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

ло, восстановительная атмосфера, а при а > 1 окисли­ тельная. Неправильное регулирование расхода воздуха может привести к повышенному окислению металла и существенному ухудшению экономических показателей агрегата. В печах безокислптельного нагрева, работаю­ щих с недостатком воздуха в зоне высокотемпературно­ го нагрева, регулирование значения а обеспечивает печ­ ную атмосферу оптимального состава и исключает силь­ ное окалинообразование. В таких печах коэффициент а поддерживается в пределах 0,45—0,55.

Сказанное позволяет сделать вывод, что благодаря системам автоматического регулирования соотношения

дов топлива и воздуха на большинстве печей выполняет­ ся при помощи регуляторов соотношения. Чаще всего ве­ дущим потоком в схеме отопления и автоматического пропорционирования является топливо, расход которого определяется регулятором температуры. Регулятор соот­ ношения получает информацию о расходах топлива и воздуха и управляет расходом воздуха, который являет­ ся, таким образом, ведомым потоком. В некоторых слу­ чаях применяют обратную схему, где ведущим потоком служит воздух, а ведомым — топливо. Расходы газооб­ разного топлива и воздуха измеряются обычно дрос­ селирующими устройствами: диафрагмами, соплами, тру­ бами Вентури. Расход мазута измеряется расходомера­ ми постоянного перепада или объемными расходомерами.

Регулирование соотношения по расходам топлива и воздуха, подводимым к печи, имеет ряд недостатков. Вопервых, на участках воздухопровода, расположенных после измерительного устройства, могут быть потери воз­ духа вследствие его выбивания, особенно через неплот­ ности в кладке рекуператоров, регенераторов, каналов и рабочего пространства, которые нарушают отрегулиро­ ванный коэффициент расхода воздуха. По существу объ­ ектом регулирования соотношения является участок трубопровода между дросселирующим измерительным устройством и регулирующим клапаном, а не рабочее пространство печи, в котором должно происходить сжи­ гание топлива при заданном расходе воздуха.

Во-вторых, значение а может искажаться из-за по­ грешностей в измерении расходов топлива и воздуха, а

также колебаний состава топлива. Погрешности измере­ ний возникают из-за отклонений температуры, давления, вязкости и т. д. измеряемых сред от значений, принятых при расчете дросселирующих устройств. Например, подо­ грев воздуха меняется в процессе эксплуатации печи в результате износа рекуператора и, если не применяется расходомер с автоматической компенсацией, то измене­ ния температуры воздуха будут вызывать ошибки в из­ мерении его расхода. Колебания в составе топлива, на­ пример, смешанного газа, могут возникать вследствие колебаний состава и количества газа, поступающего с коксовых батарей, а состав мазута может отличаться в различных партиях этого топлива. Качественная рабо­ та системы регулирования соотношения требует точного измерения расходов и стабилизации характеристик топ­ лива.

В-третьих, все применяемые системы регулирования соотношения достаточно точно поддерживают заданное значение а при изменениях расходов сред в пределах 100—35% максимальных значений. При работе печей мо­ гут наблюдаться гораздо более глубокие, например, пя­ ти-, шестикратные изменения расходов топлива и воздуха. При этом перепады статических давлений на дроссели­ рующих органах, являющиеся мерой расходов, изменя­ ются в 25—36 раз, что приводит к потери чувствитель­ ности измерительной аппаратуры на малых расходах и к большим ошибкам измерения и регулирования коэф­ фициента расхода воздуха. Помимо рассмотренного, на сгорание топлива в рабочем пространстве печи влияют также подсосы воздуха из окружающего пространства. Для ряда конструкций печей указанные недостатки мо­ гут не иметь существенного значения и регулирование величины а на подводе к печи выполняется удовлетво­ рительно. Во многих же случаях желательно, чтобы про­ цесс регулирования осуществлялся на основе контроля процесса сжигания топлива.

Процесс сжигания может контролироваться по ре­ зультатам анализа продуктов сгорания. Коэффициент расхода воздуха для десульфурированного топлива вы­ числяют по формуле:

] —3,76' N .

