Система управления тепловым режимом в комплексе "печь ванюкова - котел-утилизатор"

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, например, в печи Ванюкова. Система дополнительно снабжена корректирующим регулятором соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь по температуре в котле-утилизаторе, датчиком температуры котла-утилизатора, установленным на границе между пароиспарительной и конвективной зонами котла-утилизатора, регулятором температуры в котле-утилизаторе по расходу охлаждающей воды в аптейк печи перед котлом-утилизатором, измерителем температуры котла-утилизатора с сигнализатором заданной температуры, переключателем датчика температуры, при этом датчик температуры связан с корректирующим регулятором температуры, корректирующий регулятор температуры связан с регулятором соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь, переключатель датчика температуры связан с корректирующим регулятором соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь, регулятором температуры в котле-утилизаторе по расходу охлаждающей воды в аптейк печи перед котлом-утилизатором и измерителем температуры котла-утилизатора с сигнализатором заданной температуры. Использование изобретения обеспечивает стабильное протекание процессов плавления шихты, увеличивает стойкость и тепловую эффективность работы комплекса. 2 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при выплавке медного штейна в печах автогенной плавки, в частности в печах Ванюкова.

Известны автоматизированные системы управления (АСУ) печи Ванюкова [1, 2]. При этом основное внимание уделяется содержанию меди в штейне и отмечается, что разброс содержания меди явно не зависит ни от каких управляющих переменных, в том числе расходов кислородно-воздушной смеси (КВС). В связи с этим предлагается для управления процессом плавки использование экспертных систем.

Однако недостатком данной АСУ является неучет дискретного запаздывающего характера контроля содержания меди и серы в шихте при заданном массовом расходе шихты, а также неучет влияния этого колебания на тепловую работу котла-утилизатора (КУ).

В работе [3] рекомендовано расход КВС рассчитывать при заданной среднебалансовой концентрации серы в шихте, определяемой методом материального баланса. При этом также не учитываются изменения концентрации серы в шихте при заданном массовом расходе шихты.

Однако практика работы печей Ванюкова на целом ряде предприятий показывает, что концентрация серы в шихте существенно изменяется во времени.

На рис. 1 приведен характерный пример колебаний концентрации серы в шихте печи Ванюкова во времени по данным одного из предприятий [4].

Известна также система управления плавкой медно-никелевого сульфидного сырья в печи Ванюкова, в которой в качестве основного параметра принимают также содержание меди в штейне, а компенсацию времени дискретного запаздывания контроля осуществляют путем введения расчетного эквивалентного времени [5]. Однако недостатком этой системы является неопределенность и изменчивость входящих в расчетную формулу величин и требуется их постоянная и также дискретная корректировка.

Кроме того, управление технологическим процессом не увязывается с работой котла-утилизатора, в частности не учитывается влияние колебания серы в шихте на ход технологического процесса и, главное, на стойкость элементов печи и котла-утилизатора.

Практика работы печи Ванюкова и проведенное математическое моделирование показывают, что при увеличении концентрации серы выше расчетной среднемассовой неучет колебаний концентрации серы приводит к недостатку кислорода для выгорания серы, выносу недожженной серы за пределы плавильной ванны в аптейк печи и ее дожиганию в аптейке за счет дополнительно подаваемого кислорода на дожиг. Это, в свою очередь, приводит к увеличению температуры отходящих газов на входе в КУ до температур 1400-1500°С и выше.

Эти недопустимые по установленным техническим условиям работы КУ превышения температуры отходящих газов приводят к резкому увеличению тепловых потоков на поверхности котла и, соответственно, температур этих поверхностей. Возникают аварийные ситуации при прогаре тепловоспринимающих поверхностей в радиационной и конвективной зонах КУ. Эти ситуации особенно опасны в связи с попадаем воды на ванну печи, что приводит к хлопкам и даже взрывам с разрушением конструкций и угрозой для жизни обслуживающего персонала.

Кроме того, в случае недостатка кислорода в ванне печи при увеличении содержания серы в шихте нарушаются условия стабильного протекания технологического процесса. Это приводит к тепловому дисбалансу ванны печи, снижению тепловой эффективности и производительности. Дожигание серы над ванной и в аптейке приводит к ухудшению стойкости элементов самой печи.

Таким образом, известна система управления печи Ванюкова, принятая за прототип [5].

Однако недостатком этой системы является неучет колебаний концентрации серы в используемой для плавки шихте, что нарушает стабильное протекание технологического процесса. Это приводит к снижению тепловой эффективности и производительности печи, ухудшению стойкости элементов печи и КУ, возникновению аварийных ситуаций.

Техническим результатом настоящего изобретения является стабилизация теплового режима в системе «печь Ванюкова - котел-утилизатор», что обеспечивает постоянство температуры отходящих газов печи на входе в котел-утилизатор на допустимом уровне 1300-1350°С с повышением

производительности печи и стойкости ее элементов и КУ и предотвращением аварийных ситуаций.

