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内蒙古科技大学过程控制工程课程设计说明书题目：热风炉出口温度控制系统设计学生姓名：谢作全学号：0967112227专业：测控技术与仪器班级：2009-2指导教师：李忠虎前言1996年中国生铁产量突破1亿吨，此后连续10年生铁产量居世界第一，高炉部分经济技术指标接近或达到了世界先进水平我国高炉生产各方面取得了显著进步，但在资源和能源利用率、高炉大型化、提高产业集中度以及环保等方面还有很大差距，有待进一步提高，努力向钢铁强国迈进。
影响高炉炼铁产量的主要因素有送风系统的送风量，喷吹系统的煤粉、重油、天然气等，高炉煤气的含尘量，上料系统的上料量。
任何一个系统都对高炉炼铁及其重要，改变任何一个系统的量，都可以改变高炉炼铁的产量。
高炉热风炉是给高炉燃烧提供热风以助燃的设备,是一种储热型热交换器.国内大部分高炉均采用每座高炉带3至4台热风炉并联轮流送风方式,保证任何瞬时都有一座热风炉给高炉送风,而每座热风炉都按:燃烧-休止-送风-休止-燃烧的顺序循环生产.当一座或多座热风炉送风时,另外的热风炉处于燃烧或休止状态.送风中的热风炉温度降低后,处于休止状态的热风炉投入送风,原送风热风炉即停止送风并开始燃烧,蓄热直至温度达到要求后,转入休止状态等待下一次送风.热风炉是一个非线性的,大滞后系统,影响热风炉的因素有很多,并且各种因素相互牵制,因此导致它的控制过程非常复杂,很难用精确的数学模型描述.用传统的方法建模,使整个控制系统置于模型框架下,缺乏灵活性及应变性,很难胜任对复杂系统的控制.目录第1章高炉炼铁简介 (1)1.1高炉炼铁原理 (1)1.2高炉炼铁工艺过程 (2)1.3高炉炼铁主要设备简介 (2)1.4热风炉生过程概况及出口温度控制实际意义 (3)第2章热风炉出口温度控制系统设计 (5)2.1被控参数选择 (5)2.2 控制参数选择 (5)2.3 控制方案的确定 (5)2.3.1控制系统选择 (5)2.3.2控制规律选择 (6)2.3.3调节参数整定 (6)2.4控制系统设备选型 (6)2.4.1温度传感器及变送器选择 (6)2.4.2执行器选择 (7)2.4.3调节器选择 (7)2.5 绘制控制系统方框图 (8)第3章设计总结 (10)参考文献 (12)1第1章 高炉炼铁简介1.1高炉炼铁原理高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧化物或矿物状态（如F e O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4·TiO2等）还原为液态生铁。
采用模糊控制控制器实现热风炉燃烧控制系统设计引言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。
而更大的问题是，这种热源对于那种需要较高温度干燥或烘烤作业的要求，则束手无策。
针对这些实际问题经过多年潜心研究，终于研制出深受国内外用户欢迎的JDC系列螺旋翅片管换热间接式热风炉和JDC系列高净化直接式热风炉。
目前，我国绝大多数热风炉的燃烧控制主要还是采用手动控制，煤气流量和空气流量的大小由人工凭经验手动调节，因此，供热温度波动较大，对热风炉的寿命也有很大影响，并造成煤气的巨大浪费。
传统控制方法主要有比例极值调节法和烟气氧含量串级比例控制法，但是由于不能及时改变空燃比，不易实现热风炉的最佳燃烧，且测氧仪器成本高、难以维护，因此，实际使用效果不太理想；数学模型法能将换炉、送风结合为一体，但由于检测点多，在生产条件不够稳定、装备水平较低的热风炉中不易实现；人工智能方法主要有神经网络和模糊控制，神经网络控制对热风炉燃烧过程有极强的自学习能力，但抗干扰能力较弱，而模糊控制不需数学模型，有较强的抗干扰能力且易于实现，因此尤其适用于热风炉这类难以确切描述的非线性系统。
1 热风炉燃烧控制系统1.1 热风炉的燃烧过程燃烧过程对应着蓄热室的蓄热过程，它分为加热期和拱顶温度管理期。
当拱顶温度上升到一定值后，需要保持拱顶温度维持在这个定值，此时拱顶几乎不再吸收废气的热量，而废气的热量主要被蓄热室中下部所吸收。
