2012_毕业设计_高炉防灌渣拨风控制系统.doc

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1、111河北联合大学轻工学院 QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕毕业业设设计计说说明明书书 设计（论文）题目：设计（论文）题目：高炉防灌渣拨风控制系统高炉防灌渣拨风控制系统 学生姓名：学生姓名： 学学 号号： 专业班级：专业班级： 学学 部：部： 指导教师：指导教师： 2012 年 05 月 20 日 摘 要 -I- 摘 要 随着国家工业的发展，在冶金企业中炼铁技术的提高，高炉容积的不断大 型化，对高炉的稳定性的要求越来越高，而作为高炉炼铁系统中的鼓风系统是 高炉炼铁当中重要的辅助工艺之一，鼓风系统中的拨风系统的自动化设置又是 关系到整个鼓风系

2、统稳定的关键因素，在高炉冶炼过程中如果一旦出现高炉鼓 风机故障停机，供风中断等情况，就极易会造成高炉“坐料” 、 “风口灌渣”等 恶性事故，严重影响高炉生产，不仅会造成设备的损失，也会对高炉的使用寿 命、高炉的稳定性产生很大影响，阻碍整个企业的生产经营，直接和间接损失 巨大,因此，自动拨风控制系统的开发对于整个高炉安全稳定生产和企业高效率 的运转具有重大安全保障和经济效益。 本论文所设计高炉防灌渣自动控制系统的设置的目的是当一台风机出现故 障断风，影响高炉生产时，自动控制系统及时动作，利用拨风系统判断出符合 拨风要求的风机，通过控制拨风阀的开启，将满足条件的正在向其它高炉供风 的风机的风量调拨

3、一部分分给故障停风的高炉，以保证出现故障的风机所供应 的高炉不至于灌渣从而维持高炉正常生产，同时不影响提供拨风的机组的正常 工作。 本文首先介绍了组态软件的发展和组态软件的基本组成、特点及组态软件 体系结构进行了较全面的阐述,通过分析,肯定了组态软件作为生产过程控制系 统编程工具的意义.其次介绍本文西门子 WinCC 组态软件应用的系统 拨风控 制系统的原理、系统设计、阀门的选择和拨风量的控制机算.此外,本文从拨风 控制系统出发,应用西门子组态软件来设计并制作拨风控制画面.最后,将所设计 的拨风控制系统及监控画面投入实际生产来检验其是否符合生产需求,并作出总 结. 关键词：高炉；组态；可编程控

4、制器；拨风控制 Abstract -II- Abstract Along with the development of national industries, in metallurgical enterprise in the improvement of the ironmaking technology, the stability of the blast furnace of demand is higher and higher, and as a blast furnace ironmaking system of airing system of blast furnace

5、 ironmaking is one of the important auxiliary process, the automation of airing system relates to the stability of the system, wind supply interruption, extremely easy will cause the blast furnace malignant accident, the serious influence blast furnace production, it will cause the blast furnace dam

6、aged, and have a great effect on the stability of the blast furnace, influence the whole the production and operation of enterprises. The automatic dial the air control system development for the safety and stability of blast furnace production and enterprise high efficiency of the operation has the

7、 great security and economic benefits. The purpose of the setting of the switch control system designed in this paper is a timely action when a wind turbine failure off the wind, influence the blast furnace production, use of airing system to determine the requirements of the the fan. By control dia

8、l wind valve opening, to ensure that the fault blast furnace can maintain the normal production . The safety and stability of blast furnace production and enterprise high efficiency of the operation system has the great security and economic benefit Firstly, the development of configuration software

9、, the fundamental constitution for configuration software and characteristics are analyzes, and the configuration software system construction is also introduced. This paper considers that building a process control system with configuration software is important. Secondly, the system using Wincc co

10、ntrol software ,which principle ,design ,choice of valve and the control calculation of volume of the wind. furthermore, on the basis of air intake system, I employ the Wincc Control software to design and make the drawing of air intake system. Finally, put the system and drawing that have been desi

