974723760畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）鐵礦豎爐焙燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、鐵礦豎爐焙燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本文題目為鐵礦豎爐焙燒控制系統(tǒng)，即是進(jìn)行鐵礦選礦廠的豎爐焙燒部分的設(shè)計(jì)，使其可以基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)的要求。本文分為五大部分：第一部分是緒論，主要介紹了豎爐的一些基本知識(shí)和本設(shè)計(jì)的工業(yè)背景；第二部分為鐵礦豎爐焙燒控制系統(tǒng)系統(tǒng)概論，從總體上介紹了本文中涉及的控制原理、工藝流程圖和系統(tǒng)框圖，是全文的總括；第三部分為系統(tǒng)設(shè)備選型，主要是本系統(tǒng)涉及的各種設(shè)備的選擇，其中還分析了各種設(shè)備的工作原理和測(cè)量原理，以及他們的選取原則；第四部分為組態(tài)設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括對(duì)本設(shè)計(jì)使用的組態(tài)軟件組態(tài)王6.5的基本知識(shí)的介紹和豎爐焙燒系統(tǒng)的組態(tài)的建立；第五部分為對(duì)本系統(tǒng)的一些策略方面的初步探索，它分

2、為系統(tǒng)plc程序的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的仿真兩部分。關(guān)鍵詞：豎爐，設(shè)備選型，組態(tài)王，plc，pid，matlabthe design of iron ore vertical furnace roast control system abstractthe topic for iron ore vertical furnace roast control system is the vertical furnace for iron ore-roasting factory part design to be basically fit for the industrial requirements.t

3、his article is divided into five main parts : the first part is the prolegomenon mainly on the vertical stove and some basic knowledge of the industrial design background; the second part is an iron ore vertical furnace system studies roast control system, introducing this overall control principles

4、 involved, giving maps and system diagrams,which is the full text of the omnibus; part three is about the choice of the equipments which are used in the design, which also analyzed the work of the various principles and measurement equipment principles, and their selection; part four is divided into

5、 zutai design. the main elements of the design include the use of software kingview 6.5,the basic knowledge of the kingview 6.5,and the zutai building of vertical furnace roasting system; the last part of the design is for some of the initial exploration strategy of the systerm, which consists of tw

6、o parts of the design, that is the design of the plc procedures and the systerm simulation. keyword: vertical furnace, choice of equipment, kingview,plc,pid,matlab 第 66 頁(yè)目錄1 緒論i1.1 豎爐的基本知識(shí)11.2 本設(shè)計(jì)的工業(yè)背景22 鐵礦豎爐焙燒系統(tǒng)概論42.1變量列表42.2系統(tǒng)控制框圖及流程圖52.2.1燃燒室溫度控制52.2.2 爐頂負(fù)壓控制和還原帶還原煤氣通入量控制62.2.3 鐵礦豎爐焙燒控制系統(tǒng)工藝流程圖72.

7、2.4 dcs系統(tǒng)配置模擬圖83 設(shè)備選型93.1溫度檢測(cè)裝置的選擇93.1.1 還原帶熱電偶的選擇103.1.2燃燒室紅外測(cè)溫儀的選擇113.1.3 預(yù)熱帶和水箱梁熱電阻的選擇133.2 壓力檢測(cè)裝置的選擇143.2.1真空計(jì)的選擇143.2.2 選擇正壓計(jì)163.3變送器的選擇173.3.1 變送器基本知識(shí)173.3.2 變送器的工作原理183.3.3 各種變送器的選擇193.4 執(zhí)行器的選擇203.4.1 執(zhí)行器原理213.4.2 控制閥選型的原則223.4.3 閥型的選擇注意事項(xiàng)223.4.4 選擇233.5其他儀器的選擇243.5.1 電磁流量計(jì)的選擇243.5.2 光譜分析儀的選擇

8、273.5.3 超聲波料位儀的選擇283.5.4 電流互感器的選擇293.5.5 變頻器的選擇314 組態(tài)設(shè)計(jì)364.1 組態(tài)王介紹364.1.1 組態(tài)王的工作原理364.1.2 組態(tài)王軟件的組成概述364.2 組態(tài)王與plc 的通訊374.3組態(tài)王的具體設(shè)計(jì)404.3.1 動(dòng)畫(huà)制作404.3.2實(shí)時(shí)監(jiān)控圖象424.3.3 歷史曲線434.3.4 報(bào)警畫(huà)面445 系統(tǒng)策略初探465.1 plc部分465.1.1 plc介紹465.1.2 plc程序編制505.2 系統(tǒng)仿真525.2.1 仿真工具簡(jiǎn)介525.2.2 豎爐模型的建立555.2.3 系統(tǒng)仿真566 總結(jié)61致謝62參考文獻(xiàn)621 緒

