книги из ГПНТБ / Блинов О.М. Основы металлургической теплотехники

Рис. 89. Газоанализаторы

Принцип действия химического газоанализатора со­ стоит в том, что определенную порцию газа пропускают последовательно через различные реактивы, которые поглощают составные части газа.

Реактивом для поглощения СО2 служит раствор ед­ кого кали КОН; для О2— смесь едкого кали с пирогаллоловой кислотой СбН3(ОН)3; для СО— кислый щелоч­ ной и нейтральный раствор полухлористой меди С112СІ2 .

Прибор ГХП-2, показанный на рис. 89, а, состоит из трех поглотительных сосудов 4, 5, 6 с КОН, СбН3(ОН)3 и Си2С12 измерительной бюретки 2, соединительной гре­ бенки 1, состоящей из стеклянных трубочек, и склянки 7, частично заполненной жидкостью и соединенной с ниж­ ним концом бюретки. Трехходовым краном 9 через фильтр 8 гребенка соединена с подводом газа и выбро­ сом в атмосферу. Этим же краном 9 к гребенке подсое­ диняется резиновая груша 3, служащая для просасывания газа из внешней линии. Поднимая или опуская склянку 7, действуют запорной жидкостью как поршнем, всасывая газ в бюретку или вытесняя его в один из сосудов, а именно тот, который соединен с гребенкой краном Ки Кг или Къ- Каждый поглощающий сосуд состоит из двух сообщающихся склянок. Передняя склянка сообщается при помощи резиновой трубочки с гребенкой через соединительный кран. Задняя склян­ ка (не видна на рисунке) закрыта резиновым мешоч­ ком, чтобы реактивы не контактировали с воздухом. Объем бюретки 100 см3. После неоднократного прокачи­ вания газовой смеси из бюретки в соответствующий поглощающий сосуд объем газа уменьшается, и это уменьшение объема количественно равно процентному содержанию составляющей массы, поглощаемой в дан­ ном сосуде.

Электрические газоанализаторы применяют для ана­ лиза дымовых газов на содержание в них С02. Для определения СО2 используют значение его теплопро­ водности, которое отличается от теплопроводности воз­ духа.

Выше приведена теплопроводность газов по сравне­ нию с теплопроводностью воздуха. При отсутствии во­

деления СО2 (рис. 89, б) имеет четыре камеры — две газовые 1 ,2 и две воздушные 3, 4. В каждой из них помещены сопротивления из платиновой проволоки, ко­ торые соединены по схеме моста и нагреваются пример­ но до 100° С от источника постоянного тока Б. Плечи моста 1 и 2 находятся в камерах, через которые проду­ вается газовая смесь, а плечи 3 и 4 — в закрытых каме­ рах, заполненных воздухом. При просасывании газовой смеси с содержанием С02 (т. е. смеси с пониженной по сравнению с воздухом теплопроводностью) сопротивле­ ния в камерах / и 2 будут отдавать стенкам камеры через окружающую среду меньше тепла, чем сопротив­ ления 3 и 4, а их температура будет выше. При изме­ нении температуры плеч моста изменится и их сопро­ тивление, в результате чего равновесие моста будет нарушаться и тем больше, чем больше С02 в газе, что регистрируется измерительным прибором Г (милли­ вольтметром или потенциометром), шкала которого отградуирована в процентах С02. Газовая смесь перед поступлением в газоанализатор проходит через очистку фильтрами от механических примесей и сернистого газа, освобождается от водорода сжиганием в электрической печи и охлаждается в холодильнике, в котором стаби­ лизируется температура смеси. Газовая смесь просасы- - вается через газовые камеры насосом. Для установки стрелки вторичного прибора на начало шкалы применя­ ется реостат Р.

Магнитные газоанализаторы предназначены для не­ прерывного измерения содержания кислорода в газовой смеси. Действие их основано на явлении термомагнит­ ной конвекции.