11、gned into use in factory to test their performance. Then summarize the result. Keywords the blast furnace; onfiguration; Programmable Logic Controller; air intake control system 目 录 -III- 目 录 摘 要.I ABSTRACT .II 引 言IV 第一章 绪 论1 1.1 高炉炼铁工艺概述.1 1.2 高炉供风系统概述.2 1.3 本论文选题的背景及意义.4 1.4 本论文完成的主要工作.5 第二章 拨风系统原

12、理及设计6 2.1 拨风装置的原理设计 6 2.2 拨风系统的设计 8 2.3 拨风管道与阀门的设计选择 .10 2.4 拨风系统拨风量的控制机算 .12 第三章 西门子 PLC_S7-300 配置18 3.1 应用 PLC 的优点 .18 3.2 S7-300 硬件组成.19 3.3 工程设计选型20 第四章 拨风装置组态及控制画面设计26 4.1 组态软件的发展26 4.1.1 组态软件产生的背景 .26 4.1.2 主要组态软件产品介绍27 4.2 组态软件的任务及功能特点发展方向 .29 4.2.1 组态软件的应用前景 .29 4.2.2 组态软件的功能特点 .32 4.2.3 组态软

13、件的发展方向 .33 4.3 WINCC 组态软件 .34 4.4 拨风装置计算机控制逻辑条件的确定及检测点分布 .36 4.5 拨风装置计算机控制逻辑的设计 .38 4.5.1 工程图形界面的设定 .40 结 束 语43 谢 辞44 参考文献45 引言 -IV- 引 言 经过四年时间的学习，随着对测控技术与仪器这门专业的深入认识、学习， 我们已经具备了一定的独立的工业设计基础，在学业的最后部分：毕业设计 当 中，为了将我们四年所学的知识与真正的工业生产相联系起来，正确的应用到 工业的生产生活当中去，我选择了高炉防灌渣自动控制系统的设计这个题目， 结合实际应用来锻炼自己全面的分析问题、解决问题

14、的能力，深入的了解当前 工业控制当中所必须的基本的专业素质、专业技能，从而为自己步入社会提供 良好地机遇。 高炉冶炼生产过程中，拨风系统通过管道风口进入高炉，为冶炼提供必要 的燃烧空气，同时对炉料起到支撑作用，如果冷风突然降低或者消失，高炉内 部的压力将致使铁、炉料倒灌甚至堵住风口，必须停产更换新的风口，这样不 但造成设备的损失，对工厂的连续化生产也产生巨大的阻碍，如果在风机停机 造成高炉煤气的倒流发生爆炸，对人身和设备的安全产生巨大影响，因此，高 炉防灌渣系统的设计对于改善高炉稳定生产具有重大意义。 西门子的 Step7 SIMATIC Manager 与 SIMATIC WinCC Exp

15、lorer 组态软件 在工业上应用很广，该软件是自动控制系统监控层面的软件控制与开发平台， STEP 7 编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATIC S7、M7、C7 和基 于 PC 的 WinCC,是供它们编程、监控和参数设置的标准工具，是SIMATIC 工业软件的重要组成部分。 WinCC 运行于个人计算机环境，可以与多种自动化 设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方式 灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成 所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势 曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂、形象

16、直观的操作环境，不仅 缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。 这次设计采用 Step7 与 WinCC 进行编程与组态，通过上位机对现场实时操 作和监控，及时的将现场的信息反馈到管理人员，方便管理人员管理、控制。 第一章 绪论 -1- 第 1 章 绪 论 1.1 高炉炼铁工艺概述 高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生 产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高 炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的 风口吹进热风（10001300 摄氏度） ，喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉 中的铁矿石，主要是铁和氧的化合

17、物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳 燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。 铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及 喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口 分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以 利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。 图1.1 高炉炼铁生产工艺流程图 高炉冶炼过程: 高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固 体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的 高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降

18、过程中逐步被还原、 熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。 高炉冶炼工艺-炉前操作: 1.利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具，按规定的时间分别 打开渣、铁口，放出渣、铁，并经渣铁沟分别流人渣、铁罐内，渣铁出完后封 堵渣、铁口，以保证高炉生产的连续进行。 2.完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作。 河北联合大学轻工学院 -2- 3.制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟。 4.更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣出铁相关的 工作。 高炉冶炼主要工艺设备简介 高炉 ： 横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体 自上而下分为炉喉、炉身、