9、論豎爐焙燒是選礦廠選礦的第一步工藝流程，豎爐焙燒效果的好壞直接關(guān)系到以后各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工作運(yùn)行情況，所以這一部分在整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中是非常重要和關(guān)鍵的。進(jìn)行礦石焙燒的設(shè)備就是豎爐，可以說(shuō)焙燒效果的好壞直接由豎爐決定，所以我們很有必要對(duì)它進(jìn)行比較詳細(xì)的了解。1.1 豎爐的基本知識(shí)豎爐的主要作用是提高鐵礦石的品味。有些品味不是很高的礦石鐵，在豎爐內(nèi)部進(jìn)行焙燒，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度的時(shí)候，向豎爐內(nèi)通入還原性氣體（比如co，等），通過(guò)還原性氣體與鐵氧化物的氧化還原反應(yīng)，把鐵礦石中的有用成分還原為，從而使鐵元素進(jìn)一步富集，達(dá)到了提高礦石品味的目的，另外還為以后進(jìn)行的磁選環(huán)節(jié)奠定了基礎(chǔ)。豎爐主要由爐體、排礦部分

10、和抽煙部分組成，其中爐體是核心部分。爐體從上到下分為預(yù)熱帶、加熱帶和還原帶三部分。預(yù)熱帶是利用上升的氣流（廢氣）預(yù)熱需要加熱的礦石，這一部分的溫度大約為150-200攝氏度；加熱帶是爐體的核心，高度約900-1000毫米，由鼓風(fēng)機(jī)向里面按一定比例通入加熱煤氣和壓縮空氣，保證燃燒室有足夠高的溫度對(duì)礦石進(jìn)行焙燒，這一部分的溫度在1100攝氏度左右；還原帶從上向下呈逐漸變寬的放射狀，目的是使礦石和還原煤氣充分接觸，還原煤氣由鼓風(fēng)機(jī)從下向上吹入。這一部分的溫度大約為600-750攝氏度。爐子的最下部?jī)蓚?cè)裝有四個(gè)排礦輥，用來(lái)排出已經(jīng)還原的礦石。它的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)還原的礦石質(zhì)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。在排礦輥的下面裝有搬

11、出機(jī)，用來(lái)搬出已還原的礦石，然后把礦石送如下一個(gè)環(huán)節(jié)。為了不使空氣通過(guò)排礦輥處的排礦口進(jìn)入還原帶（可能會(huì)把剛剛還原的鐵礦石再氧化掉），需要采用水封裝置（水封池），它是一個(gè)用混凝土筑成的水槽，其中有循環(huán)水。排出的礦石落入水封池中冷卻，避免了在礦石送到下一個(gè)環(huán)節(jié)的過(guò)程中由于溫度過(guò)高，而使礦石和空氣接觸重新被氧化失去磁性的可能性。為排出還原焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣，豎爐還裝有一臺(tái)抽煙機(jī)。抽煙機(jī)通過(guò)廢氣管道直接和爐內(nèi)想通。排出的廢氣同時(shí)還可以起到對(duì)礦石的預(yù)熱作用，體現(xiàn)了對(duì)能源的充分利用。豎爐焙燒的工藝過(guò)程如圖1.1豎爐內(nèi)的加熱過(guò)程為還原焙燒過(guò)程。還原焙燒是在還原氣氛中焙燒礦石。通常要向物料中添加還原劑。采

12、用的還原劑有煤粉和碳粉。鐵礦過(guò)程中還原焙燒主要用于增加鐵礦的磁性，其目的均是使赤鐵礦和褐鐵礦還原成四氧化三鐵-一種強(qiáng)磁性物質(zhì)，這就可以在弱磁場(chǎng)磁選機(jī)內(nèi)進(jìn)行磁選富集。在這里我們選用高爐煤氣和co的混合氣體作為還原劑。圖1.1豎爐焙燒工藝過(guò)程1.2 本設(shè)計(jì)的工業(yè)背景2005年，酒鋼選礦廠欲進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)能改造。之前，酒鋼選礦廠有22座100立方米豎爐、8個(gè)磨礦系列、10臺(tái)shp-3200型強(qiáng)磁選機(jī)、5臺(tái)50米濃縮機(jī)、18臺(tái)過(guò)濾機(jī)以及配套的礦石輸送和動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，形成了礦石還原焙燒磁選和粉礦強(qiáng)磁選兩大生產(chǎn)工藝流程，涉及年處理原礦500萬(wàn)噸。本擴(kuò)能改造方案設(shè)計(jì)處理鐵礦石為650萬(wàn)噸，年生產(chǎn)鐵精礦為333萬(wàn)

