燒結點火爐燃燒自控系統的設計

關靜

（中冶長天國際工程有限責任公司 湖南長沙 410000）

燒結點火爐燃燒自控系統的設計

關靜

（中冶長天國際工程有限責任公司 湖南長沙 410000）

1 燒結點火爐及其對自動調節系統的要求

燒結用混合料卸到燒結機臺車上，燃氣首先在點火爐內燃燒，產生熾熱的火焰直接點燃混合料的料層表面，同時高溫爐膛向表面料層輻射熱量，使其達到需要的燃燒溫度和一定的強度。

根據經驗，要點燃表層燒結礦并達到一定強度，點火爐的溫度一般要控制在1250℃左右。溫度過高，料層表面熔化、透氣性變差；溫度太低，料層點火不好，強度不夠。這二種情況都影響料層垂直燃燒速度，使燒結礦的產量下降，質量降低。

影響點火爐內溫度的因素很多，例如：燃氣的供給量、壓力、燃料的成分、燃空比值、混合料的含水量、混合料配合比、風箱吸力等。因此，點火爐是一個多變量、多干擾、大慣性的復雜對象。但是，混合料的含水量、配合比、燃料成分、壓力及風箱吸力等，一般能通過自動調節系統，或人工保持穩定或控制在一定范圍內。因此，只要控制點火爐燃料的供給量及燃空比值，就能將點火爐內溫度控制在要求的范圍之內。

2 控制系統構成

2.1 調節對象特性

由于調節系統的構成主要取決于調節對象特性，因此掌握調節對象特性是十分重要的。

根據前面分析，點火爐內料層表面燃燒過程是一個較復雜的過程，要從理論上獲取對象特性是很困難的，通常根據定性分析，用試驗的方法獲取。

采用試驗的方法并作一些簡化，得到點火爐的對象特性：

式中：K——對象放大系數；

T——對象的時間常數；

ZS——對象的滯后時間。

從上式可知，點火爐對象特性可用一階慣性環節加純滯后環節近似，對象的時間常數T及純滯后時間Z的大小與點火爐的容積和測量元件本身的特性有關。

2.2 被調參數和調節參數

2.2.1 被調參數

點火爐的燃燒控制通常以點火爐爐膛溫度控制燃氣流量，這是一個定值調節系統。這是選取點火爐膛溫度作為被調參數。因為它很容易由熱電偶或輻射溫度計檢測出來，并且當干擾進入系統時，其溫度變化具有足夠的靈敏度和變化值。

2.2.2 調節參數

生產過程中，影響生產過程穩定和產品質量的干擾因素很多，設計自動調節系統的目的就是要選取合適的操作參數，有效迅速地克服干繞的影響。由前述分析可知，影響點火爐內溫度（被調參數）的可控參數是燃氣流量。所以選取燃氣流量作為調節參數能有效地克服主要干擾的影響，從而得到較好的調節品質。

2.3 調節方案的確定

如前所述，點火爐對象特性較復雜，工藝要求調節品質較高。根據分析，系統地主要干擾是燃氣和空氣流量，且波動頻繁。而燃燒過程反應迅速，用熱電偶測量溫度具有較大的滯后慣性（與燃燒過程相比），若僅根據點火爐溫度來克服這些干擾，調節品質難以滿足較高的精度要求。因此必須將主要干擾在進入對象之前加以克服，而殘余影響及無法事先克服的其它干擾，則根據被調參數的偏差予以校正。目前用于燒結點火爐燃燒的控制系統有：串級串聯調節系統、串級并聯調節系統及點火強度控制系統。下面重點介紹后兩種調節系統：

2.3.1 串級并聯調節系統

目前燒結廠點火爐的燃燒控制廣泛采用串級并聯調節系統，它是以點火爐溫度信號作為反饋的串級閉環控制系統，系統構成如圖1所示。系統主環用點火爐溫度信號作為校正信號，克服副環沒有克服的干擾。副環采用雙閉環結構，克服燃氣流量和空氣流量波動帶來的影響。同時由于燃氣流量回路與空氣流量回路不直接關聯，因此，系統參數整定也較容易。

圖1 點火爐燃燒控制系統

2.3.2 點火強度調節

點火爐強度控制是根據燒結機臺車點燃單位面積上的混合料所需要的熱量，確定燃氣流量設定值。同時為了保證燃氣合理燃燒，還需要有合適的燃-空比。副環同樣采用雙閉環結構，用于克服燃氣流量和空氣流量波動帶來的影響。從系統結構可知，點火強度控制是一個開環控制系統，因此該系統是一個穩定系統。

首先根據點火強度設定值、燒結機臺車寬度和燒結機臺車速度得到燃氣流量設定值，輸出信號到燃氣流量調節單元與燃氣流量測量值進行比較。其偏差值經PI運算，輸出信號去控制燃氣閥門的開度。同時，燃氣流量信號經比值器送到空氣流量調節單元與空氣流量測量信號進行比較，其偏差值經PI運算，輸出信號去控制空氣調節閥的開度，從而實現點火強度、燃-空比值自動調節。

（1）點火強度計算

式中：F——燃氣流量設定值，m3/h；

TK——點火強度設定值，m3/h；

PS——燒結機速度，m/min；

PW——燒結機臺車寬度，m。

對燃氣流量還需要進行幅值限制：

（2）燃氣流量上限值計算

式中：FMH——燃氣流量上限值，m3/h；

KG1、KG2——燃氣流量上限值計算常數；

PS——燒結機速度，m/min。

（3）燃氣流量下限值計算

式中：FML——燃氣流量下限值，m3/h；

KG3、KG4——燃氣流量上限值計算常數；

PS——燒結機速度，m/min。

燃氣流量設定值上、下限限制如圖2。

圖2 燃氣流量上、下限限制

（4）燃-空比值計算

式中：RP——燃-空比；

FAP——空氣流量設定值，m3/h；

FGP——燃氣流量設定值，m3/h。

對于點火爐燃燒控制系統，不論是以溫度控制方式還是點火強度控制方式，要使用系統長期穩定運行，并滿足控制精度要求，除了設計合理的控制系統外，還必須保證燃氣熱值穩定。

主要儀表選型：爐內溫度采用鉑銠-鉑熱電偶；燃氣、空氣流量測量采用流量孔板；執行機構采用電動或氣動的；調節閥一般采用蝶閥，由于控制對象復雜，均采用計算機來完成這些功能。

[1]長沙礦山設計研究院上海寶山鋼鐵總廠.寶鋼燒結控制計算機功能簡介.1983.

[2]《長沙黑色冶金設計研究院燒結設計手冊》.冶金出版社，1990，2.

[3]松本徹.燒結計測、控制儀表設備（CENTUM系統及應用實例）.橫河電機株式會社，1990.

TE046

A

1004-7344（2016）05-0292-02

2016-1-18

關靜（1963-），女，工程師，大專，主要從事設計及工程管理工作。