Анализ формул показывает, что для контроля вели­ чины а при неполном сгорании топлива необходимо вы­ полнить анализ продуктов сгорания, покидающих печь на О2 , СО, Н2, СЬЦ и СО2 (чтобы определить N2 как ос­ таток). При полном сгорании достаточно сделать анализ лишь на О2 и С 02. Применение автоматических газоана­ лизаторов и вычислительных устройств для расчета а по приведенным формулам позволяет непрерывно конт­ ролировать качество сжигания топлива.

На основе этого создаются системы регулирования с коррекцией задания регулятору соотношения по составу продуктов сгорания. Успешная работа таких систем во многом зависит от представительности проб газа, отби­ раемых для автоматического анализа, т. е. от того, на­ сколько состав продуктов сгорания в месте их отсоса га­ зозаборной фурмой соответствует среднему их составу на выходе из рабочего пространства печи. Неправиль­ ная установка газозаборной фурмы, например, с малым заглублением в дымовой канал, после шибера, поворота или расширения канала может привести к тому, что продукты сгорания будут отбираться из объема, в кото­ рый проникают подсосы воздуха, или из застойных зон, где состав газа отличается от состава основного потока. Помимо получения представительной пробы, должны быть решены задачи очистки и охлаждения пробы, све­ дения к минимуму транспортного запаздывания по трас­ се импульсной линии и запаздывания в собственно газо­ анализаторах.

Схема регулирования соотношения топливо — воздух с электрическим регулятором

Схема узла автоматической стабилизации значения а с применением электрической аппаратуры показана на

рис. 92. Расходы топлива (газа) и воздуха измеряют диафрагмами 1 и 2, перепады давлений с которых по­ ступают на дифманометры 13 и 11. С выходных электри­ ческих датчиков дифманометров сигналы подаются на вторичные показывающие и регистрирующие приборы 10 и 12 и на электрический регулятор 9. Задание на регули­ рование устанавливается дистанционным задатчиком 8.

Рис. 92. Схема регулирования соотношения топливо — воздух

С выхода регулятора управляющий сигнал через универ­ сальные ключи 6 к 7 поступает на исполнительный меха­ низм 4, вал которого сочленен с валом регулирующего клапана 3 на воздухопроводе.

Значение а определяется соотношением величин сиг­ налов, поступающих на регулятор с выходных электриче­ ских датчиков дифманометров-расходомеров. При откло­ нении этого соотношения от заданного значения а, т. е. от заданного соотношения расходов газа и воздуха, ре­ гулятор через исполнительный механизм и регулирующий орган выполняет соответствующие изменения расхода воздуха. При занижении значения ос регулятор увеличи­ вает расход воздуха, а при завышении уменьшает.

С помощью универсальных ключей 6 и 7 осуществля­ ется переход с управления вручную на автоматическое

и дистанционное ручное управление исполнительным ме­ ханизмом. В систему также включен дистанционный указатель положения вала исполнительного механизма

ирегулирующего органа 5.

Врассмотренной схеме топливо является ведущим потоком, а воздух ведомым. Расход топлива не зависит от функционирования системы регулирования соотноше­ ния, регулятор может изменять лишь расход воздуха,

приводя его непрерывно в соответствие с независимо ме­ няющимся расходом газа и заданным значением а. На­ ряду с таким прямым построением схемы регулирова­ ния горения топлива в системах автоматики металлур­ гических печей встречаются и обратные решения, т. е. схемы, в которых ведущим потоком является воздух, а ведомым регулируемый газ.

Если печь отапливается не одним топливом, а двумя и тремя, например, мазутом и газом, и кислород, необ­ ходимый для горения, подается более чем по одному ка­ налу, например, в виде воздуха и технически чистого кислорода, то схема регулирования горения принципи­ ально не меняется. Сигналы всех расходомеров топлива в этом случае складываются и подаются на соответству­ ющий вход регулятора. На другой вход подается сигнал, пропорциональный сумме расходов кислорода, поступаю­ щего с каждым из кислородоносителей. Регулятор уп­ равляет расходом одного из кислородоносителей, обес­ печивая качественное сжигание всех топлив.

