Автоматическое регулирование

Для управления печью в условиях изменяющейся производительности и различных возмущающих воздействий секционные печи оборудованы следующими узлами автоматического регулирования (см. Рисунок 8.1): температуры в зоне 2; соотношения расходов газа и воздуха на зону печи 5; давления в зоне 4; температуры дыма перед эксгаустером (защита эксгаустера) 8.

Каждая секция печи фактически представляет собой отдельную печь в миниатюре с индивидуальными горелками и отводом продуктов сгорания. Поэтому наиболее рациональной системой регулирования режима в печи является схема, включающая регулирование температуры, давления и соотношения воздух - топливо на каждую секцию печи. Современные печи скоростного нагрева включают от 24 (нагрев труб перед термообработкой) до 56 секций (нагрев заготовок перед прокаткой), поэтому установка приборов на каждую секцию вызывает значительное увеличение стоимости печи. Для уменьшения количества необходимых приборов и аппаратуры секции печи группируют по зонам с самостоятельным управлением каждой из них. Необходимо правильно определить число секций в каждой зоне.

При регулировании температуры зоны измерение осуществляется датчиком температуры, установленным в одной из средних секций. При работе печи с переменной производительностью, а следовательно, и с переменной тепловой нагрузкой получить одинаковую температуру во всех секциях зоны при таком регулировании практически невозможно. При одинаковых расходах топлива и воздуха на каждую секцию при холостом ходе печи температуры во всех секциях зоны будут одинаковы и равны температуре средней секции. При нагреве металла, движущегося через зону, температуры во всех секциях, кроме средней, по которой ведется регулирование, изменяются: в первых по ходу металла станут меньше заданной: холодный металл интенсивно отбирает тепло на нагрев, а в секциях за средней - выше заданной: нагретый металл отбирает меньше тепла. При увеличении тепловой нагрузки и числа секций в одной зоне разница температур между ними увеличивалась. По технологическим условиям эта разность не должна превышать 30—40 °С; так, при задании 1500 °С превышение температуры ведет к оплавлению окалины или кладки печи, понижение температуры уменьшает интенсивность теплопередачи, увеличивает продолжительность нагрева и уменьшает производительность печи.

Эксперименты, проведенные на промышленных секционных печах, отапливаемых газом, позволяют дать следующие рекомендации по числу секций, объединяемых в одну зону регулирования: до восьми секций при изменении тепловой нагрузки в полтора-два раза, до че­тырех секций при изменении нагрузки в три раза, до двух секций при изменении в три-четыре раза. При таком разбиении печи зональное регулирование температуры обеспечит допустимый перепад температур между секциями внутри одной зоны.

Регулирование температуры в зоне ведется по пирометру, установленному в центральной секции зоны (узел 2). Сигнал с пирометра подается на самопишущий потенциометр, реостатный датчик которого включен в измерительную схему регулятора температуры. При отклонении температуры от заданной регулятор изменяет положение регулирующей заслонки на подводе газа к зоне. В зонах нагрева устанавливают П-регуляторы, а в последних зонах, где происходит выравнивание температуры заготовки по сечению и тепловая нагруз­ка практически не изменяется, можно применять ПИ- или ПИД-закон регулирования.

В работе термических секционных печей часто возникают возму­щения, связанные с перерывами в загрузке изделий. Во время перерыва печь работает на холостом ходу, в момент начала загрузки холодный металл резко понижает температуру секций. Регуляторы температур, имеющие настройки для обеспечения качественного регулирования при номинальной производительности, ликвидируют это глубокое возмущение лишь через 8—15 мин. Поэтому заготовки, проходящие через печь в это время, не успевают нагреться до заданной температуры и бракуются.

После прохождения последней заготовки данной партии (пакета) температура в зонах печи, работавшей перед этим с высокими тепловыми нагрузками, начинает повышаться, что может привести к оплавлению кладки и окалины.

В некоторых схемах управления температурным режимом печи используется автоматическое изменение заданий зональным регулятором в соответствии с температурой заготовок на выходе из печи (коррекция по производительности).

