環(huán)形加熱爐的溫度控制系統(tǒng)

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1、環(huán)形加熱爐的溫度控制系統(tǒng) 摘要 III Abstract IV 第一章 引言 1 1.1 冶金行業(yè)中常見的加熱爐 1 1.2 環(huán)形加熱爐的現(xiàn)狀 1 1.3 加熱爐的結(jié)構(gòu)及工作方式 2 第二章 環(huán)形加熱爐的工藝 4 2.1 工藝特點(diǎn)及流程 4 2.1.1 工藝特點(diǎn) 4 2.1.2 工藝流程 4 2.1.2.1爐子輔助設(shè)備 4 2.1.2.2儀控系統(tǒng)組成 5 2.2 加熱爐總體設(shè)計要求 5 2.2.1 工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計的原則 5 2.2.2 環(huán)形加熱爐控制系統(tǒng)設(shè)計的總體要求 6 第三章 加熱爐溫度控制系統(tǒng)的控

2、制策略 8 3.1 爐溫的控制系統(tǒng) 8 3.1.1 爐溫控制基本原理 8 3.1.2 爐溫控制系統(tǒng) 9 3.1.3 引起爐溫波動的因素 9 3.1.4 爐溫控制系統(tǒng)的改進(jìn)措施 10 3.2 燃燒控制系統(tǒng) 11 3.2.1 雙交叉限幅控制 11 3.2.2 空燃比控制 16 3.2.3 燃料流量的控制 16 3.3 檢測元件的選擇 17 3.3.1 溫度檢測元件 17 3.3.2 流量檢測元件 18 3.4 執(zhí)行器的選擇 19 3.4.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 19 3.4.2 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇 20 3.5 PLC的選擇 23 3.6 通信協(xié)議的選擇 24 第四章

3、環(huán)形加熱爐溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 26 4.1 編程軟件step7簡介 26 4.1.1 梯形圖編程語言簡介 26 4.1.2 梯形圖控制語言編程的步驟及實(shí)現(xiàn)的功能 27 4.2 系統(tǒng)流程 27 4.2.1 主程序流程 27 4.2.2 溫度控制子程序程序流程 28 4.2.3 燃燒控制子程序程序流程 29 4.3 軟件設(shè)計 30 4.3.1 I/O端口分配 30 4.3.2 程序結(jié)構(gòu) 31 4.4 系統(tǒng)調(diào)試 31 第五章 系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件的設(shè)計 32 5.1 組態(tài)王簡介 32 5.1.1 組態(tài)王簡介 32 5.1.2 組態(tài)王的使用 32 5.2 組態(tài)畫面的介紹

4、 33 5.2.1 運(yùn)行窗口 33 5.2.2 實(shí)時曲線窗口 33 5.2.3 歷史曲線窗口 35 5.2.4 報警窗口 37 5.2.5 PID參數(shù)設(shè)置窗口 38 第六章 總結(jié) 39 參考文獻(xiàn) 40 基于PLC的環(huán)形加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要 環(huán)形加熱爐是無縫鋼管生產(chǎn)的第一環(huán)節(jié),其加熱質(zhì)量直接影響到鋼管的質(zhì)量,其能耗和氧化燒結(jié)直接影響鋼管的成本。因此,保證環(huán)形加熱爐的最佳生產(chǎn)狀況和爐溫自動控制是關(guān)鍵。為了提高環(huán)形加熱爐產(chǎn)品的質(zhì)量,本文研究主要是從工業(yè)控制的角度出發(fā),對環(huán)形加熱爐加熱的溫度控制系統(tǒng)作了研究和探討。 本文通過了解整個環(huán)形加熱爐的生產(chǎn)工藝及影響因

5、素,首先在介紹加熱爐工藝流程以及加熱爐自動控制系統(tǒng)的控制要求的基礎(chǔ)上,著重介紹了環(huán)形加熱爐的爐溫控制和燃燒控制的實(shí)際應(yīng)用設(shè)計,然后,對控制系統(tǒng)中所使用的硬件及編程軟件的功能和特點(diǎn)做了詳細(xì)描述,對控制系統(tǒng)軟硬件平臺上所進(jìn)行的監(jiān)控和編程工作進(jìn)行了具體設(shè)計。本設(shè)計下位機(jī)采用PLC進(jìn)行控制,上位機(jī)采用組態(tài)王軟件進(jìn)行監(jiān)控畫面顯示,實(shí)現(xiàn)了加熱爐溫度和燃燒流量的自動控制功能。最終可以達(dá)到加熱爐安全、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)行。 關(guān)鍵詞:環(huán)形加熱爐;PLC;爐溫控制;燃燒控制 PLC-based annular furnace temperature control system design Abstract

6、 Annular heating furnace is the first link in the production of seamless steel tubes, the heat directly affects the quality of the steel, and its energy consumption and oxidation of sintered direct impact on steel costs. Therefore, to ensure optimum production conditions of the annular furnace an

7、d the temperature automatic control are the keys. To improve the quality of the product ring furnace, this paper mainly from the perspective of industrial controls, heating the ring furnace temperature control system were studied and discussed. By understanding the annular furnace production pro

8、cess and influencing factors, the first, based on the requirements of introduction the heating process and control of furnace automatic control system, focusing on the practical application of the ring furnace temperature control and combustion control design,and then, The control system used in the

9、 hardware and programming software functions and features described in detail, as well as in the control system by hardware and software platform simulation and programming of the specific design work. Next-bit machine uses the software of PLC to program the software, the host computer uses the soft

10、ware of Kingview to monitor and display screen, which realizes the automatic control function of the temperature and flow of the furnace. Finally it achieves the heating furnace operating safely, economically, and highly effectiveKey words: The Annular Furnace ;PLC; Temperature Control; Burning Cont

11、rol 引言 鋼鐵行業(yè)作為關(guān)系國計民生的基礎(chǔ)性行業(yè),具有較高的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度。鋼鐵工業(yè)是一個原材料的生產(chǎn)和加工部門,處于產(chǎn)業(yè)鏈的中間位置,它的發(fā)展與國家的基礎(chǔ)建設(shè)以及工業(yè)發(fā)展的速度關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)。 冶金行業(yè)中常見的加熱爐 在冶金工業(yè)中,加熱爐習(xí)慣上是指把金屬加熱到軋制成鍛造溫度的工業(yè)爐,包括有連續(xù)加熱爐和室式加熱爐等。金屬熱處理用的加熱爐另稱為熱處理爐。初軋前加熱鋼錠或使鋼錠內(nèi)部溫度均勻的爐子稱為均熱爐。廣義而言,加熱爐也包括均熱爐和熱處理爐。 連續(xù)加熱爐包括推鋼式爐、步進(jìn)式爐、轉(zhuǎn)底式爐、分室式爐等連續(xù)加熱爐,但習(xí)慣上常指推鋼式爐。連續(xù)加熱爐多