13、噸。增加的主要設(shè)備有：4臺(tái)100立方米雙層燃燒室豎爐；4臺(tái)3235球磨機(jī)；9臺(tái)slon2000型高梯度強(qiáng)磁選機(jī)；6臺(tái)旋流器組；2座25米高效濃縮大井等。由于本次新增的設(shè)備比較多，原有控制系統(tǒng)預(yù)留部分已不能滿足此次擴(kuò)能改造的要求，需增加相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)及控制站。本擴(kuò)能可分為4部分：鐵礦豎爐焙燒部分、球磨部分、溢流濃度部分和現(xiàn)場(chǎng)總線dcs部分。本文就是對(duì)其中的第一部分豎爐焙燒部分進(jìn)行一些具體的設(shè)計(jì)和研究。2 鐵礦豎爐焙燒系統(tǒng)概論2.1變量列表選礦廠新上的4臺(tái)豎爐系統(tǒng)部分要控制的包括很多的設(shè)備和變量，系統(tǒng)需要監(jiān)控的開(kāi)關(guān)量詳細(xì)列表如表2.1，需要監(jiān)控的模擬量詳細(xì)列表如表2.2。表2.1 豎爐焙燒系統(tǒng)監(jiān)控的開(kāi)

14、關(guān)量列表序號(hào)設(shè)備名臺(tái)數(shù)監(jiān)控點(diǎn)取自di點(diǎn)數(shù)（臺(tái)數(shù)*單臺(tái)點(diǎn)數(shù)）di點(diǎn)說(shuō)明do點(diǎn)數(shù)（臺(tái)數(shù)*單臺(tái)點(diǎn)數(shù)）do說(shuō)明1鼓風(fēng)機(jī)4低壓配電柜4*3運(yùn)行、過(guò)載6*1啟停2抽煙機(jī)4低壓配電柜4*2運(yùn)行、過(guò)載4*1啟停3錕式排礦機(jī)16低壓配電柜16*2運(yùn)行、過(guò)載4斗式搬出機(jī)8低壓配電柜8*2運(yùn)行、過(guò)載8*1啟停5手/自動(dòng)予切換2主控室4*1手動(dòng)、自動(dòng)6還原煤氣切斷閥4現(xiàn)場(chǎng)4*2開(kāi)到位、關(guān)到位4*1開(kāi)關(guān)閥門表2.2豎爐焙燒系統(tǒng)監(jiān)控的模擬量詳細(xì)列表序號(hào)測(cè)控模擬量測(cè)控儀表數(shù)量監(jiān)控點(diǎn)取自ai點(diǎn)數(shù)（臺(tái)數(shù)*單臺(tái)點(diǎn)數(shù)）ai點(diǎn)數(shù)說(shuō)明ao點(diǎn)數(shù)（臺(tái)數(shù)*單臺(tái)點(diǎn)數(shù)）ao點(diǎn)數(shù)說(shuō)明1燃燒室溫度8現(xiàn)場(chǎng)紅外測(cè)溫儀4*2溫度檢測(cè)2還原帶溫度16現(xiàn)場(chǎng)熱

15、電偶4*4溫度檢測(cè)3廢氣溫度4熱電阻4*1溫度檢測(cè)續(xù)表2.2 序號(hào)測(cè)控模擬量測(cè)控儀表數(shù)量監(jiān)控點(diǎn)取自ai點(diǎn)數(shù)（臺(tái)數(shù)*單臺(tái)點(diǎn)數(shù)）ai點(diǎn)數(shù)說(shuō)明ao點(diǎn)數(shù)（臺(tái)數(shù)*單臺(tái)點(diǎn)數(shù)）a點(diǎn)數(shù)說(shuō)明4水箱梁溫度8熱電阻4*2溫度檢測(cè)5加熱煤氣壓力、流量8現(xiàn)場(chǎng)儀表4*2壓力流量檢測(cè)6還原煤氣壓力、流量8現(xiàn)場(chǎng)儀表4*2壓力流量檢測(cè)7壓縮空氣壓力、流量2現(xiàn)場(chǎng)儀表6*2壓力流量檢測(cè)8爐頂負(fù)壓檢測(cè)1現(xiàn)場(chǎng)儀表差壓變送4*1負(fù)壓檢測(cè)9還原煤氣調(diào)節(jié)閥4現(xiàn)場(chǎng)閥4*1還原煤氣調(diào)節(jié)10加熱煤氣調(diào)節(jié)閥4現(xiàn)場(chǎng)閥4*1加熱煤氣調(diào)節(jié)11壓縮空氣調(diào)節(jié)閥4現(xiàn)場(chǎng)閥4*1壓縮空氣調(diào)節(jié)12搬出機(jī)電流8電流變送器4*22.2系統(tǒng)控制框圖及流程圖在本系統(tǒng)中，最主

