Регулирование температуры горячего дутья.

Задачей управления является поддержание оптимального для дан­ных условий распределения газов по сечению шахты. Структурная схе­ма системы управления газодинамическим режимом доменной печи показана на рисунке 5.2.3. УВМ-III получает информацию о распределении двуокиси углерода (или температуры) по диаметру колошника, опре­деленного специальным зондом 1, периодически вводимым в печь, и о распределении температур по окружности колошника и в газоотводах 2, а также данные о распределении дутья и природного газа по фурмам доменной печи (датчики 7 и 6). По этой информации УВМ-III корректи­рует порядок загрузки материала в печь 3, угол поворота вращающего распределителя 4 и уровень засыпки 5. В случае необходимости коррек­тируется также распределение дутья и природного газа по фурмам до­менной печи.

Регулирование влажности горячего дутья.

Влажность атмосферного воздуха зависит от времени года, состояния по­годы и географического положения завода. Влажность воздуха 0% - 0,1 г/м3, 100% - 28 г/м3. Изменение содержания влаги в дутье доменных печей нарушает постоянство условий производства, так как на диссоциацию водяного пара расходуется значительное количество тепла. Расчеты показывают, что изменение влажности дутья на 0,001 кг/м3 вызывает изменение темпе­ратуры в фурменной зоне на 9°С. Кроме того, диссоциация влага на кис­лород и водород изменяет восстановительную способность горновых га­зов и условия горения кокса у фурм. Дли поддержания влажности дутья на уровне максимально возможной влажности атмосферы, т.е. 0,025-0,03 кг/м3, в трубопровод холодного дутья подается пар через клапан на паропроводе.

Рисунок 13.3.1 - Схема регулирования влажности горячего дутья

В качестве привода клапана используют исполнительный механизм ти­па МЭО-10/250-68 (рисунок 13.3.1) (поз. 2ж). Схема обеспечивает автомати­ческое и дистанционное управление клапаном с помощью блока управле­ния 2д типа БУ-21. При включении схемы в автоматический режим регу­лирования клапаном управляют через бесконтактный пускатель 2е типа ПБР-2М от соответствующего канала комплекса автоматического регу­лирования 2в, на вход которого подаются сигналы с преобразователя 2б, встроенного в шкаф датчика влажности 2а, а также с задатчика 2г. Поло­жение клапана фиксируется дистанционным указателем положения 2н типа ДУП-М.

Постоянство температуры дутья способствует ровному высокопроизводительному ходу печи, при этом меньше колеблется температура в горне и стабилизируется химический состав и температура чугуна на выпусках. Колебания температуры дутья допустимы в пределах, обусловленных аккумулирующей способностью печи. На металлургических заводах используются два режима рабо­ты воздухонагревателей: последовательный или попарно-параллельный. Рассмотрим регулирование температуры горячего дутья при последова­тельном режиме работы воздухонагревателей.

Температуру горячего дутья при последовательном режиме работы воздухонагревателей регулируют добавлением к горячему дутью, выхо­дящему из воздухонагревателя, холодного дутья, подаваемого по смеси­тельному трубопроводу через клапаны СК (рисунрок 13.3.2).

Чтобы расширить диапазон регулирования, на смесительном трубопро­воде установлены два регулирующих клапана диаметром 1100 и 600 мм. В качестве привода клапана используются исполнительные механизмы (поз. 1-7) типа МЭО-63/250 (для клапана диаметром 600 мм) и (поз. 1-9) типа МЭО-160/250 (для клапана диаметром 1100 мм). Положение клапанов фиксируется дистанционными указателями положения (поз. 1-10 и 1-11).

Работает схема следующим образом: сигнал от термопары (поз. 1-1), пропорциональный фактическому значению температуры дутья, посту­пает на преобразователь (поз. 1-2) типа Ш-705. Необходимую температуру дутья устанавливают задатчиком (поз. 1-3). Алгебраическая сум­ма этих сигналов подается на вход регулятора (поз. 1-4). При наличии разбаланса на выходе регулятора появляется сигнал, управляющий исполнительными механизмами смесительных клапанов СК.

Рисунок 13.3.2 - Схема регулирования температуры горячего дутья воздухонагревателей

Схема предусматривает возможность автоматического управления каждым клапаном отдельно и дистанционного управления обоими кла­панами. Для выбора режима управления предусмотрен избиратель управ­ления SA. При установке рукоятки переключателя в положение дистан­ционного управления оба клапана управляются ключами SB1 (для ИМ поз. 7-7) и SB2 (для ИМ поз. 1-9). Для включения автоматического управления ключ SA имеет два положения, каждое из которых подклю­чает исполнительный механизм (поз. 1-7 и 1-9). Управление исполни­тельными механизмами осуществляется через пускатели (поз. 1-6 и 1-8) типа ПБР-2М. Для визуального отсчета температуры и записи ее на диаграммную ленту в схеме предусмотрен вторичный прибор (поз 1-3) типа А-550.

