热风炉温度控制
内蒙古科技大学
过程控制课程设计论文
题目：高炉热风炉温度控制系统
学生姓名：高磊
学号：1067112123
专业：测控技术与仪器
班级：2010-1
指导教师：左鸿飞
前言 (2)
1.热风炉工艺 (3)
1.1工作方式 (3)
1.1.1 直接式高净化热风炉 (3)
1.1.2 间接式热风炉 (3)
1.2工作原理 (3)
1.3工艺流程 (4)
2.热风炉温度控制方案设计 (6)
2.1熟悉工艺过程，确定控制目标 (6)
2.2选择被控变量 (6)
2.3选择操纵变量 (6)
2.4确定控制方案 (7)
2.5温度传感器的选择 (7)
2.6变送器的选择 (8)
2.7执行器的选择 (8)
2.8调节器的选择 (9)
3. 小结 (9)
4. 附录 (10)
4.1温度控制流程图 (10)
4.2温度控制框图 (10)
5. 参考文献 (11)
热风炉是现代大型高炉主体的一个重要组成部分，其作用是把从鼓风机来的冷风加热到工艺要求的温度形成热风，然后从高炉风口鼓入，帮助焦炭燃烧。所以热风炉的热风温度大小或稳定与否都对于整个高炉炼铁有着很大的影响。所以我们要做一套设计，控制热风炉的温度，保证生产的正常进行。本次课程设计正是针对于高炉炼铁生产中热风炉的单炉送风系统，利用单闭环系统进行负反馈控制，使得热风炉的热风温度能够达到高炉炼铁生产的工艺要求。
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。
1.热风炉工艺
1.1工作方式
1.1.1 直接式高净化热风炉
就是采用燃料直接燃烧，经高净化处理形成热风，而和物料直接接触加热干燥或烘烤。该种方法燃料的消耗量约比用蒸汽式或其他间接加热器减少一半左右。因此，在不影响烘干产品品质的情况下，完全可以使用直接式高净化热风。
1.1.2 间接式热风炉
主要适用于被干燥物料不允许被污染，或应用于温度较低的热敏性物料干燥。如：奶粉、制药、合成树脂、精细化工等。此种加热装置，即是将蒸气、导热油、烟道气等做载体，通过多种形式的热交换器来加热空气。
1.2工作原理
高炉热风炉按工作原理可分为蓄热式和换热式两种。蓄热式热风炉，按热风炉内部的蓄热体分球式热风炉（简称球炉）和采用格子砖的热风炉，按燃烧方式可以分为顶燃式，内燃式，外燃式等几种，提高热风炉热风温度是高炉强化冶炼的关键技术。如何提高风温，是业内人士长期研究的方向。常用的办法是混烧高热值煤气，或增加热风炉格子砖的换热面积，或改变格子砖的材质、密度，或改变蓄热体的形状（如蓄热球），以及通过种种方法将煤气和助燃空气预热。
热风炉主要有三种工作状态：即燃烧状态、送风状态和闷炉工作状态。(1) 热风炉燃烧状态
热风炉处于燃烧状态时，通过热风炉煤气管道和助燃空气管道向热风炉送入高炉煤气和助燃空气，高炉煤气和助燃空气燃烧产生热烟气使热风炉蓄热；热风炉处于燃烧状态时，其废气阀、烟道阀、助燃空气燃烧阀、高炉煤气燃烧阀、高炉煤气切断阀等阀均处于开启状态，其它各阀（切断阀）均处于关闭状态。(2) 热风炉送风状态
热风炉处于送风状态时，向燃烧结束蓄有一定热量的热风炉送入冷风，冷风经热风炉加热后再送入高炉。热风炉处于送风状态时，其冷风阀、热风阀、冷风充压阀等处于开启状态，其它各阀（切断阀）均处于关闭状态。
(3) 热风炉闷炉状态
热风炉处于闷炉状态时，为保持温度，热风炉所有的阀门均处于关闭状态。
热风炉处于上述三种状态之间的转换过程定义为换炉过程。在热风炉的操作过程中最基本的工作过程是换炉。换炉时，应保证整个热风炉系统不间断的向高炉送风，并应尽量使进入高炉的风量、风压波动很小，还要注意煤气安全。
1.3工艺流程
在现代工业生产过程中，高炉炼铁的实质在于用焦炭做燃料和还原剂，在高温下，将铁矿石或含铁原料中的铁，从氧化物或矿物状态还原为液态生铁。因此，高炉炼铁的本质是铁的还原过程。高炉生产的产品是生铁，副产品是炉渣、高炉煤气和炉尘灰。高炉冶炼过程是一个连续的、大规模的、高温生产过程。炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入高温热风使焦炭燃烧。燃烧生成的高温还原性煤气，在上升过程中与下降的炉料相遇，使其加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁，聚集于炉缸，周期的从高炉排出。上升的煤气流由于将能量传给炉料，温度不断降低，成分逐渐变化，最后变成高炉煤气从炉顶排出。高炉实质是一个炉料下降、煤气上升两个逆向流运动的反应器。高炉一经开炉就必须连续地进行生产。但高炉炼铁环节中，热风炉的温度稳定控制成了高炉炼铁成功与否的关键因素。如图1-1，图1-2。
图1-1 高炉工艺流程
热风炉是现代大型高炉炼铁主体的一个重要组成部分，其作用是把从鼓风机来的冷风加热到工艺要求的温度形成热风，然后从高炉风口鼓入，帮助焦碳燃烧。热风炉是按“蓄热”原理工作的热交换器，在燃烧室里燃烧煤气，高温废气通过格子砖并使之蓄热，当格子砖充分加热后，热风炉就可以改为送风，此时有关燃烧各阀关闭，送风各阀打开，冷风经格子砖而被加热并送出。高炉一般装有3-4座热风炉，在单炉送风时，两座或三座在加热，一座在送风，轮流更换，在并联送风时，两座在加热，两座在送风。这里以一座热风炉设计组态为例，其它热风炉与其类似。后面的控制系统设计就是在热风炉单炉送风条件下做的。如图1-3。
图1-3 热风炉工艺
2.热风炉温度控制方案设计
2.1熟悉工艺过程，确定控制目标
高炉炼铁对于热风炉送进高炉的热风温度有着严格的要求，从鼓风机来的风温约150-200℃，经过热风炉的风温可高于1300℃，而高炉所需的热风温度约为1000-1250℃，且须温度稳定。所以在确保系统安全运行情况下，送风温度保持在1000℃，不能出现大的波动。如图2-1。
图2-1 温度控制要求
2.2选择被控变量
被控变量又称为被控参数或被控量。在过称控制系统中，被控变量的选择应体现控制目标。且必须根据工艺要求，深入分析工艺过程，找出对产品的质量和产量、安全运行、经济运行、环境环保等具有决定性作用并且可直接测量的工艺参数作为被控参数，构成过程控制系统。在热风机控制系统中温度的测量比较方便，信号的转换也比较简单。所以，选择送入高炉的热风温度为被控参数。2.3选择操纵变量
操纵变量又称控制量。一般情况下，对于被控过程的某个被控变量，通常有多个可供选择的操纵变量，要从工艺要求入手，具体选择操纵变量。影响送入高炉的热风温度的主要因素有冷风温度、热风炉内热风温度和混合区冷风流量。选择其中任何一变量作为控制参数，都可以实现对送入高炉热风温度的控制。但是对工艺分析可知，从鼓风机冷风温度约150-200℃，并没有采取相应的方法来改变其温度。而在热风炉对高炉进行单炉送风时，热风炉处于送风状态，并不能对热风炉进行加热来改变热风炉内的热风温度，并且通过改变冷风温度或者高炉内
的热风温度来控制送入高炉热风温度时，控制通道长，滞后时间长，对被控参数的校正作用不灵敏。当选择混合区的冷风流量作为控制参数时，由混合调节阀控制混合区流入的冷风流量，直接进入混合区改变送入高炉热风的温度，控制通道短、滞后时间短、对被控参数的校正作用灵敏，而且干扰进入系统的位置远离被控参数，所以将混合区冷风流量作为控制参数是最佳选择。
2.4确定控制方案
控制方案主要取决于控制目标。由前面介绍，热风炉控制系统比较简单，被控过程纯延时和惯性小，负荷和扰动变化比较平缓，所以可以采用单闭环负反馈控制系统进行控制，易于设计和实施。如图2-2.