19、炉腰、炉腹 、炉缸 5 部分。由于高炉炼铁技术经济 指标良好，工艺 简单 ，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，故这种 方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦 炭、造渣用熔剂（石灰石） ，从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。 在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓 入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的 氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰 石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作 为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要

20、产品是生铁 ，还有 副产高炉渣和高炉煤气。 高炉热风炉介绍 : 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。 铁水罐车: 铁水罐车用于运送铁水，实现铁水在脱硫跨与加料跨之间的转移或放置在 混铁炉下，用于高炉或混铁炉等出铁。 1.2 高炉供风系统概述 一、高炉鼓风机的定义 高炉鼓风机定义：它是能将一部分大气汇集起来，并通过加压提高空气压 力形成具有一定压力和流量的

21、高炉鼓风，再根据高炉炉况的需要进行风压、风 量调节后将其输送至高炉的一种动力机械。从能量的观点来看，高炉鼓风机是 把原动机的能量转变为气体能量的一种机械。 鼓风机的作用：向高炉送风，以保证高炉中燃烧的焦炭和喷吹的燃料所需 第一章 绪论 -3- 的氧气。另外，还要有一定的风压克服送风系统和料柱的阻损，并使高炉保持 一定的炉顶压力。 高炉鼓风设备是为冶炼高炉提供足够的含氧空气，它是高炉生产的重要组 成部分。由于高炉冶炼的连续性，要求鼓风机均匀地供给一定量的空气，另外 还应有一定的风压，以克服送风系统和料柱阻力，并使高炉保持一定的炉顶压 力，在整个冶炼过程中，由于原料、燃料、操作等条件的变化，引起炉

22、况经常 改变，也相应地要求供风参数也要变化，所以要求高炉风机具有一定的稳定调 节范围和可靠的安全控制系统。 2、鼓风机的工作原理 常用的高炉鼓风机有三种类型:固定静叶角度轴流式鼓风机:带有中间冷却 器的多级离心式鼓风机;可调静叶角度轴流式鼓风机高炉鼓风机的驱动装置多选 用变转速汽轮机(纯凝式或抽凝式)或同步电机，也有采用定转速汽轮机及小功 率异步电机的机组。 常见鼓风机工作原理见下： 离心式鼓风机工作原理 鼓风机在原动机带动下高速旋转，它利用旋转时产生的离心力，使流体获 得能量，使流体通过叶轮后的压能和动能都能得到升高，从而能够将流体输送 到高处或远处。 轴流式鼓风机工作原理 风机在原动机带动

23、下，利用旋转叶片的挤压，推进力使流体获得能量，升 高其压能和动能。气体从进风口轴向进入叶轮，由于叶轮的旋转，叶片对气体 作功，使气体能量升高，然后流入导叶。导叶的作用一方面将偏转的气流变为 轴向的流动方向；另一方面将气流的动能变为压力能。此后，气体流过扩散筒 及整流体，随着过流断面扩大，进一步将动能转换为压力能。轴流泵的流动情 况也与此类似。由此可见，在轴流式风机中流体都是沿轴向流动的，它们没有 沿叶轮半径方向的流动。 全静叶可调式轴流式鼓风机工作原理 目前大型高炉鼓风机采用的是进口全静叶可调。如：4，5，6，7 机。 利用调节进口静叶角度开关大小来改变风机的性能参数，当进口角度开度 小时，轴

24、流式鼓风机性能参数随角度的关小而变小，反之变大。因为鼓风机的 原动机是定转速运行，故只有改变进口条件，才能满足用户要求经济运行。 全静叶可调的调节原理：静叶可调有较大的风量变化范围，可达到设计流 量的 72135。当开大角度时，流量大幅度增加，压比上升，效率提高，开始 河北联合大学轻工学院 -4- 喘振的流量增大，稳定范围扩大，最大轴功率正向大流量区方向移动；当关小 角度时，流量大幅度降低，压比下降，效率降低，开始喘振的流量减小，但小 流量区稳定范围扩大，最大轴功率向小流量区移动。 鼓风机的防喘保护的作用： 鼓风机正常运行中，由于机组本身或外部原因可造成风压升高，风量下降， 为防止风机的运行点

