13.3 Автоматическое регулирование соотношения топливо-воздух

Автоматическое регулирование соотношения расходов топлива и воздуха, подаваемых в печь, должно обеспечивать необ­ходимые условия сжигания топлива. Эти условия различаются для печей того или иного назначения, но в целом их можно сфор­мулировать следующим образом:

1) топливо должно сжигаться экономично;

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

3) сжигание топлива должно обеспечивать поддержание в печи газовой атмосферы определенного состава.

В зависимости от типа печи перед САР ставится задача выполнения одного из перечи­сленных требований или определенной их совокупности.

Численно соотношение топливо–воздух определяется так называемым коэффициентом расхода воздуха α. Часто встречающееся название «коэффициент из­бытка воздуха» сложилось исторически и является менее точным, так как в ряде современных металлургических печей топливо сжигается в определенных зонах не при избытке, а при недо­статке воздуха.

Если топливо сжигается с α=1 и при идеальном смешении с воздухом, то развивается максимальная калориметрическая температура горения. При α<1 часть топлива не сгорает из-за недостатка кислорода и максимальная температура не достигается. При α>1 топливо сгорает полностью, но часть выделяющегося при этом тепла идет на нагрев излишнего воздуха и максимальная температура горения также не достигается.

Как показывают исследования, при сжигании газообразного топлива в различных реальных печах максимальная температура достигается при α= 1,05…1,15, а при сжигании жидкого топ­лива — при α = 1,15…1,25.

Таким образом, если требуется получить наибольшую ско­рость нагрева металла и экономичное сжигание топлива, то в печи нужно иметь максимальную температуру и, следовательно, си­стема автоматического регулирования должна поддерживать коэф­фициент расхода воздуха 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 предотвращения перегрева изделий и кладки и обеспечения равномерного нагрева садки.

Автоматическое регулирование соотношения расходов топлива и воздуха на большинстве печей осуществляется при помощи регуляторов соотношения. Чаще всего ведущим потоком в схеме отопления и автоматического пропорционирования является топ­ливо, расход которого задается регулятором температуры. Регу­лятор соотношения получает информацию о расходах топлива и воздуха и управляет расходом воздуха, который является, таким образом, ведомым потоком. В некоторых случаях приме­няется обратная схема, где ведущим потоком служит воздух, а ведомым – топливо. Расходы газообразного топлива и воздуха измеряются обычно дросселирующими устройствами: диафраг­мами, соплами, трубами Вентури. Расход мазута измеряют рас­ходомерами постоянного перепада или объемными расходомерами.

Поскольку объектом регулирования соотношения является участок трубопровода между датчиком расхода воздуха и регулирующим органом, то запаздывания в системе невелики. Например, при аппроксимации переход­ной характеристики, снятой на нагревательном колодце, кривой первого порядка с чистым запаздыванием параметры имеют сле­дующие значения: чистое запаздывание τ = 0,2…0,3 с, постоян­ная времени Т = 0,6…0,7 с. Удовлетворительное качество регу­лирования соотношения получают обычно при использовании И-регуляторов различных конструкций [15].