12、數(shù)用于軋制前加熱金屬料坯,少數(shù)用于鍛造和熱處理。主要特點(diǎn)是:料坯在爐內(nèi)依軋制的節(jié)奏連續(xù)運(yùn)動,爐氣在爐內(nèi)也連續(xù)流動;一般情況,在爐料的斷面尺寸、品種和產(chǎn)量不變的情況下,爐子各部分的溫度和爐中金屬料的溫度基本上不隨時間變化而僅沿爐子長度變化。 環(huán)形加熱爐的現(xiàn)狀 目前,世界上所有現(xiàn)代化鋼管廠的管坯加熱爐幾乎全部采用環(huán)形加熱爐,這是由其自身一系列優(yōu)點(diǎn)所決定。 環(huán)形爐最適合加熱圓管坯,并且能適用多種料坯規(guī)格直徑和長度的加熱要求,靈活調(diào)整加熱制度,滿足加熱工藝要求。管坯在爐底間隔放置,料坯三面受熱,加熱時間短,加熱溫度均勻,加熱質(zhì)量好。爐內(nèi)管坯可以出空也可以留出不裝料的空爐底段,便于更換

13、管坯規(guī)格,操作調(diào)度靈活。環(huán)形爐的機(jī)械運(yùn)行可靠,操作自動化程度高,熱工控制方便、靈活。但是,環(huán)形爐也有其自身的缺點(diǎn):如占地面積較大、爐底面積利用率低、單位爐底面積的產(chǎn)量較低,但這并不影響環(huán)形爐的技術(shù)發(fā)展?，F(xiàn)在環(huán)形爐的發(fā)展日趨大型化,如意大利DALMING廠的環(huán)形爐中徑46m;阿根廷ALGOMA廠的環(huán)形爐中徑36m;上海寶鋼環(huán)形爐中徑35m;天津鋼管公司環(huán)形爐的中徑達(dá)到48m,造價近一億元人民幣。由意大利PIANTI公司設(shè)計建造的環(huán)形爐采用了許多當(dāng)今世界先進(jìn)工藝、控制技術(shù)。通過幾年的生產(chǎn)實(shí)踐證明,該爐無論在爐溫調(diào)節(jié)控制、管坯加熱質(zhì)量、能源消耗、煙塵排放等各方面均處于世界先進(jìn)水平。 環(huán)形加熱

14、爐是無縫鋼管熱軋生產(chǎn)線上的重要熱工設(shè)備,其加熱質(zhì)量直接影響鋼管的質(zhì)量,其能耗和氧化燒結(jié)直接影響鋼管的成本,其設(shè)備狀況及操作水平直接影響鋼管的產(chǎn)量。因此,保證環(huán)形加熱爐的最佳生產(chǎn)狀況是無縫鋼管生產(chǎn)的關(guān)鍵,而加熱爐爐溫自動控制也就成為了重中之重。 2000年以前,國內(nèi)冶金企業(yè)加熱爐大多采用重油和直接燃煤加熱爐,只有少部分的企業(yè)采用燃?xì)饧訜釥t。對于重油加熱爐,在控制上,雖然可以采用先進(jìn)的控制技術(shù),但由于重油中雜質(zhì)太多,其流量監(jiān)測系統(tǒng)壽命短,測量精度很難保證,在實(shí)際運(yùn)行中,大多采用手動為主的燃燒方式。隨著石油煉制技術(shù)水平的不斷提高,重油質(zhì)量不斷下降,但價格卻不斷上升。冶金企業(yè)為了提高鋼材質(zhì)量,

15、降低能源成本,于2000年前后,許多企業(yè)將燃油加熱爐逐漸改成了然熱臟發(fā)射爐煤氣。煤氣發(fā)生爐的原料為塊煤,因重油與煤的單價相差很大,故通過油改氣改造,企業(yè)可節(jié)約能源運(yùn)行成本30%?40%。但因熱臟發(fā)生爐煤氣熱值低、壓力低,升降溫度速度慢,較難滿足高產(chǎn)的要求。對于熱臟煤氣發(fā)生爐煤氣,由于其單臺爐煤氣產(chǎn)量低,一般采用在加熱爐附近建幾臺共同供氣,這種煤氣發(fā)生路產(chǎn)氣量很難精確控制且產(chǎn)氣量低、污染大,中間又無儲氣罐,所以一般用人工方式進(jìn)行操作。采用冷煤氣作為燃料,一方面可以減少污染,另一方面可以將先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中去,并可降低燃料成本、減少原材料的氧化燒損。 加熱爐的結(jié)構(gòu)及工作方式 按爐

16、溫分布,爐膛沿長度方向分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段;進(jìn)料端爐溫較低為預(yù)熱段,其作用在于利用爐氣熱量,以提高爐子的熱效率。加熱段為主要供熱段,爐氣溫度較高,以利于實(shí)現(xiàn)快速加熱。均熱段位于出料端,爐氣溫度與金屬料溫度差別很小,保證出爐料坯的斷面溫度均勻。用于加熱小斷面料坯的爐子只有預(yù)熱段和加熱段。習(xí)慣上還按爐內(nèi)安裝燒嘴的供熱帶劃分爐段,依供熱帶的數(shù)目把爐子稱為一段式、二段式,以至五段式、六段式等。50~60年代,由于軋機(jī)能力加大,而推鋼式爐的長度受到推鋼長度的限制不能太長,所以開始在進(jìn)料端增加供熱帶,取消不供熱的預(yù)熱段,以提高單位爐底面積的生產(chǎn)率。用這種爐子加熱板坯,爐底的單位面積產(chǎn)量達(dá)900~10

17、00公斤/(米2?時),熱耗約為0.5~0.65×106千卡/噸。70年代以來,由于節(jié)能需要,又由于新興的步進(jìn)式爐允許增加爐子長度,所以又增設(shè)不供熱的預(yù)熱段,最佳的爐底單位面積產(chǎn)量在600~650公斤/米2?時,熱耗約為0.3~0.5×106千卡/噸。 連續(xù)加熱爐通常使用氣體燃料、重油或粉煤,有的燒塊煤。為了有效地利用廢氣熱量,在煙道內(nèi)安裝預(yù)熱空氣和煤氣的換熱器,或安裝余熱鍋爐。 在鍛造和軋制生產(chǎn)中,鋼坯一般在完全燃燒火焰的氧化氣氛中加熱。采用不完全燃燒的還原性火焰即“自身保護(hù)氣氛”來直接加熱金屬,可以達(dá)到無氧化或少氧化的目的。這種加熱方式稱為明火式或敞焰式無氧化加熱,成功地

18、應(yīng)用于轉(zhuǎn)底式加熱爐和室式加熱爐。 環(huán)形加熱爐的工藝 包鋼Φ180無縫鋼管廠,現(xiàn)有一座環(huán)形加熱爐,爐子有效直徑長度35m。最大入爐根數(shù)256根、最大出鋼能力120根/h,使用的燃料為高焦?fàn)t混合煤氣,煙道內(nèi)設(shè)有空氣預(yù)熱器等余熱回收裝置,環(huán)形加熱爐內(nèi)有液壓爐底系統(tǒng)、爐外有裝料系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、扇形輥道、出爐輥道、120個控制燒嘴等設(shè)備。采用較先進(jìn)PLC實(shí)現(xiàn)燒鋼。 工藝特點(diǎn)及流程 工藝特點(diǎn) 無縫鋼管由于其規(guī)格、品種、鋼種較多,因而生產(chǎn)工藝與其它軋鋼車間相比有較大的差別,因此,環(huán)形加熱爐的加熱工藝也隨之具有不同的特點(diǎn)。主要表現(xiàn)在: ⑴環(huán)形加熱爐具有加熱鋼種多、批量小、更換規(guī)格

