Автоматическое регулирование давления в печи

Схема регулирования расходов топливо-воздух с применением обратной связи по химическому составу продуктов сгорания

Возможность контроля коэффициента расхода воздуха по составу продуктов сгорания используется, как уже упоминалось, для коррекции задания регуляторам соотношения топливо - воздух. Отличие этой схемы регулирования соотношения расходов топливо-воздух заключается в использования датчика на кислород - QE и блока выработки корректирующего сигнала QY.

Рисунок 5.4 – Система регулирования соотношения расходов топливо-воздух с применением обратной связи по химическому составу продуктов сгорания.

Рассмотрим случай полного сгорания топлива. Поскольку при полном сгорании топлива существует однозначная связь между коэффициентом расхода воздуха и содержанием кислорода в продуктах сгорания, то в этом случае в блоке QY предусматривают задатчик процентного содержания кислорода и происходит непрерывное сравнение текущего значения содержания кислорода с заданным. При появлении отклонения текущего значения от заданного вырабатывается корректирующий сигнал, изменяющий задание на регуляторе соотношения. Закон формирования корректирующего сигнала как всякого управляющего воздействия определяют на основе изучения статических и динамических характеристик контура регулирования. При неполном сгорании топлива блок QY осуществляет автоматический непрерывный расчет величины коэффициента расхода воздуха и имеет задатчик величины α. Отношение текущего значения а от заданного сопровождается появлением корректирующего сигнала. Задаваемые значения содержания кислорода или коэффициента α, соответствующие наилучшим условиям сжигания топлива, зависят от конструкции и режима работы агрегата и определяются предварительными технологическими испытаниями.

Система в целом работает следующим образом. Возмущения, связанные с изменениями расхода топлива, компенсируются регулятором соотношения FFC. Если же, например, из-за прогара рекуператора увеличатся потери воздуха в дымовой тракт, то это вызовет уменьшение фактического расхода воздуха, подаваемого к горелкам, и отклонение содержания кислорода в продуктах сгорания от заданного значения. Корректирующий блок QY подаст команду на увеличение задания регулятору FFCдля того, чтобы скомпенсировать потерb воздуха в рекуператоре. Аналогично система сработает и при других возмущениях, связанных с отклонениями фактического коэффициента расхода воздуха от заданного. При таком построении система регулирования является двухконтурной, так как включает в себя контур регулирования соотношения и корректирующий контур. В принципе задачу стабилизации содержания кислорода в продуктах сгорания или коэффициента расхода воздуха можно было бы решить, используя одноконтурную систему регулирования, которая состояла бы из датчика-газоанализатора, регулятора воздуха и исполнительного механизма при воздушном клапане. При отклонении условий сжиганий топлива от заданных регулятор соответствующим образом управлял бы расходом воздуха. В такой системе отсутствовал бы регулятор соотношения. Однако таким образом системы пропорционирования не выполняют, так как они обладали бы плохими динамическими качествами из-за больших запаздываний по тракту печи и особенно в системе газового анализа. Большие запаздывания в получении информации об условиях сжигания топлива неизбежно привели бы к плохому качеству регулирования при компенсации резких возмущений, связанных с изменениями расхода топлива. Двухконтурная система лишена этого недостатка, так как контур регулирования соотношения получает информацию об истинном расходе топлива от расходомера с небольшим запаздыванием и регулятор соотношения быстро компенсирует отклонения в пропорционировании воздуха, вызванные колебаниями в расходе топлива. Корректирующий контур компенсирует все другие возмущения, которые вызывают ошибки в пропорционировании и о которых упоминалось ранее. Таким образом, двухконтурная система регулирования соотношения топливо - воздух сохраняет хорошие динамические свойства и обеспечивает качественное пропорционирование воздуха.

Режим давления в рабочем пространстве печи во многом опре­деляет качество нагрева металла и экономичность работы агрегата. Системами регулирования давления оснащают как негерметичные пламенные печи, так и герметичные печи для термообработки металла.

Излишне высокое давление в пламенной печи приводит к тому, что через неплотности в кладке, загрузочных окнах и гляделки из рабочего пространства в окружающую среду выбиваются продукты сгорания, несгоревший газ и воздух, унося тепло, вызывая ускоренный износ внешних конструкций печи, затрудняя визуальный контроль и обслуживание агрегата и загрязняя атмосферу цеха. Если в рабочем пространстве создается разрежение, то через неплотности засасывается холодный атмосферный воздух, понижая температуру в печи, неравномерно охлаждая кладку, металл и вызывая дополнительное окалинообразование на последнем. Таким образом, как завышение, так и занижение давления приводит к перерасходу топлива и ухудшению работы агрегата.

Наиболее рациональным для негерметичных пламенных печей является такой режим, при котором на уровне пода поддерживается нулевое давление, а следовательно, подсосы холодного воздуха отсутствуют и наблюдается лишь слабое выбивание газов в связи с ростом геометрического напора по высоте рабочего пространства. Для мартеновских печей, имеющих подину ванннобразной формы, это означает, что нулевое давление должно поддерживаться на уровне порогов завалочных окон.

В термических печах с защитными и специальными атмосферами, в которых происходит безокислительная и термохимическая обработка металла, давление должно поддерживаться таким, чтобы свести к минимуму потери через затворы и уплотнения заполняющих печь специальных газов и исключить подсосы окружающего воздуха, которые могут исказить атмосферу внутри печи и повлиять на качество обработки изделий.

Отбор импульса давления обычно осуществляется из пространства под сводом печи. При этом следует учитывать, что в печах периодического действия из-за изменения температуры газов в течение цикла нагрева изменяется величина геометрического напора, обусловленного разностью плотностей высокотемпературного газа в печи и холодного окружающего воздуха. Численно геометрический напор определяется выражением:

, (5.4)

где Н - высота печи; , - плотность воздуха и печных газов при нормальных условиях; , - температуры воздуха и печных газов; α - температурный коэффициент расширения газов, равный 1/273.

Из выражения 5.4 видно, что чем выше печь и чем больше колебания температуры печных газов, тем значительнее колебания давления под сводом при его неизменном значении на уровне пода.

Для того чтобы исключить этот эффект, в таких печах предпочтительнее отбирать импульс давления на уровне пода. Однако следует учитывать, что при расположении отборного устройства внизу печи может иметь место динамическое воздействие струй горелочных газов на место отбора и искажение величины статического давления. Динамическое воздействие газов должно исключаться при выборе места расположения отборного устройства. Конструкция отборного устройства и его расположение должны также исключать занос и засорение импульсной трубки, вероятность которых значительно больше при установке трубки на уровне пода.

Абсолютные величины давлений в рабочих пространствах пламенных печей невелики и составляют в среднем 40-100 Па. При измерении таких небольших. давлений вдоль импульсной линии, идущей из рабочего пространства к дифманометру, прокладывается компенсационная линия, начинающаяся от свода или стен печи. Компенсационная линия служит для устранения ошибок измерения давления в печи, связанных с возникновением геометрического напора в импульсном трубопроводе из-за возможного его нагрева на некоторых участках трассы и соизмеримого по своей величине с измеряемым давлением. Импульсная и компенсационная линии подключаются к различным камерам дифманометра, и влияния геометрических напоров, возникающих по трассе, взаимно уничтожаются. Динамические свойства печей по каналу регулирования давления существенно отличаются от динамических свойств по каналу регулирования температуры.

Дата добавления: 2015-03-29