Автоматическое регулирование температуры в печи
Автоматическое регулирование температурного режима является, как правило, основной задачей системы автоматики металлургической печи. Температурный режим, уровень температуры в печи определяет теплопередачу к металлу и, следовательно, скорость его нагрева, распределение температуры в массе металла, интенсивность окалинообразования, износ кладки печи и другие важнейшие параметры, характеризующие процесс тепловой обработки материала и работу самого агрегата.
Температура в печи определяется интенсивностью подвода и сжигания топлива и в этом смысле она является регулируемым параметром. Однако температура в печи может рассматриваться и как регулирующее воздействие по отношению, например, к температуре металла или температуре кладки.
Узлы регулирования обеспечивают поддержание заданной температуры в рабочем пространстве нагревательных колодцев, методических, колпаковых, башенных и других печей; они стабилизируют температуру в камере зажигания агломерационной машины и температуру дутья, подаваемого в доменную печь и др.
Качественное регулирование температуры в рабочем пространстве печи предполагает выбор представительной точки контроля, правильную установку датчика температуры, правильный выбор типа регулятора и соответствующую настройку его, правильный выбор регулирующего органа.
Датчиками температуры чаще всего являются термопары или пирометры, пределы измерений которых соответствуют значениям контролируемых температур. Термопару или пирометр устанавливают в своде или стене печи в специальной арматуре; пирометр визируют на дно огнеупорного стакана. Термопара или огнеупорный стакан пирометра, погруженные в рабочее пространство печи, в результате теплообмена с факелом, горячими газами и нагретыми поверхностями кладки и металла приобретают температуру, соответствующую некоторой средней температуре в рабочем пространстве или в данной зоне рабочего пространства печи.
Тип исполнительного механизма зависит от типа выбранного регулятора (электрический, пневматический, гидравлический) и вида регулирующего органа.
В пламенных печах регулирующими органами, изменяющими расход газообразного или жидкого топлива, обычно являются поворотные заслонки и регулировочные клапаны различных конструкций.
Металлургическая печь с точки зрения динамических свойств по каналу топливо–температура представляет собой весьма инерционный и нестационарный объект.
В определенном режиме работы печи передаточная функция по этому каналу может быть, как правило, представлена выражением вида
.
Таким образом, металлургическая печь аппроксимируется последовательно соединенными апериодическим звеном и звеном чистого запаздывания.
Динамические характеристики объекта регулирования зависят от способа измерения температуры. Можно выделить два основных способа контроля температуры в печи:
1) термопарой или радиационным пирометром, визированным на дно огнеупорного стакана;
2) радиационным пирометром, визированным непосредственно на факел или через факел на стенку печи или металл.
Выбор того или иного способа измерения температуры определяется теплотехническими, метрологическими и конструктивными требованиями.
Чистые запаздывания и постоянные времени в контурах регулирования температуры различных печей могут достигать нескольких минут. Большая инерционность связана с тепловой инерцией как самих печей, так и датчиков температуры, имеющих, как правило, достаточно массивные огнеупорные защитные чехлы.
Количественные характеристики переходных кривых существенно зависят от режима работы печи. Для печей непрерывного действия (методических, проходных, протяжных) статические и динамические характеристики меняются с изменением производительности, т.е. при возмущениях по нагрузке. В печах периодического действия статические и динамические свойства контура регулирования температуры сильно меняются со временем внутри цикла нагрева. В начале нагрева, когда металл и кладка печи имеют сравнительно низкую температуру, их аккумулирующая способность по теплу велика и коэффициент передачи объекта значителен. По мере прогрева металла и кладки их способность поглощать тепло уменьшается и коэффициент передачи объекта падает, так, например, для нагревательных колодцев в начале периода выдержки коэффициент передачи по каналу температура в ячейке–расход топлива составляет 70, а в конце периода 15 град/тыс.м3 газа в час.
Нестационарность статических и динамических характеристик печей в контуре регулирования температуры требует особого внимания при выборе и настройке регуляторов. В этих контурах применяют регуляторы непрерывного действия, работающие по П, ПИ и ПИД-законам регулирования, а также релейные (двух- и трехпозиционные) и импульсные регуляторы. Хорошее качество регулирования обеспечивается обычно применением регуляторов, работающих по ПИ-закону регулирования, с настройкой степени неравномерности и времени удвоения регулятора по кривой разгона, характерной для преимущественного режима работы печи. Однако в каждом конкретном случае закон регулирования необходимо определять по индивидуальным показателям объекта. Улучшенными динамическими свойствами обладают адаптивные системы с коррекцией настроек регулятора при изменении режима работы печи [2,15].
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].
Дата добавления: 2016-01-26; просмотров: 7789;