Способ управления переключением воздухонагревателей — SU 1017740 (original) (raw)
)10177 9 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ь ГООУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) Ф.Р.Шкляр, В.М.Малкин, Н.М.Бабушкин, Я.П,Калугин, Б.Б.Вегнер, В.С.Калодяжный, Л.А.Сульман, Ю.Г.Ярошенко, В.Л,Советкин, В,С.Швыдкий,Я.М,Гордон и Н.И.Трофимов (71) Всесоюзный ордена Знак Почета" научно-исследовательский институт металлургической теплотехники, Уралский политехнический институт им. С.М.Кирова и Центральное проектно-конструкторское бюро ффСоюэпромавтоматика(56) 1. Лемлех И.Ы., Гордин В,А. Высокотемпературный нагрев воздуха в черной металлургии. М., "Иеталлургияф 1963, с. 132.(54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛКЯЕНИЕМ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕИ с насаДкой иэ различных огнеупоров, включающий управление по длительности периодов нагрева и дутья и рекомендуемой тем" пературе продуктов горения на выходе из насадки в конце периода нагрева, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения срока службы насадки, переключение с нагрева осуществляют при температурах на границах эон из различных огнеупоров меньших на 100- 150 фС температур применения огнеупоров нижележащего слоя при данной нагрузке, переключение с дутья осуществляют при температуре низа дннасовой зоны большей на 50-100 С температуры превращения остаточного кварца в динасовом огнеупоре-, еРУ Й100 С. Указанное отличие температур зависит от высоты и количества зон насадки, выполненных из разных огне- упоров, и характерно для конструкций современных воэдухонагревателей. На температурное поле в насадке влияет режим работы воэдухонагревателей, который при их эксплуатации изменяется. поэтому отклонение температур от среднихв различных сечениях эон огнеупоров насадки достигает д 1 а 100-150 С во конце периода нагрева, и Мм"50-100 С в низу эоны из динаса в конце периИзобретение относится к нагревудутья в регенеративных воэдухонагревателях, преимущественно для чернойметаллургии, и может быть использовано в частности, для управленияпереключением воздухонагревателей 5доменных печей.В современных воэдухонагревателях насадка состоит из нескольких эоногнеупоров. В высокотемпературнойзоне испсльзуют иэделия из динаса, 10в "остальных зонах - алюмосиликатныеогнеупоры. Огнеупорные иэделия внасадке находятся под действием давления вышележащей кладки и при высоких температурах испытывают деформацию ползучести, приводящую к ихразрушению. Поэтому распределениеогнеупоров в насадке рекомендуетсяпроизводить в зависимости от величины давления и температуры применения 20при данной нагрузке.Термостойкость динаса вследствиеналичия в нем остаточного кварцапри температурах меньших 600 С, низкая. В диапазоне температур 400- 25600 С происходит фазовое превращение остаточного кварца в тридимит икристобалит, которое сопровождаетсязначительным термическим расширением,что является причиной растрескиваниядинасового иэделия. Выше температурыпревращения кварца термическое расширение незначительно. Термическое расширение динаса обратимо пока в неместь остаточный кварц и является причиной разрушения насадки.Известен способ управления переклю чением воздухонагревателей,согласно которому переключение с нагрева осуществляют по заданной графиком переключения длительности периода или 40 по достижении рекомендуемой температуры продуктов горения на выходе из насадки. Переключение с дутья осуществляют по заданной графиком переключений длительности периода 13 .Недостатки способа заключаются в том, что в период нагрева температура огнеупорных зон может оказаться выше температуры применения огнеупоров при данной нагрузке на изделиераньше окончания времени, установленного графиком переключения воздухонагревателей, и раньше, чем температура продуктов горения на выходе иэ насадки достигнет рекомендуемого значения, что приводит к преждевременному раэ- . рушениь огнеупоров насадки в результате деформации полэучести под нагрузкой и сокращению срока эксплуатации воздухонагревателя.Кроме того, в период дутья тем пература динасовой эоны может оказатьсн ниже температуры превращения остаточного кварца раньше, чем окончится время, установленное графиком переключения воздухонагревателей, 65 что приводит к термическому растрескиванию динасовых огнеупоров и сокращению срока эксплуатации насадки воздухонагревателя.Целью изобретения является увеличение срока службы насадки.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управленияпереключением воздухонагревателейс насадкой иэ различных огнеупоров,включающему управление по длительнос" ти периодов нагрева и дутья и реко" мендуемой температуре продуктов горения на выходе из насадки в конце периода нагрева, переключение с наг рева осуществляют при температурах на границах зон из различных огнеупоров меньших на 100-150 С температур применения огнеупоров нижележащегослоя при данной нагрузке, переключение с дутья осуществляют гри температуре низа динасовой эоны большейна 50-100 С температуры превращения.