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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）热风炉自动测控系统设计摘要热风炉是钢铁工业生产生铁的主要设备,热风炉的作用是把鼓风加热到要求的温度,它是按“蓄热”原理工作的热交换器,即先用煤气燃烧后加热格子砖,再使空气通过炽热的格子砖被加热并送出。为保证高炉连续不断地得到大量的高温空气,每座高炉配备了34座热风炉轮流交替地进行燃烧和送风。热风炉是燃烧- 焖炉- 送风- 焖炉- 燃烧的重复工作过程。本文根据热风炉的参数变化特性及控制要求，设计了相应的温度、压力自动测控系统和自动监控保护系统。在对热风炉的控制系统进行设计时借鉴了国内外同类型的热风炉在自动化仪表方面的先进技术和先进经验，对热风炉的过程检测和
2、自动控制系统进行了全新的设计。监控程序采用MCGS组态软件设计，实时动态显示。关键词：热风炉；燃烧；动态显示；控制；MCGS内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）Stove automatic monitoring and control system designAbstractHot gas is the main equipment of producing pig iron of iron and steel industry. The role of hot gas is heat blast to the requirements temperature. It is based
3、 on regenerative principle of the work of the heat exchanger, that is, burning brick lattice after the first heating with gas, and then heating the air through the red-hot brick lattice and then sent it out. In order to ensure continuous large number of high-temperature air to the blast furnace, eac
4、h is equipped with BF 3 to 4 alternating to burn and send air. Hot stove is the repeated process of burning, stuffy furnace, air, stuffy furnace and combustion duplication. In this paper, the corresponding temperature, pressure measurement and control system is designed in accordance with the charac
5、teristics of parameter changes and the requirements of control. In the process of designing the control system of the stove, the advanced technology and advanced experience in automation instrument of stoves of the same type home and abroad is adopted to make a completely new design to the detection
6、 of stove and automatic control system. The monitoring program takes use of MCGS configuration software and performs real-time dynamic display. Key words：Hot-blast stove ; Combustion ; dynamic display ; Control ; MCGS内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘要IAbstractII第一章 前 言11.1 热风炉的发展11.2 热风炉在高炉生产中的作用11.3 热风炉的自动控
7、制概述21.4 本文的主要工作2第二章 热风炉结构及原理32.1 热风炉的分类32.1.1 内燃式热风炉32.1.2 蓄热式热风炉42.2 热风炉的炉体结构52.3 热风炉的管道和阀门62.3.1 管道72.3.2 阀门72.4 热风炉用煤气的种类及成分92.4.1 燃料的种类92.4.2 热风炉用煤气的成分102.5 热风炉的检测与控制参数112.5.1 温度参数112.5.2 流量参数132.5.3 压力参数14第三章 热风炉换炉自动控制方式163.1 热风炉工作状态的转换163.2 热风炉自动换炉方式193.3 自动换炉工艺流程203.4 自动换炉安全要求及保护措施20第四章 热风炉燃烧
8、自动控制系统设计224.1 我国高炉热风炉燃烧控制技术进展224.1.1 热风炉的燃烧控制工艺224.1.2 热风炉燃烧控制系统的发展224.2 几种控制方案234.3 热风炉燃烧自动控制系统设计234.3.1 燃烧过程控制234.3.2 送风过程控制244.3.3 控制系统组成及功能244.3.4 控制系统构成244.3.5 系统安全264.4 变频器在鼓风机控制中的应用26第五章 热风炉监控系统设计315.1 MCGS 软件介绍315.2 系统软件设计325.2.1 图形界面的形成335.2.2 数据库的建立335.2.3 动画设计345.2.4 报警图形的制作345.3 系统的功能355