25、进入不稳定工况区发生喘振，特设定了防喘振保护器，当 风压、风量达到放风线后，防喘保护器动作，适当开启放风门，保持风压、风 量在放风线的右下方运行。 喘振、逆流保护的作用： 鼓风机的喘振、逆流是鼓风机最危险的事故之一，如果不及时的消除，就 会造成机组的损坏。喘振、逆流保护的作用就是当鼓风机发生喘振逆流时（逆 流时是指逆止阀失灵产生逆流，此时逆流保护动作，发出信号将放风阀打开） ， 保护器立即动作，迅速开启放风门，降低风压，以防止再次喘振。 高炉供风统的结构： 高炉供风统的结构主要有两种:单机单炉制和母管制。单机单炉制即一台鼓 风机单独对应一座高炉;母管制，即通过阀门切换控制实现任意一台风机可以给

26、 任意一座高炉供风的形式。采用母管制在供风选择上可以更加灵活，更能适应 大型冶金企业的设备检修和正常生产的需要。 高炉鼓风机所送出的冷风主要用于高炉冶炼，高炉鼓风机所产生的压缩空 气通过几十个风口进入高炉炉膛内，提供冶炼所需要的氧气，同时具有一定的 风压，用于克服送风阻力和料柱阻力，并维持一定的炉顶压力。在高炉内，冷 风通过热风炉被加热到1000以上形成热风，使铁矿石、焦炭、石灰石三种原 料进行充分的还原反应，生成铁水并产生炉渣，沉入炉缸内。到一定的时间,利 用炉渣比重轻于铁水，分别出铁水和炉渣一次。如果未到出铁时间，由于鼓风 机出现故障而停止送风时，将导致冷风压力急剧下降，未分离的铁水和炉渣

27、的 混合物将下沉灌入风口并凝结，即为风口灌渣。尤其在高炉即将出铁前(或出铁 后40分钟后)，风机突然停风往往导致高炉风口、直吹管、弯头大灌渣等重大生 产事故。一旦风口灌渣，处理一次灌渣事故约10多个小时，加大高炉恢复正常 的时间，以及恢复风口的费用，将使企业产生重大损失。 高炉供风系统的供风是否正常将直接影响高炉的正常生产。如果冷风供应 系统可靠，满足高炉顶压需求，那么高炉利用系数将增加，高炉将稳产、高产。 如果高炉供风系统工作失常，即向高炉供应的冷风由于事故突然中断，那 么高炉必将发生风口灌渣的严重事故，给企业造成巨大损失，并对高炉木身产 第一章 绪论 -5- 生很大的损伤。因此对高炉供风系

28、统工作的可靠性要求较高。 1.3本论文选题的背景及意义 随着国家工业的发展，在冶金企业中炼铁技术的提高，高炉容积的不断大 型化，对高炉的稳定性的要求越来越高，而作为高炉炼铁系统中的鼓风系统是 高炉炼铁当中重要的辅助工艺之一，鼓风系统中的拨风系统的自动化设置又是 关系到整个鼓风系统稳定的关键因素，在高炉冶炼过程中如果一旦出现高炉鼓 风机故障停机，供风中断等情况，就极易会造成高炉“坐料” 、 “风口灌渣”等 恶性事故，严重影响高炉生产，不仅会造成设备的损失，也会对高炉的使用寿 命、高炉的稳定性产生很大影响，阻碍整个企业的生产经营，直接和间接损失 巨大,因此，自动拨风控制系统的开发对于整个高炉安全稳

29、定生产和企业高效率 的运转具有重大安全保障和经济效益。 为尽量减少和避免由于风机故障而造成的高炉灌渣事故，本论文选择了两 高炉鼓风机供风系统拨风装置及其自动控制系统研究与开发为论文选题。 设置拨风系统的目的就是:当一台风机出现风机故障断风情况时，利用拨风 系统将正在向其它高炉供风的风机的供风量调拨一部分供给故障停风的高炉， 以保证该故障风机所供风的高炉不致灌渣，而维持该高炉的极限生产。 所选高炉鼓风机基本技术参数表： 表表1-11-1 所选高炉鼓风机基本技术参数所选高炉鼓风机基本技术参数 编号形式型号转速 (转/分) 吸风量 (m3/min) 排风压力 (Mpa) 1#,2#( 6000风 机

