一種爐窯燃燒室負(fù)壓壓力控制

1、技術(shù)交底書1、名稱一種爐窯燃燒室負(fù)壓壓力控制2、所屬技術(shù)領(lǐng)域儀控3、現(xiàn)有技術(shù)爐窯通過單斗卷揚(yáng)提升機(jī)或膠帶機(jī)將石灰石運(yùn)至窯頂，經(jīng)料斗、密封閘門及旋轉(zhuǎn)布料器進(jìn)入環(huán)形套筒內(nèi)。在窯頂入料口處設(shè)置密封閘門，以避免外界空氣進(jìn)入而影響套筒豎窯的負(fù)壓操作。環(huán)形套筒是由窯鋼外殼、內(nèi)部耐火墻和與其同心布置的上、下內(nèi)筒組成。爐窯有上、下兩層燒嘴并均勻錯(cuò)開布置，每層燒嘴有六個(gè)圓柱形燃燒室，每個(gè)燃燒室都有一個(gè)用耐火材料砌筑的從窯外殼到下內(nèi)筒的拱橋，高溫氣體從燃燒室內(nèi)出來，經(jīng)過拱橋下面形成的空間進(jìn)入料層。兩層燒嘴將套筒豎窯分成兩個(gè)煅燒帶，上煅燒帶為逆流，下煅燒帶為并流。并流帶下部為冷卻帶，在冷卻帶石灰將自身熱量傳遞給冷卻

2、的空氣，此處仍為逆流。冷卻石灰的空氣由于廢氣風(fēng)機(jī)作用向上抽，而石灰則在冷卻帶的底部通過出料裝置及出料臺(tái)排出，排出的石灰進(jìn)入到位于套筒豎窯底部的石灰倉內(nèi)，石灰倉內(nèi)的石灰通過振動(dòng)給料機(jī)，經(jīng)一定的時(shí)間間隔被排出。爐窯燃燒室在負(fù)壓下運(yùn)行，負(fù)壓由廢氣風(fēng)機(jī)產(chǎn)生，正常生產(chǎn)石灰時(shí)負(fù)壓壓力一般不能低于負(fù)0.5kpa，且需恒定。如負(fù)壓壓力低于負(fù)0.5kpa，爐窯上、下兩層燒嘴會(huì)熄火；反之負(fù)壓壓力大于負(fù)0.5kpa，則會(huì)改變?nèi)紵覂?nèi)循環(huán)氣體氣流平衡，影響石灰產(chǎn)質(zhì)量，傳統(tǒng)控制方法處于手動(dòng)控制，具體是通過改變變頻器的給定頻率來改變變頻器輸出頻率，由于變頻器連接變頻電機(jī)，變頻電機(jī)連接風(fēng)機(jī)，變頻器輸出頻率改變最終導(dǎo)致風(fēng)機(jī)速

3、度改變，對應(yīng)爐窯燃燒室負(fù)壓壓力大小也改變，如爐窯燃燒室負(fù)壓壓力小，則需增加變頻器的給定頻率；如爐窯燃燒室負(fù)壓壓力大，則需減少變頻器的給定頻率；由于手動(dòng)作業(yè)，不同的人對參數(shù)的調(diào)整幅度及對參數(shù)的預(yù)判值不同，導(dǎo)致爐窯燃燒室負(fù)壓穩(wěn)定性差，調(diào)節(jié)過于頻繁，不利于生產(chǎn)。4、發(fā)明目的本發(fā)明目的在于提供一種爐窯燃燒室負(fù)壓壓力控制方法，現(xiàn)以負(fù)壓0.5KPA為基準(zhǔn)值，當(dāng)爐窯燃燒室內(nèi)采樣壓力偏離基準(zhǔn)值時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)整變頻器頻率輸出，也就是調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)速度從而改變風(fēng)量，確保爐窯燃燒室內(nèi)負(fù)壓恒定。5、技術(shù)方案 本裝置主要有二部分組成（見圖3），一是壓力檢測單元，二是壓力控制單元。壓力檢測單元內(nèi)壓力信號(hào)取樣管部件位于爐窯燃燒室內(nèi)

