣流經(jīng)蓄熱室，使蓄熱室的格子磚蓄熱。在送風(fēng)期，冷風(fēng)反向流經(jīng)蓄熱室被加熱后送往高爐，為高爐提供連續(xù)的、適宜溫度的熱風(fēng)，以提高冶煉強(qiáng)度，降低焦比，達(dá)到高爐節(jié)能降耗的目的。由于種種原因，相當(dāng)多的熱風(fēng)爐控制落后，運行狀況并不令人滿意，有的甚至是手動控制。操作者通常依據(jù)個人經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)煤氣量和空氣量以控制熱風(fēng)爐拱頂溫度和廢氣溫度，通入其中的空氣和燃?xì)夂茈y恰到好處。由于控制不當(dāng)，送風(fēng)溫度一

12、直偏低，造成資源的嚴(yán)重浪費，影響高爐的冶煉。自熱風(fēng)爐運用PLC控制以來，解決了人工操作而無法解決的熱風(fēng)爐的燃燒空、煤的最佳配比，使熱風(fēng)爐的燃燒更具科學(xué)性,合理性，達(dá)到最佳的燃燒狀態(tài),從而節(jié)省了煤氣，降低了勞動度，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，在一定的程度上起到了降低能耗，提高風(fēng)溫的作用。1.3 熱風(fēng)爐的自動控制概述現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的手動操作己遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能獲得好的控制品質(zhì)。目前，在電氣控制領(lǐng)域，國外普遍采用PLC。特別是最近幾年的冶金行業(yè)中，PLC以其在工業(yè)惡劣環(huán)境下仍能高可靠性工作，與抗干擾能力強(qiáng)的特點而獲得更為廣泛的使用。PLC將電氣、儀表、控制這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要

13、求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計的，其結(jié)構(gòu)緊密、堅固、體積小巧，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的制造成本不斷下降，而其功能卻大大增強(qiáng)。在先進(jìn)工業(yè)國家中PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，日益躍居現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱(PLC, ROBOT,，CAD/CAM)的主導(dǎo)地位?？删幊绦蚩刂破魇且环N專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)

14、過程?？删幊绦蚩刂破髋c其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按照易于與控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。1.4 本文的主要工作(1)熟悉熱風(fēng)爐工藝，完成熱風(fēng)爐自動測控系統(tǒng)的總體設(shè)計。(2)設(shè)計熱風(fēng)爐爐頂溫度和廢棄溫度的自動控制系統(tǒng)。(3)利用MCGS設(shè)計監(jiān)控畫面，并對報警數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和記錄。第二章 熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)與原理2.1 熱風(fēng)爐的分類 按燃燒室位置分：燃式、外燃式和頂燃式。 按燃燒入口位置分：低架式(落地式)和高架式。 按燃燒室形狀分：眼睛形、蘋果形和圓形。 按蓄熱體形狀分：板狀、塊狀和球狀。2.1.1 燃式熱風(fēng)爐熱風(fēng)爐的燃燒室(又叫火井)和蓄熱室同置于一個圓形爐殼，并各處一側(cè)的熱風(fēng)

15、爐稱為燃式熱風(fēng)爐。燃式熱風(fēng)爐又分為傳統(tǒng)燃式和改造燃式。燃式熱風(fēng)爐是目前應(yīng)用最廣泛的一種熱風(fēng)爐。燃室熱風(fēng)爐是最早使用的一種形式，由考貝發(fā)明，故又稱為考貝蓄熱式熱風(fēng)爐。傳統(tǒng)燃式熱風(fēng)爐有以下幾大缺點： 隔墻兩側(cè)燃燒室與蓄熱室的溫差太大，又是使用套筒式金屬燃燒器，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的燃燒脈動現(xiàn)象，從而引起燃燒室裂縫、掉磚，甚至燒穿短路。 拱頂坐落在大墻上，結(jié)構(gòu)不合理；拱頂受大墻不均勻漲落與自身熱膨脹 的影響而導(dǎo)致裂縫、損壞。 當(dāng)高溫?zé)煔庥晒绊斶M(jìn)入格子磚時，拱頂局部容易過熱，致使蓄熱室中心部位燒損嚴(yán)重，同時由于高溫區(qū)耐火磚的高溫蠕動，造成燃燒室向蓄熱室側(cè)傾斜，引起格磚紊亂。 隨著高爐的大型化，風(fēng)壓越來越高，熱

16、風(fēng)爐成為一個受壓容器，熱風(fēng)爐的爐皮隨著耐火砌體的膨脹而上漲，爐底板被拉成“ 碟子”狀。焊縫拉開，爐底板拉裂，造成嚴(yán)重漏風(fēng)。 由于熱風(fēng)爐存在著周期性的擺動和上下漲落移動，經(jīng)常出現(xiàn)熱風(fēng)爐短管“ 爛脖子”現(xiàn)象。因此，當(dāng)風(fēng)溫長期維持1000左右時，這種熱風(fēng)爐部結(jié)構(gòu)要遭到破壞，限制了風(fēng)溫的進(jìn)一步提高。正是由于傳統(tǒng)燃式熱風(fēng)爐的風(fēng)溫低，壽命短，因此必須進(jìn)行技術(shù)改造。在傳統(tǒng)燃式熱風(fēng)爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造，主要有以下幾點： 采用圓形燃燒室(火井)與新型隔墻； 采用瓷燃燒器和圓弧形爐底板； 應(yīng)用錐形拱頂、蘑菇拱頂?shù)刃录夹g(shù)。2.1.2 蓄熱式熱風(fēng)爐燃蓄熱式熱風(fēng)爐的外形是圓柱體，爐頂是半球形。爐殼由鋼板焊成，爐殼里襯

17、以耐火材料。爐分成兩個主要部分：一部分是燃燒室(又稱火井)；另一部分是蓄熱室，即由耐火磚垛成的磚垛。燃燒室形狀有圓形、眼睛形和蘋果形，它們是由耐火磚砌筑成的隔墻分開，各處一側(cè)。燃燒室中間是空的。蓄熱室是用格子磚砌成的磚格子垛。磚格子上有許多垂直的孔道，即格孔。磚格子由下邊的鑄鐵爐箅子和支柱托住。目前爐子使用的格子磚主要是整體穿孔磚和板狀磚。蓄熱式熱風(fēng)爐是循環(huán)周期性工作的。在一個循環(huán)工作周期中，分燃燒期和送風(fēng)期。燃燒期：將熱風(fēng)爐燒熱，此時冷風(fēng)入口和熱風(fēng)出口關(guān)閉，將煤氣和空氣按一定的比例從燃燒器送入，煤氣燃燒將熱風(fēng)爐(主要是其中的格子磚)加熱，燃燒產(chǎn)物即煙氣由煙氣出口經(jīng)過煙道從煙囪排掉，這樣一直將