30、) 静叶可调 轴流式 VAS- 9018 33503 8605765 0.46 (绝) 3#,4#( 5500风 机) 静叶可调 轴流式 12AVA9 9B 30003 7005000 0.44 (绝) 1.4 本论文完成的主要工作 本论文是运用所学的自动控制理论基础，结合针对当前中小型钢铁厂的生 产实际中存在的高炉灌渣事故而设计的一套可行的防灌渣拨风控制系统，采用 西门子系列组态软件对其生产过程进行自动化控制。以WinCC开放式体系结构的 组态软件为开发工具，设计形象直观，实时有效的人机接口，实现画面、信息、 河北联合大学轻工学院 -6- 控制理论的集中组态与管理，控制分散的过程控制系统。

31、第二章 拨风系统原理及设计 2.1 拨风装置的原理设计 在现代化冶金企业中，高炉供风系统是非常重要的系统，高炉供风系统的 可靠性直接影响高炉的正常生产。当运行的风机突然发生故障紧急停机时，如 果此时正处在高炉出铁前，则会引起高炉风口灌渣的恶性事故，高炉被迫紧急 休风。然后，更换被灌渣的风口、风管等送风装置，一般需要8至16h，还要经 过二至四天的炉况恢复，高炉才能恢复正常生产，如果因风机跳闸引起高炉煤 气倒流发生爆炸，则直接威胁人身和设备安全。 由于风机故障停机往往具有突然性和不可预见性，一般在几十秒钟之内就 会使风压降至0.1M pa 以下，而汽轮鼓风机的启动，从启动到正常需时90分钟 左右

32、，所以不可能预先采取开启备用机等有效措施来防止高炉断风，为避免高 炉灌渣的恶性事故，结合钢厂的实际，我决定在三座高炉供风管道之间设计拨 风装置，对所增设的拨风装置既要保证动作的灵敏性，又要确保供风的可靠性， 最终达到既保护高炉、又能使鼓风机安全运行的目的。 本章针对钢厂高炉供风系统的实际情况，对拨风装置的原理及拨风系统进 行设计，并对拨风管道与阀门的设计与选择进行了讨论最后对如何控制拨风量 进行了详细的论述。根据我们对高炉正常运行时工况的统计，目前各高炉的正 常运行时所需冷风情况如下表： 表表2-12-1 各高炉所需冷风情况各高炉所需冷风情况 风量(m3/min)高炉 高炉侧风机吸入风量 风

33、压(Mpa) (表压力) 1#425047000.32 2#42504700 0.32 3#42004800 0.326 4#42004800 0.326 通过上表我们可以看出，在正常情况下,4个风机的出力都能满足彼此的需 求，所以,在其中任意一台风机出现故障的情况下,另一台都能为其拨风. 第二章 拨风系统原理及设计 -7- 拨风系统的工作原理设计 本拨风系统采用 S7-300 为三座高炉的四台鼓风机（一台备用）进行拨风的 控制。在各鼓风机之间设拨风系统，实现各鼓风系统风量及风压的调配，三台 在线运行的鼓风机分别独立为三座高炉送风母管供风，为避免鼓风机故障停机 而造成高炉断风事故，在三座高炉供

34、风母管上特设双向快速拨风阀组。当其中 一台正常运行机组出现故障而造成突然断风时，通过管内风压、流量的测定， PLC 经过检测后，控制快速拨风阀组将另一个正常工作的供风母管的部分风量 送入故障机组提供给供风母管，从而使得两座高炉风压维持在可导致冶高炉灌 渣的风压之上，最大程度减少经济损失。 我所设计的拨风装置结构是在送风管道之间，两两安装一条联络管道，并 在其上安装三个阀门，左右两侧为电动蝶阀(该阀不参与拨风控制)，正常处于 开启状态;在进行拨风阀检修或试验时，两侧的电动蝶阀关闭。中间为快速开启 拨风阀，正常处于关闭状态;当风机故障停机时拨风阀迅速开启。 图 2.1 拨风装置结构 拨风系统需求分