图2-2 热风炉控制系统方框图
2.5温度传感器的选择
由工艺可知，热风温度一般在0-1400℃之间。热电偶是在工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
满足热风炉工艺要求的热电偶型号有B型和S型，B型测温范围是0℃--1700℃，S型测温范围是0℃--1450℃，所以从经济适用方面选择S型铂铑10-铂热电偶。具体参数见表2-1。
表2-1 标准化热电偶技术数据
用铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差。采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。
2.6变送器的选择
热电偶的输出信号为mV级电信号，不能直接送入调节器，所以要经过温度变送器则可以将热电偶输出的mV信号转变为4-20mA或者1-5V的电信号供调节器使用。而DDZ-III型温度变送器有：（1）采用集成电路温度变送器放大单元采用高增益、低漂移集成运算放大器进行直流放大，较Ⅱ型仪表的调制放大器线路简单、元件少、可靠性高。（2）采用了线性化线路热电偶温度变送器采用非线性负反馈回路，热电阻温度变送器采用线性化电路。使变送器的输出信号和被测温度间呈线性关系，提高了精度，有利于指示，记录。（3）增加了安全措施现场的测温元件（热电偶或电阻体）与控制室温度变送器相连的线路是安全火花线路。不必再经任何安全设备可使测量元件工作在危险场所等优点。还可以有效的对热电偶进行有效的冷端补偿，所以可以选择DDZ-III型温度变送器。
2.7执行器的选择
控制过程中常用的执行器有电动和气动两种，他们均由执行机构和调节阀组成。根据安全生产原则，当热风温度不够时，进入高炉燃烧不充分，高炉温度降低，铁水凝固，导致生产被迫停产，严重会出现生产事故，所以选择气开式调节阀，调节器输出的模拟信号为4-20mA，当电信号为4 mA时，调节阀处于全关状
态；当电信号为20 mA时，调节阀处于全开状态。根据管路特性、生产规模及工艺要求，宜选用百分比流量特性的调节阀，而具体的调节阀尺寸则要根据被控介质流量大小及调节阀流通能力来选择。
2.8调节器的选择
根据构成控制系统为负反馈原则，选择调节器作用方式。由于调节阀为气开式，故Kv为“+”，当混合调节阀开度增加时，混合区热风温度下降，故被控对象的Ko为“－”；测温仪表的Km为“＋”。为使组成系统的各环节的静态放大系数相乘为“＋”，调节器的Kp应为“－”，故调节器选用正作用方式。
3. 小结
在热风炉温度控制系统中，单回路控制系统完全可以胜任。而且其系统结构简单，所需自动化技术工具少，投资比较低，操作维护也比较方便。
用热电偶作为传感器测量热风管道温度，把反馈回来的信号送给DDZ-III型温度变送器，转换成0-5V或者4-20mA标准电信号，再把标准电信号送给温度调节器进行比较、运算和输出，最后把处理后的信号送给调节阀对热风温度调节，系统整体使用单回路闭环负反馈调节，使整个系统可以稳定、连续、精确的实现对热风管道温度的调节，使管道温度稳定的保持在1000℃--1250℃之间，保证生产稳定，安全的运行，使燃料充分燃烧，减少污染提高生产效益。
热风炉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。但是现在的热风炉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，等待我们更深入的去研究和探索更加方便高效的生产工艺。
在这次课设中，充分的运用了学过的课程，把理论与实践很好的结合，不仅回顾了相关课程而且提升了我们自己动手的能力，为解决以后会遇到的实际问题做了很好的基础。
4. 附录4.1温度控制流程图
4.2温度控制框图
5. 参考文献
【1】李文涛过程控制[M]．北京：科学出版社，2012.