18、熱風(fēng)爐加熱到需要的溫度，然后轉(zhuǎn)入送風(fēng)期。送風(fēng)期：將由鼓風(fēng)機(jī)來的冷風(fēng)加熱后(一般在12001400)送入高爐。此時燃燒器和煙氣出口關(guān)閉，冷風(fēng)入口和熱風(fēng)出口打開，由鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)冷風(fēng)管道送來的冷風(fēng)進(jìn)入熱風(fēng)爐，冷風(fēng)在通過格孔時被加熱，熱風(fēng)經(jīng)熱風(fēng)出口和一些管道送入高爐。送風(fēng)一段時間，熱風(fēng)爐蓄存的熱量減少，不能將冷風(fēng)加熱到所要求的溫度，這時就有送風(fēng)期再次轉(zhuǎn)入燃燒期。一座熱風(fēng)爐經(jīng)過燃燒期和送風(fēng)期即完成了一個循環(huán)，熱風(fēng)爐就是這樣燃燒和送風(fēng)不斷循環(huán)地工作著。由于蓄熱式熱風(fēng)爐(即加熱格子磚)和送風(fēng)(即冷卻格子磚)交替工作，為了能連續(xù)向高爐供給高溫空氣，每座高爐至少配置34座熱風(fēng)爐；由于設(shè)備維修、檢修和提高風(fēng)溫的需要，

19、一般每座高爐設(shè)有三座熱風(fēng)爐。對于2000m3以上的大型高爐，為了不使設(shè)備結(jié)構(gòu)過于龐大，并考慮到工作的可靠性，以與交叉并聯(lián)送風(fēng)等技術(shù)的應(yīng)用，每座高爐配置四座熱風(fēng)爐。三座(或四座)熱風(fēng)爐交替地燃燒和送風(fēng)就保證了不間斷地供給高爐熱風(fēng)。蓄熱式熱風(fēng)爐的工作原理，簡言之，就是在燃燒過程中熱風(fēng)爐的磚格子將熱量儲備起來，當(dāng)轉(zhuǎn)為送風(fēng)后，磚格子又把熱量傳給冷風(fēng)，把冷風(fēng)加熱后送至高爐煉鐵。其實質(zhì)是燃燒煤氣的熱量以格子磚為媒介傳給高爐冷風(fēng)的過程。熱風(fēng)爐的工藝過程如圖2.1所示a 燃燒期 b 送風(fēng)期圖2.1 熱風(fēng)爐燃燒期與送風(fēng)期2.2 熱風(fēng)爐的爐體結(jié)構(gòu)熱風(fēng)爐本體由爐基、爐殼、大墻、拱頂、燃燒室、蓄熱室、隔墻、支柱和爐箅

20、子組成。(1) 爐基熱風(fēng)爐是由鋼結(jié)構(gòu)和大量的耐火砌體與附屬設(shè)備組成的，具有較大的荷重。這就要求必須有相應(yīng)的基礎(chǔ)，即爐基。熱風(fēng)爐的爐基不僅要承載熱風(fēng)爐本體的重量，還要承載其附屬設(shè)備與相應(yīng)構(gòu)筑物的重量；這些荷重將隨高爐爐容的擴(kuò)大和風(fēng)溫的提高而增加，故要求地基耐熱壓力不小于0.20.25MPa。土壤承載力不足時，應(yīng)打樁加固?？傊?，熱風(fēng)爐的爐基必須能承受全部荷重，并保持熱風(fēng)爐穩(wěn)定。(2) 爐殼爐殼的作用： 承受磚襯的熱膨脹力； 承受爐氣體的壓力； 確封。爐殼下部是圓柱體，頂部為半球體；現(xiàn)代高溫?zé)犸L(fēng)爐爐殼，是由820mm厚度不等的鋼板，與爐底一起焊成一個不漏氣的整體，襯為耐火磚砌體，并用地腳螺絲將爐殼固

21、定在爐基上。隨著高爐大型化，風(fēng)壓愈來愈高，熱風(fēng)爐成為名副其實的“受壓容器”。因此對爐殼材質(zhì)的選擇和焊接工藝的要求越來越高，有向厚爐殼發(fā)展的趨勢。(3) 大墻大墻即熱風(fēng)爐爐體外圍的爐墻，由耐熱層、絕熱層、隔熱層組成。耐熱層由345mm厚的耐火磚砌成，磚縫應(yīng)小于2mm；大墻與爐殼之間是絕熱層，65mm厚，用硅藻土磚砌筑；在絕熱層和大墻之間是隔熱層，60145mm厚，用于水渣料填充。在上部高溫區(qū)耐火磚外增加一層厚度為113mm或230mm的輕質(zhì)黏土磚，以加強(qiáng)絕熱，減少熱損失?，F(xiàn)代大型熱風(fēng)爐爐墻為獨立結(jié)構(gòu)，可以自由膨脹，在穩(wěn)定狀態(tài)下，爐墻僅成為保護(hù)爐殼和減少熱損失的保護(hù)性砌體。(4) 拱頂拱頂是連接蓄

22、熱室和燃燒室的空間，長期在高溫狀態(tài)下工作，除選用優(yōu)質(zhì)耐火材料砌筑外，還必須在高溫氣流作用下保持砌體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，滿足燃燒時高溫?zé)煔饬髟谛顭崾覚M斷面上均勻分布，還要求砌體品質(zhì)好，隔熱性能好，施工方便。(5) 燃燒室煤氣燃燒的空間稱燃燒室，又稱火井。燃式熱風(fēng)爐的燃燒室位于爐一側(cè)，其斷面形狀有圓形、眼睛形和蘋果形三種。(6) 蓄熱室蓄熱室是進(jìn)行熱交換的主要場所，是砌滿格子磚的格子房，磚的表面就是蓄熱室的加熱面，格子磚塊就是儲藏?zé)崃康慕橘|(zhì)，所以蓄熱室的工作既要求傳熱快又要求蓄熱多，還要具有盡可能高的溫度水平。2.3 熱風(fēng)爐的管道和閥門熱風(fēng)爐是高壓、高溫設(shè)備，所用燃料為易燃、易爆、有毒氣體。因此，熱風(fēng)爐

23、的管道與閥門必須有良好的密封性，工作可靠性，能夠承受高溫與高壓；設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，方便操作；閥門的啟閉、傳動裝置均應(yīng)設(shè)有手動操作機(jī)構(gòu)，啟閉速度應(yīng)能滿足工藝要求。2.3.1 管道熱風(fēng)爐系統(tǒng)設(shè)有冷風(fēng)管道、熱風(fēng)管道、混風(fēng)管道、燃燒用高爐煤氣管道、助燃空氣管道(指集中鼓風(fēng)的熱風(fēng)爐)、主煙道管道(指高架煙道的熱風(fēng)爐)、廢氣管道等。(1) 冷風(fēng)管道：冷風(fēng)管應(yīng)保持密封，常用412mm鋼板焊接而成；在冬季冷風(fēng)溫度為7080，夏季常超過100甚至高達(dá)150；為了消除熱應(yīng)力的影響，在冷風(fēng)管道上要設(shè)置伸縮圈，風(fēng)管的支柱要遠(yuǎn)離伸縮圈，而支柱上的管托與風(fēng)管間制成活結(jié)，以便冷風(fēng)管能伸縮自如。(2) 熱風(fēng)管道：熱風(fēng)管道由

