Глава 11 Автоматизация основных параметров нагревательных печей

11.1 Регулирование температуры теплового агрегата

Металлы и сплавы перед обработкой давлением нагреваются до определенной температуры для повышения их пластичности и уменьшения сопротивления деформации. Нагрев заготовок в прокатных цехах металлургических предприятий осуществляется в основном в методических пламенных печах. Система управления и регулирования режимом нагрева заготовок оказывает существенное влияние в конечном итоге на качество проката. Автоматическое регулирование в нагревательных печах можно проводить путем частичной или полной автоматизации управления тепловыми процессами. Наиболее распространенными в системах автоматизации печей являются узлы регулирования температуры, горения топлива, т.е. соотношения топливо - воздух; давления в печи, расхода и давления газа. Автоматическое регулирование температурного режима, как правило, является основной задачей системы автоматики нагревательных печей. В качестве регуляторов температуры используются самые разнообразные модификации регулирующих устройств: электрические (наиболее распространенные), пневматические, гидравлические и др. Принципиальная схема регулирования температуры в рабочем пространстве пламенной печи приведена на рис.57

Рис.57 – Принципиальная схема регулирования температуры в печи

Температура в печи измеряется термопарой или пирометром 1 в комплекте с автоматическим показывающем и регистрирующим потенциометром 9. В потенциометре предусмотрен задатчик ЗД, при помощи которого формируется электрический сигнал соответствующей фазы при отклонении температуры от задания в ту или иную сторону. Этот сигнал небаланса поступает на вход электрического регулятора непрерывного действия 8. Регулятор управляет исполнительным механизмом 4, который перемещает регулирующий орган (заслонку) 2, установленный на подводе топлива в печь. При отклонении температуры выше задания регулятор через исполнительный механизм и регулирующий орган уменьшает расход топлива, а при отклонении температуры вниз от задания - увеличивает. От вида и размеров регулирующего органа зависит крутящий момент, который должен развивать исполнительный механизм. Применение исполнительных механизмов повышенной мощности требует введения в схему регулирования блока усиления 3. Для контроля положения вала исполнительного механизма и, следовательно, положения регулирующего органа, служит дистанционный указатель положения 7. Сигнальный контакт СК потенциометра и лампа 10 сигнализируют о разрыве цепи термопары. Для перехода от ручного управления исполнительным механизмом к автоматическому и обратно для дистанционного ручного управления служат универсальные ключи 5 и 6.

11.2 Автоматическое регулирование соотношения топливо - воздух

Автоматическое регулирование соотношения расходов топлива и воздуха, подаваемых в печь, обеспечивает необходимые условия сжигания топлива. Эти условия могут быть различны для печей того или иного назначения, но в целом их можно сформулировать следующим образом:
** топливо должно сжигаться экономично;
** сжигание топлива должно быть организовано так, чтобы в печи сохранились наилучшие условия теплообмена факела с металлом и футеровкой;
** сжигание топлива должно быть организовано так, чтобы в печи поддерживалась газовая атмосфера определенного состава.
В зависимости от типа печи перед системой автоматического регулирования ставится задача выполнения одного из перечисленных требований или определенной их совокупности. Численно соотношение топливо - воздух определяется коэффициентом расхода воздуха. Схема узла автоматической стабилизации значения α с применением электрической аппаратуры показана на рис.58.

Рис.58 – Схема регулирования соотношения топливо-воздух

Расходы топлива (газа) измеряются диафрагмами 1 и 2, перепады давлений с которых поступают на дифманометры 11 и 13. С выходных электрических дифманометров сигналы подаются на вторичные показывающие и регистрирующие приборы 10 и 12 и на электрический регулятор 9. Задание на регулирование устанавливается дистанционным задатчиком 8. С выхода регулятора управляющий сигнал через управляющие ключи 6 и 7 поступает на исполнительный механизм 4, вал которого соединен с валом регулирующего клапана 3 на воздуховоде. Значение α определяется соотношением величин сигналов, поступающих на регулятор с выходных электрических датчиков дифманометров – расходомеров. При отклонении этого соотношения от заданного соотношения расходов газа и воздуха, регулятор через исполнительный механизм и регулирующий орган выполняет соответствующие изменения расхода воздуха. С помощью универсальных ключей 6 и 7 осуществляется переход с управления вручную на автоматическое и дистанционное ручное управление исполнительным механизмом. В систему также включен дистанционный указатель 5 положения вала исполнительного механизма и регулирующего органа. В рассмотренной схеме топливо является ведущим потоком, а воздух ведомым. Расход топлива не зависит от функционирования системы регулирования соотношения, регулятор может изменять лишь расход воздуха. Помимо таких простых схем построения регулирования. в системах автоматики печей встречаются и обратные, т.е. схемы, в которых ведущим потоком является воздух, а ведомым регулируемое топливо.