【2】李忠虎过程参数检测技术及仪表[M]．北京：中国计量出版社，2009 【3】周国庆，孙涛锅炉工安全技术[M]. 北京：化学工业出版社. 2005 【4】魏浩，李忠虎热风炉燃烧智能控制系统研究中国计量协会冶金分会2010年会
【5】周国庆，孙涛锅炉工安全技术[M]. 北京：化学工业出版社. 2005 【6】丁崇功工业锅炉设备[M].北京：机械工业出版社 2005
【7】潘立登，李大宇过程控制技术原理及运用[M].北京：中国电力出版社2007
【8】叶江祺热工测量和控制仪表的安装[M].中国电力出版社 2006 【9】盛伟等电厂热力设备及运行[M].北京：中国电力出版社 2010 【10】 System simulation of full oxygen blast furnace ironmaking process Shang, Yuming (Inst of Chemical Metallurgy, Chinese Acad of Sciences, Beijing, China); Xie, Yusheng; Ai, Qing; Zhang, Heng Source: Huagong yejin, v 14, n 3, p 189-194, Aug 1993
【11】Neuro-PID control of an industrial furnace temperature Aeenmehr, A. (Department of Electrical Engineering Power and Water, University of Technology, Tehran, Iran); Yazdizadeh, A.;
Ghazizadeh, M.S. Source: 2009 IEEE Symposium on Industrial Electronics and Applications, ISIEA 2009 - Proceedings, v 2, p 768-772, December 16, 2009, 2009 IEEE Symposium on Industrial Electronics and Applications, ISIEA 2009 - Proceedings
热风炉送风温度控制系统的设计说明
学号： 课程设计 题目热风炉送风温度控制系统设计 学院自动化学院 专业自动化卓越工程师 班级自动化zy1201班 姓名 指导教师傅剑 2015 年12 月8 日
课程设计任务书 学生：专业班级：自动化zy1201 指导教师：傅剑工作单位：理工大学 题目: 热风炉送风温度控制系统的设计 初始条件：炼钢高炉采用燃式热风炉,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、了解燃式热风炉工艺设备 2、绘制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 11月3日选题、理解课题任务、要求
11月4日方案设计 11月5日-11月8日参数计算撰写说明书 11月9日答辩 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 目录 前言 (1) 1.热风炉工艺 (2) 1.1主要结构............................................................................. .. (2) 1.2工作方式 (3) 1.2.1 直接式高净化热风炉 (3) 1.2.2 间接式热风炉 (3) 1.3工作原理 (3) 1.4高炉炼铁、转炉炼钢工艺流程 (4) 2.热风炉温度控制方案设计 (7) 2.1熟悉工艺过程，确定控制目标 (7) 2.2选择被控变量 (7) 2.3选择操纵变量 (7)
热风炉燃烧温度控制系统的设计
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)
热风炉作用
热风炉———高炉高风温的重要载体 来源：中国钢铁新闻网作者：毛庆武张福明发布时间：2008.04.29 高风温是现代高炉的重要技术特征。提高风温是增加喷煤量、降低焦比、降低生产成本的主要技术措施。近几年，国内钢铁企业高炉的热风温度逐年升高，2007年重点企业热风温度比上年提高25℃。特别是新建设的一批大高炉（大于2000立方米）热风温度均超过1200℃，达到国际先进水平。如2002年后，首钢技术改造或新建高炉的热风温度均实现高于1200℃的目标。 热风炉是为高炉加热鼓风的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成部分。提高风温可以通过提高煤气热值、优化热风炉及送风管道结构、预热煤气和助燃空气、改善热风炉操作等技术措施来实现。理论研究和生产实践表明，采用优化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延长热风炉寿命是提高风温的有效途径。 高风温有赖热风炉的结构优化 20世纪50年代，我国高炉主要采用传统的内燃式热风炉。这种热风炉存在着诸多技术缺陷，且随着风温的提高而暴露得更加明显。为克服传统内燃式热风炉的技术缺陷，20世纪60年代，外燃式热风炉应运而生。该设备将燃烧室与蓄热室分开，显著地提高了风温，延长了热风炉寿命。20世纪70年代，荷兰霍戈文公司（现达涅利公司）对传统的内燃式热风炉进行优化和改进，开发了改造型内燃式热风炉，在欧美等地区得到应用并获得成功。与此同时，我国炼铁工作者开发成功了顶燃式热风炉，并于上世纪70年代末在首钢2号高炉（1327立方米）上成功应用。自上世纪90年代KALUGIN顶燃式热风炉（小拱顶）投入运行，迄今为止在世界上已有80多座KALUGIN（卡鲁金）顶燃式热风炉投入使用。 截至目前，顶燃式热风炉由于具有结构稳定性好、气流分布均匀、布置紧凑、占地面积小、投资省、热效率高、寿命长等优势，已在国内几十座高炉上应用。首钢第5代顶燃式热风炉自投产以来，已正常工作22年3个月，曾取得月平均风温≥1200℃的业绩。生产实践证实，顶燃式热风炉是一种长寿型的热风炉，完全可以满足两代高炉炉龄寿命的要求。然而，由于国内有的企业高炉煤气含水量高、煤气质量差，致使顶燃式热风炉燃烧口出现过早破损；而且采用的大功率短焰燃烧器在适应助燃空气高温预热（助燃空气预热温度≥600℃）方面还存在一些技术难题。因此，国内钢铁企业进行了技术改造，Corus（康力斯）高风温内燃式热风炉也因此得到应用。 合理的热风炉配置保持高炉稳定 根据实践，现代大型高炉配置3～4座热风炉比较合理。大型高炉如果配置4座热风炉，可以实现交错并联送风，能提高风温20℃～40℃，在炉役的中后期，还可以在1座热风炉检修的情况下，采用另外3座热风炉工作，使高炉生产不会出现过大的波动。目前，国内外许多大型高炉都配套建设了4座热风炉，但采用3座热风炉可以大幅度降低建设投资，减少占地面积，也同样具有非常大的吸引力。随着设计和安装大直径热风炉条件的改进，热风炉设计的日趋合理，热风炉使用的耐火材料质量也得到提高，设备更经久耐用，控制系统也日益成熟可靠，形成了多种多样的热风炉高风温和长寿技术，使得热风炉操作可以更加平稳可靠，从而保证了高炉稳定操作。以此为基础，现代热风炉的发展方向转变为减少热风炉座数、延长热风炉寿命、强化燃烧能力、缩短送风时间、减少蓄热面积、回收废气热量、提高总热效率上。另外，尽量缩短送风时间的操作方式也得到重视，基于新设计理念和完备的技术支撑，国内钢铁企业将热风炉数量由4座减少为3座，热风炉的操作模式改为“两烧一送”，风温的调节控制依靠混风实现，也同样达到了高风温的效果。 提高加热炉传热效率和寿命是可靠保证
