Реферат: Сау нагревом возухонагревателя доменной печи

Передача тепла более нагретых газов менее нагретой огнеупорной насадке происходит в основном конвекцией и лишь частично излучением. Поэтому чем выше скорость движения газов, чем больше поверхность их соприкосновения с насадкой и чем больше разность температур газов и насадки, тем интенсивнее протекает передача тепла.

После окончания нагрева насадки воздухонагреватель переводят на нагрев дутья. Для этого специальными клапанами закрывают отверстия 2 и 9, отсоединяя воздухонагреватель от горелки и дымового борова, и через отверстие 1 соединяют поднасадочное пространство с воздухопроводом холодного дутья, а камеру сгорания через отверстие 3 с воздухопроводом горячего дутья. Холодный воздух от воздуходувной машины из поднасадочного пространства устремляется через каналы насадки и движется снизу вверх, отбирая тепло нагретой насадки. Из вертикальных каналов насадки нагретый до высокой температуры воздух выходит в подкупольное пространство, где изменяет направление движения на 180о и через камеру сгорания и отверстие 3 поступает в воздухопровод горячего дутья, который соединён с кольцевым воздухопроводом доменной печи. В первый момент после перевода из режима нагрева в режим дутья энтальпия насадки воздухонагревателя максимальна. Температуры купола и верха насадки тоже максимальны. По мере работы в дутьевом режиме насадка отдаёт тепло воздуху и её температура уменьшается. Когда температура верхних рядов насадки станет равной заданной температуре дутья, следует перевести в режим дутья новый нагретый воздухонагреватель, а остывший перевести в режим нагрева. Перевод воздухонагревателей осуществляется по программе: 1 час в режиме дутья, 2 часа в режиме нагрева. Работу воздухонагревателя в период нагрева насадки принято называть газовым режимом воздухонагревателя, а работу в период нагрева дутья – воздушным режимом воздухонагревателя.

Схема Системы автоматического регулирования.

Воздухонагреватели предназначены для нагрева дутья до температур выше 1300 ˚С. Чтобы обеспечить непрерывный нагрев дутья, доменную печь оснащают тремя или четырьмя воздухонагревателями, представляющие собой регенеративные устройства периодического действия и работающие поочерёдно в режимах аккумуляции тепла насадками регенераторов (режим нагрева) или нагрева дутья (дутьевой режим). Перевод воздухонагревателей из одного режима в другой осуществляется автоматически по программе (1 ч. в режиме дутья, 2 ч. в режиме нагрева) или по показателю, характеризующему остывание нагревателя. Это может быть степень закрытия заслонки, регулирующей подмешивание холодного воздуха к дутью, проходящему через воздухонагреватель. Очевидно, что, если заслонка приближается к полному закрытию, то воздухонагреватель остыл, и температура нагрева дутья в нём близка к минимально допустимому значению. Требуется переключение воздухонагревателя на режим нагрева.

Задачами автоматического управления тепловым режимом воздухонагревателей являются полное и экономичное сжигание топлива, нагрев насадки до заданной температуры с ограничением предельной температуры купола для предотвращения разрушения огнеупоров, автоматическое переключение с режима нагрева на режим дутья и наоборот.

Расход газа на каждый воздухонагреватель II контролируется датчиком 2а в комплекте со вторичным прибором 2б и поддерживается на заданном уровне регулятором расхода 2г с помощью исполнительного механизма 2д с регулирующей заслонкой 2е, установленной на подводе газа к горелке III.

Температура купола стабилизируется системой, состоящей из датчика температуры 1а, вторичного прибора 1б, регулятора 1в и исполнительного механизма 1д, который воздействует на лопатки направляющего аппарата вентилятора IV.

Температура дыма после воздухонагревателя измеряется термоэлектрическим термометром - термопара 4а и вторичный прибор 4б.