Схема регулирования соотношения топливо — воздух с коррекцией по составу продуктов сгорания

Возможность контроля значений а по составу про­ дуктов сгорания используют, как уже упоминалось, для коррекции задания регуляторам соотношения топливо — воздух. Принципиальная схема такой системы регули­ рования показана на рис. 93. Дросселирующее устройство с расходомерами 3 и 4, регулятор 2 и исполнительный механизм 1 при регулирующем органе на воздухопрово­ де образуют стандартный узел пропорционирования рас­ ходов. Пробы продуктов сгорания, покидающих рабочее пространство печи, непрерывно отбираются при помощи водоохлаждаемой фурмы 7 и подаются к газоанализато­ ру 6. Данные результатов анализа поступают в коррек­ тирующий блок 5, выходной сигнал которого воздейст­ вует на задатчик регулятора 2.

управляющего воздействия, определяют на основе изу­

имеет задатчик а. Отклонение текущего значения от за­ данного сопровождается появлением корректирующего сигнала. Задаваемые значения содержания кислорода или а, соответствующие наилучшим условиям сжигания топлива, зависят от конструкции и режима работы агре­ гата и определяются предварительными теплотехниче­ скими испытаниями.

Система работает следующим образом. Возмущения, связанные с изменениями расхода топлива, компенсиру­ ются регулятором соотношения 2. Если же, например, вследствие прогара рекуператора 7 увеличатся потери воздуха в дымовой тракт, то это вызовет уменьшение фактического расхода воздуха, подаваемого к горелкам, и отклонение содержания кислорода в продуктах горе­ ния от заданного значения. Корректирующий блок 5 по­ даст команду на увеличение задания регулятору 2, для того, чтобы компенсировать потери воздуха в рекупера­ торе. Аналогично система срабатывает и при других возмущениях, связанных с отклонениями фактического значения а от заданного.

8. Автоматическое регулирование давления в печи

Режим давления в рабочем пространстве печи во многом определяет качество нагрева металла и эконо­ мичность работы агрегата. Системами регулирования давления оснащены как негерметичные пламенные печи, так и герметичные печи для термической обработки ме­ талла.

Излишне высокое давление в пламенной печи приво­ дит к тому, что через неплотности в кладке, загрузоч­ ных окнах и гляделки из рабочего пространства в окру­ жающую среду выбиваются продукты сгорания, несго­ ревший газ и воздух, унося тепло, вызывая ускоренный износ внешних конструкций печи, затрудняя визуальный контроль и обслуживание агрегата и загрязняя атмос­ феру цеха. Если в рабочем пространстве создается раз­ режение, то через неплотности засасывается холодный

атмосферный воздух, понижая температуру в печи, не­ равномерно охлаждая кладку, металл и вызывая допол­ нительное окалинообразование на последнем. Таким об­ разом, как завышение, так и занижение давления при­ водит к перерасходу топлива и ухудшению работы агре­ гата.

Наиболее рациональным для негерметичных пла­ менных печей является такой режим, при котором на уровне пода поддерживается нулевое давление, а, сле­ довательно, подсосы холодного воздуха отсутствуют и наблюдается лишь слабое выбивание газов в связи с ростом геометрического напора на высоте рабочего про­ странства. Для мартеновских печей, у которых подина ваннообразной формы, это означает, что нулевое давле­ ние должно поддерживаться на уровне порогов завалоч­ ных окон.

В термических печах с защитными и специальными атмосферами, в которых происходит безокислительная и термохимическая обработка металла, давление долж­ но поддерживаться таким, чтобы свести к минимуму потери через затворы и уплотнения газов, заполняющих печь, и исключить подсосы окружающего воздуха, кото­ рые могут исказить атмосферу внутри печи и повлиять на качество обработки изделий.