9、.4 监控系统框架组态355.4.1 实时数据库组态365.4.2 用户窗口组态365.4.3 监控系统自动运行策略组态36结束语40参考文献41附录A43附录B44致 谢45 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 前 言1.1 热风炉的发展自1828年第一座热风炉在美国使用至今，高炉采用热风炉操作已经历180多年的历史。最早采用的是管式交换器，空气从铁管中通过，用煤作为燃料，热风温度只有315，但在当时对高炉炉况有显著改善，产量提高，焦比降低35%，十几年后才开始使用高炉煤气作为热风炉的燃料。1857年，考贝提出用蓄热式热风炉问世以来，其工作原理至今没有改变，但热风炉的结构、设备及
10、操作方法都有了重大改进。1972年，荷兰艾莫依登厂在新建的3667m3高炉上对内燃式热风炉做了较大的改进，较好地克服了传统考贝式热风炉的缺点，这种热风炉被称为霍戈文内燃式热风炉。由于内燃式热风炉存在着拱顶容易损坏、寿命短、挡火隔墙“ 短路”窜风和风温水平低等问题，因此，出现了燃烧室独立地砌筑于蓄热室之外的外燃式热风炉。外燃式热风炉的构思是1910年由佛朗兹.达尔提出并申请了专利。1928年美国在卡尔尼基钢铁公司首先建造了外燃式热风炉，但由于其表面积大，热损失大而没有发展起来。其后，1938年科泊公司又提出专利，但直到1950年，科泊外燃式热风炉才应用在高炉上。顶燃式热风炉存在着结构大、燃烧器不
11、好解决等问题，为克服这些缺点，出现了球式热风炉。球式热风炉也是顶燃式热风炉的一种，具有加热面积大、风温高的优点，在中小高炉上得到很好的应用。1.2 热风炉在高炉生产中的作用热风炉是高炉生产的重要设施，其风温的高低趋势影响高炉的生产，高的风温是降低焦比、提高产量的有效措施，而风温的高低关键取决于热风炉的燃烧操作的好坏。在燃烧期，热风炉燃烧高炉煤气，产生的废气流经蓄热室，使蓄热室的格子砖蓄热。在送风期，冷风反向流经蓄热室被加热后送往高炉，为高炉提供连续的、适宜温度的热风，以提高冶炼强度，降低焦比，达到高炉节能降耗的目的。由于种种原因，相当多的热风炉控制落后，运行状况并不令人满意，有的甚至是手动控制
12、。操作者通常依据个人经验手动调节煤气量和空气量以控制热风炉拱顶温度和废气温度，通入其中的空气和燃气很难恰到好处。由于控制不当，送风温度一直偏低，造成资源的严重浪费，影响高炉的冶炼。自热风炉运用PLC控制以来，解决了人工操作而无法解决的热风炉的燃烧空、煤的最佳配比，使热风炉的燃烧更具科学性,合理性，达到最佳的燃烧状态,从而节省了煤气，降低了劳动度，确保系统安全稳定运行，在一定的程度上起到了降低能耗，提高风温的作用。1.3 热风炉的自动控制概述现代钢铁生产中，传统的手动操作己远远不能获得好的控制品质。目前，在电气控制领域，国内外普遍采用PLC。特别是最近几年的冶金行业中，PLC以其在工业恶劣环境下
13、仍能高可靠性工作，及抗干扰能力强的特点而获得更为广泛的使用。PLC将电气、仪表、控制这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。由于PLC是专为工业控制而设计的，其结构紧密、坚固、体积小巧，是实现机电一体化的理想控制设备。随着微电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用几乎覆盖了所有工业企业，日益跃居现代工业自动化三大支柱(PLC, ROBOT,，CAD/CAM)的主导地位。可编程序控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存
14、储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备都应该按照易于与控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。1.4 本文的主要工作(1)熟悉热风炉工艺，完成热风炉自动测控系统的总体设计。(2)设计热风炉炉顶温度和废弃温度的自动控制系统。(3)利用MCGS设计监控画面，并对报警数据、实时数据进行显示和记录。第二章 热风炉结构及原理2.1 热风炉的分类 按燃烧室位置分：内燃式、外燃式和顶燃式。 按燃烧入口位置分：低架式(落地式)和高架式。 按燃烧室形状分：眼睛形、
15、苹果形和圆形。 按蓄热体形状分：板状、块状和球状。2.1.1 内燃式热风炉热风炉的燃烧室(又叫火井)和蓄热室同置于一个圆形炉壳内，并各处一侧的热风炉称为内燃式热风炉。内燃式热风炉又分为传统内燃式和改造内燃式。内燃式热风炉是目前应用最广泛的一种热风炉。内燃室热风炉是最早使用的一种形式，由考贝发明，故又称为考贝蓄热式热风炉。传统内燃式热风炉有以下几大缺点： 隔墙两侧燃烧室与蓄热室的温差太大，又是使用套筒式金属燃烧器，容易产生严重的燃烧脉动现象，从而引起燃烧室裂缝、掉砖，甚至烧穿短路。 拱顶坐落在大墙上，结构不合理；拱顶受大墙不均匀涨落与自身热膨胀 的影响而导致裂缝、损坏。 当高温烟气由拱顶进入格子砖时，拱顶局部容易过热，致使蓄热室中心部位烧损严重，同时由于高温区耐火砖的高温蠕动，造成燃烧室向蓄热室侧倾斜，引起格砖紊乱。 随着高炉的大型化，风压越来越高，热风炉成为一个受压容器，热风炉的炉皮随着耐火砌体的膨胀而上涨，炉底板被拉成“ 碟子”状。焊缝拉开，炉底板拉裂，造成严重漏风。 由于热风炉存在着周期性的摆动和上下涨落移动，经常出现热风炉短管“ 烂脖子”现象。因此，当风温长期维持1000左右时，这种热风炉内部结构要遭到破坏，限
