1、 过程控制工程课程设计过程控制工程课程设计说明书说明书 题题 目：目：室式加热炉燃烧室式加热炉燃烧控制系统设计控制系统设计 目录 前 言 1 1 工艺过程概述 2 2 室式加热炉燃烧控制系统设计. 3 2.1 加热炉空燃比控制方法. 3 2.2 室式加热炉燃烧控制系统结构. 3 2.3 控制系统工艺流程. 4 2.4 控制系统的设计. 4 2.4.1 被控参数与控制参数的选择 4 2.4.2 主、副流量的确定 4 2.4.3 调节器控制规律及其正反作用方式的确定 5 2.5 控制仪表的选型 5 2.5.1 温度传感器选型 5 2.5.2 温度变送器 6 2.5.3 流量变送器 6 2.5.4
2、阀门的选型 6 2.5.5 电气转换器 6 2.5.6 氧传感器 6 2.5.7 调节器选型 6 3 总结. 8 参考文献 9 室式加热炉燃烧控制系统设计 1 前前 言言 加热炉是轧钢生产的主要耗能设备, 节能降耗是加热炉的一个重要课题。轧钢 加热炉的主要任务是保证出炉钢坯的温度, 在满足工艺要求的前提下,实现加热炉生 产的优质、高产、低耗。在一定的炉温制度下, 空气燃料比的优化设定, 对提高加热 炉的加热品质, 降低煤气消耗起着至关重要的作用 1。合理的空燃比不但可以提高 燃烧效率, 减少排烟热损,而且还可以控制炉内气氛的含氧量, 减少钢坯氧化烧损, 提高钢坯成材率2。 室式加热炉是生产中常
3、见的加热炉， 用于单件、 小批量工件的金属锻造和钎焊。 对物料加热时，物料不移动3。炉内不分段，要求各处炉温均匀。对于大钢锭加热 采用周期性的温度制度（即炉温按时间分为预热期、加热期、均热期等）4。为建 设节约型社会，现在热加工也越来越自动化、节能化。 燃烧过程的被控量主要是燃气量和空气量，空气系数过大，将会引起火焰温度 的降低，热损失的增减，不但增加燃料消耗，而且会造成对坯料的氧化烧损；空气 系数过小，则会导致燃料不完全燃烧，很可能达不到燃烧工艺要求，同时造成了能 源的浪费， 还会污染环境， 并且腐蚀设备。 空燃比控制是整个燃烧过程控制的核心。 燃烧炉加热时要能根据需要调节加热炉内温度，这时
4、就要求空气与燃料的提、降量 有一定的先后次序。当需要升温时，先增加空气量，再增加燃料量；降温时则先减 少燃料量，再减少空气量，以保证燃料的完全燃烧。 室式加热炉燃烧控制系统设计 2 1 工艺过程概述工艺过程概述 因为热轧需要在再结晶温度以上进行轧制，因此需要使用加热炉对坯料进行加 热。因钢种复杂、坯型规格变化大、种类多，加热要求差别大，需设置不同炉型完 成加热和轧制中补温的要求。 成品板的热处理种类多， 工艺复杂， 因此设置有固溶、 淬火、正火、退火、回火等热处理炉，以满足不同的热处理工艺要求。室式加热炉 就是其中一种炉型。加热炉工艺流程如图 1.1 所示。 加热时将待轧钢坯放入加热炉内，用燃
5、料和空气混合燃烧产生热量进行加热, 钢坯被加热到合适的温度后送给轧机进行轧制。燃料的燃烧需要适当配比的空气, 空气量不足是燃料不充分而造成能源浪费和大气污染, 而空气过量时多余的空气会 带走炉内热量, 同时过量的空气会造成钢坯的氧化烧损, 高效燃烧控制的重点就是 空燃比的控制。考虑燃料和空气混合的实际情况, 通常空气量与理论空气量要多于 燃烧所需的理论值, 实际配比的空气量与理论空气量的比值称为空气过剩系数, 其 值一般控制在 1.051.1 之间。为了充分利用燃烧产生的热量, 保证钢坯按适当的速 度升温, 加热炉炉温按时间分为预热期、加热期、均热期三个温度段。炉膛温度在 正常生产情况下与投入
6、到炉内的燃料量是相对应的, 在满足轧机生产要求的前提下 适当降低加热强度, 可以降低燃料的消耗量。 炉膛压力影响炉内温度场的分布, 需要 控制在适当范围内, 一般为微正压即在+1020 Pa 左右。炉压低时炉体将吸人冷空气 造成炉温下降, 加重钢坯氧化烧损6。 图 1.1 室式加热炉燃烧控制系统 室式加热炉燃烧控制系统设计 3 2 室式加热炉燃烧控制系统设计室式加热炉燃烧控制系统设计 2.1 加热炉空燃比控制方法 总结国内外工业炉空燃比控制方法，主要有以下三种：机械连杆调节、比例阀 调节、 伺服电机分别控制燃气和空气阀开度调节。 方法一为机械装置， 控制精度低。 目前方法二应用最为广泛， 加热炉功率完全取决于空气压力的变化。此两种方法简 单，均需凭经验设定固定空燃比，调试过程精度低。方法三则根据实时烟气含氧量 判断燃烧过程是否充分， 再据此通过调节器分别控制燃气、空气阀开度方法迅速匹 配空燃比控制，提高了系统的自动化程度以及控制精度， 可降低能耗和故障率，提 高热效率，实现多种工艺要求3。 本控制系统根据实时烟气含氧量判断燃烧过程是否充分