16、要的是四個(gè)參量的控制，就是加熱煤氣通入量、壓縮空氣通入量、還原煤氣通入量和爐頂負(fù)壓。2.2.1燃燒室溫度控制燃燒室可以說(shuō)是豎爐里面最關(guān)鍵的部分了，這一部分的溫度約有1100攝氏度，本部分的溫度控制是十分嚴(yán)格的，要求溫度在1000攝氏度以上，假如低于1000攝氏度的話，礦石將得不到理想的溫度，在還原的時(shí)候不能徹底還原；假如太高則可能在還原的時(shí)候還原成低價(jià)鐵，不利于磁選，另外還可能把礦石熔化，這是絕對(duì)不允許的。在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，要向燃燒室同時(shí)通入壓縮空氣和加熱煤氣。主要是煤氣中的co和空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)放熱，加熱經(jīng)過(guò)預(yù)熱帶預(yù)熱過(guò)的礦石。要讓他們充分反應(yīng)燃燒，就有一個(gè)兩種氣體通入比例的問(wèn)題

17、。我們令它們的比例系數(shù)為k，我們按完全燃燒計(jì)算，考慮理想條件下，可以計(jì)算出k約為2.5。實(shí)際控制的時(shí)候，保持k的值不變，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱煤氣調(diào)節(jié)閥和壓縮空氣調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)控制加熱煤氣和壓縮空氣的通入量，從而達(dá)到控制爐內(nèi)燃燒室溫度的目的。其控制框圖如圖2.1：圖2.1 燃燒室溫度控制系統(tǒng)框圖2.2.2 爐頂負(fù)壓控制和還原帶還原煤氣通入量控制（1）爐頂要保持負(fù)壓狀態(tài)，假如爐頂是正壓的話，爐內(nèi)的廢氣就會(huì)逸散到外面空氣中，對(duì)環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)工人都是嚴(yán)重有害的，所以，爐頂一定要保持負(fù)壓狀態(tài)。它的控制原理圖如圖2.2所示。爐頂負(fù)壓控制原理圖如圖2.2： 圖2.2 爐頂負(fù)壓控制系統(tǒng)原理框圖（2）在還原帶，主要通入還原

18、煤氣，對(duì)經(jīng)過(guò)燃燒室加熱的礦石進(jìn)行還原，將礦石還原成，以方便以后進(jìn)行的磁選，那么還原煤氣通入量就必須好好考慮。還原煤氣通入量控制原理圖如圖2.3圖2.3 還原帶溫度控制系統(tǒng)框圖2.2.3 鐵礦豎爐焙燒控制系統(tǒng)工藝流程圖經(jīng)過(guò)上面的介紹，大家可能大概已經(jīng)知道了豎爐系統(tǒng)的工藝流程。具體些就是礦石經(jīng)過(guò)上料系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)截Q爐的最上部的預(yù)熱帶，在預(yù)熱帶，礦石先由下面上升的廢氣進(jìn)行預(yù)熱，大概預(yù)熱到200攝式度左右，由運(yùn)輸系統(tǒng)把礦石運(yùn)輸?shù)郊訜釒нM(jìn)行加熱，在溫度上升到1100攝式度左右的時(shí)候，礦石被運(yùn)輸?shù)竭€原帶進(jìn)行還原。然后礦石由排礦機(jī)排出豎爐，經(jīng)過(guò)水封池，最后由搬出機(jī)把礦石運(yùn)送到下一個(gè)環(huán)節(jié)球磨系統(tǒng)。豎爐焙燒系統(tǒng)工藝

19、流程圖如圖2.4和2.5所示。圖2.4豎爐焙燒系統(tǒng)礦石流程圖圖2.5豎爐焙燒系統(tǒng)氣體流程圖2.2.4 dcs系統(tǒng)配置模擬圖dcs的系統(tǒng)配置模擬圖如圖2.6。圖2.6 dcs系統(tǒng)配置模擬圖為了更形象更直觀的的系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，我們用組態(tài)王軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了監(jiān)控，制作了監(jiān)控畫(huà)面，然后對(duì)下位機(jī)plc編制控制程序，模擬實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行，通過(guò)組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面顯示出來(lái)，并通過(guò)實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行情況。這將在第四章予以詳細(xì)介紹。為了對(duì)系統(tǒng)更好的控制，我們對(duì)豎爐進(jìn)行了建模，通過(guò)matlab的simulink組件對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，并通過(guò)pid對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行了整定，達(dá)到了比較理想的效果。這將在第