24、約10mm厚的普通鋼板焊成；要求管道的密封性好，中間隔熱層砌輕質(zhì)黏土磚或硅藻土磚。近些年，大中型高爐還在熱風(fēng)管道表面噴涂不定形耐火材料。(3) 混風(fēng)管道：混風(fēng)管道為穩(wěn)定熱風(fēng)溫度而設(shè)，根據(jù)熱風(fēng)爐的出口溫度而摻入一定量的冷風(fēng)，使熱風(fēng)溫度稍有降低。如果采用一座爐為主送風(fēng)，一座爐為副送風(fēng)。這種雙爐并聯(lián)送風(fēng)方式，高低風(fēng)溫互相配合使用，可取消混風(fēng)管道。2.3.2 閥門熱風(fēng)爐用的閥門應(yīng)該堅固結(jié)實，能承受一定的高溫，保證高壓下密封性好，漏氣減少到最小程度，開關(guān)靈活使用方便，結(jié)構(gòu)簡單易于檢修和操作。熱風(fēng)爐系統(tǒng)主要閥門有熱風(fēng)閥、冷風(fēng)閥、煤氣閥、燃燒閥、煤氣調(diào)節(jié)閥、空氣閥、空氣調(diào)節(jié)閥、煤氣放散閥、煙道閥、廢氣閥、混

25、風(fēng)調(diào)節(jié)閥等。(1) 閥門類型：根據(jù)熱風(fēng)爐周期性工作的特點，熱風(fēng)爐用的閥門可分為控制燃燒系統(tǒng)的閥門和控制送風(fēng)系統(tǒng)的閥門。控制燃燒系統(tǒng)的閥門使將空氣與煤氣送入熱風(fēng)爐燃燒，并把燃燒產(chǎn)生的廢氣排出熱風(fēng)爐，起調(diào)節(jié)煤氣和助燃空氣的流量，調(diào)節(jié)燃燒溫度作用。當(dāng)熱風(fēng)爐送風(fēng)時，燃燒系統(tǒng)的閥門又把煤氣管道、空氣風(fēng)機(jī)與煙道與熱風(fēng)爐隔開，以保證設(shè)備的安全。主要有燃燒器煤氣調(diào)節(jié)閥、煤氣切斷閥、煙道閥等。送風(fēng)系統(tǒng)的閥門是將鼓風(fēng)機(jī)的冷風(fēng)送入熱風(fēng)爐，并把熱風(fēng)送到高爐；有的閥門還起著調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度的作用。該系統(tǒng)的閥門主要有混風(fēng)閥、冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥、廢氣閥等。熱風(fēng)爐用的閥門按結(jié)構(gòu)造形可分為三類： 蝶式閥：中間有軸，軸上有翻板也稱蝶板，

26、可以自由旋轉(zhuǎn)翻動；通過轉(zhuǎn)角的大小來調(diào)節(jié)流量。蝶式閥調(diào)節(jié)靈活、準(zhǔn)確，但密封性差；由于翻板就在氣流中，氣流會產(chǎn)生漩渦，故阻力最大，不能用于切斷。通常空氣調(diào)節(jié)閥、煤氣調(diào)節(jié)閥、混風(fēng)調(diào)節(jié)閥等是蝶式閥類。 盤式閥：閥盤開閉的方向與氣流運動方向平行，構(gòu)造比較簡單；多用于切斷含塵廢氣，密封性差，氣流經(jīng)過閥門時方向轉(zhuǎn)90°，阻力較大。通常放散閥、煙道閥等為盤式閥。 閘式閥：閘板開閉方向與氣流運動方向垂直，構(gòu)造較復(fù)雜，但密封性好；由于氣流經(jīng)過閘式閥時氣流方向不變，故阻力最小。適用于潔凈氣體的切斷。通常燃燒閥、煤氣閥、冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥、廢氣閥等均為閘式閥。閥門的驅(qū)動有手動、液壓傳動、電動、氣動等。為了提高熱

27、風(fēng)爐設(shè)備的利用率，縮短換爐時間，確保安全生產(chǎn)，減輕勞動強(qiáng)度，大中型高爐熱風(fēng)爐閥門普遍采用自動聯(lián)鎖操作。(2) 煤氣調(diào)節(jié)閥：它安裝在與燃燒器連接的煤氣管上，閥板為橢圓形，關(guān)閉時不必另為設(shè)密封閥；轉(zhuǎn)軸伸出閥外的部分，在轉(zhuǎn)角位置指示針，還與驅(qū)動拉桿相連。熱風(fēng)爐在燃燒期，燃燒閥(又稱燃燒閘板)與煤氣閥(又稱煤氣閘板)全開后，打開調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)煤氣量；自動燃燒的熱風(fēng)爐，該閥由電氣控制，可根據(jù)熱風(fēng)爐所需煤氣量，進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。(3) 空氣調(diào)節(jié)閥：它安設(shè)在與燃燒器連接的助燃空氣管道支管上，用于調(diào)節(jié)熱風(fēng)爐燃燒所需的助燃空氣量。(4) 混風(fēng)調(diào)節(jié)閥：它安設(shè)在冷風(fēng)管道與熱風(fēng)管道的連接管上。一般與一臺隔熱

28、閥(又叫冷風(fēng)大閘)，用來調(diào)節(jié)風(fēng)溫。混風(fēng)調(diào)節(jié)閥一般為蝶式閥。(5) 燃燒閥：燒器大閘。帶水冷的閘式閥，僅在套筒式燃燒器的高爐上使用，將煤氣送入燃燒器，送風(fēng)時切斷煤氣管道和熱風(fēng)爐的聯(lián)系。(6) 煙道閥：熱風(fēng)爐在燃燒期，打開閥門，將廢氣排入煙道；送風(fēng)時，關(guān)閉煙道閥，以切斷熱風(fēng)爐與煙道的通路。(7) 放風(fēng)閥：放風(fēng)閥是在鼓風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)的情況下，減少或完全停止向高爐供風(fēng)而設(shè)的。正常送風(fēng)時，全風(fēng)送入高爐。放風(fēng)時，將風(fēng)全部轉(zhuǎn)放進(jìn)入大氣。為了減少放風(fēng)時的噪聲，可將風(fēng)排至煙道，或安裝消聲器，放風(fēng)閥安裝在從鼓風(fēng)機(jī)來的冷風(fēng)管道上。(8) 混風(fēng)閥：混風(fēng)閥由調(diào)節(jié)閥和割斷閥組成，裝于混風(fēng)管與熱風(fēng)管相接處。他的作用是向熱風(fēng)總管送

