3.2 Типовая схема регулирования температуры горячего дутья
Энтальпия горячего дутья является важной статьей теплового баланса доменной плавки, поэтому регулирование температуры дутья на оптимальном для данных условий уровне дает значительный эффект.
Постоянство температуры дутья при прочих равных условиях способствует ровному высокопроизводительному ходу печи, при этом меньше колеблется температура в горне и стабилизируются химический состав и температура чугуна на выпусках. Изменение задания регулятору температуры дутья является наиболее простым и удобным методом коррекции при отклонениях теплового режима от оптимального.
Нагревом дутья можно в известной мере управлять газодинамикой процесса, так как при изменении температуры дутья изменяется объем, а следовательно, и скорость газового потока. Колебания температуры дутья допустимы в пределах, обусловленных аккумулирующей способностью печи, однако резкое повышение температуры может вызвать резкое сокращение окислительной зоны у фурм, вследствие чего возможно подстывание гарниссажа в заплечиках и ухудшение условий схода шихтовых материалов в горне. Поэтому повышаются требования к точности регулирования температуры дутья [36].
Система регулирования температуры горячего дутья принципиально не отличается от типовой схемы регулирования температуры. Она состоит из термоэлектрического датчика, электронного потенциометра, ПИД (или ПИ)-регулятора с задатчиком, исполнительного механизма при смесительном клапане. Регулятор автоматически устанавливает такое соотношение горячего и холодного воздуха, поступающего в смесительный воздухопровод, при котором в зоне установки термоэлектрического датчика поддерживается заданная температура горячего дутья. Техническая структура системы автоматического регулирования температуры ГД представлена на рис. 7.
Рис. 7. Техническая структура системы автоматического регулирования температуры горячего дутья; ОУ – объект управления; Д – датчик; ЗД – задатчик; УУ – устройство управления; БРУ – блок ручного управления; ИМ – исполнительный механизм; РО – регулирующий орган; ИП – индикатор положения
Однако следует отметить некоторые особенности объекта, которые необходимо учитывать при проектировании и наладке системы автоматического регулирования температуры горячего дутья.
1. В системе возникают два типа существенно различных возмущающих воздействий:
а) резкое и глубокое возмущение при очередном переходе с остывшего на нагретый воздухонагреватель, вызванное тем, что смесительный клапан в этот момент полностью закрыт, а в смесительный воздухопровод поступает дутье с максимальной температурой;
б) монотонное, плавное возмущение, которое возникает после ликвидации последствий первого. В это время регулятор постепенно закрывает смесительный клапан, компенсируя снижение нагрева дутья по мере остывания воздухонагревателя.
2. Воздухонагреватели отличаются по своим характеристикам, их расположение относительно места установки датчика температуры несимметрично, что несколько изменяет динамические характеристики объекта.
3. Расход холодного воздуха через смесительный клапан при низких температурах дутья, которые возможны при разогреве печи или при специальных условиях, достаточно велик, поэтому сечение смесительного клапана приходится выбирать довольно большим. При этом рабочие характеристики смесительного клапана в нормальном режиме, при высокой температуре дутья оказываются неудовлетворительными. В этом случае предусматривается установка двух регулирующих заслонок: для высоких температур — меньшего диаметра (порядка 0,5 м), а для низких — большего (1,2—1,5 м). Переключение с одного клапана на другой может осуществляться автоматически или вручную специальным устройством [35].
Вследствие неравномерного распределения горячего и холодного воздуха по сечению смесительного воздухопровода наблюдается неравномерность температур воздуха в различных фурмах и затрудняется выбор представительной точки для измерения температуры дутья. На некоторых доменных печах предусматриваются специальные турбулизирующие устройства, улучшающие смешение воздуха перед его поступлением в кольцевой воздухопровод.
Для того чтобы предупредить недопустимое повышение температуры дутья в момент перехода с остывшего воздухонагревателя на нагретый, в современных схемах автоматического перевода воздухонагревателей предусматриваются временное отключение регулятора температуры дутья и выдача сигнала на открытие смесительного клапана. Регулятор температуры дутья включается через заданное время и доводит температуру до заданного значения без перегрева дутья.
Особенности объекта управления и высокая точность регулирования температуры дутья вызывают необходимость принимать обоснованные технические решения при проектировании систем стабилизации температуры горячего дутья для каждой доменной печи.