關(guān)靜

（中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

燒結(jié)點(diǎn)火爐燃燒自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

關(guān)靜

（中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

1 燒結(jié)點(diǎn)火爐及其對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求

燒結(jié)用混合料卸到燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)上，燃?xì)馐紫仍邳c(diǎn)火爐內(nèi)燃燒，產(chǎn)生熾熱的火焰直接點(diǎn)燃混合料的料層表面，同時(shí)高溫爐膛向表面料層輻射熱量，使其達(dá)到需要的燃燒溫度和一定的強(qiáng)度。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，要點(diǎn)燃表層燒結(jié)礦并達(dá)到一定強(qiáng)度，點(diǎn)火爐的溫度一般要控制在1250℃左右。溫度過(guò)高，料層表面熔化、透氣性變差；溫度太低，料層點(diǎn)火不好，強(qiáng)度不夠。這二種情況都影響料層垂直燃燒速度，使燒結(jié)礦的產(chǎn)量下降，質(zhì)量降低。

影響點(diǎn)火爐內(nèi)溫度的因素很多，例如：燃?xì)獾墓┙o量、壓力、燃料的成分、燃空比值、混合料的含水量、混合料配合比、風(fēng)箱吸力等。因此，點(diǎn)火爐是一個(gè)多變量、多干擾、大慣性的復(fù)雜對(duì)象。但是，混合料的含水量、配合比、燃料成分、壓力及風(fēng)箱吸力等，一般能通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或人工保持穩(wěn)定或控制在一定范圍內(nèi)。因此，只要控制點(diǎn)火爐燃料的供給量及燃空比值，就能將點(diǎn)火爐內(nèi)溫度控制在要求的范圍之內(nèi)。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 調(diào)節(jié)對(duì)象特性

由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成主要取決于調(diào)節(jié)對(duì)象特性，因此掌握調(diào)節(jié)對(duì)象特性是十分重要的。

根據(jù)前面分析，點(diǎn)火爐內(nèi)料層表面燃燒過(guò)程是一個(gè)較復(fù)雜的過(guò)程，要從理論上獲取對(duì)象特性是很困難的，通常根據(jù)定性分析，用試驗(yàn)的方法獲取。

采用試驗(yàn)的方法并作一些簡(jiǎn)化，得到點(diǎn)火爐的對(duì)象特性：

式中：K——對(duì)象放大系數(shù)；

T——對(duì)象的時(shí)間常數(shù)；

ZS——對(duì)象的滯后時(shí)間。

從上式可知，點(diǎn)火爐對(duì)象特性可用一階慣性環(huán)節(jié)加純滯后環(huán)節(jié)近似，對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T及純滯后時(shí)間Z的大小與點(diǎn)火爐的容積和測(cè)量元件本身的特性有關(guān)。

2.2 被調(diào)參數(shù)和調(diào)節(jié)參數(shù)

2.2.1 被調(diào)參數(shù)

點(diǎn)火爐的燃燒控制通常以點(diǎn)火爐爐膛溫度控制燃?xì)饬髁?，這是一個(gè)定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這是選取點(diǎn)火爐膛溫度作為被調(diào)參數(shù)。因?yàn)樗苋菀子蔁犭娕蓟蜉椛錅囟扔?jì)檢測(cè)出來(lái)，并且當(dāng)干擾進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，其溫度變化具有足夠的靈敏度和變化值。

2.2.2 調(diào)節(jié)參數(shù)

生產(chǎn)過(guò)程中，影響生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量的干擾因素很多，設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的就是要選取合適的操作參數(shù)，有效迅速地克服干繞的影響。由前述分析可知，影響點(diǎn)火爐內(nèi)溫度（被調(diào)參數(shù)）的可控參數(shù)是燃?xì)饬髁?。所以選取燃?xì)饬髁孔鳛檎{(diào)節(jié)參數(shù)能有效地克服主要干擾的影響，從而得到較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

2.3 調(diào)節(jié)方案的確定

如前所述，點(diǎn)火爐對(duì)象特性較復(fù)雜，工藝要求調(diào)節(jié)品質(zhì)較高。根據(jù)分析，系統(tǒng)地主要干擾是燃?xì)夂涂諝饬髁?，且波?dòng)頻繁。而燃燒過(guò)程反應(yīng)迅速，用熱電偶測(cè)量溫度具有較大的滯后慣性（與燃燒過(guò)程相比），若僅根據(jù)點(diǎn)火爐溫度來(lái)克服這些干擾，調(diào)節(jié)品質(zhì)難以滿足較高的精度要求。因此必須將主要干擾在進(jìn)入對(duì)象之前加以克服，而殘余影響及無(wú)法事先克服的其它干擾，則根據(jù)被調(diào)參數(shù)的偏差予以校正。目前用于燒結(jié)點(diǎn)火爐燃燒的控制系統(tǒng)有：串級(jí)串聯(lián)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、串級(jí)并聯(lián)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及點(diǎn)火強(qiáng)度控制系統(tǒng)。下面重點(diǎn)介紹后兩種調(diào)節(jié)系統(tǒng)：