29、入一定量的冷風(fēng)，以保持熱風(fēng)溫度穩(wěn)定不變；調(diào)節(jié)閥為調(diào)節(jié)摻入的冷風(fēng)量；割斷閥是防止冷風(fēng)管道風(fēng)壓降低時，熱風(fēng)或高爐煤氣進(jìn)入冷風(fēng)管道；當(dāng)休風(fēng)時，在切斷熱風(fēng)之前關(guān)閉割斷閥，以防煤氣倒流進(jìn)入冷風(fēng)管道，造成嚴(yán)重的爆炸事故，所以有叫混風(fēng)保護(hù)閥。(9) 廢氣閥：當(dāng)高爐需要緊急放風(fēng)，但放風(fēng)閥失靈或爐臺上無法進(jìn)行放風(fēng)操作時，可通過廢氣閥進(jìn)行放風(fēng)。當(dāng)熱風(fēng)爐從送風(fēng)期轉(zhuǎn)為燃燒期時，爐充滿高壓風(fēng)，而煙道閥閥盤的下面卻是負(fù)壓，此時煙道閥閥盤雖然很高，但由于作用時間短，故不需冷卻。(10) 冷風(fēng)閥：設(shè)在冷風(fēng)管上的切斷閥，是冷風(fēng)進(jìn)入熱風(fēng)爐的閘門。當(dāng)熱風(fēng)爐送風(fēng)時，打開冷風(fēng)閥，鼓風(fēng)機(jī)的冷風(fēng)送入熱風(fēng)爐；當(dāng)熱風(fēng)爐燃燒時，切斷冷風(fēng)，使熱風(fēng)

30、爐與冷風(fēng)隔開。(11) 熱風(fēng)閥：熱風(fēng)閥是一個閘式閥，它安裝在熱風(fēng)出口與熱風(fēng)主管之間的短管上；當(dāng)熱風(fēng)爐處于燃燒期時，它割斷熱風(fēng)爐和熱風(fēng)管道；熱風(fēng)爐送風(fēng)時打開熱風(fēng)閥閥門。2.4 熱風(fēng)爐用煤氣的種類與成分2.4.1 燃料的種類凡是在燃燒時能夠放出大量的熱，且該熱量能經(jīng)濟(jì)而有效地用于工業(yè)或其他方面的物質(zhì)稱為燃料。 冶金生產(chǎn)用燃料應(yīng)具有如下基本條件；(1) 燃燒所放出的熱量，必須滿足生產(chǎn)工藝的要求；(2) 燃燒過程容易控制與調(diào)節(jié)；(3) 蘊藏量豐富，成本低，使用方便；(4) 燃燒產(chǎn)物是氣體，對人、動植物、廠房、環(huán)境、設(shè)備無害。燃料可根據(jù)其物態(tài)或來源進(jìn)行劃分，燃料分類的具體情況見表2.1。表2.1 燃料的

31、分類與其他燃料相比，氣體燃料具有以下優(yōu)點：(1) 煤氣與空氣能很好地混合，供給少量的過?？諝饩涂梢酝耆紵?，化學(xué)和物理熱損失少；(2) 煤氣可以預(yù)熱，從而能夠大大提高燃料的燃燒溫度；(3) 燃燒裝置簡單，利于燃燒過程的自動調(diào)節(jié)和控制，滿足工藝要求和熱工制度；(4) 輸送簡單方便，節(jié)省人力或動力消耗，大大減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件；(5) 燃燒干凈，有利于減輕對環(huán)境的污染；(6) 便于聯(lián)網(wǎng)，利于統(tǒng)一管理。2.4.2 熱風(fēng)爐用煤氣的成分高爐熱風(fēng)爐用燃料為氣體燃料，主要是高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣。(1) 高爐煤氣：是高爐冶煉過程中產(chǎn)生的，從高爐爐頂排出，經(jīng)過凈化系統(tǒng)凈化后得到的煤氣。其主要

32、可燃成分是CO，還有少量的H2、CH4等，非可燃成分N2含量最多，超過50%。(2) 焦?fàn)t煤氣：是煉焦過程中產(chǎn)生的煤氣。其主要可燃成分是H2、CH4和CnHm，含量較高，還有少量的CO、O2、N2、CO2等。屬高熱值煤氣，具有易燃性。(3) 轉(zhuǎn)爐煤氣：是轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中生成的，從爐口噴出經(jīng)凈化后使用。其主要可燃成分是CO，另外還含有一定的O2、CO2、H2和N2等。一般熱風(fēng)爐以高爐煤氣為主要燃料，由于高爐煤氣發(fā)熱值較低，為了獲得高風(fēng)溫，可與焦?fàn)t煤氣或轉(zhuǎn)爐煤氣混合使用。各種煤氣的理化性能指標(biāo)見表2.2 2.2 各種煤氣的理化性能指標(biāo)2.5 熱風(fēng)爐的檢測與控制參數(shù)熱風(fēng)爐自動化包括 自動換爐；自動燃

33、燒；風(fēng)溫調(diào)節(jié)；煤氣熱值自動調(diào)節(jié)；交叉并聯(lián)自動控制；熱風(fēng)爐系統(tǒng)所有溫度、壓力、流量的檢測、處理、打印、報表與報警。生產(chǎn)過程中，計算機(jī)控制系統(tǒng)、電氣傳動控制系統(tǒng)和儀表檢測系統(tǒng)通常被稱為“三電”?！叭姟毕到y(tǒng)是現(xiàn)代化大型冶金設(shè)備不可缺少的重要組成部分。熱風(fēng)爐熱工參數(shù)自動檢測，按其檢測對象分為： 溫度檢測：爐頂溫度、廢氣溫度、熱風(fēng)溫度、煤氣溫度、助燃空氣溫度的檢測等； 壓力檢測：煤氣壓力、助燃空氣壓力、冷風(fēng)壓力的檢測等； 流量檢測：煤氣流量、助燃空氣流量、冷風(fēng)流量的檢測等。對于氣體流量需要溫壓補(bǔ)正。2.5.1 溫度參數(shù)(1) 溫度檢測系統(tǒng)介紹測溫多采用熱電偶。熱電偶測溫系統(tǒng)由三部分組成，即熱電偶、連接

34、導(dǎo)線、顯示儀表等。熱電偶的工作原理：兩根不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，稱為熱電極；將兩熱電極的一端連接在一起形成熱端，另一端為冷端，通過導(dǎo)線與電子電位差計相接組成封閉的回路。熱端加熱，由于金屬不同，其自由電子數(shù)目也不同；受熱后，隨溫度的升高自由電子的運動速度上升，而冷端仍然為常溫，在此線路中將產(chǎn)生熱電勢，儀表就顯示出熱電勢的多少；溫度越高，熱電極兩端的溫差也越大，熱電勢也越高，通過儀表所顯示的熱電勢的數(shù)值就可判定溫度的高低。將冷端分開接入第三種材料的導(dǎo)線時，其電勢不發(fā)生變化，所以當(dāng)熱電極的材料確定以后，熱電勢的大小只與冷、熱端的溫度差有關(guān)，與導(dǎo)線的長短、粗細(xì)無關(guān)。電位差計顯示的為電勢單位毫伏讀數(shù)，根據(jù)不