19、頻繁和加熱工藝制度變化大等特點(diǎn),所以要求環(huán)形加熱爐必須配備靈活、快速、準(zhǔn)確的燃燒控制系統(tǒng)。 ⑵由于加熱的鋼種有很大一部分是合金鋼和不銹鋼。根據(jù)我們以往的經(jīng)驗(yàn)可知,這部分鋼種對加熱溫度要求十分嚴(yán)格,必須在低溫時均勻緩慢的加熱,嚴(yán)格禁止在加熱過程中產(chǎn)生熱應(yīng)力而導(dǎo)致廢品。 ⑶加熱易脫碳鋼種時,為防止高溫脫碳,在低溫段應(yīng)采用緩慢加熱(以提高心部溫度,所小心表溫差);在高溫段采用快速加熱的供熱制度,從而防止鋼種脫碳。 工藝流程 環(huán)形加熱爐分為:1隔熱回收段、一個預(yù)熱段、3個加熱段和3個均熱段。熱回收段主要是利用逆時針流向煙道的高溫?zé)煔鈱M(jìn)入爐內(nèi)的管坯進(jìn)行預(yù)熱,然后隨著爐底的順時

20、針轉(zhuǎn)動,鋼坯依次進(jìn)入預(yù)熱段、加熱Ⅰ段、加熱Ⅱ段和加熱Ⅲ段進(jìn)行加熱,在這4段采用空煤氣雙蓄熱的蓄熱式燃燒技術(shù);經(jīng)過加熱段之后管坯依次進(jìn)入均熱Ⅰ段、均熱Ⅱ段和均熱Ⅲ段,均熱段燃料為天然氣,采用常規(guī)燃燒方式。 2.1.2.1爐子輔助設(shè)備 ⑴排煙系統(tǒng) 環(huán)形路為外側(cè)排煙方式,側(cè)排煙道出爐后扎入地下,后接入煙囪。空氣預(yù)熱置于地下煙道內(nèi),結(jié)構(gòu)形式為帶插入件的金屬管狀預(yù)熱器,換熱面積131?2,設(shè)計入口煙溫度720℃,出口煙氣溫度326℃,預(yù)熱后空氣溫度400℃。預(yù)熱器后設(shè)有自動煙道閘板,用于爐膛壓力控制。 ⑵助燃空氣系統(tǒng) 包括助燃風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)自動放散閥、三段空氣流量孔板等。

21、 ⑶燃燒系統(tǒng) 煤氣發(fā)射爐三臺、燒嘴前手動碟閥等。 ⑷水冷系統(tǒng) 環(huán)形爐有液壓站需要水冷,爐底水封槽需要少量補(bǔ)充水。 2.1.2.2儀控系統(tǒng)組成 ⑴系統(tǒng)儀控檢測系統(tǒng) 通過安裝在管路孔板上的差壓變送器采集并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號送入PLC。 ⑵爐壓控制 爐壓控制包括助燃空氣壓力控制、煤氣壓力控制、爐內(nèi)壓力控制三部分,以保證助燃空氣和煤氣壓力穩(wěn)定,使燃燒順利進(jìn)行。 ⑶換熱器保護(hù) 換熱器起到節(jié)約能源、助燃的作用,換熱器的溫度不能過高或過低。過高損壞設(shè)備,過低會使煤氣結(jié)露,腐蝕換熱器。 ⑷燃燒控制 燃燒控制部分由溫度控

22、制、空氣與煤氣的空燃比控制和空氣的換向控制幾部分組成。 ⑸執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用PLC輸出控制,具有手自動切換功能。 加熱爐總體設(shè)計要求 工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計的原則 工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計與其他類型控制系統(tǒng)的設(shè)計一樣都以計算機(jī)控制技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ),但他又有自身的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)主要表現(xiàn)在: ⑴實(shí)用性:工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計強(qiáng)調(diào)控制設(shè)備如PLC與工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備如電機(jī)、開關(guān)等之間在功能上要和諧搭配,在控制要求上符合工業(yè)控制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在系統(tǒng)控制和功能實(shí)現(xiàn)上要求簡單明確,顯示信息直觀清楚,操作上要方便易學(xué),便于掌握。 ⑵安全性:工業(yè)控制系統(tǒng)的目的是通過采用先進(jìn)的計算機(jī)

23、技術(shù),實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的自動化運(yùn)行,減少人為參與工業(yè)控制的行為,其目的就是為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。因此,在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的同時,要最大限度的考慮到設(shè)備運(yùn)行期間可能產(chǎn)生的各種故障,并且在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時給出各種故障處理的方法,盡可能減少意外故障引發(fā)的災(zāi)難性后果,帶來生產(chǎn)甚至人身安全的重大損失。 ⑶可靠性:工業(yè)控制系統(tǒng)必須保證能夠連續(xù)可靠的運(yùn)行。為此,必須選用技術(shù)成熟可控制的器件,在安裝工藝方面盡量提高系統(tǒng)的抗干擾能力,主要的控制設(shè)備必須能夠防震、防電磁干擾、防塵、防潮,同時必須注意系統(tǒng)的散熱或加熱,以保證各電子設(shè)備工作在收益的溫度下。在信號的采集、開關(guān)確認(rèn)等方面都加強(qiáng),確保系統(tǒng)可靠穩(wěn)定

24、的運(yùn)行。在系統(tǒng)設(shè)計中必須采用種種措施,確保系統(tǒng)的高可靠性,它包括元器件的選擇、冗余設(shè)計、環(huán)境設(shè)計、人機(jī)工程設(shè)計、故障模式影響及危害性分析、模塊化設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的組態(tài)軟件設(shè)計等。在控制方面,對系統(tǒng)采取一些安全措施,如手動/自動切換、多級控制、報警和輸出鎖定等。 ⑷開放性:系統(tǒng)在設(shè)計時應(yīng)考慮以后的擴(kuò)充和升級。在設(shè)備的選型時應(yīng)考慮到其接口的通用性和互聯(lián)性,不宜采用封閉的、自成體系的設(shè)備。 環(huán)形加熱爐控制系統(tǒng)設(shè)計的總體要求 為了實(shí)現(xiàn)加熱爐這個復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制,該控制系統(tǒng)的總體設(shè)計應(yīng)具備以下要求: ⑴安全性設(shè)置:從工廠安全要求的角度操作可分為操作員、系統(tǒng)工程師和管理人