Регулирование расхода природного газа по фурмам.

Для распределения природного газа и дутья по сечению шахты печи уста­новлено 36 фурм. Чтобы регулировать поступление природного газа через каждую фурму, на подводе газа к ним установлены дроссельные клапаны, в качестве приводов которых используют исполнительные ме­ханизмы 1ж типа МЭО-4/100.

Клапаны могут работать как в автомати­ческом, так и в дистанционном режиме. Режим работы выбирают ключом SA (рисунок 13.3.3). При включении клапанов в режим автоматического регулирования управление ими осуществляется через пускатели 1е-36е типа ПБР-2М от комплекса 1в регулирования расхода природного газа по фурмам. На вход комплекса подается сигнал рассогласования с задатчиков 1г-36г и первичных преобразователей 1б-36б типа "Сап­фир-22 Д", работающих в комплекте с диафрагмами 1а— 36а, измеряющи­ми расход природного газа на каждую фурму. Кроме того, на вход комп­лекса подаются сигналы, пропорциональные расходу, давлению и темпе­ратуре общего газа на печь.

В дистанционном режиме управление клапанами осуществляется клю­чом SB и кнопками 1д— 36д, которые служат для выбора регулируемой фурмы. О положении каждого клапана можно судить по дистанционно­му указателю положения 1и типа ДУП-М, расположенному на панели главного щита.

Рисунок 13.3.3 - Схема регулирования расхода природного газа по фурмам

Применение природного газа в сочетании с кислородом позволяет получить экономию кокса и в то же время сохранить нормальные газо­динамические условия работы печи. При этом увеличение выхода га­за на единицу массы сгоревшего у фурм кокса, обусловленное подачей в печь природного газа, компенсируется уменьшением выхода газа всле­дствие использования кислорода. Кислород поступает в воздухопровод до воздухонагревателей и поэтому нагревается в них до температуры го­рячего дутья. Природный газ вдувается в печь в холодном виде (t = 20 - 30°С), что приводит к дополнительному охлаждению горна. Кро­ме того, применение природного газа вызывает необходимость повыше­ния температуры горячего дутья. Применение природного газа ограничи­вается максимально возможным нагревом дутья и количеством кисло­рода, которое используется на данной печи.

Автоматическое распределение природного газа осуществляется сис­темой обегающего контроля, которая подключает регулирующий прибор 1в последовательно к датчикам 1б-36б, задатчикам 1г-36г и пускате­лям 1е-36е.

В качестве второго варианта системы регулирования распределения природного газа по фурмам ДП может служить схема, представленная на рисунке 13.3.4.

Рисунок 13.3.4 - Схема регулирования расхода природного газа по фурмам с коррекцией по кислороду: ЛСАР – локальная система автоматического регулирования; ИД – измерительный датчик; БД – блок деления; АР – регулятор; ДП – преобразователь.

Регулирование соотношения "природный газ — холодное дутье" с коррекцией по кислороду

Регулирование соотношения "природный газ - холодное дутье" осуще­ствляется за счет изменения расхода природного газа. Для этого на тру­бопроводе природного газа установлен регулирующий дроссель (поз. 4-9) (рисунок 13.3.5). В качестве привода его используется исполнительный ме­ханизм (поз. 4-8) типа МЭО-25/100. Схема обеспечивает автоматическое и дистанционное управление дросселем. Выбор режима управления осу­ществляется ключом SB1, дистанционное управление - ключом SB2.

Рисунок 13.3.5 - Схема соотношения природный газ - холодное дутье

Основным параметром АСР является расход воздуха (поз. 4-1) и природного газа (поз. 5-1). Измерение расхода воздуха и природного газа осуществляется методом переменного перепада давления. Выход измерительного преобразователя (поз. 5-3) подключен к регулятору соотношения (поз. 4-5). Сигнал от расходомера воздуха (поз. 4-2) поступает на преобразователь (поз. 4—3) и на вторичный регистриру­ющий прибор (поз. 4-4), где он корректируется по давлению (поз. 3-1) и температуре (поз. 2-1). Выход вторичного прибора (поз. 4-4) подк­лючен к регулятору соотношения. Соотношение "газ — воздух" задается задатчиком (поз. 4-6). Регулятор управляет исполнительным механиз­мом через пускатель (поз. 4- 7) типа ПБР-2М. Положение регулирующего клапана контролируется указателем (поз. 4-10).

В схеме предусмотрена возможность введения коррекции по кисло­роду. Для этого в регулятор вводится сигнал рассогласования между действительным значением содержания кислорода в дутье от датчика (поз. 1-1) и заданным значением от задатчика (поз. 1-3). Ключом SBI можно отключить сигнал коррекции.