35、析 高炉与鼓风机在正常工作运转过程中对各项性能指标的要求比较严格，因 此，拨风系统的设计既要满足当高炉鼓风系统出现故障时能及时通过 PLC 调配 风量，也要考虑到各个参数的正常，一个鼓风机出现故障紧急停机后，为故障 风机提供风量的鼓风机自身不能因为向另外供风母管供风而超负荷运转，杜绝 因为超负荷运转而停机，造成事故的扩大化。 河北联合大学轻工学院 -8- 高炉不灌渣要求风压不低于 0.18Mpa，风量不低于 2500N。当风Min m 3 机故障停机后，高炉进风口压力自正常生产压力降至判断供风系统故障风压 的时间为，再进一步降至维持极限生产的供风风压的时间为，这 P1T1P2T2 就要求拨风系

36、统的启动设计限定时间内完成拨风。 TT T 12 对于高炉炉容为2200立方米及以下的高炉，要避免高炉灌渣，根据炼铁高 炉冶炼工艺专业技术人员提出的要求，必须满足以下三个条件: a 高炉在10秒钟以内复风 b 入炉风量不得小于1200 m3/min c 入炉风压大于等于 0.12Mpa 这三个条件为“与”条件，即必须同时满足才能保证正常运行的高炉避免 灌渣。 风机具备鼓风的最低条件必须具备才允许对故障风机进行鼓风即：提供鼓 风的母管风压大于0.3Mpa，风量大于4000N，压力变送器工作正常，流Min m 3 量变送器工作正常。除此之外，风机正常运行时可能处于定风量或定风压模式， 当拨风后为避

37、免风机快速追赶设定的风量或风压而引起喘振或逆流，在开始拨 风前必须先将风机模式由自动模式切换到手动模式。 在实际运行中，其中一台高炉鼓风机发生故障时，由于供风管道容积较大， 入炉风压下降至0.12Mpa尚需一定时间。因此只要我们所选择的拨风阀(快切阀) 能够在一定的时间内打开给系统充压，就可以保证入炉风压大于等于0.12Mpa。 风机在正常运行时吸入风量一般为4500N以上，折算到0.12Mpa风压所Min m 3 对应的风量为3060 ，即使拨出1200 的风，剩下的冷风依然可Min m 3 Min m 3 以基本满足原高炉的生产需要。 综上所述 ，如果设计合理，使用拨风装置既可以保证事故高

38、炉不灌渣，又 可以保证原授风高炉的极限生产，也就是说上述拨风原理可行。 2.2 拨风系统的设计 鼓风车间管道布置较为集中，根据实际现场工艺情况，我决定在鼓风车间 高炉冷风供出管道上施工、安装拨风装置，实施所设计的拨风系统。 根据两台高炉鼓风机的配置及其供风能力的介绍，以及两座高炉的炉容量 和正常运行时对冷风的需求等情况，在正常生产工况下，1#,2#,3# 风机分别独 立给1#,2#,3#三座高炉供风,若出现故障,两两之间可以互相拨风以维持极限生产。 第二章 拨风系统原理及设计 -9- 图2.2 增设了拨风控制系统的鼓风机供风系统 图中 V13表示1# 高炉送风母管与2# 高炉送风母管之间的拨风

39、阀，V23表示 2#高炉送风母管与3# 高炉送风母管之间的拨风阀，V33表示3# 高炉送风母管与1# 高炉送风母管之间的拨风阀。V12、V14、V22、V24、V32、V34表示拨风阀两侧 的电动蝶阀; 系统中 V13、V23、V33这个拨风阀为快速开启阀，设开、关、停 三个位置，动作时间小于10秒，正常工作时处于全关位置，可以分别在控制室 内实行远程操作和在阀门旁实行就地操作。V12、V14、V22、V24、V32、V34这6 个关断阀，设开、关、停三个工作状态，系统正常工作时依据所要控制的冷风 流量将阀门锁定在指定开度位置。在拨风阀动作后，该开度将保证所需要的冷 风流量通过;系统正常工作时