Работа системы регулирования нагрева протекает следующим образом. Из схемы автоматического переключения воздухонагревателей поступают сигналы на включение вентилятора и частичное открытие клапана на газопроводе. Если в камере горения вспыхивает факел, то датчик наличия факела 3а даёт разрешение на включение регулятора расхода 2г, который с этого момента начинает поддерживать заданный расход газа. Расход воздуха в этот момент устанавливают с таким расчётом, чтобы коэффициент расхода воздуха был близок к единице. Температура купола начинает возрастать и в некоторый момент времени достигает максимально допустимого значения, установленного задатчиком. С этого момента регулятор 1в начинает увеличивать расход воздуха, открывая лопатки направляющего аппарата вентилятора 1е. При этом температура купола стабилизируется вследствие уменьшения температуры продуктов сгорания, а теплоотдача от газов к насадке воздухонагревателя увеличивается, так как возрастает количество продуктов сгорания и увеличивается скорость их движения по каналам насадки.

По мере прогрева насадки возрастает температура дыма, уходящего из воздухонагревателя. Когда она достигает максимально допустимого значения, заданного задатчиком 4в, корректирующий прибор 4б изменяет задание регулятору расхода газа 2г, не допуская дальнейшего увеличения температуры дыма. Если при этом температура купола несколько снизится, то регулятор температуры 1в сократит расход воздуха и обеспечит повышение температуры купола до заданного значения.

Выбор используемых приборов.

Датчик температуры ТТ 242.

Термоэлектрический датчик ТТ 242 предназначен для измерения температуры газовых потоков в условиях механических и температурных воздействий.

Основные технические характеристики:

Диапазон измерений, ˚С                                                                                                        0    +2000

Сопротивление, Ом                                                                                                                2,6 ± 0,2

Показатель термической инерции, с                                                                                     не более 1,5

Вероятность безотказной работы с вероятностью 0,8                                                        не менее 0,98

Масса, кг                                                                                                                                  не более 0,2

Номинальная статическая характеристика                                                     ВР(А)-1, ВР(А)-2, ВР(А)-3

Условия эксплуатации:

        Воздействие трёх циклов изменения температуры окружающей среды, ˚С            -100  +50

        Температура, ˚С:

              В месте установки датчика, в зоне укладки кабеля и установки

              штепсельного разъёма                                                                                            не более   +200

              погруженной в контролируемую среду части корпуса датчика                        не более +800

       давление рабочей среды в течение 2 с, МПа                                                               0,4

       вибрация в полосе частот 3…20 Гц с ускорением, м/с2                                              24…40

       случайная вибрация в полосе частот  20…2000 Гц со спектральной

        плотностью, м•с-2/Гц                                                                                                     не более   200

ударные ускорения при частоте ударов 30…10 000 Гц, м/с2                                            50…50 000

акустический шум в диапазоне 20…4000 Гц с интенсивностью, дБ                               не более 176

Чувствительным элементом датчика является открытая вольфрам-рениевая термопара с диаметром электродов 0,35 мм. Герметизация датчика и крепление чувствительного элемента в корпусе обеспечивается герметичным выводом из прессматериала ВЭП-1. Кабель датчика состоит из вольфрам-рениевых проводников, изолированных друг от друга и экранированных плетёнкой из нержавеющей стали.

Разработчик: НПО измерительной техники, г. Королёв.

Датчик температуры ТХК 1087.

Термоэлектрический датчик ТХК 1087 предназначен для измерения температуры азотоводородной смеси и газов после сгорания природного газа (H2, N2, CO, O2, H2O, CH4), газообразного и жидкого аммиака, природного газа, конвертированного газа, моноэтанолоаминеового раствора с примесями сероводорода (H2S) и сернистого анигирида (SO2) в допустимых пределах по ГОСТ 12.1.005-76. До 4 ч допускается эксплуатация датчиков при концентрации H2S до 100 мг/м3.