4、，檢測出來信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)化成4-20MA電流信號(hào)輸入至PLC 模擬量輸入通道，經(jīng)中央控制器CPU處理后轉(zhuǎn)換成實(shí)際值，現(xiàn)將這一實(shí)際值作為爐窯負(fù)壓壓力檢測過程值用PV表示。正常情況爐窯負(fù)壓壓力PV值為負(fù)0.5KPa?？刂茊卧饕墙雍蠣t窯負(fù)壓壓力檢測過程值PV值和設(shè)定值SP,利用PID調(diào)節(jié),通過控制器PIC611 OP值輸出來控制變頻器電流給定，現(xiàn)PIC611 OP值為0%-100% 對應(yīng)變頻器電流給定范圍為4-20MA,此時(shí)對應(yīng)變頻器輸出頻率0-50HZ,對應(yīng)變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速為0-1000轉(zhuǎn)/分，因變頻電機(jī)與風(fēng)機(jī)直接相連，風(fēng)門在爐窯工作時(shí)處于全開位置，在爐窯停止工作時(shí)切換至全關(guān)位置（主要是確保電機(jī)安

5、全啟動(dòng)），通過最初控制變頻器的電流給定最終達(dá)到控制風(fēng)機(jī)速度，也就是當(dāng)風(fēng)機(jī)速度改變時(shí)爐窯燃燒室內(nèi)部負(fù)壓壓力同時(shí)改變，當(dāng)爐窯燃燒室內(nèi)部負(fù)壓壓力檢測過程值PV（圖2）低于設(shè)定負(fù)壓壓力負(fù)0.5KPA(設(shè)定值SP)，控制單元?jiǎng)t會(huì)增加變頻器電流給定，變頻器輸出頻率上升，變頻電機(jī)速度增加，同時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也加快，風(fēng)機(jī)抽出爐窯燃燒室內(nèi)部風(fēng)量增加，此時(shí)爐窯燃燒室內(nèi)部負(fù)壓壓力相應(yīng)增大，直到pv壓力值達(dá)到SP值。同理，當(dāng)爐窯燃燒室內(nèi)部負(fù)壓壓力檢測過程值PV（圖2）高于設(shè)定負(fù)壓壓力負(fù)0.5KPA(設(shè)定值SP)時(shí)，控制單元?jiǎng)t會(huì)減少變頻器電流給定，變頻器輸出頻率下降，變頻電機(jī)速度減少，同時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也減少，風(fēng)機(jī)抽出爐窯燃燒室內(nèi)

6、部風(fēng)量減弱，此時(shí)爐窯燃燒室內(nèi)部負(fù)壓壓力相應(yīng)減少，直到pv壓力值達(dá)到SP值。設(shè)定值SP可根據(jù)需要修改，在變頻器給定頻率上升和下降過程中，上升和下降的過程是漸進(jìn)式的，即每隔一段時(shí)間打開或關(guān)閉某一幅度，間隔時(shí)間打開/關(guān)閉的幅度都可以在控制單元中設(shè)定。整個(gè)壓力控制原理見圖3，采用了PID控制回路，通過plc軟件實(shí)現(xiàn)，該P(yáng)ID功能塊采樣周期為80ms。PID控制分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種方式（見圖2）。自動(dòng)控制即由PLC進(jìn)行全自動(dòng)控制，設(shè)定值(SP)設(shè)定好后，輸出值（op）會(huì)自動(dòng)調(diào)整輸出值，不需要進(jìn)行人工干預(yù)，最終測溫點(diǎn)過程值(PV)與設(shè)定值(SP)值一致。手動(dòng)控制即在上位機(jī)上給定一個(gè)輸出值，通過輸出值

7、（op）直接輸出控制變頻器給定頻率，pv值與sp值不比較。在正常情況下都是自動(dòng)方式下運(yùn)行（見圖1和2）。6、有益效果采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，對爐窯燃燒室內(nèi)負(fù)壓壓力進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行，窯內(nèi)的熱工制度穩(wěn)定受控，生產(chǎn)石灰的質(zhì)量指標(biāo)完全滿足煉鋼需要，經(jīng)濟(jì)效益顯著。7、圖面說明 圖一：原有爐窯燃燒室負(fù)壓控制框圖 圖二：現(xiàn)有爐窯燃燒室負(fù)壓控制框圖 圖三： PID壓力控制框圖 圖四： 變頻器接線圖8、實(shí)施例將爐窯燃燒室負(fù)壓壓力信號(hào)取樣管部件插入爐窯燃燒室內(nèi)，檢測出來信號(hào)用屏蔽電纜先送至隔離器輸入端，隔離器輸出端再送至plc模擬量輸入模塊140ACI04000端子上，經(jīng)CPU處理后，轉(zhuǎn)化成實(shí)際壓力值