25、員三個等級。 ⑵控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝流程的自動監(jiān)控。在生產(chǎn)工段上,各個控制的設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按照工藝規(guī)定的順序啟動停止。在上一步未執(zhí)行完成時,下一步的設(shè)備禁止工作。在生產(chǎn)的自動控制過程中還必須考慮對電網(wǎng)的影響,大量設(shè)備不能同時啟動。 ⑶監(jiān)控功能:具有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和過程參數(shù)的實(shí)時顯示,時序流程圖程序運(yùn)行顯示,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能;采用彈出菜單方式進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、調(diào)整及回路控制參數(shù)的在線整定,實(shí)現(xiàn)控制功能。整個自動化控制系統(tǒng)通過對生產(chǎn)流程的流量、液位、壓力、溫度、速率和功率等參數(shù)的控制,達(dá)到滿足控制要求的目的。 ⑷報警功能:實(shí)時監(jiān)控各電氣參數(shù)、工藝參數(shù),一旦故障及時報警,顯示報警記錄,可進(jìn)行故

26、障排除及確認(rèn),并可在線打印報警記錄。 ⑸信息管理:計算機(jī)可以存儲、查詢和打印設(shè)備故障記錄,各種生產(chǎn)報表,便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。 加熱爐溫度控制系統(tǒng)的控制策略 環(huán)形加熱爐控制的基本任務(wù)是:首先維持爐膛溫度穩(wěn)定在設(shè)定值,其次是保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和操作的安全性等。環(huán)形加熱爐對加熱爐的爐膛的溫度控制是最重要的。對于不同材質(zhì)的鋼坯必須按照不同的升溫曲線進(jìn)行鋼坯的烘烤。因?yàn)槿绻麥囟冗^低,達(dá)不到軋制工藝的質(zhì)量要求,溫度過高則也會帶來一些不良的后果,如鋼過熱時鋼的品粒增大,使鋼的機(jī)械性能下降,加工時容易產(chǎn)生裂紋等。 而溫度的變化主要受燃料流量和空氣流量的影響,為了充分燃燒,燃料

27、流量和空氣流量必須按一定的比例送入管道,所以將燃料和空氣構(gòu)成雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng),這樣不僅實(shí)現(xiàn)了比較精確的流量比值,而且使燃料流量和空氣流量變得比較平穩(wěn),確保了兩物料總量基本不變,為后續(xù)溫度的控制提供了前提條件。對于溫度的控制采用雙交叉限幅方式的串級控制系統(tǒng),這樣可以在爐溫偏低時,先增加空氣量,后增加煤氣量;爐溫偏高時,先減煤氣量,后減空氣量,實(shí)現(xiàn)空氣煤氣交叉控制,保證了燃料的完全燃燒,最終通過控制燃料和空氣流量以達(dá)到控制爐溫的目的。 爐溫的控制系統(tǒng) 爐溫控制基本原理 爐溫控制系統(tǒng)的主要目的是將爐溫控制在允許的范圍內(nèi),并保證燃燒的合理性,力求達(dá)到最佳的燃燒狀態(tài)。在燃燒過程中,如果空氣

28、過剩則會氧化所加熱的鋼坯;如果天然氣過剩則會浪費(fèi)燃料,污染環(huán)境。本環(huán)形路爐溫控制基本原理為雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng),在升溫或降溫過程中,空氣流量和煤氣流量交替的跟蹤對方流量值的大小,從而使空燃比始終保持在設(shè)定空燃比的允許范圍內(nèi),是空氣流量和煤氣流量受到燃料過剩界限和空氣過剩界限的限制。從而嚴(yán)格控制了空燃比,以保證在爐溫調(diào)節(jié)過程中,燃料和空氣都達(dá)到充分燃燒,這樣既可節(jié)約能源,減少燒損,又可防止環(huán)境污染。 在環(huán)形加熱爐加熱鋼坯的過程中,空燃比過高,使鋼坯表面氧化,熱量損失增加;空燃比過低,使燃料不能完全燃燒,造成煤氣外流,浪費(fèi)了燃料并污染了環(huán)境。所以為了控制溫度,工藝上不但要求燃料量與空氣量

29、成一定比例,而且要求在溫度發(fā)生變化時,燃料與空氣的提降量有一定的先后次序,以保證空燃比的合理性及供熱區(qū)段溫度的可控性。本設(shè)計采用雙交叉限幅控制,即以爐內(nèi)溫度為主環(huán),空、煤氣為副環(huán)的串級爐溫控制回路。 串級控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征而得名的。它是由主、副兩個控制器串接工作的。主控制器的輸出作為副控制器的給定值,副控制器的輸出去操縱控制閥,以實(shí)現(xiàn)對變量的定值控制。在這個設(shè)計中,主控制器是溫度控制器,副控制器是燃料控制器或者是空氣控制器,這要依據(jù)提降時的先后順序而定。 爐溫控制系統(tǒng) 本環(huán)形加熱爐爐溫控制系統(tǒng)主要由爐溫檢測和爐溫調(diào)節(jié)兩個系統(tǒng)組成。 爐溫檢測系統(tǒng):環(huán)形爐每段設(shè)2

30、支熱電偶檢測爐膛溫度,檢測信號通過溫度變送器轉(zhuǎn)換進(jìn)入PLC的AI模塊,通過程序判斷取其中一個參與爐膛溫度調(diào)節(jié)。每加熱段的空氣和煤氣的流量檢測儀表為渦街流量計,差壓變送器將4?20mA DC信號送到PLC的AI模塊,通過程序計算得出流量瞬時值,并參與爐膛溫度調(diào)節(jié)。 爐溫調(diào)節(jié)系統(tǒng):環(huán)形爐共有6段爐溫自動控制,每段兩個流量調(diào)節(jié)閥,分別為空氣支管上的流量調(diào)節(jié)比例閥和煤氣支管上的調(diào)節(jié)比例閥。當(dāng)加熱爐正常生產(chǎn)時,PLC系統(tǒng)接收來自現(xiàn)場的路膛溫度值,通過控制程序的PI運(yùn)算及一系列邊界條件的處理輸出控制信號,在保證設(shè)定空燃比的條件下,控制空氣支管及煤氣支管上調(diào)節(jié)比例閥的開度,由此調(diào)節(jié)該段助燃空氣及煤氣

31、流量相互限幅而又交替上升或下降,從而調(diào)節(jié)爐膛各個燃燒段的溫度值達(dá)到設(shè)定溫度值。 現(xiàn)場調(diào)試時反復(fù)調(diào)節(jié)PD參數(shù),使燃燒過程達(dá)到最佳,爐溫曲線達(dá)到最優(yōu),爐溫平穩(wěn)變化不超調(diào),且響應(yīng)時間最短,由此確定P、I參數(shù)值,作為PD調(diào)節(jié)的最終參數(shù)。但由于溫度變化比較緩慢,即使空氣流量和煤氣流量已達(dá)合理值,所要控制的溫度仍未增加或減小到設(shè)定值,這樣閥門開度將繼續(xù)增大或減小,等溫度達(dá)到設(shè)定值時,流量已偏離合理值,這樣溫度將反復(fù)波動甚至震蕩,而且在環(huán)形爐正常生產(chǎn)過程中,存在其他影響爐溫穩(wěn)定的因素,所以,必須采取一系列措施避免或減弱因此而引起的爐溫的大幅震蕩。 引起爐溫波動的因素 通過在現(xiàn)場實(shí)際調(diào)試,發(fā)