2.3.1 串級(jí)并聯(lián)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

目前燒結(jié)廠點(diǎn)火爐的燃燒控制廣泛采用串級(jí)并聯(lián)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它是以點(diǎn)火爐溫度信號(hào)作為反饋的串級(jí)閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。系統(tǒng)主環(huán)用點(diǎn)火爐溫度信號(hào)作為校正信號(hào)，克服副環(huán)沒(méi)有克服的干擾。副環(huán)采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，克服燃?xì)饬髁亢涂諝饬髁坎▌?dòng)帶來(lái)的影響。同時(shí)由于燃?xì)饬髁炕芈放c空氣流量回路不直接關(guān)聯(lián)，因此，系統(tǒng)參數(shù)整定也較容易。

圖1 點(diǎn)火爐燃燒控制系統(tǒng)

2.3.2 點(diǎn)火強(qiáng)度調(diào)節(jié)

點(diǎn)火爐強(qiáng)度控制是根據(jù)燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)點(diǎn)燃單位面積上的混合料所需要的熱量，確定燃?xì)饬髁吭O(shè)定值。同時(shí)為了保證燃?xì)夂侠砣紵€需要有合適的燃-空比。副環(huán)同樣采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，用于克服燃?xì)饬髁亢涂諝饬髁坎▌?dòng)帶來(lái)的影響。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可知，點(diǎn)火強(qiáng)度控制是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)是一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)。

首先根據(jù)點(diǎn)火強(qiáng)度設(shè)定值、燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)寬度和燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)速度得到燃?xì)饬髁吭O(shè)定值，輸出信號(hào)到燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)單元與燃?xì)饬髁繙y(cè)量值進(jìn)行比較。其偏差值經(jīng)PI運(yùn)算，輸出信號(hào)去控制燃?xì)忾y門(mén)的開(kāi)度。同時(shí)，燃?xì)饬髁啃盘?hào)經(jīng)比值器送到空氣流量調(diào)節(jié)單元與空氣流量測(cè)量信號(hào)進(jìn)行比較，其偏差值經(jīng)PI運(yùn)算，輸出信號(hào)去控制空氣調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火強(qiáng)度、燃-空比值自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（1）點(diǎn)火強(qiáng)度計(jì)算

式中：F——燃?xì)饬髁吭O(shè)定值，m3/h；

TK——點(diǎn)火強(qiáng)度設(shè)定值，m3/h；

PS——燒結(jié)機(jī)速度，m/min；

PW——燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)寬度，m。

對(duì)燃?xì)饬髁窟€需要進(jìn)行幅值限制：

（2）燃?xì)饬髁可舷拗涤?jì)算

式中：FMH——燃?xì)饬髁可舷拗?，m3/h；

KG1、KG2——燃?xì)饬髁可舷拗涤?jì)算常數(shù)；

PS——燒結(jié)機(jī)速度，m/min。

（3）燃?xì)饬髁肯孪拗涤?jì)算

式中：FML——燃?xì)饬髁肯孪拗?，m3/h；

KG3、KG4——燃?xì)饬髁可舷拗涤?jì)算常數(shù)；

PS——燒結(jié)機(jī)速度，m/min。

燃?xì)饬髁吭O(shè)定值上、下限限制如圖2。

圖2 燃?xì)饬髁可稀⑾孪尴拗?/p>

（4）燃-空比值計(jì)算

式中：RP——燃-空比；

FAP——空氣流量設(shè)定值，m3/h；

FGP——燃?xì)饬髁吭O(shè)定值，m3/h。

對(duì)于點(diǎn)火爐燃燒控制系統(tǒng)，不論是以溫度控制方式還是點(diǎn)火強(qiáng)度控制方式，要使用系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，并滿足控制精度要求，除了設(shè)計(jì)合理的控制系統(tǒng)外，還必須保證燃?xì)鉄嶂捣€(wěn)定。

主要儀表選型：爐內(nèi)溫度采用鉑銠-鉑熱電偶；燃?xì)狻⒖諝饬髁繙y(cè)量采用流量孔板；執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)或氣動(dòng)的；調(diào)節(jié)閥一般采用蝶閥，由于控制對(duì)象復(fù)雜，均采用計(jì)算機(jī)來(lái)完成這些功能。

[1]長(zhǎng)沙礦山設(shè)計(jì)研究院上海寶山鋼鐵總廠.寶鋼燒結(jié)控制計(jì)算機(jī)功能簡(jiǎn)介.1983.

[2]《長(zhǎng)沙黑色冶金設(shè)計(jì)研究院燒結(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè)》.冶金出版社，1990，2.

[3]松本徹.燒結(jié)計(jì)測(cè)、控制儀表設(shè)備（CENTUM系統(tǒng)及應(yīng)用實(shí)例）.橫河電機(jī)株式會(huì)社，1990.

TE046

A

1004-7344（2016）05-0292-02

2016-1-18

關(guān)靜（1963-），女，工程師，大專(zhuān)，主要從事設(shè)計(jì)及工程管理工作。