остаточного кварца в дйнасовом огнеупоре.Экспериментальными и теоретически" ми исследованиями установлена значительная неравномерность поля температур в поперечном сечении огнеупорных эон воэдухонагревателей, что связано с распределением потоков продуктов горения и дутья в насадке. Величина неравномерности характериэуется разностью между средней в сечениии фактической в данной точке сечениятемпературами огнеупоровд= -1. Распределение потоков продуктов горения и дутья в насадке оптределяется конструкцией купола воздухонагревателя, конструкцией и рас"положением устройств для ввода и отвода газов. Исследования показали,что при равномерном и неравномерномраспределении потоков газа в насадке, и равенстве средних температур вее сечениях температуры в данных точках сечений существенно различаются.В конце периода нагрева это отличиесоставляет для верха эон из муллитокорунда Ь 1 м = 60-90 фС, иэ каолинаЬ 1= 80-120 фС, из шамота класса АЬ -.90-140 С, из шамота класса Бь 6= 80-110 с. В конце периода дутья отличие температур в нижнем сечении зоны иэ динаса достигает А 1 ,= 50-;ода дутья. Экспериментально установлено, что разрушение огнеупоров обычно начинается в верхней части зон в период нагрева и в нижней части динасовой эоны в период дутья. Поэтому во избежание перегрева насадки отключение воздухонагревателя с нагрева необходимо осуществлять при температурах на границах огнеупорных зон меньших температур применения огнеупоров при данной нагрузке на 100"150 С. Во избежание растрескивания дина а переключение с дутья необходимо осуществлять при температуре виза динасовой зоны, которая на 50- 100 фС выше температуры превращения 15 остаточного кварца. Переключение воздухонагревателей при использовании завышенных значений й и Бал; приводит к уменьшению их.тепловой мощности и температуры нагретого дутья прй 2 О незначительном увеличении срока эксплуатации насадки.Изобретение может быть применено для управления блоком воздухонагревателей с,насадкой, состоящей иэ четырех зон огнеупоров, имеющим систему контроля температур на границах зон из различных огнеупоров ( см. чертеж). Для используемых огнеупоров известна температура их применения при нагрузках, соответствующих давлению на верх зоны из муллитокорунда,л 1, иэ каолина Ф н , из шамота класса А , из шамота класса Б И, температура начала превращения остаточного кварца в динасе + я и рекомендуемая по условиям службй поднасадочного устройства температура продуктов горения на выходе из насадки В".гДля переключения воздухонагревателей в период нагрева определяют 40 температуры ".,=1,-(100-150),1 к: 1 к(100 150) +Я=+м (100 150) +н+ в ,(100- 150) С. Определяют температуру 1 ф 1 +(50-100) С для переключения в период дутья. 45 В период нагрева с помощью термоэлект ических термометров 1-5 измеряют температуры 1 м, 1 к, Вл,1 Б на границах эон огнеупоров и температуру продуктов горения на выходе из насадки Ьг. Сравнивают с помощью логических устройств потенциометров6-10 температуры м к 1 А6 ф гн соответственно с температурами 1 м,", С" а с помощью логического устройства 11 сравнивают текущее время нагревас заданным временем периода Гн . Если ГТни загс, аи хотя бы одна иэ температур, 1 к,равна или больше соответствен О но 1", ", ", 1", то воэдухонагреватель отключают с нагрева по сиг" валу от соответствующих потенциометров б, 7, 8 или 9. Если Г 7 Янилиг г а 4 л,1 мЬР 1 к, Ьлл.ф . 65 1 Б 1 Н , то воздухонагреватель отключают с нагрева по сигналу от релевремени, связанного с устройством11 приВ 7 Ю или сигналу от потенциометра 10 при 1 ц"аналогично известному способу управления переключе-нием, В период дутья с помощ:,ю термоэлектрического термометра 1 измеряют температурч низа динасовой эоныСравнит акт 1 м с 1 , с помощью логи-Аческого устройства потенциометра б,а текущее время периода дутьясрав"нивают с заданным . с помощью логического устройства 12. Если (Й а1 ж,то воздухонагреватель отключают с дутья по сигналу от потенциометра б. Если ХЪТ а 11, товоэдухонагреватель отключают с дутьяпо сигналу от реле времени, связанного с устройством 12, аналогичноизвестному способу управления переключением.Для блока воздухонагревателей смногоэонной насадкой из различныхогнеупоров, не имеющего системы контроля температур насадки на границахэон огнеупоров, но оборудованноготиповой системой контроля тепловогорежима и вычислительной машиной,предлагаемое изобретение может бытьосуществлено с использованием программы расчета температурных полейв насадке,В вычислительную машину вводятзаданные значения длительности периода 2;и температур 1 м г фк ю 1 вн н ни " . С помощью типовой системыконтроля в период нагрева измеряюти вводят в вычислительную машинузначения температур топлива, воздухадля горения, продуктов горения подкуполом и на выходе иэ насадки ,расхода топлива, воздуха для горения,теплоту сгорания топлива. С использованием программы вычисляют температуры л,ю (кф А, ЕБ . Сравниваютс помощью вычислительной. машинытк л,и 1 соответственно с1.