Автоматическое распределение дутья по фурмам доменной печи.

Автоматическое регулирование распределения горячего дутья по фурмам доменной печи обеспечивает равномерное распределение газового потока в области трехфазного со­стояния материалов. При этом футеровка доменных печей изнашивается более равномерно, что удлиняет продолжи­тельность работы печей от ремонта к ремонту. Кроме того, равномерное распределение газовых потоков по окружно­сти горна способствует устранению перекосов при опуска­нии шихтовых материалов в горн. В самом деле, если через одну из фурм (или группу фурм) по какой-либо причине расход дутья уменьшается, интенсивность горения кокса в этой зоне снижается и сход материалов в столбе шихты над этой зоной замедляется. Поскольку воздуходувная ма­шина обеспечивает постоянный расход дутья на данную печь, другие фурмы начинают работать более интенсивно, что вызывает ускорение схода материалов в соответствую­щих участках печи и прогрессирующее снижение скорости схода шихты в столбе материалов над слабо действующи­ми фурмами. Возникает положительная обратная связь, которая может привести к серьезному нарушению нормальных условий работы печи.

Установка систем автоматического регулирования рас­пределения дутья по фурмам устраняет указанные выше не­достатки, в результате чего производительность печей по­вышается на 1,0—2,0 %, расход кокса снижается на 1,5— 2,5 % и удлиняются межремонтные периоды. Для управле­ния распределением дутья по фурмам в фурменные рука­ва встраивают измерительные устройства и регулирующие органы. Регуляторы расхода получают задания, пропорцио­нальные общему расходу дутья на печь или давлению горячего дутья.

Рисунок 13.3.6 - Структура системы автоматического распределения дутья

по фурмам доменной печи

13.4 Задачи уп­равления ходом доменной печи

Опускание шихтовых материалов в доменной печи, обусловленное плав­лением материалов и горением кокса, определяет характер хода печи. Если столб шихтовых материалов опускается равномерно, то говорят, что ход печи ровный; если же наблюдаются подстои и обрывы шихты, то такой ход называют неровным. При неровном ходе нарушается нормальный процесс плавки, падает производительность и ухудшается качество чугуна, поэтому управление ходом печи является важной за­дачей.

Отекание шихтовых материалов происходит под действием силы тя­жести, которая в известной мере уравновешивается силами трения и подъемной силой потока встречных газов. Силы трения зависят от сос­тояния кладки печи, качества шихты и состояния гарнисажа в нижней части печи. Подъемная сила газов зависит от расхода дутья, распреде­ления шихтовых материалов по сечению и высоте печи, их гранулометрического и химического составов, физических свойств шлака и ряда других факторов. При данных условиях работы печи существует крити­ческое значение расхода дутья, при котором сила, противодействующая сходу шихты, полностью компенсирует гравитационную силу. При этом шихтовые материалы прекращают свое движение (зависают). Зависание материалов в печи является аварийной ситуацией и существенно нару­шает нормальный ход процесса. Для данных условий работы печи суще­ствует оптимальный расход дутья, при котором процесс доменной плав­ки протекает наиболее интенсивно, без нарушений ровного хода печи. Поскольку условия работы печи могут изменяться, то меняются и зна­чения оптимального расхода дутья.

Задача системы регулирования хода доменной печи заключается в том, чтобы создать условия для использования максимального режима дутья, не допуская нарушения ровного хода печи. Косвенными показате­лями, характеризующими условия движения газового потока в столбе шихтовых материалов и, следовательно, противодавление потока газов сходу шихты, являются распределение статического давления газов по высоте шахты печи и характер диаграммы распределения содержания двуокиси углерода по диаметру колошника. Изменение перепада ста­тического давления на любом участке печи или всей печи свидетельст­вует об изменении структуры столба шихтовых материалов и, следова­тельно, о нарушении условий движения газов на соответствующем участ­ке печи. Таким образом, информацией о ходе печи служат: скорость и характер движения шихты, перепады давления по высоте печи и коэф­фициент формы кривой распределения СО₂ по диаметру печи.

Структурная схема автоматического регулирования хода печи пока­зана на рисунке 13.4.1. На управляющую вычислительную машину (УВМ-IV) 6 приходят сигналы от датчиков: скорости 4, распределения СО₂ по диа­метру 5, общего перепада давления на печи (Робщ) 3, верхнего перепада (Р_в) 2 и нижнего перепада (Р_н) 1. В соответствии с алгоритмом управле­ния УВМ выдает команды на изменение порядка загрузки материалов 7, изменение расхода дутья 8 и влажности дутья 9. В настоящее время со­вершенствуются все локальные системы (подсистемы) автоматического управления доменным процессом, разрабатываются алгоритмы управле­ния, специальные датчики и управляющие устройства.

Рисунок 13.4.1 - Структурная схема управления ходом доменной печи