35、同材料的熱電關(guān)系將電信號轉(zhuǎn)換成溫度示數(shù)。常用的熱電偶主要有以下幾種：(1) 鉑銠10-鉑，分度號S，主要用來測量-501768 的溫度。(2) 鎳鉻-鎳硅，分度號K，主要用來測量-2701372以下的溫度。(3) 鉑銠13-鉑，分度號R，主要用來測量-501768 以下的溫度。(4) 鉑銠30-鉑銠6，分度號B，是兩種成分不同的鉑銠合金做成的一種新型熱電偶，可測高達(dá)1800 的溫度，一般也稱為雙鉑銠熱電偶。本文主要是針對熱風(fēng)爐部分進(jìn)行的溫度檢測并實時進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。其主要的檢測點包括爐頂溫度、廢氣溫度和熱風(fēng)溫度。本溫度檢測系統(tǒng)主要以熱電偶為檢測元件傳感器，通過熱電偶感受溫度變化，熱電偶將溫度變化

36、轉(zhuǎn)換為熱電勢信號，然后送至溫度變送器，將熱電勢轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA輸出，溫度變送器出來的信號直接由電子電位差計指示和記錄。其監(jiān)測系統(tǒng)框圖如圖2.2所示。圖2.2熱電偶溫度檢測系統(tǒng)框圖(2) 檢測儀表選型為了判斷爐況，檢測熱風(fēng)爐各部分溫度必須采用溫度傳感器，溫度感器一般分為接觸式和非接觸式兩大類。所謂接觸式就是傳感器直接與被測物體接觸進(jìn)行溫度測量，這是溫度測量的基本形式。而非接觸方式是遙測，主要是紅外測溫，這是接觸方式做不到的。熱風(fēng)爐的溫度測量傳統(tǒng)上都采用熱電偶。熱電偶是一種熱電型的溫度傳感器，它將溫度信號轉(zhuǎn)換成電勢(mV)信號，配以測量mV信號的儀表或變換器，便可以實現(xiàn)溫度的測量和溫度信號

37、的轉(zhuǎn)換。熱電偶溫度計由于測溫圍寬，它在工程實際中的應(yīng)用非常廣泛。熱電偶溫度計能用來測量點的溫度和壁面溫度，也能用來進(jìn)行動態(tài)溫度測量。從1K到3000K的溫區(qū)，都可選擇不同型號的熱電偶溫度計實現(xiàn)溫度測量。除此以外，熱電偶溫度計還具有明顯的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格便宜；測溫精度較高，高溫區(qū)的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好；由于測溫顯示電信號，便于訊號的遠(yuǎn)傳和記錄，也有利于集中檢測和控制；熱電偶體積小，熱容量與熱慣性均小。根據(jù)國際電工委員會(IEC)推薦的八種類型標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，以與本設(shè)計要求，測控對象(熱風(fēng)爐的爐喉、爐身、爐底、爐基、熱風(fēng)爐)的溫度變化圍為01400，選用S型鎧裝熱電偶(鉑銠10-鉑熱電偶)

38、作為檢測元件，其測溫圍一般在-501768，具有高溫下抗氧化，抗腐蝕，耐酸性、穩(wěn)定性好等特點。并且所用的元器件少，性能優(yōu)良，精度高，具有先進(jìn)水平。2.5.2 流量參數(shù)(1) 流量檢測系統(tǒng)介紹由于流量檢測條件的多樣性和復(fù)雜性，流量檢測的方法非常多，是工業(yè)生產(chǎn)過程常見參數(shù)中檢測方法最多的。據(jù)估計目前在全世界流量檢測方法至少已有上百種，其中有是多種工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中常用的。本文主要使用節(jié)流式檢測方法，節(jié)流式流量計由節(jié)流裝置（節(jié)流件和取壓裝置和符合要求的前后直管道）、引壓導(dǎo)管、差壓計和顯示儀表組成。節(jié)流裝置把流體流量轉(zhuǎn)換成差壓信號，通過引壓管送到差壓計，差壓計進(jìn)一步將差壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，顯示儀表

39、將接收到的電流信號通過標(biāo)尺指示流量，由于節(jié)流裝置是一個非線性的環(huán)節(jié)，它與流量成平方關(guān)系，所以顯示儀表直接顯示的值為非線性的，為了解決這個問題，通常在差壓計的后面加個開方器，或者將開方器依附在差壓計。節(jié)流式流量檢測系統(tǒng)框圖如圖2.3所示。圖2.3節(jié)流式流量檢測系統(tǒng)框圖(2) 檢測儀表選型節(jié)流式流量計是一種典型的差壓式流量計。是目前工業(yè)生產(chǎn)中用來測量氣體、液體和蒸氣流量的最常用的一種流量儀表。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，在煉鐵廠、煉油廠等工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中所使用的流量計有(70%80)左右是節(jié)流式流量計。在整個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，節(jié)流式流量計也占流量儀表總數(shù)的一半以上。節(jié)流式流量計所以得到如此廣泛的應(yīng)用，主要是因為它具有

40、以下兩個非常突出的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、工作可靠、成本低、又具有一定準(zhǔn)確度，能滿足工程測量的需要。有很長的使用歷史，有豐富的、可靠的實驗數(shù)據(jù)，設(shè)計加工已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。只要按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計加工的節(jié)流式流量計，不需要進(jìn)行實際標(biāo)定，也能在已知的不確定度圍進(jìn)行流量測量。節(jié)流式流量計由節(jié)流裝置、引壓導(dǎo)管、差壓計和顯示儀表組成。節(jié)流裝置又包括節(jié)流件、取壓裝置和符合要求的前后直管道，為了方便使用，通常節(jié)流裝置選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管。根據(jù)本設(shè)計要求與工藝要求，選取孔板，因為孔板節(jié)流件是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件，可不需標(biāo)定直接依照國家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。對于標(biāo)準(zhǔn)孔板，我國國家規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)的取壓方式有

41、角接取壓法、法蘭取壓法和取壓法。2.5.3 壓力參數(shù)(1) 壓力檢測系統(tǒng)介紹在生產(chǎn)過程中，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，選擇不同類型的壓力表可組成不同的壓力檢測系統(tǒng)，最簡單的測量就是在取壓管上就地安裝一塊彈簧管壓力表組成測量系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中由于氣體流量的檢測受到溫度和壓力的影響，需要檢測高爐煤氣壓力、助燃空氣壓力進(jìn)行溫壓補(bǔ)正。(2) 檢測儀表選型正確的選擇壓力計，是保證儀表在生產(chǎn)過程中發(fā)揮應(yīng)有作用的重要環(huán)節(jié)。壓力計的選擇應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，結(jié)合其他方面的有關(guān)情況具體分析和全面考慮后選用，一般要注意以下問題： 儀表類型的選用。儀表類型必須滿足生產(chǎn)過程的要求，例如是否要求指示值的遠(yuǎn)傳或變送、自動