20、五章予以詳細(xì)介紹。3 設(shè)備選型本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要涉及很多變量，主要變量如表3.1表3.1豎爐焙燒系統(tǒng)主要變量表：序號(hào)變量名稱變量范圍變量單位測(cè)量?jī)x器1預(yù)熱帶溫度100200攝氏度熱電阻2加熱帶溫度10001100攝氏度紅外測(cè)溫儀3還原帶溫度600750攝氏度熱電偶4水箱梁溫度5090攝氏度熱電阻5加熱煤氣壓力150250kp壓力表6還原煤氣壓力120200kp壓力表7壓縮空氣壓力375625kp壓力表8加熱煤氣流量電磁流量計(jì)9還原煤氣流量電磁流量計(jì)10壓縮空氣流量電磁流量計(jì)11爐頂負(fù)壓5080kp負(fù)壓計(jì)12搬出機(jī)電流100左右a電流互感器本系統(tǒng)要對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型，主要可分為五大部分。第一部分是溫度檢

21、測(cè)裝置的選擇，包括熱電偶、熱電阻和紅外測(cè)溫儀；第二部分是壓力檢測(cè)裝置的選擇，包括正壓計(jì)和負(fù)壓計(jì)的選擇；第三部分是變送器的選擇，主要包括溫度變送器、壓力變送器、流量變送器和電流變送器；第四部分是執(zhí)行器的選擇，就是各種控制閥門的選擇；第五部分是其他設(shè)備的選擇，包括電磁流量計(jì)、光譜分析儀、超聲波料位儀、電流互感器和變頻器。3.1溫度檢測(cè)裝置的選擇溫度測(cè)量?jī)x表按測(cè)溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。通常來(lái)說(shuō)接觸式測(cè)溫儀表測(cè)溫儀表比較簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量精度較高；但因測(cè)溫元件與被測(cè)介質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交金剛，幫需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測(cè)溫的延遲現(xiàn)象，同時(shí)受耐高溫材料的限制，不能應(yīng)用于很高的溫度

22、測(cè)量。非接觸式儀表測(cè)溫是通過(guò)熱輻射原理來(lái)測(cè)量溫度的，測(cè)溫元件不需與被測(cè)介質(zhì)接觸，測(cè)溫范圍廣，不受測(cè)溫上限的限制，也不會(huì)破壞被測(cè)物體的溫度場(chǎng)，反應(yīng)速度一般也比較快；但受到物體的發(fā)射率、測(cè)量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測(cè)量誤差較大。如本設(shè)計(jì)所涉及的熱電偶及熱電阻就屬于接觸式儀表，而紅外測(cè)溫儀則屬于非接觸式測(cè)溫儀表。3.1.1 還原帶熱電偶的選擇還原帶的溫度在600750攝氏度之間，我們用熱電偶來(lái)測(cè)量它的溫度。（1）熱電偶的測(cè)溫原理：將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體a和b焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體a和b的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流

23、,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。（2）熱電偶的特點(diǎn)：1）測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。2）測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800（如鎢-錸）。3）構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。（3）熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償及使用注意問(wèn)題：由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度

24、比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t00時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。 在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100。（4）選擇：這里我們選擇上海南浦儀表廠生產(chǎn)的420型裝配式熱電偶 。它的技術(shù)參數(shù)如表3.2。表3.2熱電偶的技術(shù)參數(shù)熱電偶類別代號(hào)分度號(hào)最高溫度測(cè)量溫度允許偏差t鎳鉻-鎳硅wrnk0-1300011002.5或0.75%t3.1.2燃燒室紅外測(cè)溫儀的選擇燃燒

25、室的溫度比較高，在1000-1110攝氏度左右，我們選用紅外測(cè)溫儀這種非接觸測(cè)溫的方法對(duì)他進(jìn)行測(cè)量。（1）紅外測(cè)溫儀的工作原理紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場(chǎng)的大小由測(cè)溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和信號(hào)處理電路，并按照儀器內(nèi)療的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。在自然界中，一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布 與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻

26、射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。 黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長(zhǎng)的輻射能量，沒(méi)有能量的反射和透過(guò)，其表面的發(fā)射率為 1 。但是，自然界中存在的實(shí)際物體，幾乎都不是黑體，為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長(zhǎng)表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點(diǎn)，故稱黑體輻射定律。所有實(shí)際物體的輻射量除依賴于輻射波長(zhǎng)及物體的溫度之外，還與構(gòu)成物體的材料種類、制備方法、熱過(guò)程以及表面狀態(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因此，為使黑體輻射定律適