32、現(xiàn)引起爐溫波動的主要因素有以下3個方面: ⑴煤氣壓力突然大幅波動,引起爐溫劇烈變化。由于煤氣由外部管網(wǎng)提供,用戶種類復(fù)雜且投運(yùn)的用戶數(shù)量不穩(wěn)定,造成煤氣壓力波動,特別是能源量不足的情況下,因本環(huán)形路處于分配管網(wǎng)的低級別,會引起大幅波動,甚至低到煤氣總管切斷閥聯(lián)鎖值。煤氣壓力的大幅波動會直接導(dǎo)致煤氣流量的大波動,雖然為保證空燃比,空氣流量也會跟著調(diào)節(jié),但調(diào)節(jié)速度與波動值往往會不成比例,因此引起爐溫劇烈變化,遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)定值。 ⑵開出料爐門引起均熱段爐溫變化。環(huán)形爐出料爐門在均熱Ⅱ段一側(cè),故一開爐門會有冷空氣進(jìn)入爐內(nèi),爐內(nèi)熱量也會向外散出,所以均熱段爐溫會受較大影響。尤其當(dāng)開、閉爐門

33、之間的間隔時間比較久,爐溫震蕩比較大。 ⑶爐膛壓力一定要保證微正壓范圍,如果壓力過高,會造成爐子向外噴火,增加熱損失,且污染環(huán)境;如果壓力過低,爐內(nèi)吸進(jìn)大量空氣,致使?fàn)t內(nèi)溫度降低,要保持同樣的爐溫,煤氣需求量增加,同時由于吸進(jìn)大量空氣,是氧化鐵皮增加,加大了燒損。 爐溫控制系統(tǒng)的改進(jìn)措施 針對上述影響環(huán)形爐爐溫的各種因素,在控制程序中給出了相應(yīng)的解決措施: ⑴天然氣壓力突然下降到報警聯(lián)鎖值,程序會自動關(guān)閉天然氣切斷閥。操作人員接收到信號之后要將調(diào)節(jié)系統(tǒng)打到手動狀態(tài),更要及時聯(lián)系天然氣管網(wǎng)處,若不能在短時間內(nèi)恢復(fù)壓力,需要去現(xiàn)場關(guān)閉燒嘴,避免事故發(fā)生,一定要確定壓力恢復(fù)

34、正常之后再手動打開切斷閥。 ⑵PID快速調(diào)節(jié):前兩個因素都可能導(dǎo)致爐溫大幅度下降,當(dāng)實(shí)際溫度與設(shè)定值偏差大于等于10 ℃,程序自動啟動PID快速調(diào)節(jié)程序, P、I被賦給較大的參數(shù)值,加快了調(diào)節(jié)速度,因此避免了爐溫大幅度變化。當(dāng)然, P、I參數(shù)值是經(jīng)過反復(fù)調(diào)試,并且研究爐溫曲線使其達(dá)到最佳而確定的。 ⑶設(shè)定死區(qū):為了避免爐溫在要求的精度范圍內(nèi)溫度設(shè)定值±5 ℃ PID控制器調(diào)節(jié)輸出繼續(xù)變化,從而引起爐溫的較大波動,為PID調(diào)節(jié)輸出設(shè)定±2 ℃的死區(qū),當(dāng)爐膛溫度與設(shè)定值之間的偏差在±2 ℃之間時, PID的輸出值不會發(fā)生變化,空氣調(diào)節(jié)閥開度保持不變,避免了爐溫的超調(diào)。 ⑷爐

35、膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置了自動與手動2種控制方式,通過控制煙道閘板的開度來調(diào)節(jié)爐膛壓力。正常情況為自動控制, PLC系統(tǒng)接收現(xiàn)場檢測到的爐膛壓力信號,通過控制程序的PID運(yùn)算得出輸出信號,調(diào)節(jié)閘板開度,保證爐膛壓力在工藝要求范圍內(nèi)。 燃燒控制系統(tǒng) 雙交叉限幅控制 加熱爐生產(chǎn)控制過程中使空氣和煤氣保持一定的比例,是加熱爐達(dá)到最佳燃燒的關(guān)鍵所在。當(dāng)空氣流量過小時,空氣過剩系數(shù)μ1.0,由于此時燃料不能得到充分燃燒,導(dǎo)致熱效率降低,同時造成煙囪冒黑煙,污染環(huán)境。相反,如果燃燒空氣過多,多余的空氣被加熱后隨著廢氣一同帶走,造成熱效率降低,而且造成鋼坯表面過氧化。熱效率與熱損失及空氣過剩系數(shù)之間的

36、關(guān)系如圖3.1所示。 圖3.1 空氣過剩系數(shù)與節(jié)能燃燒示意圖 由此可見,在上述兩種情況之間存在一個熱損失小和污染小、熱效率最高的低氧燃燒區(qū),這種狀態(tài)使排煙量減少,火焰溫度升高,并使高溫區(qū)熱效率提高,這就是最佳燃燒區(qū)。一般以煤氣為燃料的燃燒系統(tǒng)最佳燃燒區(qū)的空氣過剩系數(shù)在1.02?1.10之間,理想的燃燒過程應(yīng)該是無論負(fù)荷穩(wěn)定還是急劇變化的情況下都能在最佳燃燒區(qū)內(nèi)進(jìn)行。 環(huán)形加熱爐燃燒系統(tǒng)常用的控制方式為雙交叉燃料流量控制、爐膛溫度串級控制、上下部燃燒區(qū)域溫度主副控制、燃料溫度壓力控制等,燃燒控制回路如圖3.2所示。 圖3.2 燃燒控制回路

37、我們選擇在加熱Ⅱ段和均熱段采用雙交叉限幅燃燒控制。系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)是爐溫與煤氣流量和空氣流量的并列串級控制系統(tǒng)。其中,溫度控制回路是主回路,溫度控制器是主控制器,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的粗調(diào),煤氣和空氣流量回路是平行的副回路,煤氣控制器和空氣控制器是平行的副控制器,完成精確控制,如圖3.3所示。 圖3.3 雙交叉限幅系統(tǒng)控制圖 圖中β為空燃比,煤氣交叉限幅器的輸出(G)是煤氣流量控制器的設(shè)定值,空氣交叉限幅器的輸出(H)是預(yù)熱空氣控制器的設(shè)定值,煤氣和空氣交叉限幅器由一個高選擇器和一個低選擇器組成。 當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時,空氣流量的變化和煤氣流量的變化相互制約,并使空氣流量和煤氣流

38、量在預(yù)先設(shè)定好的空燃比范圍內(nèi)變化,以保證調(diào)溫過程的最佳燃燒狀態(tài)。它在串級平行控制的基礎(chǔ)上,增加交叉限幅控制功能。煤氣流量和空氣流量與爐溫調(diào)節(jié)構(gòu)成串級平行控制系統(tǒng),在空氣流量調(diào)節(jié)回路和煤氣流量調(diào)節(jié)回路各自設(shè)有一個高選擇器和低選擇器及一些運(yùn)算單元。溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為煤氣流量調(diào)節(jié)器和空氣流量調(diào)節(jié)器的外給定值。 其控制流程圖如下圖3.4所示。 圖3.4 雙交叉限幅控制系統(tǒng)流程圖 在煤氣流量控制回路中,空氣流量測量值與空燃比系數(shù)經(jīng)運(yùn)算后得到輸出值,經(jīng)負(fù)向偏置后與溫度調(diào)節(jié)氣的輸出一起進(jìn)入高值選擇器,選擇高值再與輸出值經(jīng)正向偏置的值一起進(jìn)入低值選擇器,低值作為煤氣流量調(diào)節(jié)器

