铁矿竖炉焙烧控制系统设计(编辑修改稿)

铁矿竖炉焙烧控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

本系统要对设备进行选型，主要可分为五大部分。 第一部分是温度检测装置的选择，包括热电偶、热电阻和红外测温仪；第二部分是压力检测装置的选择，包括正压计和负压计的选择；第三部分是变送器的选择，主要包括温度变送器、压力 变送器、流量变送器和电流变送器；第四部分是执行器的选择，就是各种控制阀门的选择；第五部分是其他设备的选择，包括电磁流量计、光谱分析仪、超声波料位仪、电流互感器和变频器。 温度检测装置的选择 温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。 通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。 非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元 件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度 第 10 页 一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。 如本设计所涉及的热电偶及热电阻就属于接触式仪表，而红外测温仪则属于非接触式测温仪表。 还原带热电偶的选择 还原带的温度在 600～ 750 摄氏度之间，我们用热电偶来测量它的温度。 （ 1）热电偶的测温原理：将两种不同材料的导体或半导体 A 和 B焊接起来，构成一个闭合回路。 当导体 A 和 B 的两个执着点 1 和 2 之间存在温差时，两者之间便产生 电动势 ,因而在回路中形成一个大小的电流 ,这种现象称为热电效应。 热电偶就是利用这一效应来工作的。 （ 2）热电偶的特点： 1）测量精度高。 因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 2）测量范围广。 常用的热电偶从 50～ +1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到 269℃（如金铁镍铬），最高可达 +2800℃（如钨 铼）。 3）构造简单，使用方便。 热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 （ 3）热电偶的冷端温度补偿及使用注意问题：由于热电偶的材料一般都 比较贵重（特别是采用贵 金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷 端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。 必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。 因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度 t0≠ 0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过 100℃。 （ 4）选择 ：这里我们选择上海南浦仪表厂生产的 420 型装配式热电偶。 它的技术参数如表。 表 热电偶的技术参数 热电偶类别 代号 分度号 最高温度 测量温度 允许偏差 △ t℃ 镍铬 镍硅 WRN K 01300℃ 0～ 1100℃ 177。 ℃或177。 %t 第 11 页 燃烧室红外测温仪的选择 燃烧室的温度比较高，在 10001110 摄氏度左右，我们选用红外测温仪这种非接触测温的方法对他进行测量。 （ 1）红外测温仪的工作原理 红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。 光学系统 汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。 红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。 该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。 在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。 物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布 —— 与它的表面温度有着十分密切的关系。 因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 黑体是一种理想化的辐射 体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为 1。 但是，自然界中存在的实际物体，几乎都不是黑体，为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称 黑体辐射定律。 所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。 因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必 须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。 该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于 1 的数值之间。 根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。 影响发射率的主要因纱在：材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。 当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度。 单色测温仪与波段内的辐射量成比例；双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。 （ 2）选择红外测温仪要注意的问题 第 12 页 测温范围 ： 测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。 每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。 用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全，既不要过窄，也不要过宽。 一般来说，测温范围越窄，监控温度的输出信号分辨率越高，精度可靠性容易解决。 测温范围过宽，会降低测温精度。 