(.", Е"," и Я, а текущее время;периода. нагрева-С сравнивают с заданным н . Если ХГн и 4.=с(,а тютянбы одна иэ температур ,, т лравна или больше соответственно+н, 1", ", 1, то воэдухонагревательБотключают с нагрева по сигналу отвычислительной машины. Если ГЪ 6 нили +-ъа т. ц бакр 4 р т Б меньшег гн н нсоответственно 1 л, , к, 1 лбвоздухонагреватель отключают с нагрева по сигналу вычислительной машины об окончании периода, аналогично известному способу управления,В период дутья в вычислительнуюмашину вводят заданные значения длительности дутья 4;д и температуру 1 ,АС помощью типовой системы контроляизмеряют и вводят в вычислительнуюмашину температуры холодного дутья,1017740 Способ управления Показатели 540000 540000 1320 1 3 20 2,83 1,33 1,0 0,50 5050 5050 под куполом, Со 1400 1400 400 350 Зона из каолина 1112 1038 минимальная 1180 1101 средняя в сечениимаксимальная 1241 1198 дутья под куполом воэдухонагревателя и поступающего в доменную печь,расход холодного дутья. С использованием программы определяют температуру 1 рсравнивают ее с +ф а текущее время периода с заданным Ь,А .Еслй Т Гд, а 1(Сф то воздухонагрева"тель отключают с дутья по сигналуот вычислительной машины. Если Г 7 Гд,а м , то воэдухонагреватель отключают с дутья аналогично известному способу управления. Сравнение способов управления проводилось для базового объекта - блока из четырех воздухонагревателей у 5 доменной печи полезным объемом 5000 м Криворожского металлургического завода, имеющих насадку иэ четырех зон огнеупоров с поверхностью нагрева 125472 м и высотами зон из динаса 2 ОЭ.13,38 м, иэ каолина 13,22 м, иэ шамота класса А 6,49 м, из шамота класса ь 7 р 63 м. Согласно ГОСТ 20901-75 темпеРасход дутья на доменную печь,м /ч Температура дутья в печь, Со Длительность периодов, чнагрева дутья3Теплота сгорания топлива, кДж/м Средняя температура продуктов горения Температура продуктов горения, измеренная она выходе из насадки в конце нагрева, СТемпературы насадки, измеренные всечении верха зоны огнеупоров в концепериода нагрева, Со Ратуры применения при нагрузках наогнеупоры в такой конструкции насадкисоставляют для зон иэ каолина к ==1200 С, для шамота класса АА =950 Сдля шамота класса Б о= 750 С. Исследованиями этих воздухонагревателейустановлено, что отличие между средней и измеренной в данной точке сечения температурами для всех эон насадки в периоды нагрева и дутья не превышает 100 С. Поэтому по предлагаемому способу управления переключением,для периода нагрева Ьк = 1200-100 ==1100 С, 1" = 950-100=850 С,+ - 750-100=6500 С. Температура начала превращения остаточного кварца равна 600 ОС,поэтому для низа динасовой зоны впериод дутья 4;,к = 600+100700 С. Рекомендуемая температура уходящих из насадки продуктов горения в конце периода нагрева для используемой конструккции поднасадочного устройства1= 400 С. Полученные результаты приведены в таблице,предлагаемый известный1017740 Продолжение таблицы Показатели известный предлагаеьва эона из шамота класса А 722 616 минимальная средняя в сечении 689 807 770 максимальная 884 эона иэ шамота класса Б 484 минимальаня 530 552 средняя в сечениимаксимальная 609 620 682 957 минимальная 1015 средняя в сечении.М 045 1098 максимальная 1204 1156 Составитель, Б, НегинскийРедактор Л.Веселовская Техред И,Тенер Корректор С.Шекмар Заказ 3484/29 Тираж 568 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий. 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д.4/5Филиал ППП ффПатентф, г.ужгород, ул.Проектная,4 Температура насадки, измеренная в концепериода дутья в нижнем сечении зоны иэдинаса, фС Согласно способу управления переключение Осуществляют при достижении уходящих из насадки продуктов горения 406 фС. При этом максимальная температура насадки в каолиновой зоне равна 1241 фС что больше температуры применения при 40 дайной нагрузке на огнеупор на 41 аС. При управлении по предлагаемому способу переключения воздухонагревателей нагрев осуществляют при достижении температуры в зоне из каолина 45 1100 С. Переключение в период дутья согласноизвестному и предлагаемому способам осуществляют по окончании времени, определяемОму для последовательного режима работы воздухонагре вателей с длительностью переключения Ь ля=0,17 ч, т.е. Сд (С+ ЬСи)/э Использование предлагаемого способа позволяет исключить,в периоднагрева разрушение огнеупоров насадкииэ-за их деформацйи под нагрузкойпри высоких температурах; исключитьв период дутья разрушение динасовыхогнеупоров в результате растрескивания при температуре превращенияостаточного кварца; увеличить межремонтный срок эксплуатации воэдухонагревателей н экономию средств,идущих на их капитальный ремонт,Ожидаемый экономический эФфектот внедрения изобретения составит надоменной печи объемом 5000 м 3655 тыс. рубв год.