高炉热风炉自动控制系统
高炉热风炉自动控制系统 1.l 概述 1.1.1 研究背景 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。 1.1.2 国内热风炉控制系统现状及存在的问题 目前许多钢厂热风炉控制系统采用由可编程控制器（PLC)与过程控制器（或集散系统）分别完成电气与仪表控制的方法进行控制。例如改造前的广钢3#高炉热风炉采用HONEYWELL S9000过程控制器完成仪表控制，采用西门子S5115U可编程控制器完成换炉控制；莱钢1#750M3高炉热风炉控制系统采用美国MODICON公司的E984-685 PLC完成顺序控制和回路控制；鞍钢10号高炉热风炉采用英国欧陆公司生产的网络6000过程自动化（DCS）控制系统完成热风炉燃烧控制，通过接口与MODICON(PLC)通讯，由PLC完成热风炉自动换炉、送风控制；宝钢1#高炉热风炉电控系统采用日本安川CP-3500H PLC,仪表控制系统采用日本横河CENTUM-CS集散控制系统，上位机采用HP-9000，电气的PLC和仪表的现场控制站间以V-NET 网连接，上位机间通过以太网连接，V-NET网和以太网间通过ACG（通信接口）连接。 这类热风炉存在的问题主要有两方面： （1）基础自动化控制系统设计不合理 大都采取用可编程序控制器和过程控制器（或集散系统）分别完成的方法进行控制。这种方法的缺点是为了将各部分连接成一个统一的系统，必须投入相当大的工程费用、时间和专门知识将不同类型的软件和用户接口予以配置、编程、调试和测试。这使得整个控制系统变得复杂、维护困难。 （2）热风炉燃烧控制问题 传统的高炉热风炉燃烧自动化系统采用数学模型计算所需的加热煤气流量和助燃空气流量,并计算出空燃比。热风炉流量设定数学模型的基本原理是使燃烧时热风炉格子砖的蓄热量能够满足热风温度和流量的要求,以获得最佳经济效益。由于热风炉的燃烧过程是一个连续的动态变化过程，控制的主要困难是不能及时得到控制作用的反馈信息，等到控制效果能通过输出测量体现时，此时的控制作用强度往往已过头了。因此，欲实现燃烧过程的实时控制，所需的数学模型相当复杂。此外，对于燃烧高炉煤气和焦炉煤气的具有三眼燃烧器的热风炉来说,由于高炉煤气和焦炉煤气分别送入,因此需分别进行高炉煤气和焦炉煤气流量控制,且需进行高炉煤气和焦炉煤气流量比例控制,这使得系统回路更多、更复杂，同时还需设置煤气成分分析仪,这种仪器不仅昂贵,而且还需要良好的维护。一座高炉通常都带有4个(或3
热风炉工艺流程图
高炉热风炉技术操作规程 2009-09-21 13:26:12 来源: 作者: 【大中小】浏览:6207次评论:1条 一、热风炉技术操作规程 （一）烧炉和送风制度 1 烧炉制度 (1) 炉顶温度1250℃～1300℃ (2) 烟道温度350℃～380℃ (3) 高炉煤气压力8℃～9℃ 2 烧炉原则： (1) 以煤气流量和烟道残氧仪显示值（应在0.3～0.8%）为参考调节助燃空气，在烧炉初期使炉顶温度尽快达到规定值，以后控制炉顶温度，提高烟道温度，提高热量储备，满足高炉的需要. (2) 烧炉初期应尽量加大煤气量和空气量，实现快速烧炉. (3) 炉顶温度达到规定值时应加大空气量来保持炉顶温不在上升，使炉子中、下部温度上升，扩大蓄热量. (1) 烟道温度达到规定值时，应减小煤气量和空气量，保持烟道温度不在上升，顶温和烟道温度都达到规定值则转入闷炉. (2) 高炉使用风温低，时间在4小时以上时，可采取小烧或者适当增加并联送风时间. (3) 烧炉要注意煤气压力，发现煤气压力低时要和净化室联系提高压力，当煤气压力低于3Kpa时，要停止烧炉. (4) 热风炉顶温度低于700℃时，烧炉要用焦炉煤气引火. 3送风制度： (1)正常情况：四座热风炉同时工作，采用交叉并联送风运行方式，风温使用较低或一座热风炉因故障停用时，可临时采用两烧一送的运行方式，运行方式的改变需工长批准。长期改变运行方式要经工段长批准。 (2) 一个炉子的换炉周期为1.5小时，换炉时间按作业表进行，改变换炉周期应经工段批准，一定要先送风后烧炉. (3) 换炉时，风压波动〈5Kpa，波动超过范围，要立即查清原因（如冲压不当、换炉操作失误等）. (4) 在送风或换炉中，风压和风量突然下降，可能鼓风机失常，应及时报告值班工长，风压降到20Kpa时，立即关闭冷风大闸. （二）热风炉换炉操作选择 （1）手动操作（一般在正常情况下不使用）. （2）机旁操作箱手动操作（特殊情况下使用）. （3）操作室手动（遥控手动），自动失常情况下使用. （4）半自动操作（温度控制或特殊情况）. （5）全自动操作（定时换炉）. （6）单炉自动操作. （7）自动烧炉与停烧. （8）交叉并联送风. 注：操作制度经过同意可以互换，操作方法可根据需要选择. （三）热风炉换炉操作顺序 1.燃烧转送风
高炉热风炉设计说明书
} 目录 第一章热风炉热工计算 (2) 热风炉燃烧计算 (2) 热风炉热平衡计算 (4) 热风炉设计参数确定 (5) 第二章热风炉结构设计 (6) 设计原则 (6) 工程设计内容及技术特点 (6) ; 设计内容 (6) 技术特点 (6) 结构性能参数确定 (7) 蓄热室格子砖选择 (7) 热风炉管道系统及烟囱 (8) 顶燃式热风炉煤气主管包括： (8) 顶燃式热风炉空气主管包括： (9) 顶燃式热风炉烟气主管包括： (9) 《 顶燃式热风炉冷风主管道包括： (9) 顶燃式热风炉热风主管道包括： (10) 热风炉附属设备和设施 (10)
热风炉基础设计 (11) 热风炉炉壳 (11) 热风炉区框架及平台(包括吊车梁) (11) 第三章热风炉用耐火材料的选择 (12) 耐火材料的定义与性能 (12) < 热风炉耐火材料的选择 (12) 参考文献 (14) 第一章热风炉热工计算 热风炉燃烧计算 燃烧计算采用发生炉煤气做热风炉燃料，并为完全燃烧。已知煤气化验成分见表。 表煤气成分表 热风炉前煤气预热后温度为300℃，空气预热温度为300℃，干法除尘。发生炉利用系数为m3d，风量为3800m3/min，t热风=1100℃，t冷风=120℃，η热=90%。 热风炉工作制度为两烧一送制，一个工作周期T=，送风期Tf=，燃烧期Tr=，换炉时间ΔT=，出炉烟气温度tg2=350℃，环境温度te=25℃。 煤气低发热量计算 查表煤气中可燃成分的热效应已知。0.01m3气体燃料中可燃成分热效应如下：《 CO: , H2:, CH4:, C2H4:。则煤气低发热量： QDW=×＋×+×+×= KJ 空气需要量和燃烧生成物量计算 (1)空气利用系数b空=La/Lo计算中取烧发生炉煤气b空=。燃烧计算见表。 (2)燃烧1m3发生炉煤气的理论Lo为Lo=21=1.23 m3。