42、記錄或報警等；被測介質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)（如腐蝕性強(qiáng)弱、溫度高低、易燃易爆等）是否對儀表提出了專門的要求；統(tǒng)籌分析這些條件后，正確選用儀表類型，這是儀表正常工作與確保生產(chǎn)的重要前提。 儀表量程的選擇。儀表的量程是儀表標(biāo)尺刻度上下限之差。究竟選擇多大量程的儀表，應(yīng)由測量過程所需要測量的壓力的大小來決定。為了避免壓力計超出圍而損壞，儀表上限值應(yīng)高于生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的的最大壓力值。對彈簧式壓力計，在被測壓力比較穩(wěn)定的場合，壓力計上限值應(yīng)為被測最大壓力的4/3倍在壓力波動較大的場合，壓力計上限值應(yīng)為被測最大壓力的3/2倍。為了保證測量準(zhǔn)確度，被測壓力數(shù)值不應(yīng)太接近壓力表下限值，一般被測壓力的最小值應(yīng)不低于

43、儀表量程的1/3。 儀表精確度等級的選擇。在儀表量程確定后，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程對壓力測量所能允許的最大誤差來確定儀表應(yīng)有的儀表精確度等級。一般說儀表等級越高，測量準(zhǔn)確度越精確，但是不要盲目追求高準(zhǔn)確度的儀表，因為儀表準(zhǔn)確度越高，價格也高。應(yīng)在滿足條件下盡量選擇價廉的儀表。根據(jù)本設(shè)計要求與被測對象，壓力變送器選用氣動壓力變送器，因為被測壓力為0-0.1Mpa，固儀表量程選用10-100Kpa的，測量精度為1級。第三章 熱風(fēng)爐換爐自動控制方式高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)通常由三座熱風(fēng)爐組成，采用二燒一送方式，熱風(fēng)爐主要閥門采用氣動控制。在高爐生產(chǎn)工藝中，熱風(fēng)爐為其蓄能部分，可分為燒爐、燜爐、送風(fēng)三道工序，其燃燒部分

44、較復(fù)雜。為滿足高爐生產(chǎn)要求、熱風(fēng)爐工作要求，進(jìn)行燒爐、送風(fēng)、燜爐這三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程稱之為換爐過程。同時，熱風(fēng)爐燃燒控制又是整個高爐過程控制的重要組成部分，這是因為既要保證熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度達(dá)到一定的數(shù)值，即儲蓄一定的能量以滿足高爐冶煉強(qiáng)度的需要，又要考慮燃料的經(jīng)濟(jì)成本，因為燃料的成本在高爐整體成本中比重相當(dāng)大。3.1 熱風(fēng)爐工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換換爐時，應(yīng)保證整個熱風(fēng)爐系統(tǒng)長時間不間斷的向高爐送風(fēng)，并應(yīng)盡量使進(jìn)入高爐的風(fēng)量、風(fēng)溫，風(fēng)壓處于最小波動圍。熱風(fēng)爐有燃燒、燜爐、送風(fēng)三種狀態(tài)，按燃燒、送風(fēng)的周期循環(huán)工作。其過程為：熱風(fēng)閥、冷風(fēng)閥關(guān)閉，煙道閥和助燃空氣、煤氣切斷閥、調(diào)節(jié)閥打開時為燃燒狀態(tài)，此時

45、助燃空氣和煤氣按空燃比混合，在熱風(fēng)爐頂部燃燒，高溫?zé)煔鈴纳舷蛳陆?jīng)過球床體，將熱量存儲在熱風(fēng)爐。當(dāng)拱頂和煙道溫度達(dá)到設(shè)定值，蓄熱室儲存足夠熱量，關(guān)閉煤氣、助燃空氣的調(diào)節(jié)閥、切斷閥，關(guān)閉煙道閥，熱風(fēng)爐處于燜爐狀態(tài)，等待送風(fēng)。需要本熱風(fēng)爐送風(fēng)時，先打開冷風(fēng)均壓閥使冷風(fēng)閥兩端的差壓減小，再打開冷風(fēng)閥和熱風(fēng)閥，關(guān)閉冷風(fēng)均壓閥，熱風(fēng)爐處于送風(fēng)狀態(tài)。此時，冷風(fēng)從下向上經(jīng)過熱風(fēng)爐球床體，被加熱成溫度略低于拱頂熱風(fēng)，將儲存于熱風(fēng)爐的熱量送往高爐。隨著送風(fēng)時間的延長，風(fēng)溫逐漸下降，熱風(fēng)爐再轉(zhuǎn)入燃燒狀態(tài)，循環(huán)工作。新高爐配備三座熱風(fēng)爐，設(shè)置有“兩燒一送”、“一燒兩送”正常工作、“一燒一送”非正常三種送風(fēng)制度，由操作

46、人員根據(jù)高爐送風(fēng)需要選取。三座熱風(fēng)爐根據(jù)送風(fēng)制度，遵循拱頂和煙道溫度先達(dá)到設(shè)定值的熱風(fēng)爐先送風(fēng)的優(yōu)選原則，交替燃燒、送風(fēng)向高爐連續(xù)供風(fēng)。除高爐休風(fēng)外，系統(tǒng)中應(yīng)至少有座熱風(fēng)爐處于送風(fēng)狀態(tài)。兩燒一送作業(yè)原理如圖3.1所示。圖3.1 兩燒一送制度作業(yè)示意圖由于無法定時全自動換爐，且需要包括PLC等相當(dāng)大的投資，故許多高爐，特別是500m3以下的高爐就干脆取消自動換爐系統(tǒng)，這樣不僅增加勞動強(qiáng)度而且往往還需增加崗位人員。熱風(fēng)爐工作狀態(tài)改變周期順序如下：(1) 燃燒轉(zhuǎn)送風(fēng)操作燃燒轉(zhuǎn)送風(fēng)操作分兩步，首先進(jìn)行燃燒轉(zhuǎn)燜爐操作，然后是燜爐轉(zhuǎn)送風(fēng)操作。按照熱風(fēng)爐的送風(fēng)順序，先確定送風(fēng)的熱風(fēng)爐，然后檢驗該熱風(fēng)爐現(xiàn)時刻

47、的工作狀態(tài)，若在燃燒狀態(tài)，方能發(fā)出換爐信號，進(jìn)行燃燒轉(zhuǎn)燜爐的換爐操作，此時熱風(fēng)爐處于換爐中，不允許做其它操作，同時需對操作段進(jìn)行時間與信號檢查，當(dāng)操作時間在規(guī)定的時間完成，且各種閥門動作信號等到位則正常，若超時或信號不到位則發(fā)出故障信號。另對各燃燒系統(tǒng)閥門需按燃燒轉(zhuǎn)燜爐的操作順序進(jìn)行，要保證閥門間的控制聯(lián)鎖。燃燒轉(zhuǎn)燜爐的操作程序為：啟動由燃燒至燜爐的程序、關(guān)煤氣調(diào)節(jié)閥、煤氣切斷閥、煤氣燃燒閥、助燃空氣切斷閥、助燃空氣調(diào)節(jié)閥、煙道閥。當(dāng)熱風(fēng)爐完成燃燒轉(zhuǎn)燜爐控制后，應(yīng)給出燜爐中接點信號。熱風(fēng)爐進(jìn)行燜爐轉(zhuǎn)送風(fēng)操作時，不允許做其它操作同時對操作段進(jìn)行時間檢查，當(dāng)操作時間在規(guī)定的時間完成，則正常，若超時