从废气管道排出的废气，它的温度比较低时，说明热风炉的热交换效率比较高，反之，热交换效率比较低。
生物质热风炉控制系统设计与温度控制算法研究生物质热风炉控制系统设计与温度控制算法研究摘要：生物质热风炉是一种利用生物质颗粒燃烧产生热能的设备，广泛应用于工业生产中。
针对生物质热风炉的控制问题，本文设计了一套基于温度控制算法的控制系统，通过对炉内温度的实时监测和调整控制参数，实现了炉内温度的精确控制。
经过实验验证，该控制系统具备较高的控制精度和稳定性，对提高生物质热风炉的热能利用率具有重要意义。
1. 引言生物质热风炉是一种环保、经济的锅炉设备，其利用生物质颗粒作为燃料燃烧，产生热能用于供暖或工业生产。
生物质热风炉具有燃烧效率高、净热输出高、环保等优势。
然而，生物质热风炉在实际运行中，由于生物质颗粒的不均匀性、供气系统的波动等因素，容易导致炉内温度的波动和不稳定。
因此，设计一个稳定、高效的生物质热风炉控制系统，对提高生物质热能利用率具有重要意义。
2. 控制系统设计2.1 系统架构生物质热风炉控制系统主要由传感器、执行器、控制器和人机界面组成。
传感器负责实时监测炉内温度，将数据传递给控制器；控制器根据监测到的温度数据，通过调整执行器控制燃料补给、风量调节等参数，实现对炉内温度的控制。
人机界面负责与操作人员进行交互，实现对控制系统的参数设置和状态监测等功能。
2.2 温度控制算法温度控制算法是生物质热风炉控制系统的核心。
本文采用PID控制算法进行炉内温度的控制。
PID控制算法通过对比实际温度和设定温度之间的差异，计算出控制量，进而调整控制参数，使得温度能够稳定在设定值附近。
PID控制算法的具体计算公式如下：\[u(t)=K_p\cdot e(t)+K_i\cdot \int_0^t e(\tau)d\tau + K_d \cdot \frac{{de(t)}}{{dt}}\]其中，u(t)为控制量，e(t)为实际温度与设定温度之间的差异，Kp、Ki、Kd为控制器的比例、积分和微分系数。
这三个系数的选择关系到温度控制的精确度与稳定性。
热风炉的自控系统作者：董宝成来源：《硅谷》2011年第21期摘要：从热风炉自动化系统组成出发，通过“闷炉与“燃烧”的相互转换顺序，“休风“送风”等的操作顺序等，概述热风炉自动化控制全过程，旨在为大家提供一套清晰的操作流程，便于掌握和使用。
关键词：热风炉；自控系统；过程中图分类号：TF578.2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1110021－020 引言2011年9月马来西亚安裕公司炼铁工程的热风炉投产运行，该炉是配合450高炉炼铁的重要部分。
1 热风炉的自动化控制系统组成整个热风炉自动化控制系统由1个主PLC和4个远程IO机架组成，液压站控制PLC，通过Profibus_DP网通讯连接。
1个HMI工作站，通过以太网连接，和其他系统实时交换数据。
设备的集中监视和控制在HMI进行。
系统正常生产时，主操作在操作站HMI上进行。
机旁操作仅为设备调试情况下使用。
2 操作方式说明本系统中，PLC主机和HMI工作站上通过以太网通讯，上位机监控软件使用WICC，设备的正常操作指令在主控室HMI画面上完成。
同时在各个电气设备的附近设有就地操作箱，就地操作箱上有就地、集中选择开关。
当选择就地时，通过就地操作箱面板上的启动、停止按钮，在就地进行控制时，此种方式为设备单机单动状态，主要用于调试阶段。
当选择主控室HMI画面操作时，有两种操作方式：1）全自动方式：在工作站HMI上进行，根据连锁的条件和现场的反馈信号，流程自动启动、停止。
2）手动方式：在HMI上对某一系统或设备进行操作，此设备的运行按相应的连锁条件运行。
各个操作设备的操作权限：现场就地箱具有优先操作权，现场操作箱上设有就地、禁止、集中三种操作权选择开关。
热风炉控制室HMI操作站作为正常生产时主要的在线监控设备。
受机旁箱操作地点选择开关控制。
HMI工作站上有操作权（地点）的选择情况指示，当选择机旁操作时，在HMI上操作无效。