Датчики выпускаются в четырёх конструктивных вариантах. Всего существует 71 заводской вариант исполнения датчика ТХК 1087. Заводские варианты исполнения различаются конструкцией, схемой электрических соединений, материалом защитной арматуры и длиной монтажной части.

Основные технические характеристики:

Диапазон измерения, ˚С                                                                                          0…+600

Показатель термической инерции, с                                                                     20

Масса, кг                                                                                                                  1,22

Номинальная статическая характеристика                                                          XK(L)

Давление рабочей среды, МПа                                                                              16

Защищённость от воздействия окружающей среды  со стороны выводов        IP55

Виброустойчивость - исполнение N4  по ГОСТ 12997-84

Вид взрывозащиты - взрывонепроницаемая оболочка по ГОСТ 22782.6-81

Маркировка по взрывозащите 2ExdIICT6.

Материал защитной арматуры - сталь 12X18H10T

Изготовитель: Луцкий приборостроительный завод ПО Электротермия, г. Луцк, Украина.

В качестве элемента 3а выберем фотосигнализатор пламени.

Входной сигнал - низкочастотная пульсация света с длиной волны от1 до 3 мкм в диапазоне 6-12 Гц.  Выходной сигнал - замыкание контактов реле контроля пламени.

ТУ 311.00225549.084-92.

ФСП 1.1  42.1878.

Изготовитель: Московский завод тепловой автоматики.

Турбинный расходомер состоит из 3-х основных элементов: турбинный первичный преобразователь расхода 3, вторичный преобразователь частоты вращения 4, регистрирующей измерительной системы 1, 2 - подшипник.  

Турбинные приборы в качестве первичного преобразователя имеют как правило аксиальные трубки, оси которых совпадают с осью трубопровода, на имеют механической связи с каким-либо измерительным или счётным устройством, за счёт этого снижается погрешность измерения.

В качестве элемента 2а выберем расходомер фирмы Singer, модель 12 GT; эта модель имеет рабочее давление 10 МПа, расход 4250-415000 м3/ч, погрешность ±1.    

Выбор регулятора

Исходными данными к расчёту регулятора являются статические и динамические параметры объекта, то есть коэффициент объекта Коб, чистое запаздывание  и постоянная времени . Тип регулятора выбирают исходя из следующих рекомендаций:

-      релейный

-      непрерывный

      -    непрерывный

В нашем случае: τоб=10мин, Tоб= 1 час. Исходя из приведённых выше рекомендаций выбираем релейный регулятор.

                                   U

                                  1

                                  0                                                                                                            t, оС

                                                                                            1400о С         1500о С

Рис. 4. Релейная характеристика регулятора 1в.

Вид релейной характеристики (рис. 4) обусловлен принципом работы САР нагрева купола в режиме нагрева воздухонагревателя. При сгорании газо-воздушной смеси происходит нагрев купола (нижняя ветвь характеристики); когда его температура достигает значения 1500 оС (максимальная температура нагрева купола воздухонагревателя составляет 1550 оС) регулятор подаёт сигнал на включение вентилятора, который увеличивает подачу воздуха (в результате снижается температура продуктов сгорания, а теплопередача от газов к насадке воздухонагревателя увеличивается, так как возрастает их количество и скорость движения по каналам насадки) и температура купола начинает снижаться. Когда снижение температуры достигает значения в 1400о С, регулятор посылает сигнал на выключение вентилятора. В результате этого температура купола снова начинает увеличиваться, так как избытка воздуха уже нет (увеличивается температура продуктов сгорания, а теплопередача от газов к насадке воздухонагревателя уменьшается).

Аналогично поступаем и с регулятором 2г. Его характеристика имеет такой же вид, как у 3-х позиционного реле.