Кислород в отличие от других газов обладает маг­ нитными свойствами, т. е. его молекулы при наличии магнитного поля перемещаются в область более интен­ сивного поля. При нагревании магнитные свойства кислорода теряются. Все это вызывает термомагнитный конвекционный поток газа, если в области магнитного

потоки направляются в фильтрующие камеры 3, запол­ ненные неизмеряемыми компонентами, отфильтровыва­ ющими радиацию, соответствующую полосам поглоще­ ния этих компонентов. После фильтрующих камер пото­ ки лучей попадают в сравнительную 9 и рабочую 6 ка­ меры. Рабочая камера заполнена анализируемой про­ бой газа. Состав газа сравнительной камеры посто­ янен. Благодаря этому потоки излучения по-разному ослабляются и в различной степени нагревают газ, на­ ходящийся в камерах лучеприемников 4. Соответствен­ но этому различно давление, действующее на мембра­ ну 8 с правой и левой сторон. Мембрана 8 является в то же время обкладкой конденсатора, у которого вто­ рая обкладка 7 неподвижна. Определенной концентра­ ции измеряемого компонента соответствует определен­ ная емкость конденсатора. Конденсатор включен в из­ мерительную схему регистрирующего прибора, шкала которого проградуирована в процентах контролируемо­ го газа.

5. Системы автоматического регулирования тепловых объектов

Основные понятия

Автоматизированный или автоматизируемый про­ мышленный агрегат и протекающий в нем производ­ ственный процесс являются объектом автоматического регулирования. Система ав­ томатического регулирова­ ния, структурная схема ко­ торой показана на рис. 90, представляет собой совокуп­ ность объекта регулирова­ ния О, измерительного уст­ ройства ИУ и автоматиче­ ского регулятора Р с испол­ нительным механизмом ИМ при регулировочном органе РО. Состояние объекта в об­ щем случае характеризуется одной или несколькими вы­

ходными величинами или параметрами. Если значение выходной величины должно поддерживаться постоян­ ным или меняться по определенному закону, то она на-

зывается регулируемой величиной. На рис. 90 регулиру­ емая величина—х. Заданное значение регулируемой ве­ личины х3 устанавливается на регуляторе Р. В связи с тем, что на объект регулирования неизбежно действу­ ет неконтролируемое возмущение г, влияющее на вели­ чину X , то для устранения и компенсации влияния воз­ мущения регулятор изменяет входную величину у, на­ зываемую также управляющим воздействием или управ­ лением.

Автоматический регулятор — это прибор, который сравнивает текущее значение регулируемой величины с заданным и воздействует на объект регулирования так, чтобы привести текущее значение регулируемой величи­ ны к заданному. Регулятор управляет исполнительным органом ИО (клапаном, заслонкой) через исполнитель­ ный механизм ИМ (электрический, пневматический, гидравлический). Иногда исполнительный механизм и регулирующий орган составляют единую конструкцию.

Процессом регулирования называют изменение во времени регулируемой величины под влиянием возму­ щений и действия регулятора.

Системы автоматического регулирования могут вы­ полнять различные функции. Системы автоматической стабилизации поддерживают заданное постоянное зна­ чение регулируемой величины. Они являются наиболее распространенными. Системы программного регулиро­ вания обеспечивают изменение регулируемой величины по заданной программе. Следящие системы обеспечи­ вают изменение регулируемой величины в соответствии с заранее неизвестными изменениями какой-либо другой величины.

Самонастраивающиеся системы автоматической оп­ тимизации обеспечивают нахождение и поддержание наилучшего, оптимального, значения регулируемой ве­ личины при любых режимах работы агрегата.

Системами автоматической стабилизации температу­ ры, давления, расхода и т. д. оснащено большинство металлургических печей. Системы программного регули­ рования используют в термических печах с програм­ мным заданием температуры термообработки металла. Исследуется применение систем оптимизации для уп­ равления тепловыми режимами печей и качеством на­ грева металла.

Наиболее распространенными в системах автомати-

задии металлургических печей являются узлы регули­ рования:

1)температуры;

2)горения топлива, т. е. соотношения топливо — воз­ дух (кислород);

3)давления в печи;

4)расхода и давления газа.

6.Автоматическое регулирование температуры в печи

ройств; электрические (наиболее распространенные), пневматические, гидравлические.

Тип исполнительного механизма зависит от типа вы­ бранного регулятора (электрический, пневматический, гидравлический ) и вида регулирующего органа.

