Способ управления переключением воздухонагревателей
) „.Я0„„ 1017740 А
СОЮЗ COBETCH)4X
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИИ
3(5П С 21 В 9/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Ъ
Ъ
% м
Ъ
t е
ГООУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTKT СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3330159/22-02 (22) 04.08.81 (46) 15.05.83. Бюл. 9 18 (72) Ф.P.Шкляр, B.È.Малкин, Н.М.Бабушкин, Я.П.Калугин, Б.Б.Вегнер, В.С.Калодяжный, Л.A.Ñóëüìàí, 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, Уральский политехнический институт им. С.И.Кирова и Центральное проектно-конструкторское бюро Союэпромавтоматика (53) 669.162.231(088.8) (56) 1. Лемлех И.ll., Гордин В.A.
Высокотемпературный нагрев воздуха s черной металлургии. N., "Металлургия", 1963, с. 132. (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛКЯЕНИЕМ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕИ с насаДкой иэ различных огнеупоров, включающий управление по длительности периодов нагрева и дутья и рекомендуемой температуре продуктов горения на выходе из насадки в конце периода нагрева, о т л и ч а ю щ. и и с я тем, что, с целью увеличения срока службы насадки, переключение с нагрева осуществляют при температурах на границах эон из различных огнеупоров меньших на 100150©С 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-. Ф
1017740
Изобретение относится к нагреву дутья в регенеративных воэдухонагревателях, преимущественно для черной металлургии, и может быть использовано в частности, для управления переключением воздухонагревателей 5 доменных печей.
В современных воздухонагревателях насадка состоит из нескольких эон огнеупоров. В высокотемпературной зоне испсльзуют иэделия из динаса, в остальных зонах — алюмосиликатные огнеупоры. Огнеупорные иэделия в насадке находятся под действием давления вышележащей кладки и при высоких температурах испытывают дефор- 15 мацию полэучести, приводящую к их разрушению. Поэтому распределение огнеупоров в насадке рекомендуется производить в зависимости от величины давления и температуры применения 20 при данной нагрузке.
Термостойкость динаса вследствие наличий в нем остаточного кварца при температурах меньших 600 С, низкая. В диапазоне температур 400600 С происходит фазовое превращение остаточного кварца в тридимит и кристобалит, которое сопровождается значительным термическим расширением, что является причиной растрескивания динасового иэделия. Выше температуры превращения кварца термическое расширение незначительно. Термическое расширение динаса обратимо пока в нем есть остаточный кварц и является причиной разрушений 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 огнеупороа "ри данно" "агруэке "а "вдел"е 50 раньше окончания времен °, установленного графиком переключения воздухонагревателей, и раньше, чем температура продуктов горения на выходе иэ насадки достигнет рекомендуемого значения, что приводит к преждевременному раэрушениь огнеупоров насадки в результате деформации полэучести под нагрузкой и сокращению срока эксплуатации воэдухонагревателя.
Кроме того, в период дутья тем- 60 пература динасовой эоны может окаэатьсн 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 управления переключением воздухонагревателей с насадкой иэ различных огнеупоров, включающему управление по длительности периодов нагрева и дутья и рекомендуемой 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 нижележащего слоя при данной нагрузке, переключение с дутья осуществляют при температуре низа динасовой эоны большей на 50-100 С температуры превращения остаточного кварца в дйнасовом огнеупоре.
Экспериментальными и теоретическими исследованиями установлена значительная неравномерность поля температур в поперечном сечении огнеупорных эон воздухонагревателей, что связано с распределением потоков продуктов горения и дутья в насадке. Величина неравномерности характериэуется разностью между средней в сечении и фактической в данной точке сечения 4 температурами огнеупоров
Д = - . Распределение потоков продуктов горения и дутья в насадке оп ределяется конструкцией купола воздухонагревателя, конструкцией и расположением устройств для ввода и отвода газов. Исследования показали, что при равномерном и неравномерном распределении потоков газа в насадке, и равенстве средних температур в ее сечениях температуры в данных точ. ках сечений существенно различаются.