Регулятор выдаёт сигнал однооборотному запорному механизму на закрытие заслонки газопровода при увеличении температуры отработанного газа свыше 400 оС, т. е. когда насадка воздухонагревателя нагрелась. При температуре газа ниже 200 оС регулятор выдаёт сигнал на открытие заслонки - происходит процесс нагрева насадки. Регулятор при регулировании расхода газа должен работать согласно с системой переключения режимов работы воздухонагревателя.

В качестве регулятора выберем программируемый контроллер SIMATIC S7-200, CPU 222  Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 предназначены для построения систем автоматического управления и регулирования, как отдельных машин, так и отдельных частей производственного процесса.

Контроллеры находят применение для управления:

1)       прессами;

2)       смесителями пластификатора и цемента;

3)       насосными и вентиляторами;

4)       деревообрабатывающим оборудованием;

5)       воротами и дверями;

6)       гидравлическими подъемниками;

7)       конвейерами;

8)       оборудованием пищевой промышленности;

9)       лабораторным оборудованием;

10)     обменом данными через модем;

11)     электротехническим оборудованием и аппаратурой;

На их основе могут создаваться эффективные управляющие устройства, отличающиеся относительно невысокой стоимостью SIMATIC S7-200 позволяют решать широкий спектр задач управления. От замены простых релейно-контактных схем до построения автономных систем управления или создания интеллектуальных устройств систем распределенного ввода-вывода. Программируемые контроллеры S7-200 находят применение там, где основным требованием к системе управления является ее низкая стоимость. Их основные достоинства:

1)           Программируемые контроллеры, отличающиеся максимумом эффективности при минимуме затрат.

2)           Простота монтажа, программирования и обслуживания.

3)           Решение как  простых, так и комплексных задач автоматизации.

4)           Возможность применения в виде автономных систем или в качестве интеллектуальных ведомых устройств систем распределенного ввода-вывода.

5)           Возможность использования в сферах, где применение контроллеров раньше считалось экономически нецелесообразным.

6)           Работа в реальном масштабе времени и мощные коммуникационные возможности (PPI, PROFIBUS-DP, AS интерфейс).

7)           Компактные размеры, возможность установки в ограниченных объемах

Основные характеристики S7-200:

1). Простота освоения, подкрепляемая наличием специальных стартовых пакетов и технической документации.

2). Простота использования: интуитивно понятный мощный набор инструкций,   дружественное программное обеспечение.

3). Работа в реальном масштабе времени.

4). Мощные коммуникационные возможности: работа в сетях PROFIBUS-DP и AS интерфейсе, связь по PPI и MPI, использование свободно программируемых протоколов.

Семейство SIMATIC S7-200 включает в свой состав:

1)    4 типа центральных процессоров различной производительности;

2)    15 типов модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов;

3)    2 коммуникационных процессора для подключения к сетям PROFIBUS и AS-Interface.

Механические характеристики

1)    Компактный пластиковый корпус.

2)    Простой вариант подключения внешних соединений. Защита всех токоведущих частей пластиковыми крышками.

В качестве центрального процессора контроллера выберем CPU 222 - компактный программируемый процессор с 14 встроенными дискретными входами - выходами и возможностью подключения до 2 модулей расширения.

Технические данные программируемого контроллера SIMATIC S7-200, CPU 222 приведены в приложении I. Модификации процессора  CPU 222  приведены в таблице 1.

Таблица 1

Для построения систем человеко-машинного интерфейса программируемых контроллеров S7-200 воспользуемся текстовым дисплеем TD 200.

Текстовый дисплей TD 200 является наиболее удобным средством для создания интерфейса оператора с программируемым контроллером SIMATIC S7-200. Дисплей соединяется с контроллером соединительным кабелем, входящим в его комплект поставки, по PPI интерфейсу и не требует использования дополнительного источника питания. TD 200 может быть использован для решения следующих задач: а) отображение сообщений; б) изменение параметров настройки программы; в) ручной запуск и остановка машин и механизмов. Он обладает следующими достоинствами:

Страницы: 1, 2, 3, 4