27、用于所有實(shí)際物體，必須引入一個(gè)與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率。該系數(shù)表示實(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小于 1 的數(shù)值之間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。影響發(fā)射率的主要因紗在：材料種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。 當(dāng)用紅外輻射測(cè)溫儀測(cè)量目標(biāo)的溫度時(shí)首先要測(cè)量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測(cè)溫儀計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的溫度。單色測(cè)溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例；雙色測(cè)溫儀與兩個(gè)波段的輻射量之比成比例。（2）選擇紅外測(cè)溫儀要注意的問(wèn)題測(cè)溫范圍：測(cè)溫范圍是測(cè)溫儀最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。每種型號(hào)的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍

28、。用戶的被測(cè)溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全，既不要過(guò)窄，也不要過(guò)寬。一般來(lái)說(shuō)，測(cè)溫范圍越窄，監(jiān)控溫度的輸出信號(hào)分辨率越高，精度可靠性容易解決。測(cè)溫范圍過(guò)寬，會(huì)降低測(cè)溫精度。目標(biāo)尺寸：為了獲得精確的溫度讀數(shù)，測(cè)溫儀與測(cè)試目標(biāo)之間的距離必須在合適的范圍之內(nèi)，所謂 “ 光點(diǎn)尺寸 ” （ spot size ）就是測(cè)溫儀測(cè)量點(diǎn)的面積。你距離目標(biāo)越遠(yuǎn)，光點(diǎn)尺寸就越大。建議被測(cè)目標(biāo)尺寸超過(guò)視場(chǎng)大小的50%為好。距離系數(shù)（光學(xué)分辨率）：距離系數(shù)由 d ：s 之比確定，即測(cè)溫儀探頭到目標(biāo)之間的距離 d 與被測(cè)目標(biāo)直徑之比。d ：s 比值越大，光學(xué)分辨率越高，測(cè)溫效果就越好，但測(cè)溫儀的成本也越高。響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)

29、間定義為到達(dá)最后讀數(shù)的 95% 能量所需要的時(shí)間，表示紅外測(cè)溫儀對(duì)被測(cè)溫度變化的反應(yīng)速度，它與光電探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。紅外測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間的選擇要和被測(cè)目標(biāo)的情況相適應(yīng)，確定響應(yīng)時(shí)間主要根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度和目標(biāo)的溫度變化速度。如果目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度很快或測(cè)量快速加熱的目標(biāo)時(shí)，要選用快速響應(yīng)紅外測(cè)溫儀，否則達(dá)不到足夠的信號(hào)響應(yīng)，會(huì)降低測(cè)量精度。環(huán)境因素：測(cè)溫儀所處的環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響，應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決，否則會(huì)影響測(cè)溫精度甚至引起損壞。當(dāng)環(huán)境溫度高，存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下，可選用廠商提供的保護(hù)套、水冷卻、空氣冷卻系統(tǒng)、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環(huán)境

30、影響并保護(hù)測(cè)溫儀，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)溫。在確定附件時(shí)，應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，以降低安裝成本。在密封的或危險(xiǎn)的材料應(yīng)用中（如容器或真空箱），測(cè)溫儀通過(guò)窗口進(jìn)行觀測(cè)。材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過(guò)所用測(cè)溫儀的工作波長(zhǎng)范圍。還要確定操作工是否也需要通過(guò)窗口進(jìn)行觀察，因此要選擇合適的安裝位置和窗口材料，避免相互影響。（3）選擇：這里我們選擇廣州市宏誠(chéng)集業(yè)電子科技有限公司生產(chǎn)的非接觸式dt-8859在線紅外測(cè)溫儀。它的技術(shù)指標(biāo)如表3.3表3.3紅外測(cè)溫儀 dt-8859技術(shù)指標(biāo)(d:s=50:1)溫度范圍-501600距離比50:1基本精確度1.5%分辯率0.1/響應(yīng)時(shí)間1秒發(fā)射率可調(diào)0.1001.000（步長(zhǎng)

31、0.001)光譜響應(yīng)814um相對(duì)濕度10-95%rh（不結(jié)露，環(huán)境測(cè)溫30)激光瞄準(zhǔn)2.5mpa協(xié)商供貨)；4）環(huán)境條件：溫度-10+55，相對(duì)濕度5%90%，大氣壓力86106kpa；5）信號(hào)傳輸線：stvpv30.3(三線制)20.3(二線制)； 6）供電電源：+12vdc3vdc；+24vdc3vdc。3.4 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器是系統(tǒng)必不可少的，是控制的直接施加者。本系統(tǒng)選擇的執(zhí)行器主要是加熱煤氣調(diào)節(jié)閥、還原煤氣調(diào)節(jié)閥和壓縮空氣調(diào)節(jié)閥。3.4.1 執(zhí)行器原理執(zhí)行器（又叫調(diào)節(jié)閥）由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成。他是過(guò)程控制工程的一個(gè)重要組成環(huán)節(jié)。在一個(gè)控制系統(tǒng)中，它接受調(diào)節(jié)器輸出的