目标尺寸 ： 为了获得精确的温度读数，测温仪与测试目标之间的距离必须在合适的范围之内，所谓 “ 光点尺寸 ” （ spot size ）就是测温仪测量点的面积。 你 距离目标越远，光点尺寸就越大。 建议被测目标尺寸超过视场大小的 50%为好。 距离系数（光学分辨率） ： 距 离系数由 D ： S 之比确定，即测温仪探头到目标之间的距离 D 与被测目标直径之比。 D ： S 比值 越大， 光学分辨率越高，测温效果就越好，但 测温仪的成本也越高。 响应时间 ： 响应时间定义为到达最后读数的 95% 能量所需要的时间，表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。 红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应，确定响应时间主要根据目标的运动速度和目标的温度变化速度。 如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外测温仪，否则达不到足够 的信号响应，会降低测量精度。 环境 因素 ： 测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响，应予考虑并适当解决，否则会影响测温精度甚至引起损坏。 当环境温度高，存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下，可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却系统、空气吹扫器等附件。 这些附件可有效地解决环境影响并保护测温仪，实现准确测温。 在确定附件时，应尽可能要求标准化服务，以降低安装成本。 在密封的或危险的材料应用中（如容器或真空箱），测温仪通过窗口进行观测。 材料必须有足够的强度并能通过所用测温仪的工作波长范围。 还要确定操作工是否也需要通过窗口进行 观察，因此要选择合适的安装位置和窗口材料，避免相互影响。 （ 3）选择：这里我们选择 广州市宏诚集业电子科技有限公司生产的非接触式DT8859 在线红外测温仪。 它的技术指标如表 第 13 页 表 红外测温仪 DT8859 技术指标 (D:S=50:1) 温度范围 50～ 1600℃ 距离比 50:1 基本精确度 177。 % 分辩率 ℃ /℉ 响应时间 1秒 发射率可调 ～ （步长 ) 光谱响应 8～ 14um 相对湿度 1095%RH（不结露，环境测温 30℃ ) 激 光瞄准 1mW 650nm激光等级 Ⅱ 级 预热带和水箱梁热电阻的选择 预热带的温度大约在 100120 摄氏度之间，而水箱梁的温度在 100 摄氏度以内，都是比较的的温度，用热电阻测量他们的温度比较合适。 与热电偶相比，电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。 它的主要特点是测量精度高，性能稳定。 其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 （ 1）热电阻测温原理及材料 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。 热电阻大都由纯金属材 料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。 （ 2）热电阻测温系统的组成及需要注意的问题 热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。 必须注意以下两点： 1）热电阻和显示仪表的分度号必须一致。 2）为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。 （ 3）热电阻的分类： 精通型热电阻：必须采用三线制或四线制来消除引出线电阻的影响。 铠装热电阻：体积小，滞后小，机械性能好便于安装，使用寿命长。 端面热电阻：适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 隔爆型热电阻 ：可用于 Bla~B3c 级区内具有爆炸危险场所的温度测量。 第 14 页 （ 4）选择：对测量水箱梁温度的热电阻我们选择的是沈阳传感技术研究所的 DPSWZ/T Z 系列热电阻，它的技术指标如表。 对测量炉顶废气温度的热电阻我们选择的是沈阳传感技术研究所的DPSWZ/T Z 系列热电阻，它的技术指标如表 DPSWZ/T Z 热电阻的技术规格如表 表 DPSWZ/T Z 热电阻技术规格 技术规格 基本误差： 177。 0． 1％ 输出信号： 420mADC 负载电阻：≤ 600Ω 供电电源： 24VDC177。 10％，最高 30V。 温 漂：环境温度每 10℃变化，输出变化量不超过基本误差的绝对值。 表 DPSWZ/T Z 型铜电阻基本技术指标 型号 测温元件 分度号 测量范围 (℃ ) DPSWZ/T Z 铜电阻 Cu50 0～ 100 表 DPSWZ/T Z 型铂电阻基本技术指标 型号 测温元件 分度号 测量范围 (℃ ) DPSWZ/T Z 铂电阻 Pt100 00～ 500 压力检测装置的选择 本系统涉及到许多压力检测装置的选择，主要是加热煤气压力、还原煤气压力、压缩空气压力和炉顶负压。 其中，加热煤 气压力的范围大约为 个大气压，还原煤气压力约为 ，压缩空气的德压力约为 个大气压，炉顶负压约为 5080KP。 真空计的选择 工程上 ,一般用表压值作为被测压力的绝对值 ,以帕（ Pa）为单位 ,常用的单位的兆帕（ MPa）。 如果被测压力低于大气压力 ,称为负压或真空。 测量表压力的仪表叫压力 计 ,测量负压的仪表叫负压 计 或真空 计。 第 15 页 （ 1）真空计测压原理（以以 U 型管真空计为例）： U型管真空计是利用液柱的重力与被测压力相平衡 ,从而用液柱高度来表示被测压力数值的仪表。 这种 仪表在实验室和生产上被广泛地用于测量气体和液柱的低压力和负压表压。 如图 所 示 是 U 型 真空计 的结构图。 U型管内充以一半高度的工作液体 (如水银 )（标尺的零位）。 测量压力时 ,管的一端通入被测介质 ,另一端通大气。 U型管内的液面就会一端升高 ,另一端降低。 若被测介质端液柱降低 ,所测得的压力为正压。 反之为负压。 液柱高度差等于一测刻度零点以上与另一侧零点以下两个读数总和。 若管径一致 ,由为一侧刻度的两倍。 其压力计算公式如公式（ 1）。 p = p0 ρ gh (1) 式中， p —— 待测压力， p0—— 环境大气压力， h —— 两液面高度差，ρ —— 工作液密度， g —— 重力加速度。 因在一定条件下液体的重度 r是不变的 ,故所测压力在过去还有用工作液柱的高度来计。 图 开式 U形管真空计 其他类型的真空计原理与此类似，这里不再列举。 （ 2）真空计的特点： 1)测量压力范围宽， 105～ lO14P。