11

Лекція № 35 Технологічні параметри роботи нагрівальних агрегатів і засоби їх вимірювань

1 Загальні відомості про нагрівальні печі як об’єкти автоматизації.

2 Автоматичний контроль технологічних параметрів нагрівальних печей.

3 Умовні позначення функціональних схем автоматизації.

4 Типові схеми автоматичного контролю та регулювання нагрівальних печей.

1 Загальні відомості про нагрівальні печі як об’єкти автоматизації.

Не дивлячись на велику кількість конструкцій металургійних печей, спільність головних призначень печей (отримання тепла і передача його металу) приводить до того, що ряд вузлів автоматизації має однотипну структуру, а часто і апаратурна побудова.

Найбільш поширеними є наступні вузли:

1) регулювання температури;

2) регулювання витрати і тиску газу;

3) регулювання горіння палива, тобто співвідношення "паливо - повітря";

4) регулювання тиску в печі;

5) автоматичне блокування і сигналізація падіння тиску газу, повітря, води.

Основою побудови всіх цих вузлів є системи автоматичної стабілізації, тобто підтримка регульованої величини (температури, витрати, співвідношення, тиску) на заданому рівні. Структурна схема системи автоматичної стабілізації приведена на мал. 1. Регульована величина х_вих.об, що є вихідною величиною об'єкту регулювання О, порівнюється із завданням х_з регулятора Р і їх різниця х поступає на вхід регулятора. Управляючий сигнал регулятора впливає на вхід об'єкту. На об'єкт діють також неконтрольовані обурення, які змінюють регульовану величину, викликаючи її відхилення від заданого значення. Регулятор, що є автоматичним стабілізатором, усуває ці відхилення, тобто підтримує співвідношення х_вх.р = х_вих.об - х_з =0. Виконання цієї умови забезпечує компенсацію обурень z, прикладених до об'єкту, і компенсацію обурень, прикладених до регулятора і пов'язаних з цілеспрямованою періодичною зміною завдання регулятору.

Статичні і динамічні властивості металургійної печі як об'єкту регулювання по каналах температура - витрата палива, співвідношення паливо - повітря - витрата повітря, тиск в печі - розрідження в димопроводі і тому подібне можуть бути апроксимовані одним з наступних ланок:

а) інерційною (аперіодичним) ланкою першого порядку з передавальною функцією

(1)

б) ланкою чистого запізнювання з передавальною функцією

(2)

в) системою з послідовно сполучених інерційної ланки першого порядку і ланки чистого запізнювання з передавальною функцією

(3)

При такій апроксимації завжди слід мати на увазі, що вона допустима лише для певних режимів роботи агрегату, що характеризуються деякими значеннями регульованої величини, управляючої дії, і обурень. Значення параметрів k, Т, τ по всіх даних каналах залежать від багатьох чинників. На мал. 2 представлені статичні характеристики нагрівальної печі із стаціонарним подом площею 5 м² по каналу температура в печі (°С) - витрата палива В (у долях від максимального).

Малюнок 1 - Структурна схема системи автоматичної стабілізації

Малюнок 2 - Статичні характеристики нагрівальної печі:

1 - садіння 10 т, 1-а година нагріву; 2 - те ж, 10-а година нагріву; 3 - садіння 2,5 т, 1-а година нагріву

Неважко бачити, що коефіцієнт передачі об'єкту по розглянутому каналу, чисельно рівний тангенсу кута нахилу дотичної до кривій у відповідній крапці: k_i = tg α_i, істотно залежить від абсолютного значення витрати палива (крива 1, , k₁≠ k ₂), теплового стану (криві 1 і 2, k ₃ ≠ k ₁, k ₂) і маси садіння (крива 3, k ₄ ≠ k ₁, k ₂, k₃).

Численні експериментальні дані показують, що па¬раметри τ і Т істотно залежать від режимних чинників печі. Ілюстрацію цього положення можна побачити далі при вивченні динамічних характеристик конкретних печей.

У нагрівальних печах періодичної дії обурення по температурі, тиску і умовам горіння палива виникають при завантаженні і вивантаженні заготовок. Надходження нових холодних металу при завантаженні і повітря при відкритті заслінок при цьому зможуть викликати падіння температури на декілька десятків градусів з одночасною зміною тиску в робочому просторі. Підсоси повітря в піч і вибивання газів з неї викликають також зміни умов горіння палива. Залежно від вигляду і ємкості печі, періодичні обурення такого характеру можуть виникати з інтервалом від 5 - 7 до 40 - 60 хв. У крупних нагрівальних печах для обробки одиничних виробів і у термічних печах відсутні короткочасні обурення, пов'язані із завантаженням і вивантаженням заготовок, але мають місце ступінчасті або монотонні обурення, пов'язані із зміною завдання регулятору відповідно до певної програми температурного режиму нагріву. У нагрівальних печах монотонні обурення температури можуть досягати 2 - 2,5 град/хв, а в термічних 1 - 1,5 град/хв.

У нагрівальних і термічних печах безперервної дії обурюючі дії виникають в наслідок відкриття вікон при завантаженні і вивантаженні металу, зміни продуктивності печі, тобто швидкості просування металу через пекти, і зміни сортаменту оброблюваного металу.

Випадкові обурення при роботі печей викликаються коливаннями складу, теплоти згорання і тиску палива, вологості і тиску повітря. Поволі змінні і випадкові обурення пов'язані із зносом і старінням конструктивних елементів печі. Прогар кладки, наприклад, супроводжується збільшенням теплових втрат теплопровідністю через неї і збільшенням вибивання або підсосів газів залежно від режиму тиску в печі.

Статичні і динамічні характеристики металургійної печі як об'єкту регулювання істотно розрізняються по каналах температура - витрата палива, співвідношення паливо - повітря - витрата повітря, тиск в печі - розрідження в борові, отже, розрізняються і передавальні функції об'єкту W₀ по відповідних каналах. В результаті відмінності передавальних функцій об'єкту, виду обурень і заданої якості регулювання необхідно використовувати регулятори з різними і відповідними об'єкту передавальними функціями W, що забезпечується вибором закону регулювання і настройок регуляторів.