32、控制信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移，來(lái)改變閥芯與乏座間的流通截面積以控制流入或流出被控過(guò)程的流體介質(zhì)的流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)的控制。根據(jù)使用能源不同，執(zhí)行器可分為氣動(dòng)執(zhí)行器（氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥）、電動(dòng)執(zhí)行器（電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）和液動(dòng)執(zhí)行器三類，在本豎爐系統(tǒng)中，我們主要用的是電動(dòng)執(zhí)行器。電動(dòng)執(zhí)行器有直行程和角行程兩類，其電器原理相同，只減速器不一樣。圖3.3電動(dòng)執(zhí)行器的組成框圖 電動(dòng)執(zhí)行器的組成框圖如圖3.3。由私服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。來(lái)自調(diào)節(jié)器的ii作為私服放大器的輸入信號(hào)，它與位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較，其差值經(jīng)放大后控制兩相私服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，再經(jīng)減速器減速后，改變輸出軸既調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度（或擋板的角

33、位移）。與此同時(shí)，輸出軸的位移由經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，作為閥位指示及反饋信號(hào)if。當(dāng)if與ii相等時(shí)，兩相電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)，調(diào)節(jié)器的開(kāi)度就定在與調(diào)節(jié)器輸出（即執(zhí)行器的輸入）信號(hào)ii成比例的位置上。因此，通常把電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)看作是一個(gè)比例環(huán)節(jié)。3.4.2 控制閥選型的原則1）根據(jù)工藝條件，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料。2）根據(jù)工藝對(duì)象的特點(diǎn)，選擇控制閥的流量特性。3）根據(jù)工藝操作參數(shù)，選擇合適的控制閥口徑尺寸。4）根據(jù)工藝過(guò)程的要求，選擇所需要的輔助裝置。5）合理選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度應(yīng)能滿足工藝另外，還要考慮對(duì)控制行程時(shí)間的要求：所選用的控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)能滿面足閥門行程和工藝對(duì)泄露

34、量等級(jí)的要求。在某些場(chǎng)合，如選用壓力控制閥(包括放空閥)，應(yīng)考慮實(shí)際可能的壓差進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，即要求?zhí)行機(jī)構(gòu)能提供較大的作用力。否則，可能當(dāng)工藝上出現(xiàn)異常情況時(shí)，控制閥前后的實(shí)際壓差較大，會(huì)發(fā)生關(guān)不上或打不開(kāi)的危險(xiǎn)。3.4.3 閥型的選擇注意事項(xiàng)(1)確定公稱壓力，不是用pmax去套pn，而是由溫度、壓力、材質(zhì)三個(gè)條件從表中找出相應(yīng)的pn并滿足于所選閥之pn值。(2)確定的閥型，其泄漏量滿足工藝要求。(3)確定的閥型，其工作壓差應(yīng)小于閥的允許壓差，如不行，則須從特殊角度考慮或另選它閥。(4)介質(zhì)的溫度在閥的工作溫度范圍內(nèi)，環(huán)境溫度符合要求。(5)根據(jù)介質(zhì)的不干凈情況考慮閥的防堵問(wèn)題。(6)根據(jù)

35、介質(zhì)的化學(xué)性能考慮閥的耐腐蝕問(wèn)題。(7)根據(jù)壓差和含硬物介質(zhì)，考慮閥的沖蝕及耐磨損問(wèn)題。(8)綜合經(jīng)濟(jì)效果考慮的性能、價(jià)格比。需考慮三個(gè)問(wèn)題：a結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(越簡(jiǎn)單可靠性越高)、維護(hù)方便、備件有來(lái)源； b使用壽命；c價(jià)格。(9)優(yōu)選秩序。蝶閥單座閥雙座閥套筒閥角形閥三通閥球閥偏心旋轉(zhuǎn)閥隔膜閥。3.4.4 選擇還原煤氣調(diào)節(jié)閥和加熱煤氣調(diào)節(jié)閥都選用浙江省永嘉縣方達(dá)自動(dòng)閥門有限公司：zazp型電動(dòng)直通雙座調(diào)節(jié)閥，它的技術(shù)參數(shù)為：公稱直徑：dn20-300公稱壓力：pn(mpa)4.0、流量特性：直線；等百分比工作溫度：()-40-250 -60-450輸入信號(hào)：(ma、dc)0-10 4-20ma壓縮空