8、也就是過程PV值，壓力量程對應(yīng)關(guān)系為0-負(fù)1kpa對應(yīng)4-20MA,也就是現(xiàn)場顯示壓力pv值為負(fù)1KPA,模擬量輸入模塊140ACI04000端子上為20MA, 現(xiàn)場顯示壓力pv值為負(fù)0.5KPA，plc 模擬量輸入模塊140ACI04000端子上應(yīng)為12MA,這樣就將現(xiàn)場壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20ma電流信號(hào)送至PLC控制。壓力控制單元具體實(shí)施見圖2至圖4，控制分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種方式。手動(dòng)控制即人為給定一個(gè)變頻器4-20MA電流信號(hào)，控制變頻器輸出頻率，同時(shí)控制變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，此時(shí)查看爐窯燃燒室負(fù)壓壓力PV值，如pv值大于sp值（見圖2），則要減少給定變頻器頻率；如pv值小于sp

9、值（見圖2），則要增大給定變頻器頻率，最終pv過程值接近負(fù)sp設(shè)定值。在正常情況下都是自動(dòng)方式下運(yùn)行，自動(dòng)控制即由計(jì)算機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)控制，不需要進(jìn)行人工干預(yù)，考慮到風(fēng)機(jī)特性、壓力負(fù)荷變化、主要擾動(dòng)和系統(tǒng)控制要求等具體情況，同時(shí)還考慮到系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及系統(tǒng)投入方便等，決定采用PI調(diào)節(jié)。PI調(diào)節(jié)就是綜合P、I兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，利用P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時(shí)利用I調(diào)節(jié)消除殘差。當(dāng)系統(tǒng)安裝好以后，系統(tǒng)能否在最佳狀態(tài)下工作，主要取決于PID控制器內(nèi)調(diào)節(jié)器各參數(shù)的設(shè)置是否得當(dāng)。PID控制器參數(shù)整定的任務(wù)，就是對已選定的控制系統(tǒng)，求得最好的控制質(zhì)量時(shí)PID控制器的參數(shù)值，即所謂求取PID控制器的最佳值，具體

10、講就是確定最合適的比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間?，F(xiàn)PID參數(shù)的整定方法有多種，本爐窯燃燒室負(fù)壓壓力控制采用目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的經(jīng)驗(yàn)試湊法，整定步驟：如下a確定比例增益系數(shù)確定比例增益系數(shù)時(shí)，首先去掉積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，使PID為純比例調(diào)節(jié)。此時(shí)將pic611控制器OP值先輸出60%-70%，對應(yīng)變頻器給定頻率為30hz-35hz，變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分-700轉(zhuǎn)/分，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速同步，將比例增益系數(shù)由0逐漸加大，觀察爐窯燃燒室負(fù)壓壓力過程PV值和pic611控制器OP值的變化，在比例增益系數(shù)增加到0.001以上時(shí)，PV值和OP值出現(xiàn)振蕩，從此時(shí)的比例增益系數(shù)逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，

11、可確認(rèn)本PID調(diào)節(jié)器比例增益系數(shù)為0.001。 b.確定積分時(shí)間常數(shù) 比例增益系數(shù)確定后，設(shè)定一個(gè)30秒積分時(shí)間常數(shù)的初值，然后逐漸減小積分時(shí)間至10秒以下時(shí)，PIC611 PV值和OP值系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在此積分時(shí)間逐漸加大，直至系統(tǒng)振蕩消失。可確認(rèn)本PID調(diào)節(jié)器積分時(shí)間常數(shù)為10秒。c.確定微分時(shí)間常數(shù)本爐窯燃燒室負(fù)壓壓力PID調(diào)節(jié)無需微分項(xiàng)調(diào)節(jié)，現(xiàn)確認(rèn)微分時(shí)間常數(shù)為0 爐窯燃燒室負(fù)壓壓力PID其傳遞函數(shù)如下：Gc（S）=0.001（1+） 式中：0.001PID調(diào)節(jié)器的增益系數(shù)；10PID調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)，單位：秒。其中， sp設(shè)定值為負(fù)0.5KPA程序在執(zhí)行中將壓力控制器PID調(diào)節(jié)器的增益系數(shù)0.001、積分時(shí)間常數(shù)10、微分時(shí)間常數(shù)0的值送入P