В конце периода нагрева это отличие составляет для верха эон из муллитокорунда а1 м = 60-90 С, иэ каолина
Ь1„= 80-120 С, из шамота класса A
Ь 4 q =90-140 С, из шамота класса Б а+6= 80-110 С. В конце периода дутья отличие температур в нижнем сечении зоны иэ динаса достигает А+ >,= 50-: 100 С. Указанное отличие температур зависит от высоты и количества зон насадки, выполненных из разных огнеупоров и характерно для конструкций современных воэдухонагревателей. На температурное поле в насадке влияет режим работы воэдухонагревателей, которнй при их эксплуатации изменяется. поэтому отклонение температур от средних в различных сечениях эон огнеупоров насадки достигает дt- 100-150 С о конце периода нагрева, и Мм=50-100 С в низу эоны иэ динаса в конце пери1017740 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 50100 С выше температуры превращения 15 остаточного кварца. Переключение воздухонагревателей при использовании завышенных значений а4 и ь1 приводит к уменьшению их.тепловой мощности и температуры нагретого дутья прй 2р незначительном увеличении срока эксплуатации насадки.
Изобретение может быть применено для управления блоком воздухонагре.вателей 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 эоны из муллитокорунда, иэ каолина Ф g из шамота класса
А +„, из шамота класса Б ИБ, температура начала превращения остаточного кварца в динасе + д и рекомендуемая по условиям службй поднасадочного устройства температура продуктов горения на выходе из насадки В". г.
Для переключения воэдухонагревателей в период нагрева определяют 40 температуры 4". =b„-(100-150), "„ = 1„(100 150) +Я=+м (100 150) bн „+ †.(100- 150) С. Определяют температуру
+ = „ +(50-100) С для переключения
s период дутья. 45
В период нагрева с помощью термоэлект ических термометров 1-5 измеряют температуры И к А Б на Гра ницах эон огнеупоров и температуру продуктов горения на выходе из насадки Ьг. Сравнивают с помощью логических устройств потенциометров
6-10 температуры „, н соответственно с температурами 1,„, а с помощью логичес- 55 кого устройства 11 сравнивают текущее время нагрева с заданным временем периода Гн . Если Г<Тни 1г<, а и хотя бы одна иэ температур м, 1к, tg,tg равна или больше соответствен- бр но 1", „", tp ", то воэдухонагреватель отключают с нагрева по сигналу от соответствующих потенциометров б, 7, 8 или 9. Если Г1/Хнили
bf 1) + ha b6 b4, то воздухонагреватель отключают с нагрева по сигналу от реле времени, связанного с устройством 11 при В Ю„ или сигналу от потенциометра 10 при 1 fit"àíàëoãè÷íî известному способу управления переключе- нием, В период дутья с помощ.,ю термоэлектрического термометра 1 измеряют температурч низа динасовой эоны Сравниь акт 1м с 4 „, с помощью логи- А ческого устройства потенциометра б, а текущее время периода дутья сравнивают с заданным . c помощью логического устройства 12. Если (7 а мж „,то воздухонагреватель отключают с дутья по сигналу от потенциометра 6. Если C>I Т,, а, то воэдухонагреватель отключают с дутья по сигналу от реле времени, связанного с устройством 12, аналогично известному способу управления переключением. Для блока воздухонагревателей с многоэонной насадкой из различных огнеупоров, не имеющего системы контроля температур насадки на границах эон огнеупоров, но оборудованного типовой системой контроля теплового режима и вычислительной машиной, предлагаемое изобретение может быть осуществлено с использованием программы расчета температурных полей в насадке. В вычислительную машину вводят заданные значения длительности периода „и температур 1 н н н и " . С помощью типовой системы контроля в период нагрева измеряют и вводят в вычислительную машину значения температур топлива, воздуха для горения, продуктов горения под куполом и.на выходе иэ насадки, расхода топлива, воздуха для горения, теплоту сгорания топлива. С использованием программы вычисляют температуры, - „, t, ЕБ . Сравнивают с помощью вычислительной. машины к. л, и 1 соответственно с 1 . (..,-Е А, " и Я, а текущее время ;периода. нагрева С сравнивают с заданным Сн . Если < Ги и 4.