39、的設(shè)定值。而在空氣流量控制回路中,煤氣流量測量值經(jīng)正向偏置后與溫度調(diào)節(jié)氣的輸出一起進(jìn)入低值選擇器,選擇低值再與煤氣流量測量值經(jīng)負(fù)向偏置后的值一起進(jìn)入高值選擇器,高值作為空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。 預(yù)熱空氣設(shè)定值得選擇原則: AMVt×Ra3.1 BminA,Fg×1+K4 3.2 SPaB,Fg×1-K2×β 3.3 煤氣設(shè)定值的選擇原則: CMVt×Rf3.4 DC,Fa×1-K3/β 3.5 SPgminD,Fa×1+K1/β3.6 其中:MVt為溫度控制器的輸出值 R

40、a溫度、空氣量綱比 Rf溫度、煤氣量綱比 SPa空氣流量設(shè)定值 SPg煤氣流量設(shè)定值 Fg煤氣流量修正值 Fa空氣流量修正值 K1煤氣低選系數(shù) K2空氣高選系數(shù) K3煤氣高選系數(shù) K4空氣低選系數(shù) K1,K2,K3,K4的范圍是[1.01?1.10] 該系統(tǒng)在負(fù)荷變化或者煤氣熱值波動是不會因?yàn)榭諝獠蛔愣谷紵煌耆?也不會因?yàn)榭諝膺^量而出現(xiàn)過氧燃燒現(xiàn)象,此雙交叉限幅控制的原理如下: ⑴爐溫處于穩(wěn)定狀態(tài)時(無任何擾動) 溫度調(diào)節(jié)器的輸出與實(shí)

41、際檢測的煤氣流量相等,在空氣側(cè),經(jīng)低選、高選得到空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值SPaβ×MVt×Ra,煤氣側(cè),經(jīng)高選、低選得到煤氣調(diào)節(jié)器設(shè)定值SPgMVt×Rf.此時調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),雙交叉制約不工作。 ⑵爐溫低于設(shè)定值時(升溫調(diào)節(jié)過程) 溫度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用使得其輸出增大,而此時實(shí)際檢測的煤氣流量還沒有改變,在空氣側(cè),經(jīng)低選、高選得到空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值: BminA,Fg×1+K4 Fg×1+K4(3.7) SPa Fg×1+K4,Fg×1-K2×β Fg×1+K4×β (3.8) 在煤氣側(cè)經(jīng)高選、低選得到煤氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值: DC,Fa×1-K3/β

42、 MVt×Rf(3.9) SPgminMVt×Rf,Fa×1+K1/βFa×1+K1/β (3.10) 從以上兩式可看出,空氣流量隨煤氣流量的增加而增加,反之煤氣流量又隨空氣流量的增加而增加,交叉制約開始,溫度不斷上升,而K4 K1這可以保證在升溫時,煤氣量隨著空氣量的增加而增加,即空氣先行?？諝獗让簹舛嘁稽c(diǎn),避免在燃燒調(diào)整過程中由于煤氣過剩而冒黑煙。隨著空氣煤氣流量在相互制約中的不斷增加,最終溫度調(diào)節(jié)器的輸出又與煤氣、空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值相等,此時系統(tǒng)又處于平衡狀態(tài),交叉制約結(jié)束。 ⑶爐溫高于設(shè)定值時(降溫調(diào)節(jié)過程) 溫度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用使得其輸出值減小,而此

43、時實(shí)際檢測的煤氣流量還沒有改變,在空氣側(cè),經(jīng)低選、高選得到空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值: BminA,Fg×1+K4 MVt×Ra (3.11) SPaMVt×Ra,Fg×1-K2×βFg×1-K2×β (3.12) 在煤氣側(cè)經(jīng)高選、低選得到煤氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值: DC,Fa×1-K3/β Fa×1-K3/β (3.13) SPgminFa×1-K3/β,Fa×1+K1/βFa×1-K3/β (3.14) 從以上兩式可以看出,隨著煤氣流量的減少,空氣流量也減少,煤氣流量的減少導(dǎo)致空氣流量的減少,交叉制約開始,溫度不斷下降,直至新的平衡建立。而K3K2這

44、可以保證在降溫時,空氣量隨著煤氣量的減少而減少,即煤氣先行。煤氣總比空氣少一點(diǎn),同樣可以避免冒黑煙。 有以上分析可見,通過此系統(tǒng)進(jìn)行燃燒控制,無論負(fù)荷怎樣變化,實(shí)際空燃比都在一個較小的范圍內(nèi)波動(波動范圍由K1,K2,K3,K4確定),可防止溫度或負(fù)荷變化時空氣煤氣流量的突變,保證溫度均衡變化。在增量時先增空氣,后增煤氣,在減量時先減煤氣,后減空氣,達(dá)到減少能源消耗又不出現(xiàn)過氧燃燒的目的,從而確保了燃燒過程都能在最佳燃燒區(qū)內(nèi)進(jìn)行,達(dá)到節(jié)能、完全燃燒、防止污染的目的。 雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):雙交叉限幅燃燒控制方式能有力地限制空氣過剩率的實(shí)際值,從而保證了空氣過剩不至于遠(yuǎn)遠(yuǎn)

45、地偏離設(shè)定值,保證燃燒系統(tǒng)工作在最佳燃燒區(qū)域內(nèi),減少了缺氧燃燒和過氧燃燒帶來的熱損失,最大程度上降低了黑煙及NOx和SOx給環(huán)境帶來的污染。 雙交叉限幅燃燒控制方案采用PID控制原理設(shè)計的溫度控制器。雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)中燃料流量設(shè)定信號和空氣流量設(shè)定信號總是用對方的實(shí)際流量來驗(yàn)證它是否合適,通過相互制約防止負(fù)荷變化時出現(xiàn)燃料過剩和空氣過度過剩,從而將空氣過剩系數(shù)的設(shè)定值減少至極限值上,實(shí)現(xiàn)了對剩余空氣系數(shù)進(jìn)行雙向限幅功能。這種方案能保證煤氣、空氣充分燃燒,提高燃燒效率,降低氧化鐵皮損耗,有效消除溫度偏差、系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),該系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)就是系統(tǒng)的響應(yīng)速度要受燃燒流量控制系統(tǒng)和空氣量