36、氣調(diào)節(jié)閥選擇選擇意大利歐美爾（omai）公司art.e372-e374-e379 wafer型法蘭ae開(kāi)關(guān)型電動(dòng)蝶閥，它的閥門特性如表3.14。表3.14 art.e372-e374-e379 wafer型法蘭ae開(kāi)關(guān)型電動(dòng)蝶閥的閥門特性閥門特性通徑: dn40 - dn500法蘭標(biāo)準(zhǔn): pn16-ansi150: dn40 - dn200; pn10: dn250 - dn500根據(jù)需求提供其它連接標(biāo)準(zhǔn)法蘭面標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)格根據(jù)iso5752 閥頭法蘭：根據(jù)iso5211閥門測(cè)試：根據(jù)iso5208:1) 緊密度: 1,1 x pn2) 閥體耐沖擊力: 1,5 x pn根據(jù)需求提供其它測(cè)試 工作溫

37、度:丁腈橡膠nbr： -25 至 +90工作壓力:pn16 bar for dn40 - dn200pn10 bar for dn250 - dn500真空緊密度: 1 torr.3.5其他儀器的選擇除了上述設(shè)備外，我們還要選擇的設(shè)備包括電磁流量計(jì)、光譜分析儀、超聲波料位儀、電流互感器和變頻器。3.5.1 電磁流量計(jì)的選擇加熱煤氣、還原煤氣和壓縮空氣的流量是用電磁流量計(jì)來(lái)測(cè)量的。（1）電磁流量計(jì)（簡(jiǎn)稱emf）的測(cè)量原理：電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)圖如圖3.4。圖3.4 磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖電磁流量計(jì)由電磁流量傳感器、轉(zhuǎn)換器以及顯示儀表等組成，也可由電磁流量傳感器和顯示儀表直接組成。傳感器的工作原理是基于法拉第

38、的電磁感應(yīng)定律。如圖3.5，電磁流量計(jì)是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理來(lái)測(cè)量導(dǎo)管中導(dǎo)電液體的平均流速，采用不導(dǎo)磁材料制成的 流量測(cè)量導(dǎo)管，置于均勻磁場(chǎng)中，其內(nèi)徑為d，內(nèi)壁襯有絕緣材料。導(dǎo)電液體在管道中流動(dòng)時(shí)，即作切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，若所有流體質(zhì)點(diǎn)都以平均流速v運(yùn)動(dòng)，則液體流速在整個(gè)管道截面上是均勻一致的。這樣，就可以把液體看成許多直徑為d的連續(xù)運(yùn)動(dòng)著的薄圓盤。這種由液體組成的薄 圓盤等效于長(zhǎng)度為d的導(dǎo)電體，其切割磁力線的運(yùn)動(dòng)速度為 。根據(jù)上述電磁感應(yīng)原理可知，在液體圓盤內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小為式3.1: e = bd （3.1）式中：e感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；b磁感應(yīng)密度；平均流速；d管道內(nèi)徑。 因?yàn)檫@種液體圓盤是連

39、續(xù)不斷地通過(guò)磁場(chǎng)，所以就能產(chǎn)生連續(xù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果磁場(chǎng)是交變磁場(chǎng)，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也就是交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其變化頻率和磁場(chǎng)變化的頻率相同?，F(xiàn)在，一般工業(yè)用的都是交流磁場(chǎng)的電磁流量計(jì)。流經(jīng)圓形導(dǎo)管的體積流量為被測(cè)介質(zhì)的平均流速與導(dǎo)管流通截面積的乘積。即式3.2: （ 3.2）式中：d兩電極間距離（即導(dǎo)管直徑），m； e感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，v； b磁感應(yīng)強(qiáng)度，t； v流體的流速，m/s。上式可以改寫為: （ 3.3）式中：k儀表的比例常數(shù)。即若感應(yīng)強(qiáng)度不變，流體充滿管道流動(dòng)，電磁流量計(jì)的感應(yīng)電勢(shì)與流量成線性關(guān)系。此原理必須滿足下面條件：1)磁場(chǎng)是均勻分布的恒定磁場(chǎng)；e: 2)被測(cè)流體的流速軸對(duì)稱分布；muf&a3)被測(cè)液體是非磁性的；fud04)被測(cè)液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。r:.r| 電磁流量計(jì)集變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，二者之間用連接線（包括勵(lì)磁線、信號(hào)線）相互連接。轉(zhuǎn)換器是一個(gè)高輸入阻抗，且能抑制各種成