热风炉设计说明书
目录 第一章热风炉热工计算 (1) 1.1热风炉燃烧计算 (1) 1.2热风炉热平衡计算 (6) 1.3热风炉设计参数确定 (9) 第二章热风炉结构设计 (10) 2.1设计原则 (10) 2.2 工程设计内容及技术特点 (11) 2.2.1设计内容 (11) 2.2.2 技术特点 (11) 2.3结构性能参数确定 (12) 2.4蓄热室格子砖选择 (13) 2.5热风炉管道系统及烟囱 (15) 2.5.1顶燃式热风炉煤气主管包括： (15) 2.5.2顶燃式热风炉空气主管包括： (16) 2.5.3顶燃式热风炉烟气主管包括： (16) 2.5.4顶燃式热风炉冷风主管道包括： (17) 2.5.5顶燃式热风炉热风主管道包括： (17) 2.6 热风炉附属设备和设施 (18) 2.7热风炉基础设计 (21) 2.7.1 热风炉炉壳 (21) 2.7.2 热风炉区框架及平台（包括吊车梁） (21) 第三章热风炉用耐火材料的选择 (22) 3.1耐火材料的定义与性能 (22) 3.2热风炉耐火材料的选择 (22) 参考文献 (25)
第一章热风炉热工计算 1.1热风炉燃烧计算 燃烧计算采用发生炉煤气做热风炉燃料，并为完全燃烧。已知煤气化验成分见表1.1。 表1.1 煤气成分表
热风炉前煤气预热后温度为300℃，空气预热温度为300℃，干法除尘。发生炉利用系数为 2.3t/m3d，风量为3800m3/min，t热风=1100℃，t冷风=120℃，η热=90%。 热风炉工作制度为两烧一送制，一个工作周期T=2.25h，送风期T f=0.75h，燃烧期Tr=1.4h，换炉时间ΔT=0.1h，出炉烟气温度tg2=350℃，环境温度te=25℃。 煤气低发热量计算 查表煤气中可燃成分的热效应已知。0.01m3气体燃料中可燃成分热效应如下： CO:126.36KJ , H2:107.85KJ, CH4:358.81KJ, C2H4:594.4KJ。则煤气低发热量： Q DW=126.36×30.3＋107.85×12.7+258.81×1.7+594.4×0.4=6046.14 KJ 空气需要量和燃烧生成物量计算 (1)空气利用系数b空=La/Lo计算中取烧发生炉煤气b空=1.1。燃烧计算见表2.13。 (2)燃烧1m3发生炉煤气的理论Lo为Lo=25.9/21=1.23 m3。 (3)实际空气需要量La=1.1×1.23=1.353 m3。
热风炉工艺流程图
2009-09-21 13:26:12 来源: 作者: 【大中小】浏览:6207次评论:1条 一、热风炉技术操作规程 （一）烧炉和送风制度 1 烧炉制度 (1) 炉顶温度1250℃～1300℃ (2) 烟道温度350℃～380℃ (3) 高炉煤气压力8℃～9℃ 2 烧炉原则： (1) 以煤气流量和烟道残氧仪显示值（应在～%）为参考调节助燃空气，在烧炉初期使炉顶温度尽快达到规定值，以后控制炉顶温度，提高烟道温度，提高热量储备，满足高炉的需要. (2) 烧炉初期应尽量加大煤气量和空气量，实现快速烧炉. (3) 炉顶温度达到规定值时应加大空气量来保持炉顶温不在上升，使炉子中、下部温度上升，扩大蓄热量. (1) 烟道温度达到规定值时，应减小煤气量和空气量，保持烟道温度不在上升，顶温和烟道温度都达到规定值则转入闷炉. (2) 高炉使用风温低，时间在4小时以上时，可采取小烧或者适当增加并联送风时间. (3) 烧炉要注意煤气压力，发现煤气压力低时要和净化室联系提高压力，当煤气压力低于3Kpa时，要停止烧炉. (4) 热风炉顶温度低于700℃时，烧炉要用焦炉煤气引火. 3送风制度： (1)正常情况：四座热风炉同时工作，采用交叉并联送风运行方式，风温使用较低或一座热风炉因故障停用时，可临时采用两烧一送的运行方式，运行方式的改变需工长批准。长期改变运行方式要经工段长批准。 (2) 一个炉子的换炉周期为小时，换炉时间按作业表进行，改变换炉周期应经工段批准，一定要先送风后烧炉.
(3) 换炉时，风压波动〈5Kpa，波动超过范围，要立即查清原因（如冲压不当、换炉操作失误等）. (4) 在送风或换炉中，风压和风量突然下降，可能鼓风机失常，应及时报告值班工长，风压降到20Kpa时，立即关闭冷风大闸. （二）热风炉换炉操作选择 （1）手动操作（一般在正常情况下不使用）. （2）机旁操作箱手动操作（特殊情况下使用）. （3）操作室手动（遥控手动），自动失常情况下使用. （4）半自动操作（温度控制或特殊情况）. （5）全自动操作（定时换炉）. （6）单炉自动操作. （7）自动烧炉与停烧. （8）交叉并联送风. 注：操作制度经过同意可以互换，操作方法可根据需要选择. （三）热风炉换炉操作顺序 1.燃烧转送风 （1）关煤气调节阀. （2）关煤气阀. （3）关助燃空气调节阀. （4）关燃烧阀. （5）关助燃阀. （6）开支管放散阀及蒸汽阀. （7）关烟道阀（2个）. （8）通知值班工长，同意后. （9）开冷风旁通阀（充压）待炉内压力充满后. （10）开热风阀，开冷风阀. （11）关冷风旁通阀.
热风炉精细化烧炉控制技术
技术秘密全文 一、技术秘密名称：热风炉精细化烧炉控制技术 二、股份公司原有技术及存在的问题 现有大中型高炉的热风炉一般为四座热风炉，采用两烧两送方式工作，烧炉采用DCS（即Distributed control system，直译为分散控制系统）进行控制的，对煤气和空气采取双闭环比值控制的方式进行配比燃烧，由操作工根据拱顶温度的变化情况及废气残氧量不定时地修改空燃比。为了满足高炉对高风温的需要。一般采用尽量提供足够的焦炉煤气或热值较高的转炉煤气，采用废气含氧量加双闭环比值控制和过量氧气系数的办法来满足自动控制和高风温的需要。 在热风炉作业中要保护设备而须管理格子砖温度分布，此外还因使能耗最小而需在燃烧时对煤气流量作最优设定。前者除了保护拱顶使不超上限温度外，由于硅变形点为1350℃以下，为防止达到此温度时硅砖膨胀而破裂，还须在送风末期管理这一温度。现有技术的热风炉煤气等流量自动设定主要是按热平衡和检测数据来计算送风终了时的蓄热量，但没有足够精确度的残热推断和温度分布的数学模型，为此还需手动设定。 但上述方法不足在于： 使用方法（1）无法用最经济简单方法提供尽可能高温度的热风。而最经济科学的方法是，尽可能多的使用高炉煤气，并且在保证高风温情况下尽可能减少焦炉或转炉煤气的使用量。 使用方法（2）由于其使用废气烟道中装有的残氧量测量仪对残氧量进行闭环跟踪调节，由于其控制输入参数为已发生，因此调节反映较慢，不利于节