Схема регулирования температуры с электрическим регулятором

Принципиальная схема регулирования температуры в рабочем пространстве пламенной металлургической печи показана на рис. 91. Температура в печи измеряется

термопарой или пирометром 1 в комплекте с автомати­ ческим показывающим и регистрирующим потенциомет­ ром 9. В потенциометре предусмотрен задатчик, при по­ мощи которого формируется электрический сигнал соот­ ветствующей фазы при отклонении температуры от за­ дания в ту или иную сторону. Этот сигнал небаланса поступает на вход электрического регулятора непрерыв­ ного действия 8. Регулятор управляет исполнительным механизмом 4, который перемещает регулирующий ор­ ган 2, установленный на подводе топлива в печь. При отклонении температуры выше задания регулятор через исполнительный механизм и регулирующий орган умень-

шает расход топлива, а при отклонении температуры вниз от задания увеличивает.

От вида и размеров регулирующего органа зависит крутящий момент, который должен развивать исполни­ тельный механизм. Применение исполнительных меха­ низмов повышенной мощности требует введения в схему регулирования блока усиления командного сигнала 3. При управлении регулирующими органами небольших размеров используют исполнительные механизмы не­ больших мощностей; в этих случаях блоки усиления в схемах регулирования отсутствуют.

Для контроля положения вала исполнительного ме­ ханизма и, следовательно, положения регулирующего органа служит дистанционный указатель положения 7. Он помогает контролировать работу и наладку системы автоматики, ориентироваться при ручном дистанционном управлении исполнительным механизмом. Сигнальный контакт СК потенциометра и лампа 10 сигнализируют о разрыве цепи термопары. Для перехода от ручного уп­ равления исполнительным механизмом к автоматическо­ му и обратно для дистанционного ручного управления служат универсальные ключи 5 и 6.

7. Автоматическое регулирование соотношения топливо — воздух

Автоматическое регулирование соотношения расхо­ дов топлива и воздуха, подаваемых в печь, обеспечивает необходимые условия сжигания топлива. Эти условия могут быть различны для печей того или иного назначе­ ния, но в целом их можно сформулировать следующим образом:

1)топливо должно сжигаться экономично;

2)сжигание топлива должно быть организовано так, чтобы в печи сохранились наилучшие условия теплооб­ мена факела с металлом и кладкой;

3)сжигание топлива должно быть организовано так, чтобы в печи поддерживалась газовая атмосфера опре­

деленного состава.

В зависимости от типа печи перед системой автома­ тического регулирования ставится задача выполнения одного из перечисленных требований или определенной их совокупности.

Численно соотношение топливо—воздух определяется коэффициентом расхода воздуха а.

деления значения а необходимо точно знать расходы топлива и воздуха и состав топлива, так как от послед­ него зависит величина К°.

Если топливо сжигается с а = 1 и при идеальном сме­ шении с воздухом, то развивается максимальная кало­ риметрическая температура горения. При а < 1 часть топлива не сгорает из-за недостатка кислорода и макси­ мальная температура горения не достигается. При а > 1 топливо сгорает полностью, но часть выделяющегося при этом тепла идет на нагрев излишнего воздуха и мак­ симальная температура горения также не достигается.

Как показывают исследования, при сжигании газооб­ разного топлива в различных реальных печах макси­ мальная температура достигается при а = 1,05н-1,15, a при сжигании жидкого топлива — при а = 1,15-Ь 1,25.

Таким образом, если требуется наибольшая скорость нагрева металла и экономичное сжигание топлива, то в печи необходима максимальная температура и, следова­ тельно, система автоматического регулирования должна поддерживать значение а на соответствующем уровне. В термических печах часто возникают несколько иные задачи, связанные с тем, что воздух следует подавать с избытком или недостатком для снижения температуры факела и изменения его длины и формы с целью предот­ вращения перегрева изделий и кладки и обеспечения равномерного нагрева садки.

Коэффициент расхода воздуха влияет не только на теплообмен, но и на массообмен в печах. Очевидно, что изменения а сопровождаются изменениями состава печ­ ной атмосферы. При а < 1 в печи создается, как прави­