40、，为防止误操作，而将开、关操作电源拉掉。这样 我们就可以根据高炉及风机生产实际情况的需求使拨风阀V13、V23、V33的动作， 以满足在某一风机故障时，将预定的某一正常运行的风机给故障风机所对应的 高炉拨一部分风，来满足该高炉的极限生产，保证该座高炉不灌渣。4#备用风 河北联合大学轻工学院 -10- 机采用V41、V42、V43与三个拨风管道相连，当1#、2#、3#风机其中一台休风时， 可通过控制V44、V41、V42、V43的开启与关断来启用备用风机维持高效生产。 2.3 拨风管道与阀门的设计选择 1、拨风管道的设计 我们选用D630 X 8螺旋卷焊钢管作为拨风管道联通管，管子表面不得有裂

41、缝、结疤、毛刺、压痕和深的划痕存在，氧化铁皮、毛刺等必须清除。 管道采用焊接连接，管子焊缝不得有以下缺陷: (1)焊缝高度、宽度不均匀 (2)夹渣、气孔、裂纹等 (3)焊缝表面应光滑，不允许有飞边和尖角 (4)焊缝进行5%射线探伤 为减少拨风管系对原有送风管道的推力，我采用了两个SPT6-600型旁通式 直管压力平衡型补偿器，要求补偿器轴向刚度小于350N/m/m。在安装时，必须 防止其损坏，如压痕、划伤、引弧和焊接飞溅物，焊接管道时，应用无氯湿石 棉保护。 图2.3 拨风管道结构示意 2、拨风阀门的选择 在此项设计中，工作介质为空气，介质温度为180260之间，而且在工 艺上严格要求阀门的严

42、密性，以防各高炉之间的窜风，从而保证各座高炉的安 全生产。因此拨风阀的选择极为关键。 通常所涉及的系统较多，因而所使用的阀门也较多，尤其是在风系统上使 用的阀门，常常由于质量不过关而发生卡涩现象，如果这个阀门为两座高炉冷 风管道之间的连通阀门（例如拨风阀)，这样在检修故障阀门时常常最少要涉及 两座高炉和两台风机，就会严重影响高炉的生产，因此供风系统阀门的选择非 第二章 拨风系统原理及设计 -11- 常重要。以往在送往各高炉的配风门上，我们使用最多的是闸阀，其优点是关 闭严密，但其缺点是开关时间太长、而且需要旁路门，这样就会使系统更加复 杂，维护起来更加麻烦。随着阀门制造工艺水平的提高，蝶阀以其

43、开度线性好、 密封严、维护简便逐渐成为我们的首选。 通过技术及经济性比较，我选用德国阿达姆斯生产的MAK双向零泄漏三偏心 硬密封电动快启蝶阀，在结构上，其三偏心斜置锥形基座密封系统中，轴与阀 体中心线相对偏心;轴与阀板平面相对偏心，蝶板相对阀体斜置:轴与圆锥形密 封基座中心线相对偏心。 而最重要的一点，该阀门全开可在6秒之内完成，完全符合炼铁工艺所提出 的10秒内给系统充压的需求。 由于需要该阀具有快速开启的功能，因此，对于阀门的执行机构也有特殊 的要求。另一方面，在本拨风系统中，要实现阀门的计算机自动控制，执行机 构是控制系统不可缺少的组成部分，它的作用是接收计算机发出的控制信号， 并把它转

44、换成调整机构的动作。因此各拨风阀门执行机构的功能与技术指标直 接关系到自动控制的成功与否。 执行机构分为气动、电动、液压三种类型。气动执行机构的特点是结构简 单、价格低、防火防爆;但其缺点是需要较高压力的气体作为原动力，因此需设 外部系统，系统结构复杂，维护量大。液压执行机构的特点是推力大，精度高， 以其开关快捷、准确、时间短而在很多重要部位使用，例如某厂高炉鼓风机组 的防喘振阀门基本选用此种阀门，其全开时间在3秒之内。但是由于其为液压控 制阀，需要液压介质和油泵，这样造价比较高，而且又附加了许多设备，维护 工作量大。电动执行机构的特点是体积小、种类多、使用方便，而且附属设备 少，维护起来比较