11.3 Автоматическое регулирование давления в печи

Режим давления в рабочем пространстве печи во многом определяет качество нагрева и экономичность работы теплового агрегата. Системами регулирования давления должны быть оснащены как негерметичные, так и герметичные печи для термической обработки прокатной продукции. Наиболее распространенным для негерметичных пламенных печей является такой режим, при котором на уровне пода поддерживается нулевое давление и наблюдается сбое выбивание газов в связи с ростом геометрического напора на высоте рабочего пространства. Для мартеновских печей, у которых подина волнообразной формы, нулевое давление должно поддерживаться на уровне порогов завалочных окон. В термических печах с защитными специальными атмосферами, в которых происходит безокислительная и термохимическая обработка металла, давление должно поддерживаться таким, чтобы свести к минимуму потери через затворы и уплотнения газов, заполняющих печь, и исключить подсос воздуха. Абсолютные значения давления невелики и составляют в среднем 40-100н/м² или 4-10 мм в.ст. Продукты сгорания из рабочего пространства печи 22 (рис.59) через рекуператор 21 и дымопроводы удаляются при помощи разрежения, создаваемого эксгаустером (вентилятором-дымососом) 7 или дымовой трубой 8.

Рис.59 – Схема регулирования давления в тепловом агрегате

При нормальной работе агрегата продукты сгорания транспортируются через котел-утилизатор 3 при закрытом дымовом клапане 10. При остановке котла-дымососа на ремонт и чистку продукты сгорания удаляются при закрытом клапане 4. Перемещение клапана осуществляется электроприводом 2 с дистанционным управлением из помещений автоматики оператора. Измерение давления в печи осуществляется отборным устройством 1 через свод печи. Импульсная и компенсационная линии подведен к дифманометру 20, сигналы с электрических датчиков которого поступают на регистрирующий прибор 19 и электрический регулятор 17 с задатчиком 18. Управляющий сигнал регулятора через ключи 13 и 14, служащие для перевода системы с управления вручную на автоматическое и обратно, блок управления 12 и ключ 11 подается к исполнительным механизмам 9 и 5 приводов регулирующих органов (при работе эксгаустера регулирующим органом являются жалюзи 6, а при отключенном котле-утилизаторе - дымовой шибер 10). Ключ 11 служит для подключения регулятора к приводу 9 или 5 в зависимости от режима работы агрегата. У дымопроводов промышленных печей предусмотрены большие проходные сечения и в них установлены регулирующие органы, требующие значительных перестановочных усилий. Поэтому в электрических схемах регулирования применяются достаточно мощные исполнительные механизмы, комплектуемые усилителями командных сигналов 12. Положение шибера 9 и жалюзей 5 контролируется при помощи дистанционных указателей 15 и 16, расположенных на щите автоматики печи. При отклонении давления в печи от заданного уровня или при изменении задания вручную задатчиком 18 на вход регулятора 17 подается сигнал небаланса. Регулятор формирует управляющее воздействие, которое через исполнительные механизмы 9 или 5 перемещает регулирующие органы 6 или 10, изменяя тем самым разрежение в дымоходе и, следовательно, давление в печи, устраняя возникшее отклонение.

Контрольные вопросы

1.Объясните цель регулирования подачи топлива в тепловых агрегатах.

2. Для чего необходимо регулирование в тепловых агрегатах соотношения топливо –воздух?

3. Объясните цель регулирования давления в печах.

4. Для чего необходимо в некоторых тепловых агрегатах регулирование температуры по заданной программе?

Вернуться к началу главы

Вернуться к началу учебника