约能源，同时此也不能满足最佳空燃比所要求的精度。 三、国内外解决同类问题的技术方案 目前国内高炉热风炉的烧炉控制方式因建炉时间和体积的不同以及不同钢铁企业之间，其控制水平千差万别，但目前均无法真正实现烧炉的自动控制，主要有以下几种控制方式： A、采用分立仪表控制的，多见于一些比较老的中小高炉（100-1000m3）上，这部分热风炉燃烧控制都是手工调节，燃烧效果的好坏取决于热风炉操作工的“勤心”、“细心”、“精心”。根本谈不上自动控制。 B、采用PLC或DCS进行控制的，多见于后期新建或大修后改造过，有些企业对煤气和空气的配比燃烧采取双闭环比值控制的方式，或分别采用单回路自动控制，由操作工根据拱顶温度的变化情况不定时地修改空燃比，以提高拱顶温度。但是煤气热晗值的变化是比较频繁的，尽管有经验丰富且勤快的操作工经常操作，也难于保证给出的空燃比是最佳的，何况要保持其长期性。加上调节阀频繁动作，容易损坏。因此热风炉的烧炉控制根本无法达到最优。虽然部分热风炉采用新的工艺技术，使热风炉送出的风温较高，多在1050-1250℃之间，甚至更高，但是还是无法使热风炉的烧炉真正实现自动控制，并使得空燃比随时处于最佳值。 C、国内部分高炉操作水平很高的企业，对热风炉自动烧炉和对风温要求自然也很高，因此想尽办法提高风温并实现自动烧炉，除热风炉采用新的工艺技术外，在烧炉控制上除采取上述双闭环比值控制外，还增加煤气热值仪和废气分析仪，这样从理论上可以实现自动烧炉。但是煤气热值仪和废气分析仪滞后大、控制精度低、稳定性差、维护量极大，在自动烧炉和风温的提
热风炉系统设计毕业论文
热风炉系统毕业设计 1.绪论 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。其中热风炉的燃烧控制直接决定了热风炉的燃烧效率和送风温度,是整个热风炉控制系统的核心。如何有效的控制热风炉燃烧，使热风炉既能充分蓄热,达到最佳燃烧效率，又能最大限度的降低能耗、保护环境,防止热风炉拱顶过烧和延长热风炉使用寿命，是所有热风炉调试、生产中亟待解决的问题。 1.1 课题背景 课题来源于淮钢生产实践。热风炉是冶金行业的重要生产设备，其作用是将高炉布袋除尘器产生的净煤气在热风炉中进行燃烧，将热风炉耐火球加热到一定温度后将风机房冷风管送来的冷风和耐火球进行热交换，经热风炉送风系统阀门送到高炉。2002年，公司兴建了国先进水平的500m3高炉×2－100吨转炉－LF钢包精炼炉－RH 真空脱气炉－连铸－配套中、小型棒型材连轧生产线各一条，并在该生产线炼铁高炉上，淮钢与钢铁研究总院、首钢合作，引进俄罗斯卡鲁金热风炉技术，该技术应用使同类型高炉配套热风炉体积减少1/3，个数减少1/3，节约投资30%，而且煤气燃烧充分，热效率高，风温高，该技术应用后，当年高炉风温即达到了全国同类型高炉的最高风温。 国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。 传统的完善的高炉热风炉燃烧自动化系统都是具有完善的基础自动化和使用数学模型计算所需的加热煤气流量和助燃空气流量，并对基础自动化的热风炉燃烧自动控制系统进行有关的设定。完善的基础自动化对于燃烧混合煤气或燃烧预热的高炉煤气和预热空气的热风炉来说包括：煤气流量控制、空气流量控制、空燃比控制、拱顶温度控制和废气温度控制。如图1所示，在热风炉燃烧初期是以较大的煤气量和合适的空燃比（最好还设有燃烧废气成分分析，按残氧量来修正空燃比），以实行快速加热，使拱顶温度迅速达到规定值，然后逐步增加空气量以保持拱顶温度为规定值，当达到废气温度管理期，即温度达到某一规定值时，需要减少煤气及空气量以维持废气温度为设定值。对于燃烧高炉煤气和焦炉煤气具有三眼燃烧器的热风炉来说，由于高炉煤气和焦炉煤气分别送入，需分别设置其流量控制，该流量比例控制和空燃比要分别适应高炉煤气和焦炉煤气需要，因此使系统回路更多、更复杂。热风炉流量设定数学模型的基本原理是使燃烧时热风炉格子砖的蓄热量适合于加热鼓风到生产所需的热风温度和流量而需要的热量。除了数学模型相当复杂外，更需设置自动分析加热煤气的各种成分的分析器，这种仪器不仅昂贵，还需良好的维护，此外要使数学模型有效，必须依靠完善的基础自动化。 1.2 热风炉简介 1.2.1 热风炉的结构 热风炉由炉衬、燃烧室、蓄热室、炉壳、炉篦子、支柱、管道及阀门等组成。燃烧室和蓄热室砌在同一炉壳，之间用隔墙隔开。热风炉有直接式和间接式之分，间接式又分为蓄热式和换热式，目前应用最广泛的是蓄热式。因为其换热温度高，热利用率高。蓄热式热风炉通过在燃烧室里燃烧煤气，高温废气通过格子砖并使之蓄热，当格子砖充分加热后，热风炉就可改为送风，此时有关燃烧各阀关闭，送风各阀
热风炉技术方案
山西安龙重工有限公司热风炉系统设备 技 术 方 案 湖北神雾热能技术有限公司 2009.12.02
一、前言 该项目是遵循山西安龙重工有限公司所提技术要求设计，所采用的技术核心主要是目前国内外先进的燃气半预混双旋流燃烧技术等。 二、设计基础 1、原始参数及现场条件 1).处理原料 待定 2).处理能力：待定 2 热风炉工况参数 1).最大热负荷：2000×104Kcal/h 2).热风炉出口热风温度：50～300℃ 3).热风炉出口热风流量：187000 Nm3/h(在300℃工况下) 4).燃料参数 煤气(具体种类待定)：热值约1000 Kcal/Nm3 压力：6～8 kPa 5).液化气或其它高热值燃气（启炉和长明火燃料） 热值：20000 kcal/Nm3 压力：10kPa 6).煤气吹扫气参数 氮气：压力：～0.2 MPa 三、方案内容
2、耐火材料选型参数 低水泥高铝浇注料：用于炉膛耐火内衬 容重～2.3kg/m3 烧后抗压强度110℃×24h ≥15MPa 1000℃×3h ≥25MPa 烧后线变化率1000℃×2h 0～-0.2％ 耐火度＞1700℃ 3、热风炉设备特点综述 热风炉是根据终端设备对温度的要求，输出适合温度和一定流量热烟气的设备，在满足此基本要求的基础之上，我们重点考虑了如下方面： a)热风炉在运行过程中对炉内温度实现检测，满足终端设备所 需要风温及风量。燃烧器调节范围大，火焰长度、扩散角均 能和炉子合理匹配，且配有自动点火和火检，保证安全稳定 运行； b)炉子采用合理的钢结构来支撑本体；选用性能良好的耐火材 料砌筑，采用二次风冷却的方式，确保炉体表面温度符合技 术要求； c)合理配置炉子检修口、观察孔，结构设计做到开启灵活，关 闭严密，减少炉气外溢和冷风吸入的现象； d)配备完善的热工控制系统设备，自动化程度高。确保严格的 空燃比和合理的炉压等控制，使热损失减少到最小； e)满足低耗、节能的工艺要求； f)在环保方面，烟气中有害成分游离碳和NO X通过强化燃料
450立方米热风炉设计计算