46、控制系統(tǒng)響應(yīng)速度的制約,取決于了兩系統(tǒng)中響應(yīng)較慢的一方的響應(yīng)速度。 空燃比控制 從節(jié)省能源和保護(hù)環(huán)境的要求出發(fā),應(yīng)以最佳的空氣/燃料比控制燃燒。一般采用模糊控制的方法來尋找最優(yōu)空/燃比值,FOC就是自尋優(yōu)模糊控制器,這是一個兩輸入單輸出模糊控制器,其輸入是爐膛溫度的增量ΔT(ΔTTi-Ti-1)和上一周期的尋優(yōu)步長Ui-1,輸出是本次尋優(yōu)步長Ui(即為本次空/燃比的增量)。實(shí)際應(yīng)用時,停止?fàn)t膛溫度的模糊控制,以煤氣流量為基準(zhǔn),通過修正空/燃比值,改變空氣的配入量,然后再采用一個定值PID調(diào)節(jié),使空氣流量達(dá)到所要求的值。這里空氣壓力穩(wěn)定,只通過一個普通的PID調(diào)節(jié)就可以實(shí)現(xiàn)( 可由PL

47、C完成)。當(dāng)Ti-Ti-1∈[NO,PO]且尋優(yōu)步長Ui∈[NS,PS]時,停止自尋優(yōu)搜索,轉(zhuǎn)而啟動爐膛溫度模糊控制。此時的Ui即為最優(yōu)空/燃比值。 燃料流量的控制 燃燒控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)燃料的流量達(dá)到控制爐膛溫度的目的。在操作站設(shè)定好燃燒區(qū)溫度后,控制系統(tǒng)通過運(yùn)算得出理論燃料流量,作為控制參數(shù)與實(shí)際流量比較進(jìn)行燃料流量的回路調(diào)節(jié)。在燃燒控制中燃料介質(zhì)一定,因此可通過理論計算出消耗單位燃料而需要的空氣量,作為空氣流量整定值修正空氣流量;同時也可通過檢測空氣實(shí)際流量來修正燃料控制流量,以達(dá)到最佳燃燒,即現(xiàn)在燃燒控制中常用的雙交叉燃燒控制。 根據(jù)環(huán)形加熱爐中燃燒區(qū)域的特點(diǎn),可采取上

48、下燃燒區(qū)域溫度主副控制。如設(shè)定好上部均熱區(qū)溫度后,其溫度設(shè)定值不僅參與上部均熱區(qū)燃料和空氣流量的控制,而且作為溫度調(diào)節(jié)系數(shù)參與下部均熱區(qū)燃料和空氣流量的控制。上下區(qū)域間采用溫度主副控制主要是通過熱輻射和交換原理降低燃料消耗量,達(dá)到節(jié)約成本的目的。 檢測元件的選擇 溫度檢測元件 熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件,是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時,當(dāng)兩接合點(diǎn) 熱電偶溫度不同時,就會在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時,顯示儀表將會指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢所對應(yīng)的溫度值。熱電偶的熱電動熱將隨著測量端溫度升高而增長,它的大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關(guān),與熱

49、電極的長度、直徑無關(guān)。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同,但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同,通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成,通常和顯示儀表,記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。 將兩種材質(zhì)不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路就構(gòu)成了熱電偶。熱電偶的測溫原理是基于熱電效應(yīng),即只要熱電偶兩端的溫度不同,則在熱電偶閉合回路中就產(chǎn)生熱電動勢,這種現(xiàn)象就稱為熱電效應(yīng)。熱電偶回路中的熱電動勢由接觸電動勢和溫差電動勢兩部分組成。其主要優(yōu)點(diǎn)是測溫范圍廣,可以在1K至2800℃的范圍內(nèi)使用,精度高,性能穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)簡單,動態(tài)性能好,把溫度轉(zhuǎn)換為電勢信號便于處理和遠(yuǎn)距離傳輸。 溫度在300℃?6

50、00℃時可選用鎳鉻?康銅熱電偶(E);但由于考銅合金絲易氧化變質(zhì),因此用在測量高于500℃的蒸汽溫度時,宜選用鎳鉻一鎳硅熱電偶(K);溫度在600℃至1000℃時選用鎳鉻一鎳硅熱電偶(K);溫度在1000℃至1300℃時應(yīng)該選用鉑銠?鉑熱電偶(S)。S型熱電偶長期最高使用溫度為1300℃,短期最高使用溫度為1600℃。S型熱電偶具有準(zhǔn)確度高,穩(wěn)定性好,測溫溫區(qū)寬,使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。其物理化學(xué)性能良好,在高溫下抗氧化性能好,適用于氧化和惰性氣氛中,使用廣泛。因?yàn)殇撆骷訜釡囟葹?050?1250℃,加熱爐預(yù)熱段溫度在750?1100℃;加熱段溫度在1250?1300℃;均熱段溫度在1150?125

51、0℃。所以應(yīng)該選用鉑銠-鉑(S型)熱電偶。 流量檢測元件 在工程上,常把單位時間內(nèi)流過工藝管道某截面的流體數(shù)量稱為瞬時流量,而把某一段時間內(nèi)流過工藝管道某截面的流體總量稱為累積流量。由于流量檢測的復(fù)雜性和多樣性,流量監(jiān)測的方法很多,其分類方法也多種多樣。若按檢測的最終結(jié)果分類,可分為體積流量檢測法和質(zhì)量流量檢測法。 ⑴體積流量檢測法:體積流量檢測法又可分為容積法(又稱直接法)和速度法(又稱間接法)兩種。 ①容積法是以單位時間內(nèi)排出流體的固定體積數(shù)來計算流量?；谌莘e法的流量檢測儀表有橢圓齒輪式流量計、腰輪式流量計、螺桿式流量計、刮板式流量計、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計等。容積法

52、測量流量受流體狀態(tài)影響小,適用于測量高粘度流體,測量精度高。 ②速度法是先測出管道內(nèi)的平均流速,再乘以管道截面積以求得流量。目前工業(yè)上常用的基于速度法的流量檢測儀表有節(jié)流式(又稱差壓式)流量計、轉(zhuǎn)子流量計、旋渦式流量計、渦輪式流量計、電磁式流量計、靶式流量計、超聲式流量計等。 ⑵質(zhì)量流量檢測法:質(zhì)量流量檢測法也可分為間接法和直接法兩種。 ①間接法是用測得的體積流量乘以密度求得質(zhì)量流量。但當(dāng)流體密度隨溫度、壓力變化時,還需要隨時測量流體的溫度和壓力,并通過計算對其進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)溫度和壓力波動頻繁時測量參數(shù)多、計算工作繁瑣、累積誤差大、測量精度難以提高。 ②直接法是用

53、測量儀表直接測量質(zhì)量流量,具有精度不受流體的溫度、壓力、密度等變化影響的優(yōu)點(diǎn),但目前尚處于研究發(fā)展的階段,現(xiàn)場應(yīng)用不如測量體積流量那樣普及。目前已有的質(zhì)量流量檢測儀表有科里奧利式流量計、量熱式流量計、角動量式流量計等。 渦街流量計是典型的速度流量計。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)管道中的流體遇到橫置的、滿足一定條件的柱狀障礙物時,會產(chǎn)生有規(guī)律的周期性漩渦序列,其漩渦系列平行排成兩行,如同街道兩旁的路燈,俗稱“渦街”。由于這一現(xiàn)象首先是由卡曼發(fā)現(xiàn)的,故又命名為“卡曼渦街”。 渦街流量計主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工