48、則發(fā)出時間超越故障信號。各送風(fēng)系統(tǒng)閥門需按燜爐轉(zhuǎn)送風(fēng)的操作順序進(jìn)行，要保證閥門間的控制聯(lián)鎖。當(dāng)熱風(fēng)爐進(jìn)入送風(fēng)中，則發(fā)出送風(fēng)開始脈沖對送風(fēng)進(jìn)行計時，與此同時解除該爐的換爐指令。燜爐轉(zhuǎn)送風(fēng)的操作程序為：啟動定時器；全開冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥、冷風(fēng)均壓閥、冷風(fēng)閥；定時器復(fù)位，檢查時限。在熱并聯(lián)工作制時，打開冷風(fēng)閥的同時，解除冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥的鎖定狀態(tài)，參與送風(fēng)調(diào)節(jié)。在其它情況下，冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥處于鎖定常開狀態(tài)。(2) 送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒操作送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒操作分兩步，首先進(jìn)行送風(fēng)轉(zhuǎn)燜爐操作，然后是燜爐轉(zhuǎn)燃燒操作。送風(fēng)熱風(fēng)爐得到送風(fēng)轉(zhuǎn)燜爐指令后，應(yīng)檢查熱風(fēng)爐送風(fēng)操作方式，若為單爐送風(fēng)方式，則檢查是否有另一座熱風(fēng)爐處于送風(fēng)狀態(tài)；若為交叉并

49、聯(lián)送風(fēng)方式，則檢查是否有其它兩座熱風(fēng)爐處于送風(fēng)狀態(tài)。得到肯定答案后，方可發(fā)出由送風(fēng)轉(zhuǎn)燜爐指令。另外，各送風(fēng)系統(tǒng)閥門需按送風(fēng)轉(zhuǎn)燜爐的操作順序進(jìn)行，要保證閥門間的控制聯(lián)鎖。送風(fēng)轉(zhuǎn)燜爐的操作程序為：啟動由送風(fēng)轉(zhuǎn)燜爐的定時器，關(guān)冷風(fēng)閥，在熱并聯(lián)工作制時，同時鎖定冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥為關(guān)閉狀態(tài)；關(guān)熱風(fēng)閥；定時器復(fù)位，并檢查時限。當(dāng)熱風(fēng)爐完成送風(fēng)轉(zhuǎn)燜爐控制后，檢查燃燒條件是否完備，如果條件完備，開始燜爐轉(zhuǎn)燃燒的正常操作。另外，各燃燒系統(tǒng)閥門需按燜爐轉(zhuǎn)燃燒的操作順序進(jìn)行，要保證閥門間的控制聯(lián)鎖。燜爐轉(zhuǎn)燃燒的操作程序為：得到燜爐轉(zhuǎn)燃燒的指令后，檢查該熱風(fēng)爐的狀態(tài)，若是在燜爐狀態(tài)，則啟動燜爐轉(zhuǎn)燃燒定時器；廢氣閥全開后，待

50、煙道閥前后壓差小于某設(shè)定值時，開煙道閥；關(guān)廢氣閥，開助燃空氣燃燒閥、煤氣燃燒閥；稍開助燃空氣調(diào)節(jié)閥；開煤氣切斷閥，稍開煤氣調(diào)節(jié)閥；定時器復(fù)位，并檢查時限。 (3) 工藝曲線熱風(fēng)爐燃燒階段時間約為90110分鐘，拱頂溫度不得超過1350。燜爐階段根據(jù)高爐實際生產(chǎn)情況不等。送風(fēng)溫度隨送風(fēng)時間的延長而下降，送風(fēng)溫度在12001350，送風(fēng)時間在95100分鐘。具體工藝曲線見圖3.2所示圖3.2 工藝曲線熱風(fēng)爐是用于供給高爐冶煉所需的具有穩(wěn)定溫度和壓力熱風(fēng)的關(guān)鍵設(shè)備，每座高爐通常設(shè)有34座熱風(fēng)爐。由于熱風(fēng)爐是蓄熱式結(jié)構(gòu)，需要加熱進(jìn)行蓄熱，然后送風(fēng)，加熱和送風(fēng)交替進(jìn)行，因此就需要換爐。由于每座熱風(fēng)爐有1

51、0多個閥門，且需嚴(yán)格按一定順序進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此為了安全和省力，在20世紀(jì)50年代就已設(shè)計了電氣連鎖與定時自動換爐系統(tǒng)，且已成為標(biāo)準(zhǔn)形式并在大多數(shù)熱風(fēng)爐上安裝使用，其系統(tǒng)原理一直沿用至今，只是裝備發(fā)生了改變，用PLC代替了過去的硬線連鎖。故乍看起來，似乎沒有什么問題了。但調(diào)查表明，這些系統(tǒng)大都無法定時全自動換爐，換爐時會造成風(fēng)壓、風(fēng)量波動，如果高爐不順時，會造成事故。特別是大型化高爐，對爐況穩(wěn)定的要求更高，因為大高爐爐況惡化后不好糾正，因此一般是到換爐時刻，發(fā)信號(或詢問)至高爐，認(rèn)可后由操作員手動實行半自動換爐，甚至為了減少風(fēng)壓、風(fēng)量波動而不得不全手動換爐。如果高爐方面不允許換爐，則只能等候并調(diào)

52、整燒爐，有的高爐雖然規(guī)定為1h換爐，但往往要到34h才能換爐，這不僅破壞了正常燒爐，而且也耗費燃料。3.2 熱風(fēng)爐自動換爐方式熱風(fēng)爐的操作方式以全自動換爐、半自動換爐和順序手動控制為主。(1) 自動換爐自動換爐以設(shè)定的送風(fēng)時間或送風(fēng)溫度作為換爐指令。換爐指令發(fā)出時，參與換爐的熱風(fēng)爐各設(shè)備按送風(fēng)順序和聯(lián)鎖條件自動完成換爐操作。自動程序?qū)嶋H是由幾個單爐換爐程序組成。(2) 半自動換爐由操作者根據(jù)高爐生產(chǎn)或熱風(fēng)爐運行情況，在主控室給出換爐指令，參與換爐的熱風(fēng)爐各設(shè)備按送風(fēng)順序和聯(lián)鎖條件自動完成換爐操作，不必人工干預(yù)。對于每個熱風(fēng)爐來說，有以下7種狀態(tài)轉(zhuǎn)換：爐轉(zhuǎn)主送風(fēng)、送風(fēng)轉(zhuǎn)輔送風(fēng)、送風(fēng)轉(zhuǎn)送風(fēng)完成、送