3 自动化控制过程整个热风炉系统的工作方式为：两炉操作时：拱顶温度：1370度热风温度：1080度工作制度：一烧一送换炉时间：10分钟送风时间：60分钟三炉操作时：拱顶温度：1370度热风温度：1200度工作制度：两烧一送换炉时间：10分钟送风时间：45分钟热风炉的控制功能可以划分为如下4个主要部分：1）热风炉燃烧；2）热风炉顺控和换炉；3）热风炉本体和热风公共部分；4）热风炉阀门冷却。
工号：JG-0054889酒钢炼铁保障作业区论文设计题目热风炉燃烧温度控制系统设计厂区炼铁厂作业区保障作业区班组维护班姓名陈现伟2011 年05 月08 日论文设计任务书职工姓名：陈现伟工种：维护电工题目: 热风炉燃烧温度控制系统的设计初始条件：炼铁高炉采用内燃式热风炉,燃烧所采用的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,要求向高炉送风温度达到1350℃，则炉顶温度必须达到1400℃±10℃。
要求完成的主要任务:1、了解内燃式热风炉工艺设备2、绘制内燃式热风炉温度控制系统方案图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4月29－30日选题、理解设计任务，工艺要求。
5月1－3日方案设计5月4－7日参数计算撰写说明书5月8日整理修改主管领导签字：年月日目录摘要 (I)1内燃式热风炉工艺概述 (1)2热风炉温度串级控制总体方案 (2)2.1内燃式热风炉送风温度控制方案选择... (2)2.2内燃式热风炉温度串级控制系统框图 (4)3系统元器件选择 (4)3.1温度变送器 (5)3.2温度传感器 (5)3.3控制器及调节阀 (6)3.3.1调节阀的选择 (6)3.3.2控制器即调节器的选择 (6)4参数整定及调节过程说明 (7)4.1参数整定 (7)4.2调节过程说明 (8)学习心得及体会 (10)参考文献 (11)摘要过程控制通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。
过程控制的主要任务是对生产过程中的有关参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度、pH值和物性等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的的前提下，使连续性生产过程自动地进行下去。
由于控制对象的特殊性，除了具有一般自动化所具有的共性之外过程控制系统相对于其他控制系统还具有以下特点：控制对象复杂、控制要求多样；控制方案丰富；控制多属慢过程参数控制；定值控制是过程控制的一种主要控制形式；过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成。
高炉热风炉的控制1. 概述钢铁行业的激烈竞争，也是技术进步的竞争。
高炉炼铁是钢铁生产的重要工序，高炉炼铁自动化水平的高低是钢铁生产技术进步的关键环节之一。
炉生产过程是，炉料（铁矿石，燃料，熔剂）从高炉顶部加入，向下运动。
热风从高炉下部鼓入，燃烧燃料，产生高温还原气体，向上运动。
炉料经过一系列物理化学过程：加热、还原、熔化、造渣、渗碳、脱硫，最后生成液态生铁。
高炉系统组成：1)高炉本体系统2)上料系统3)装料系统4)送风系统5)煤气回收及净化系统6)循环水系统7)除尘系统8)动力系统9)自动化系统高炉三电一体化自动控制系统架构：组成：控制站和操作站二级系统控制内容：仪表、电气传动、计算机控制自动化包括数据采集及显示和记录、顺序控制、连续控制、监控操作、人机对话和数据通信2．热风炉系统(1) 热风炉系统温度检测(2) 热风炉煤气、空气流量、压力检测(3) 热风炉燃烧控制(4) 热风炉燃烧送风换炉控制(5) 煤气稳压控制(6) 换热器入口烟气量控制(7) 空气主管压力控制热风炉燃烧用燃料为高炉煤气，采用过剩空气法进行燃烧控制，在规定的燃烧时间内，保持最佳燃烧状态燃烧；在保证热风炉蓄热量的同时，尽量提高热效率并保护热风炉设备。
热风炉燃烧分三个阶段：加热初期、拱顶温度管理期和废气温度管理期。
⑴加热初期：设定高炉煤气流量和空燃比，燃烧至拱顶温度达到拱顶管理温度后，转入拱顶温度管理期。