Регулирование соотношения расходов газа и воздуха 3 в зонах нагрева секционных печей, производительность которых изменяется в большом диапазоне, осуществляется с помощью И-регулятора, на вход которого подаются выходные сигналы расходомеров газа и воздуха. При изменении расхода газа, вызванном действием зонального регулятора температуры, регулятор соотношения с помощью исполнительного механизма перемещает регулирующий орган, устанавливая расход воздуха на зону в соответствии с расходом газа и заданным коэффициентом расхода воздуха α.

В зонах выдержки и в печах с мало изменяющейся производительностью для регулирования соотношения можно применять способ "спаренных дросселей": с исполнительным механизмом регулятора температуры каждой зоны с помощью рычагов и тяги механически связаны регулирующие органы в газо- и воздухопроводе данной зоны. Оба регулирующих органа, имеющие подобные расходные характе­ристики, одновременно изменяют свое положение в соответствии с сигналом регулятора температуры. При значительных изменениях расходов топлива на зону получить качественное сжигание топлива (экономичность, максимальная температура горения) практически невозможно из-за трудностей в подгонке расходных характеристик дросселей.

Система регулирования давления обеспечивает заданное распределение давлений в рабочем пространстве печи. В секциях зоны выдержки недопустимы подсосы холодного воздуха через окно выдачи, которые приводят к значительному недогреву заготовки и потерям металла с окалиной. Регулятор этой зоны обеспечивает небольшое положительное давление: 1-3,0 Па. Такой же уровень поддерживается в первой зоне, чтобы исключить большие тепловые потери с газами, выбивающимися через окно загрузки. В остальной части печи поддерживается более высокое давление: 10—12 Па, что обеспечивает более интенсивный нагрев металла.

Система регулирования давления в каждой зоне 4 включает дифманометр-датчик давления, вторичный прибор и регулятор, управляющий исполнительным механизмом, соединенным с регулирующим шибером; установленным на отводе дыма из зоны в трубу или к эксгаустеру, создающим тягу в печи.

Отбор давления в первой и последней зонах осуществляется в своде глухого тамбура печи, расположенного соответственно между двумя первыми и двумя последними секциями печи. В остальных зонах отбор давления производится в центральной части зоны, через отверстие в своде соответствующего тамбура.

Защита дымососов от перегрева осуществляется по импульсу термометра ТХА, установленного в дымопроводе перед ним, в том случае, когда температура дыма превысит заданное значение. Потенциометр осуществляет позиционное управление исполнительным механизмом, открывающим доступ холодного воздуха в дымопровод, для разбавления продуктов сгорания и снижения их температуры (узел 8).

Для обеспечения более экономичной работы предусматривается система защиты металлических рекуператоров, которые достаточно часто выходят из строя, так как секционные печи характеризуются очень высокими рабочими температурами и наличием тепловых ударов в моменты резкого изменения производительности и перехода к режиму холостого хода. Кроме этого, вследствие различия температур в секциях одной зоны режим работы рекуператоров и темпера­туры подогрева воздуха в них различны, что в свою очередь приводит к увеличению температурного перекоса в зоне.

Система регулирования температуры рекуператоров включает хромель-алюмелевый термометр, измеряющий температуру первой секции каждого рекуператора. Сигналы поступают на многоточечный самопишущий и регулирующий потенциометр. Двухпозиционный регулятор потенциометра управляет исполнительным механизмом при поворотных, шиберах, установленных в дымоходах после рекуператоров. Изменение положения шиберов меняет перераспределение дыма между рекуператорами соседних секций. Рабочие пределы угла поворота шиберов задаются при наладке узла регулирования и устанавливаются конечными выключателями исполнительного механизма.

На ряде печей для защиты рекуператора от перегрева предусматривают пропуск части продуктов сгорания мимо рекуператора или охлаждение их водой либо воздухом. В этих случаях исполнительный механизм регулятора температуры управляет регулирующим органом, изменяющим расход дыма через байпас или расход охладителя.

Система автоматического управления секционной печью включает также схему сигнализации падения давления газа и воздуха (световая и звуковая). Отсечка газа при падении давления воздуха и газа осуществляется с помощью предохранительного клапана ПКН; подача воздуха при падении давления газа прекращается путем выключения питания электродвигателя воздуходувки.

Дата добавления: 2015-03-29