53、風(fēng)完成轉(zhuǎn)燃燒、燃燒轉(zhuǎn)燜爐、燃燒轉(zhuǎn)主送風(fēng)、輔送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒。(3) 順序手動控制“順序手動控制”是根據(jù)工藝要求一步一步手動完成，其中每個閥門的開關(guān)都有連鎖聯(lián)系。3.3 自動換爐工藝流程熱風(fēng)爐自動換爐主要作用是將每座熱風(fēng)爐的各個切斷閥按工藝流程要求依次開關(guān)。熱風(fēng)爐分為送風(fēng)、燃燒、燜爐三種工作方式。由操作人員在計算機(jī)上選擇每座熱風(fēng)爐的工作方式，熱風(fēng)爐各閥按照各自工作方式進(jìn)行控制動作。燃燒送風(fēng)燜爐工藝流程熱風(fēng)爐采用焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣混燒方式。請求送風(fēng)命令，關(guān)焦?fàn)t煤氣切斷閥關(guān)焦?fàn)t煤氣燃燒閥開焦?fàn)t煤氣放散閥關(guān)高爐煤氣切斷閥開高爐煤氣放散閥關(guān)空氣燃燒閥與高爐煤氣燃燒閥關(guān)煙道閥開充風(fēng)閥，冷風(fēng)閥兩端壓差合適，開熱風(fēng)

54、閥開冷風(fēng)閥與關(guān)送風(fēng)閥，完畢后，爐子處于送風(fēng)狀態(tài)。送風(fēng)完畢后，發(fā)出悶爐命令，命令發(fā)出后先關(guān)冷風(fēng)閥，再關(guān)熱風(fēng)閥即可。此時爐子處于悶爐狀態(tài)。送風(fēng)燃燒工藝流程首先要關(guān)冷風(fēng)閥關(guān)熱風(fēng)閥開廢氣閥，開后且煙道閥兩側(cè)壓力合適開煙道閥關(guān)廢氣閥開空氣燃燒閥與高爐煤氣燃燒閥關(guān)高爐煤氣放散閥開高爐煤氣切斷閥。如果配用焦?fàn)t煤氣，先開氮氣閥關(guān)焦?fàn)t煤氣放散閥和充氮閥開焦?fàn)t煤氣燃燒閥開焦?fàn)t煤氣切斷閥。完畢后爐子處于燃燒狀態(tài)。3.4 自動換爐安全要求與保護(hù)措施在送風(fēng)過程中，送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒時，若送風(fēng)爐目前為一個，操作不起作用；若燃燒轉(zhuǎn)送風(fēng)，目前若燃燒爐為一個，該爐轉(zhuǎn)送風(fēng)后，要開空氣放散，當(dāng)然此操作是錯誤的，但為保護(hù)風(fēng)機(jī)，必須這樣做；若

55、后煙道溫度過高，要自動關(guān)閉該燃燒爐，防止損壞熱風(fēng)爐；若燃燒的爐子轉(zhuǎn)悶爐，動作要求同；若送風(fēng)的爐子轉(zhuǎn)悶爐，動作要求同；冷風(fēng)管壓力低于0.05MPa。要關(guān)混風(fēng)切斷閥，以確保送風(fēng)正常；若熱風(fēng)爐燃燒器溫度低于某一值(300)時，不可燃燒，高于此值才能燃燒；助燃風(fēng)管道壓力、高爐煤氣壓力低時，也不能燒爐；兩臺助燃風(fēng)機(jī)有故障時，要燜爐。在自動換爐程序設(shè)計中，除了按照工藝的安全要求進(jìn)行設(shè)計外，在軟件設(shè)計中，需要建立一種結(jié)構(gòu)性的安全防護(hù)體系，避免由于各閥反饋信號錯誤、設(shè)備掉電、設(shè)備機(jī)械故障等引起的控制誤動作而造成嚴(yán)重的安全事故。因此,在自動換爐的軟件設(shè)計中，采用三層結(jié)構(gòu)防護(hù)體系，使控制的誤動作降到最低。具體方式

56、如下：各閥的顯示信號采用開關(guān)反饋信號并聯(lián)使用方式，即開信號由開反饋信號和非關(guān)反饋信號構(gòu)成，關(guān)信號由關(guān)反饋信號和非開反饋信號構(gòu)成。這種方式使得由于反饋信號錯誤造成控制誤動作的概率降低一半。采集每個切斷閥主回路正常、開反饋、關(guān)反饋三個信號，并且預(yù)設(shè)它們與開命令信號、關(guān)命令信號的對應(yīng)關(guān)系，只有發(fā)出命令信號后，在預(yù)設(shè)的等待反饋信號時間，控制設(shè)備的實際反饋信號與預(yù)設(shè)方案一致時，系統(tǒng)顯示控制正常,否則系統(tǒng)發(fā)出該設(shè)備報警信號。如果設(shè)備動作在控制命令發(fā)出后超過反饋信號等待時間，系統(tǒng)也會發(fā)出該設(shè)備的報警信號。把每座熱風(fēng)爐的13個切斷閥的設(shè)備報警信號組合在一起，每座熱風(fēng)爐只要有一個閥的控制設(shè)備發(fā)出報警信號，該座熱

57、風(fēng)爐的所有設(shè)備將停止工作，按照預(yù)設(shè)的安全方案動作，從而避免安全事故。第四章 熱風(fēng)爐燃燒自動控制系統(tǒng)設(shè)計在高爐系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中，熱風(fēng)爐的燃燒控制是一個相當(dāng)重要的部分，既要保證熱風(fēng)爐的出風(fēng)溫度達(dá)到一定數(shù)值，以滿足高爐冶煉的需要，又要考慮燃料的經(jīng)濟(jì)成本。4.1 我國高爐熱風(fēng)爐燃燒控制技術(shù)進(jìn)展4.1.1 熱風(fēng)爐的燃燒控制工藝系統(tǒng)對于燃燒預(yù)熱的高爐煤氣和預(yù)熱空氣的熱風(fēng)爐來說將包括煤氣流量控制、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(fēng)爐的燃燒控制是一個非常復(fù)雜的過程，它具有以下特點： 隨機(jī)性大。例如拱頂溫度和廢氣溫度測量值隨機(jī)波動性大； 由于燃燒過程復(fù)雜，存在大量的非線性關(guān)系以與許多隨機(jī)因素影響，無法建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型； 熱風(fēng)爐燃燒工作環(huán)境不斷變化，系統(tǒng)是個時變系統(tǒng)； 具有較大的滯后性，尤其是在燃燒的中后期，煤氣和空氣量調(diào)整的效果要經(jīng)過一定的時間才能從廢氣和拱頂溫度的變化中反映出來。4.1.2 熱風(fēng)爐燃燒控制系統(tǒng)的發(fā)展