在加热初期内，高炉煤气流量和助燃空气流量均为定值进行燃烧。
⑵拱顶温度管理期：保持高炉煤气流量不变，以拱顶温度控制空燃比，增大助燃空气流量，将拱顶温度保持在拱顶目标温度附近，燃烧至废气温度达到废气管理温度后，转入废气温度管理期。
在拱顶温度管理期内，高炉煤气流量为定值进行燃烧，助燃空气流量进行变化以控制拱顶温度。
⑶废气温度管理期：依据废气温度逐渐减小煤气流量，同时以拱顶温度调节控制助燃空气流量，将拱顶温度保持在拱顶目标温度附近，至废气温度达到废气目标温度后，如果热风炉燃烧制选择为“废气温度到”，则燃烧过程结束；如果选择为“燃烧时间到”，则调节煤气流量减小到仅供热风炉保持热状态的需要，直到燃烧时间到时燃烧过程结束。
基于热平衡原理的热风炉燃烧控制模型随着国内钢铁产能过剩，钢铁价格持续低迷，钢铁企业对热风炉系统节能减排的要求逐渐提高，文章提出了一种基于热平衡原理的燃烧控制模型，可以降低能耗、提高风温，从而降低生铁成本。
标签：热风炉；数学模型；燃烧控制热风炉作为高炉炼铁的重要子系统，其作用是向高炉提供稳定的热量。
热风炉系统有燃烧、焖炉和送风三个阶段。
在当前钢铁行业利润大幅度下降的大环境下，节能增效已经成为其必然的发展出路，因此建立一套行之有效的燃烧控制策略对整个炼铁生产必将具有极大的意义。
1 燃烧控制原理热风炉的烧炉过程从本质上说就是蓄热过程。
对于燃烧高炉煤气和助燃空气的热风炉来说，完整的热风炉燃烧控制包含空燃比控制（煤气流量及助燃空气流量调节）、拱顶温度控制以及废气温度控制，具体如图1所示：烧炉过程可分为三个阶段。
以顶燃式热风炉为例，在烧炉初期，拱顶蓄热室的温度很低，废气的热量绝大部分被拱顶蓄热室吸收，蓄热室顶部的温度迅速上升，蓄热室中下部温度则上升缓慢，因此燃烧初期拱顶温度的上升速率是主要控制对象。
此时最佳的控制策略是以较大量的煤气与合适的空燃比对拱顶蓄热室进行快速加热，使拱顶温度快速达到设定值。
当拱顶温度上升到设定值附近，就进入了拱頂温度管理期。
这时，再逐步增大空燃比，适当减小煤气流量以保持拱顶温度维持在设定值基本不变，提高并稳定废气的升温速率。
此时热风炉拱顶蓄热室不再吸收废气的热量，废气热量主要被蓄热室中下部所吸收。
当从废气管道排出的废气温度较低时，热风炉的热交换效率较高，反之则热交换效率较低，因此在拱顶温度管理期，废气的温度上升速率是主要控制对象。
在烧炉末期，热风炉的废气温度已上升至设定值。
在热风炉操作未下达换炉指令前，应全面减少对热风炉的供热量以防止拱顶温度或废气温度超高影响热风炉寿命。
此时的控制策略是助燃空气流量和煤气流量均逐渐减少并维持在较低的水平。
2 数学模型的建立数学模型建立在热平衡原理的基础上，即根据送风期带走的总热量QA等于燃烧期积蓄的总热量QB，建立数学模型及推导方法如下。
高炉热风炉自动化控制系统
一、热风炉系统概述
在现代高炉操作中,高风温已被充分利用作为降低焦比、提高产量的主要措施之一,特别是喷吹燃料在高炉生产中广泛启用之后,迫切要求热风炉提供更高的风温,这就要求我们精通业务,在日常工作中能够及时排除故障,为生产厂提供优质服务。
热风炉利用高炉产生的高炉煤气(有时混入焦炉煤气)和助燃风配比燃烧加热炉内隔子砖使顶温达到1250℃,烟道温度达到350℃。
而后7000风机送来的冷风经过热风炉隔子砖后为高炉提供1150℃左右的风温。
二、热风炉自动控制系统介绍
一高炉热风炉系统有顶燃式热风炉系统、热风炉软水冷却系统及热风炉液压站三部分组成。
自动化控制分三部分,分别由三台可编程控制器完成,通过MODBUS PLUS网与上位通讯,同时可与网上的其他PC机或PLC联系接受他们的命令或去控制他们.①热风炉所有参数显示及自动调节项目由QUANTUM43412A可编程控制器完成,主要负责煤气支管流量调节、助燃风支管流量调节、热风流量调节以及助燃风机风门等调节，及一些重要参数（如一高炉热风炉炉顶温度、烟道温度、总管及支管煤气流量、总管及支管空气流量等）的采集、控制和连锁。
②所有连锁控制及液压站报警、连锁采用MODICON984-685E编程控制器完成,③热风炉软水冷却系统所有温度、压力、流量采用QUANTUM11302系统监视。
下图为一炉热风炉自动控制系统图。