„=<(,а чсотя н бы одна иэ температур+„, „,, равна или больше соответственно +н, "„, $ ", то воэдухонагреватель Б отключают с нагрева по сигналу от вычислительной машины. Если Г 6н или +гъ ", а м, bK, tp, т Б меньше г. н н соответственно t, tK, +A, E <, о воздухонагреватель отключают с наг- . рева по сигналу вычислительной машины об окончании периода, аналогично известному способу управления. В период дутья в вычислительную машину вводят заданные значения длительности дутья ba и температуру т. „ . А С помощью типовой системы контроля измеряют и вводят в вычислительную машину температуры холодного дутья, 1017740 Способ управления Показатели 540000 540000 1320 1 3 2 0 2,83 1,33 1,0 0,50 5050 5050 под куполом, С о 1400 1400 400 350 Зона из каолина 1112 1038 минимальная 1180 1101 средняя в сечении максимальная 1241 1198 дутья под куполом воэдухонагревателя и поступающего в доменную печь, расход холодного дутья. С использованием программы определяют температуру1р„, сравнивают ее с +, а текущее время периода ñ заданным д . Еслй . ц „, à 4 (tg то воздухонагреватель отключают с дутья по сигналу от вычислительной машины. Если Г7 Гд, а „7, то воэдухонагреватель отключают с дутья аналогично известному способу управления. Сравнение способов управления проводилось для базового объекта — блока из четырех воздухонагревателей 9 5 доменной печи полезным объемом 5000 м Криворожского металлургического за вода, имеющих насадку иэ четырех зон огнеупоров с поверхностью нагрева 125472 м и высотами зон из динаса 2О Эl3,38 м, иэ каолина 13,22 м, иэ шамота класса A 6,49 м, из шамота класса b 7р63 м. Согласно ГОСТ 20901-75 темпеРасход дутья на доменную печь, м /ч Температура дутья в печь, С Длительность периодов, ч н агре в а дутья 3 Теплота сгорания топлива, кДж/м Средняя температура продуктов горения Температура продуктов горения, измеренная о на выходе из насадки в конце нагрева, С Температуры насадки, измеренные в сечении верха зоны огнеупоров в конце периода нагрева, С о ратуры применения при нагрузках на огнеупоры в такой конструкции насадки составляют для зон иэ каолина -Q = =1200 С, для шамота класса A+g =950 C для шамота класса Б t = 750 С. Исследованиями этих воздухонагревателей установлено, 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 = =1l00 C, t" = 950-100"-850 С,4 -750-100=65(P C. Температура начала превращения остаточного кварца равна 600ОC поэтому для низа динасовой зоны в период дутья 4-„" = 600+100 700ОС. Рекомендуемая температура уходящих из насадки продуктов горения в конце периода нагрева для используемой конструкции поднасадочного устройства 1„=400 С. Полученные результаты приведены в таблице. предлагаемый известный 1017740 Продолжение таблицы Ф т Показатели известный предлагаемый 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 .сечении максимальная 609 620 682 957 минимальная 1015 средняя в сечении.Ì045 1098 максимальная 1204 1156 Составитель, Б. Негинский Редактор Л.Веселовская Техред N.Тенер Корректор С.Шекмар Заказ 3484/29 Тираж 568 Подписное Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий. 113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д.4/5 Филиал ППП Патент, r.Óàãîðîä, ул.Проектная,4 Температура насадки, измеренная в конце периода дутья в нижнем сечении зоны иэ динаса, С Согласно способу управления переключение Осуществляют при достижении уходящих из насадки продуктов горения 406 C. При этом максимальная температура насадки в каолиновой зоне равна 1241 С,, что больше температуры применения при 40 дайной нагрузке на огнеупор на 41аС. При управлении по предлагаемому способу переключения воздухонагревателей нагрев осуществляют при достижении температуры в зоне из каолина 45 1100 С. Переключение в период дутья согласно известному и предлагаемому способам осуществляют по окончании времени, определяембму для последовательного режима работы воздухонагре- 5О вателей с длительностью переключения Ь ля=0,17 ч, т.е. Сд (С ЬСи)/э Использование предлагаемого способа позволяет исключить,в период нагрева разрушение огнеупоров насадки иэ-за их деформацйи под нагрузкой при высоких температурах; исключить в период дутья разрушение динасовых огнеупоров в результате растрескивания при температуре превращения остаточного кварца; увеличить межремонтный срок эксплуатации воэдухонагревателей и экономию средств, идущих на их капитальный ремонт. Ожидаемый экономический эффект от внедрения изобретения составит на доменной печи объемом 5000 м3 655 тыс. руб ° в год.