54、況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機(jī)械零件,因此可靠性高,維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量計采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高,可在-20℃?+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出,容易與計算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進(jìn)、理想的測量儀器。 綜上所述,渦街流量計表現(xiàn)出簡單而優(yōu)良的特性,而且障礙柱體使流體產(chǎn)生的壓力損失要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于孔板等節(jié)流元件所產(chǎn)生的壓力損失,所以,本設(shè)計選用渦街流量計測量煤氣的流量和助燃空氣的流量。 執(zhí)行器的選擇 執(zhí)行器是過程控制系統(tǒng)中一個重要的組成部分,一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(又成為調(diào)節(jié)

55、閥)兩部分組成。它的作用是接受來自調(diào)節(jié)器輸出的的控制信號,并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移來改變調(diào)節(jié)閥的流通面積,以改變被控參數(shù)的流量,控制流入或流出被控過程的物料或能量,從而實(shí)現(xiàn)對過程參數(shù)的自動控制,使生產(chǎn)過程滿足預(yù)定要求。執(zhí)行器安裝在現(xiàn)場,直接與工藝介質(zhì)接觸,通常在高溫、高壓、高粘度、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易燃易爆、劇毒等場合下工作,如果選用不當(dāng),將直接影響過程控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量,或者使整個控制系統(tǒng)不能可靠工作,甚至造成嚴(yán)重事故。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)最廣泛的定義是:一種能提供直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的驅(qū)動裝置,它利用某種驅(qū)動能源并在某種控制信號作用下工作。 因?yàn)樵絹碓蕉嗟墓S采用了自動

56、化控制,人工操作被機(jī)械或自動化設(shè)備所替代,人們要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠起到控制系統(tǒng)與閥門機(jī)械運(yùn)動之間的界面作用,更要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)增強(qiáng)工作安全性能和環(huán)境保護(hù)性能。在一些危險性的場合,自動化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝置能減少人員的傷害。某些特殊閥門要求在特殊情況下緊急打開或關(guān)閉,閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)能阻止危險進(jìn)一步擴(kuò)散同時將工廠損失減至最少。對一些高壓大口徑的閥門,所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩非常大,這時所需執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須提高機(jī)械效率并使用高輸出的電機(jī),這樣平穩(wěn)的操作大口徑閥門。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇主要是對氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和液動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇,根據(jù)能源、介質(zhì)的工藝要求、安全、控制系統(tǒng)的精度、經(jīng)濟(jì)效益及現(xiàn)場情況等多種因素,綜

57、合考慮選用哪一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格便宜、維護(hù)方便和防火防爆等優(yōu)點(diǎn)。由于環(huán)形加熱爐燃燒系統(tǒng)使用的燃料即焦?fàn)t煤氣具有易燃、易爆的性質(zhì),所以,本設(shè)計中的執(zhí)行器都選用氣動執(zhí)行器,不僅可以降低成本,使用方便,而且能夠有效的防火防爆,降低發(fā)生意外事故的概率。 但氣動執(zhí)行器有滯后大、不適于遠(yuǎn)傳的特點(diǎn),為了克服此缺點(diǎn),可采用電-氣轉(zhuǎn)換器或閥門定位器,是傳送信號為電信號,現(xiàn)場操作為啟動,這是電-氣結(jié)合的一種形式,也是今后發(fā)展的方向。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受電/氣轉(zhuǎn)換器(或電/氣閥門定位器)輸出的氣壓信號,并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的推桿直線位移,以推動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作。氣動執(zhí)行是以壓縮空氣為動

58、力能源的,他接受調(diào)節(jié)器的輸出控制信號,通過氣缸或膜片帶動閥門連桿動作,以調(diào)節(jié)被控介質(zhì)(如液體、氣體和蒸汽等)的流量,將被控變量控制在系統(tǒng)要求的范圍內(nèi)。 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式和活塞式兩種。常見的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)均屬薄膜式,它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價廉,但輸出行程較小,只能直接帶動閥桿?；钊降奶攸c(diǎn)是行程長,但價格昂貴,只用于特殊場合。本設(shè)計中選用薄膜式氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇 生產(chǎn)過程中,被控介質(zhì)的特性千差萬別,有高壓力的,高粘度的,強(qiáng)腐蝕的;流體的流動的狀態(tài)也各不相同,有的流量小,有的流量大;有的是分流,有的是合流。因此,必須根據(jù)流體性質(zhì)、工藝條件和過程控制要求,并參照各種閥門

59、結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮,同時兼顧經(jīng)濟(jì)性來最終確定合適的結(jié)構(gòu)形式。 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)又稱控制閥(或調(diào)節(jié)閥)。在工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域中,調(diào)節(jié)閥通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號,借助動力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)的最終控制元件。一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。如果按行程特點(diǎn),調(diào)節(jié)閥可分為直行程和角行程;按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的動力,可以分為氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥、液動調(diào)節(jié)閥三種;按其功能和特性分為線性特性,等百分比特性及拋物線特性三種。調(diào)節(jié)閥適用于空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質(zhì)、泥漿、油品等介質(zhì)。 調(diào)節(jié)閥按行程特點(diǎn)可分為:直行程和角行程。直行程包括:單座閥、雙座閥、套筒閥、角

60、形閥、三通閥、隔膜閥;角行程包括:蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、全功能超輕型調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥按驅(qū)動方式可分為:氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥和液動調(diào)節(jié)閥,即以壓縮空氣為動力源的氣動調(diào)節(jié)閥,以電為動力源的電動調(diào)節(jié)閥,以液體介質(zhì)如油等壓力為動力的電液動調(diào)節(jié)閥;按調(diào)節(jié)形式可分為:調(diào)節(jié)型、切斷型、調(diào)節(jié)切斷型;按流量特性可分為:線性、等百分比、拋物線、快開。 電液比例閥是一種可以連續(xù)控制的電控閥,閥內(nèi)比例電磁鐵根據(jù)輸入的電壓信號產(chǎn)生相應(yīng)動作,使工作閥閥芯產(chǎn)生位移,閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出的元件。閥芯位移也可以以機(jī)械、液壓或電的形式進(jìn)行反饋。由于電液比例閥具有形式種類多樣、容易組

61、成使用電氣及計算機(jī)控制的各種電液系統(tǒng)、控制精度高、安裝使用靈活以及抗污染能力強(qiáng)等多方面優(yōu)點(diǎn),因此應(yīng)用領(lǐng)域日益拓寬。近年研發(fā)生產(chǎn)的插裝式比例閥和比例多路閥充分考慮到工程機(jī)械的使用特點(diǎn),具有先導(dǎo)控制、負(fù)載傳感和壓力補(bǔ)償?shù)裙δ堋Ｋ某霈F(xiàn)對移動式液壓機(jī)械整體技術(shù)水平的提升具有重要意義。特別是在電控先導(dǎo)操作、無線遙控和有線遙控操作等方面展現(xiàn)了其良好的應(yīng)用前景。所以,本設(shè)計中選用比例閥來控制煤氣和助燃空氣的流量。 控制閥是控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件,他接受控制器的命令執(zhí)行控制任務(wù)?？刂崎y選擇的合適與否,將直接影響關(guān)系到能否更好地起到控制作用。因