45、简单。 因此在满足拨风系统6-8秒全开的工艺要求下，我们选择了Rotork 1Q型执 行机构。 该执行机构有很多优点，可以满足拨风系统计算机自动控制所需要的功能: (1) 该执行器具有现场/停止/远程操作选择器。 (2) 该执行器可在接线完成后，不必打开电气端盖即可进行调整。用红外线 设定器可实现力矩、限位以及其他功能的设定。 (3)IQ执行器带有一个可接受4个辅助输入(AUXI- A11X4) 的装置。用于对带 有Modbus模块、并需增加远程控制或数字辅助输入的控制和反馈功能的执行器， 也可同时提供远程控制和无源输入信号。在PF功能下显示的卜六进制数字可以 被认为是一个“软件掩码”。这个掩

46、码可以告诉Modbus模块所期望的输入形式， 控制或输入信号，以及输入触点的形式(即常开或常闭)。 河北联合大学轻工学院 -12- 所以通过技术性能和经济性比较，我们选择德国阿达姆斯生产的MAK双向零 泄漏三偏心硬密封电动快启蝶阀作为拨风阀。 在拨风系统使用过程中，拨风阀处于全开或全关状态，而两边不参与控制 的电动蝶阀的作用主要为限制拨风量为所需值，及在进行拨风阀检修或试验时， 用来切断拨风管与原系统的联系。 2.4 拨风系统拨风量的控制机算 拨风系统正常运行要求其既要保证事故机组供风的高炉不断风，维持其极 限生产，又要在拨风后对拨风机组所供高炉影响最小。这就要求我们对拨风量 进行控制，即通过

47、控制两边电动蝶阀的开度来控制拨风量。 根据高炉的需求，入炉风量为1200 3m/min，风压不低于0.12Mpa,高炉就能 维持极限生产。所以必须通过计算才能确定两边电动蝶阀的阀门开度与风量的 对应关系，从而通过控制拨风阀两边蝶阀的开度来控制拨风量。实际流体在管 内流动时，由于存在阻力，要损失一部分机械能，称为能量损失。管流的能量 损失由两部分组成:一部分是由于流体的粘性力所引起的，发生在整个流程上的 “沿程损失”，这种损失的大小与流体的流动状态有着密切的关系;另一部分是 发生在局部管段上的，由流动状态急剧变化所产生的旋涡和速度分布变化所引 起的“局部损失”。 通常管道流动中单位重量流体的沿程

48、损失用下式表示: （31） g v d l hf 2 2 = 式中 为沿程阻力系数，它与流体的粘度、流速，管道内径以及管壁粗糙度等 有关，是一个无因次系数，由实验确定; 为管道长度;d为管道内径;为单位l g v 2 2 重量流体的动压头(速度水头)。由式(3-1)可以看出，在同样条件下，管道越长， 损失的能量越大，这是沿程阻力的特征。 管流中单位重量流体的局部能量损失用下式表示: (3-2) g v hf 2 2 = 式中 为局部阻力系数，是一个无因次的系数，根据不同的管件由实验确定。工程上 的多数管道系统既有许多等直管段，又有许多管件(例如变管、接头阀门等)连接 着。这时整个管道的能量损失

49、显然应该分段计算，而后把它们叠加起来， 即： 第二章 拨风系统原理及设计 -13- （33） jfw hhh+= 空气在不同的压力和温度下其密度是不同的，根据不同工作状况，空气的 密度可根据下式计算: （34） 1013 . 0 273 273 0 p t + = 式中，某温度t与压力p状态下干空气的密度，kg/m3 0oC、压力为0.1013MPa状态下千空气的密度， 0 3 0 /293 . 1 mkg= P - 绝对压力 MPa t - 摄氏温度 在工程上一般气体被看作可压缩流体，如果忽略气体流动时的位能变化， 则可压缩气体绝热流动伯努利方程为： （35）式中， w h Vp k kVp k k +=+ 2121 2 2 2 2 2 1 1 1 k绝热系数，对于空气k=1.4 P1、P2截面1, 2处的压力 Pa 、-截面1, 2处流体的密度 2 1 3 /mkg V1、V2-截面1, 2流体的平均流速 m/s 根据流体的连续性方程，流体在管道中作稳定流动时，在同一时间内流过 管道每一截面的质量流量相等，即 （36） 222111 AVAV= 式中，、-截面1, 2处流体的密度 1 2 3 /mkg V1、 V2 -