Автоматическое регулирование температуры в печи

Автоматическое регулирование температурного режима является, как правило, основной задачей системы автоматики металлургической печи. Температурный режим, уровень температуры в печи определяют 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 т.д.

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.

Для высокотемпературных печей теплообмен между поверхно­стью металла и рабочим пространством печи в целом (факелом, го­рячими газами и кладкой) может быть представлен уравнением:

, (5.1)

где Q_м – тепловой поток, передаваемый металлу; ε_пр – приведенная степень черноты газов, кладки металла; с_о – коэффициент излучения абсолютно черного тела; Т_п – температура печи; Т_м – температура поверхности металла; F_м – площадь поверхности металла.

Температура печи Т_пв выражении (5.1) представляет собой некоторую усредненную характеристику температурного потенциала рабочего пространства и именно она является параметром, определяющим величину теплового потока Q_м передаваемого металлу. Следовательно, для управления нагревом металла необходимо так располагать датчик температуры, чтобы он измерял температуру, возможно более близкую к величине Т_п. Исследования и опыт эксплуатации позволили определить места установок датчиков температуры в существующих агрегатах. При конструировании новых печей этот вопрос должен решаться, исходя из имеющегося опыта, данных расчетов, моделирования и предварительных исследований.

В качестве регуляторов температуры используют самые разнообразные модификации регулирующих устройств: электрические, пневматические, гидравлические; наиболее распространенными из них являются первые.

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.

При регулировании температуры в электрических печах исполнительными органами служат реле, контакторы и устройства трансформаторного и тиристорного типа для плавного изменения мощности.

Металлургическая печь с точки зрения динамических свойств по каналу топливо - температура представляет собой весьма инерционный и нестационарный объект.

Можно выделить два основных способа контроля температуры в печи:

1) термопарой или пирометром, визированным на дно огнеупорного стакана;

2) 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, 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-, 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 системы с коррекцией настроек регулятора при изменении режима работы печи.

Дата добавления: 2015-03-29