Отбор импульса давления обычно осуществляется из пространства под сводом печи. Абсолютные величины давлений в рабочих пространствах пламенных печей не­

Продукты сгорания из рабочего пространства мето­ дической печи 22 (рис. 94) через рекуператор 21 и ды­ мопроводы удаляются при помощи разрежения, созда­ ваемого эксгаустером 7 или дымовой трубой 8. При нор­ мальной работе агрегата продукты горения транспорти­ руются через котел-утилизатор 3 при закрытом дымо­ вом клапане 10. При остановке котла-утилизатора или эксгаустера на ремонт и чистку продукты сгорания уда­ ляются дымовой трубой при закрытом клапане 4. Пере­ мещение клапана осуществляется электроприводом 2 с дистанционным управлением из помещений автоматики печи или котла-утилизатора.

Измерение давления в томильной зоне осуществля­ ется отборным устройством 1 через свод печи. Импуль­ сная и компенсационная линии подведены к дифмано­ метру 20, сигналы с электрических датчиков которого поступают на вторичный регистрирующий прибор 19 и электрический регулятор 17 с дистанционным задатчи­ ком 18. Управляющий сигнал регулятора через ключи 13 и 14, служащие для перевода системы с управления

Рис. 94. Схема регулирования давления в печи с электрическим регулятором

вручную на автоматическое и обратно, блок усиления 12 и ключ 11 подается к исполнительным механизмам 9 и 5 приводов регулирующих органов (при работе эксга­ устера регулирующим органом являются жалюзи 6, а при отключенном котле-утилизаторе — дымовой шибер 10). Ключ 11 служит для подключения регулятора к при­ воду 9 или 5 в зависимости от режима работы агрегата. У дымопроводов промышленных печей предусмотрены большие проходные сечения и в них установлены регу­ лирующие органы, требующие значительных перестано­ вочных усилий. Поэтому в электрических схемах регу­ лирования применяют достаточно мощные исполни­ тельные механизмы, комплектуемые с усилителями ко­ мандных сигналов 12. Положение шибера 9 и жалюзей

5 контролируется при помощи дистанционных указате­ лей 15 и 16, расположенных на щите автоматики печи.

При отклонении давления в печи от заданного уров­ ня или при изменении задания вручную задатчиком 18 на входе регулятора 17 появляется сигнал небаланса. Регулятор формирует управляющее воздействие, кото­ рое через исполнительные механизмы 9 или 5 переме­ щает регулирующие органы 6 или 10, изменяя тем са­ мым разрежение в дымопроводе и, следовательно, дав­ ление в печи и устраняя возникшее отклонение.

9.Применение вычислительной техники

всистемах контроля и управления металлургическими процессами

Сложность металлургических процессов, большое ко­ личество контролируемых параметров, возмущений и управляющих воздействий вызывают необходимость при­ менения средств вычислительной техники в системах ав­ томатики металлургических печей.

Вычислительные устройства могут выполнять следую­ щие функции:

1)обработку данных о процессе с целью получения статистических характеристик (средних значений, сред­ них отклонений и т. д.);

2)вычисление сводных (комплексных) параметров, не поддающихся непосредственному измерению;

3)моделирование процессов, протекающих в печах на основе разработанных формул и расчет оптимальных

управляющих воздействий.

Работы по внедрению вычислительных машин в си­ стемы автоматизации ведутся в доменном, сталеплавиль­ ном, прокатном и других производствах.

Статистическая обработка данных о процессе явля­ ется весьма важной функцией вычислительных машин, так как основные металлургические процессы — домен­ ная, конвертерная и мартеновская плавки, выплавка ста­ ли в электропечах, нагрев металла в колодцах и методи­ ческих печах — характеризуются десятками и сотнями измеряемых параметров, которые непрерывно изменяют­ ся во времени. Статистическая их обработка, определе­ ние, например, средних за час, смену, сутки, месяц, кам­ панию удельных расходов топлива сотрудниками тепло­ технических лабораторий требует больших затрат труда