450m3高炉自身空煤气双预热热风炉设计计算 热风炉的加热能力（1m3高炉有效容积所具有的加热面积） 一般为80～100m2/m3或更高。前苏联5000m3的高炉蓄热面积为104 m2/m3，设计风温1440℃，为目前最高设计风温水平。 蓄热体面积120×450=54000 m2，设计三座热风炉，每座蓄热面积为18000m2，蓄热体单位体积传热面积48 m2/m3，每座热风炉蓄热体体积为375 m3。 蓄热室设计中，烟气流速起主导作用。小于100 m3炉容，烟气流速1.1～1.3Nm/s。炉容255～620 m3，烟气流速1.2～1.5Nm/s。炉容大于1000 m3，烟气流速1.5～2.0Nm/s。 根据资料核算，参考以上烟气流速差异，设计时可采用：蓄热体高度L/蓄热体直径D的方法进行计算。炉容大于1000 m3，L/D=3.5～4；炉容255～620 m3，L/D=3～3.5。 热风炉结构计算实例 450m3高炉热风炉设计计算。为实现热风炉外送热风温度～1150℃，确定热风加热能力为120 m2/m3，如果设置三个热风炉，则每个热风炉的蓄热面积为18000 m2。 热风炉结构的确定：假设蓄热室高/径=3.5，则 3.14×r2×7r×48=18000，r=2.57m，蓄热室直径5.14m，蓄热体高度18m。 燃烧器计算实例 假设高炉利用系数为K=3.5t铁/m3·昼夜，年工作日按355天计算。450m3高炉年产铁量估算为3.5×355×450=559125t。 焦比1：0.5，则冶炼强度i=1.75t焦/m3·昼夜。 高炉入炉风量V 0=Vu·i·v/1440（V 高炉入炉风量，Nm3/min；Vu高炉有效容积， m3；i冶炼强度，t焦/m3·昼夜；v每吨干焦的耗风量，Nm3/ t焦）V =450×1.75×2450/1440=1340 Nm3/min(实际1400)。 热风平均温度1150℃，送风期间热风带走的热焓为：363×1340=486420kcal/ min。(1250时,431.15-46.73=384.42热焓为538188 kcal/ min,供热717584 kcal/ min) 热风炉一个工作周期2.25h，送风期0.75h，燃烧期1.5h。 热风炉效率为75％时，燃烧器每分钟的供热量为1/2×648560(717584)kcal/min，假设高炉煤气的热值为800 kcal/Nm3，则燃烧器每分钟的燃气量为405(448.5) Nm3/ min，燃烧器能力24300(26910) Nm3/h。 根据郝素菊等人编著的《高炉炼铁设计原理》所提供数据，金属套筒式燃烧器烟气在燃烧室内的流速为3～3.5Nm/s，陶瓷燃烧器烟气在燃烧室内的流速为6～7Nm/s。 根据郝素菊等人编著的《高炉炼铁设计原理》所提供数据，陶瓷燃烧器空气、煤气喷口以25～300角相交。一般空气出口速度为30～40m/s，煤气出口速度15～20 m/s。 燃烧器能力27000 Nm3/h，空气量21600 Nm3/h，烟气量48600 Nm3/h。 燃烧混合室直径φ2530mm，烟气流速2.62m/h。 喉口直径Φ1780mm，烟气流速5.3m/h。 由于增加了旁通烟道,燃烧器能力提高10%,29700 Nm3/h,空气20790 Nm3/h,烟气 量50490 Nm3/h, 燃烧混合室直径φ2300mm，面积4.15m2,烟气流速3.38m/h. 喉口直径Φ1736mm，面积2.37m2, 烟气流速5.92m/h。
高炉热风炉温度控制系统设计
内蒙古科技大学 过程控制工程课程设计说明书 题目：高炉热风炉温度控制系统设计 学生姓名：薛敏杰 学号：0967112205 专业：测控技术与仪器 班级：2009-（2）班 指导教师：李忠虎
在现代工业生产过程中，高炉炼铁的实质在于用焦炭做燃料和还原剂，在高温下，将铁矿石或含铁原料中的铁，从氧化物或矿物状态还原为液态生铁。因此，高炉炼铁的本质是铁的还原过程。高炉生产的产品是生铁，副产品是炉渣、高炉煤气和炉尘灰。高炉冶炼过程是一个连续的、大规模的、高温生产过程。炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入高温热风使焦炭燃烧。燃烧生成的高温还原性煤气，在上升过程中与下降的炉料相遇，使其加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁，聚集于炉缸，周期的从高炉排出。上升的煤气流由于将能量传给炉料，温度不断降低，成分逐渐变化，最后变成高炉煤气从炉顶排出。高炉实质是一个炉料下降、煤气上升两个逆向流运动的反应器。高炉一经开炉就必须连续地进行生产。但高炉炼铁环节中，热风炉的温度稳定控制成了高炉炼铁成功与否的关键因素。 热风炉是现代大型高炉主体的一个重要组成部分，其作用是把从鼓风机来的冷风加热到工艺要求的温度形成热风，然后从高炉风口鼓入，帮助焦炭燃烧。所以热风炉的热风温度大小或稳定与否都对于整个高炉炼铁有着很大的影响。所以我们要做一套设计，控制热风炉的温度，保证生产的正常进行。本次课程设计正是针对于高炉炼铁生产中热风炉的单炉送风系统，利用单闭环系统进行负反馈控制，使得热风炉的热风温度能够达到高炉炼铁生产的工艺要求。
高效节能热风炉设计与计算
I ndustrial Furnace V ol . 26 No . 3 May 2004 文章编号:1001 - 6988 (2004) 0320041205 高效节能热风炉设计与计算 胡秀和 (黑龙江省庆钢股份有限公司设计院,绥化152400) 摘要:热风炉是为粮食烘干提供洁净空气的热源设备。为了解决烘干过程粮食污染问题,开发设计出RF L 系列燃煤热风炉。该炉具有机械化程度高,故障率低,操作方便,高效节能,无污染等优点。广泛应用于世行贷款的国储库改造等粮食干燥机招标项目中。 关键词: 燃煤热风炉; 参数选择; 设计原则; 工作原理; 应用效果 中图分类号: T S21013 文献标识码:B Design and C alculation of H igh E ff iciency & E nergy S aving H ot2Air Furnace H U X iu2he ( Design Instiute Qing’an Iron & Steel Co. , L t d. , S u ihua 152400 , China) Abstract : H ot- air furnace is the heat- s ource equipment for supplying clean- air to dry grain. RF L series coal- burning hot- air furnace is developed and designed ,in order to deal with the grain pollution. The furnace has the ad2 vantages of high mechanization ,low failure ,convenient operation ,and high efficiency & energy- saving , n o-pollution etc . It is widely used in the bidding projects such as of the W orld Bank loan ,reconstrction of national storage ware2 house etc . K ey w ords :coal- burning hot- a ir furnace ; selection of parameters ; design principles ; w orking principles ; ef2 fectiveness of application 0 前言 随着粮食干燥技术与规模的不断发展,对粮食干燥过程使用燃煤热风炉的技术性、科学性、适用性提出了更高要求。从提高炉膛燃烧温度,降低不完全燃烧损失入手,科学地确定炉体结构尺寸,提出了高效节能、低污染FR L 系列热风炉设计原则。该炉采用了机械链条炉排燃煤机,炉内采用新型节能拱燃烧技术,各拱采用掺304 不锈钢纤维的耐热混凝土浇注,耐高温,抗氧化,显著提高了炉体的使用寿 收稿日期:2004 - 04 - 15 作者简介:胡秀和(1966 —) ,男,工程师,从事燃煤热风炉和粮食烘干机的开发和设计工作. 命。换热器采用螺旋管和热浸铝新技术,既强化了传热过程又提高了换热器的耐高温性能,延长了使用寿命。RF L 系列热风炉的各项技术指标及性能居国内领先地位,可满足粮食干燥的需要。 1 热风炉燃烧理论计算 111 煤种及其成分 热风炉适应煤种较多,可燃烧无烟煤、烟煤、优质煤、劣质煤等。但是,热风炉的设计计算及实际选用一般都以工业锅炉设计代表性煤种( Ⅱ类烟煤) 为依据,其成分见表1 。 41
热风炉
热风炉是现代大型高炉主体的一个重要组成部分，其作用是把从鼓风机来的冷风加热到工艺要求的温度形成热风，然后从高炉风口鼓入，帮助焦炭燃烧。所以热风炉的热风温度大小或稳定与否都对于整个高炉炼铁有着很大的影响。所以我们要做一套设计，控制热风炉的温度，保证生产的正常进行。本次课程设计正是针对于转炉炼钢生产中热风炉的单炉送风系统，利用单闭环系统进行负反馈控制，使得热风炉的热风温度能够达到转炉炼钢生产的工艺要求。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。 钨-铼）。③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。满足热风炉工艺要求的热电偶型号有B型和S型，B型测温范围是0℃--1700℃，S型测温范围是0℃--1450℃，所以从经济适用方面选择S型铂铑10-铂热电偶。具体参数见表2-1。表2-1 标准化热电偶技术数据热电偶名称分度号热电极标示E（100,0）（mV）测温范围（℃）对分度表允许误差极性识别长期短期等级使用温度（℃）允差铂铑10-铂S 正亮白较硬0.646 0~1300 1600 III ≤600 ±1.5℃负亮白柔软＞600 ±0.25％t 用铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差。采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。温度测量选用的温度变送单元已包含在PLC功能模块中，不需另行选择。 2.6执行器的选择控制过程中常用的执行器有电动和气动两种，他们均由执行机构和调节阀组成。根据安全生产原则，当热风温度不够时，进入高炉燃烧不充分，高炉温度降低，铁水凝固，导致生产被迫停产，严重会出现生产事故，所以选择气关式调节阀，调节器输出的模拟信号为4-20mA，当电信号为4 mA时，调节阀处于全开状态；当电信号为20 mA 时，调节阀处于全关状态。根据管路特性、生产规模及工艺要求，宜选用百分比流量特性的调节阀，而具体的调节阀尺寸则要根据被控介质流量大小及调节阀流通能力来选择。由于本次设计选用的是热风炉，选择温度控制器作为执行机构，选用对应的MJYD-JL-20型单相交流模块。PLC控制器输出的数字量经过D/A转换成温度控10 制器可识别的模拟电压信号后，根据不同的电流值，MJYD-JL-20型单相交流模块输出相应的电压值从而控制煤气调节阀的开度，达到调节温度的目的。 2.7调节器的选择根据构成控制系统为负反馈原则，选择调节器作用方式。由于调节阀为气关式，故Kv为“-”，当煤气调节阀开度增加时，热风炉温度上升，故被控对象的Ko为“+”；测温仪表的Km为“+”，根据闭环内只有奇数个副作用的原则调节器的Kp应为“+”，故调节器选用负作用方式。工业中常用的控制器有工业控制计算机、单片机和可编程控制器等。与其它几种控制器相比较，可编程控制器是综合了计算机技术、自动化技术与继电器逻辑控制概念而开发的一代新型工业控制器，是专为工业环境应用而设计的。它可以取代传统的继电器完成开关量的控制，比如，将行程开关、按钮开关、无触点开关或敏感元器件作为输入信号，输出信号可控制电动阀门、开关、电磁阀和步进电机等执行机构。它采用可编程的存储器，在其内部存储，执行逻辑运算，顺序控制、定时计数和算术运算等操作的指令，通过数字式、模拟式的输入和输出控制各种类型的机械和生产过程实现自动化。工业控制采用PLC，显示了突出的优越性，因它可对用户提出的生产控制要求和意见，能方便地在现场进行程序修改和调试，使系统的灵活性大大增强。内部的软继电器使系统在控
外燃式热风炉设计及CAD
目录 1 热风炉本体结构设计 (1) 1.1 热风炉的概述 (1) 1.2炉基的设计和选择 (3) 1.3炉壳的设计 (4) 1.4炉墙的设计 (4) 1.5拱顶的设计 (5) 1.6蓄热室的设计 (6) 1.7燃烧室的设计 (7) 1.8炉箅子与支柱的设计 (8) 2 燃烧器选择与设计 (9) 2.1金属燃烧器 (9) 2.2陶瓷燃烧器 (9) 3 格子砖的选择 (13) 4 管道与阀门的选择设计 (18) 4.1管道 (18) 4.2.阀门 (19) 5 热风炉用耐火材料 (21) 5.1 硅砖 (21) 5.2 高铝砖 (21) 5.3 粘土砖 (21) 5.4 隔热砖 (21) 5.5 不定形材料 (21) 6 热风炉的热工计算 (27) 6.1 燃烧计算 (27) 6.2 简易计算 (32) 6.3砖量计算 (35) 7 参考文献 (37)
1 热风炉本体结构设计 1.1 热风炉的概述 （1）热风炉的原理是借助煤气燃烧将热风炉格子砖烧热，然后再将冷风通入格子砖。冷风被加热并通过热风管道送到高炉。目前蓄热室热风炉有三种基本形式，即内燃式，外燃式，顶燃式热风炉。 （2）传统内燃式热风炉如下图所示，它包括蓄热室和燃烧室两大部分，并由炉基，炉底，炉衬，炉箅子，支柱等构成。热风炉的有效尺寸决定于高炉的有效容积，冶炼强度要求的风温。 图1-1 传统式热风炉 我国设计的尺寸参考表1-1。
表1-1 我国设计的尺寸参考下表： V 有效 100 250 620 1036 1200 1513 1800 2050 2516 4063 D 上 4346 5400 7300 8000 8500 9000 9330 99600 9000 10100 下 5200 6780 9000 9500 H D 4.80 5.57 4.80 4.70 4.95 4.93 4.93 5.70 5.57 5.35 我所设计的热风炉是外燃式热风炉 （3）外燃式热风炉是内燃式热风炉的进化和发展，他是燃烧室和蓄热室分别在两个圆柱形壳体内，两个室的顶部以一定方式连接起来。根据连接的方式不同形成了四种主要的结构形式，即地得式，拷贝式，马琴式和新日铁式，如下图所示： 地得式外燃式热风炉拱顶由1/4小球拱和1/4的大球拱将燃烧室和蓄热室连成一体，如本钢的5号高炉；拷贝式外燃式热风炉两室的半球拱顶又配有膨胀圈的连接管连接；马琴式蓄热室的定不是有锥形缩口，拱顶是由两个半径相同的1/4球顶和一个平地半圆柱连接管组成，如鞍钢10503m 高炉；新日铁式热风炉的蓄热室拱顶有锥形缩口，拱顶由两个半径相同的半球形顶和一个圆柱形管组成，连接管上设有膨胀补缩器，如马钢的36003m 高炉和宝钢的所有高炉。 根据一序列的参考材料我选择设计新日铁式外燃式热风炉