Технический результат изобретения достигается тем, что представлена система управления тепловым режимом в комплексе «печь Ванюкова - котел-утилизатор», содержащая расходомер шихты, выполненный с возможностью размещения в устройстве подачи шихты, расходомер кислородно-воздушной смеси, выполненный с возможностью установки в фурме для ввода кислородно-воздушной смеси под ванну печи, регулятор соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь, связанный с расходомером шихты, расходомером кислородно-воздушной смеси и через исполнительный механизм регулирования расхода кислородно-воздушной смеси с регулирующим органом расхода кислородно-воздушной смеси, и расходомер охлаждающей воды, выполненный с возможностью установки в трубопроводе ввода охлаждающей воды в аптейк печи, отличающаяся тем, что она снабжена термопарой, выполненной с возможностью размещения на границе между пароиспарительной и конвективной зонами котла-утилизатора, корректирующим регулятором соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь по температуре в котле-утилизаторе, корректирующим регулятором температуры в котле-утилизаторе по расходу охлаждающей воды, связанным через исполнительный механизм подачи охлаждающей воды с регулирующим органом расхода охлаждающей воды, измерителем температуры с сигнализатором заданной температуры, переключателем корректирующих регуляторов и сигнализатором максимального расхода кислородно-воздушной смеси, при этом выход термопары связан со входом упомянутого измерителя температуры и со входом упомянутого корректирующего регулятора соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь, выход которого соединен с регулятором соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь, а упомянутый сигнализатор заданной температуры и выход расходомера кислородно-воздушной смеси через сигнализатор максимального расхода кислородно-воздушной смеси подключены к переключателю корректирующих регуляторов, который связан соответственно с корректирующим регулятором соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь и с корректирующим регулятором температуры в котле-утилизаторе по расходу охлаждающей воды.

При этом очевидно, что непосредственное использование в качестве регулирующего параметра собственно концентрации серы в шихте в реальном времени затруднено из-за сравнительно длительного, дискретного характера процесса анализа содержания серы, появлением в связи с этим значительного запаздывания в системе регулирования и увеличением колебаний по выносу недожженной серы над ванной печи.

Таким образом, представительным регулируемым параметром в этой ситуации, непосредственно отражающим режим выноса серы и ее дожигания в аптейке, являются температура отходящих газов в аптейке и на входе котла-утилизатора. Однако из-за наличия высоких температур и значительной запыленности отходящих газов в этих зонах невозможно добиться приемлемой для непрерывного автоматического регулирования стойкости термопар при их размещении на входе в котел-утилизатор. В то же время установка термопары на границе между пароиспарительной и конвективной зонами котла-утилизатора отражает достаточно представительную информацию о температурном режиме и обеспечивает, как показывает практика, длительную стабильную работоспособность и эксплуатацию термопары. Проведение расчетов и математическое моделирование показало, что при проектной температуре на входе в котел-утилизатор отходящих газов 1300-1350°С температура на границе между его пароиспарительной и конвективной зонами составляет 700-800°С, что и принято в качестве уставки для регуляторов температуры. Превышение этой температуры свидетельствует о росте температуры отходящих газов на входе в котел-утилизатор и вероятности аварийных ситуаций, температура ниже этого диапазона приводит к тепловой недогрузке котла и снижению его паропроизводительности. Основой предлагаемой системы управления является установка корректирующего регулятора с датчиком температуры на границе пароиспарительной и конвективной зон котла-утилизатора, что обеспечивает корректировку соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь в случае колебания концентрации серы в шихте относительно средних значений и предотвращает возможность возникновения аварийных ситуаций.

Подстраховочным элементом системы управления является дополнительная подсистема с регулятором температуры и регулирующим воздействием в виде подачи охлаждающей воды в аптейк печи. Ее подключение к регулированию температуры котла-утилизатора происходит в случае исчерпания возможностей по снижению температуры в котле за счет корректирования соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь вследствие достижения максимального значения расхода кислорода. Подача охлаждающей воды является именно запасным вариантом, так как при этом имеют место значительно неравномерные поля температур на входе в котел и снижение его тепловой эффективности.

Для реализации этой запасной подсистемы управления установлен сигнализатор достижения максимального расхода кислородно-воздушной смеси в процессе регулирования температуры и связанного с ним переключателя на подсистему регулирования температуры по расходу охлаждающей воды. Также установлен сигнализатор поддержания температуры в заданном пределе 700-800°С.

Данная система на примере печи печи Ванюкова представлена на рис. 2. Она включает в себя рабочее пространство печи 1, котел-утилизатор 2, плавильную ванну 3 с выпуском шлака ШЛ и штейна ШТ, надванное пространство 4, аптейк печи 5, радиационную зону котла-утилизатора 6, пароиспарительную зону котла-утилизатора 7, нисходящие и восходящие участки 8 и 9 конвективной зоны, устройство подачи шихты 10, устройство ввода шихты в рабочее пространство и ванну печи 11, коллектор подачи кислородно-воздушной смеси 12, кислородно-воздушные фурмы 13, трубопровод подачи охлаждающей воды в аптейк печи 14 регулирующим органом подачи воды 15, форсунками для ввода воды в аптейк печи 16, расходомер кислородно-воздушной смеси 17, 23, расходомер шихты 18, 21, термопару на границе пароиспарительной и конвективной зон котла-утилизатора 19, регулятор соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь 20, корректирующий регулятор соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь по температуре в котле-утилизаторе 22, исполнительный механизм регулирования расхода кислородно-воздушной смеси 24, регулирующий орган расхода кислородно-воздушной смеси 25, сигнализатор максимального расхода кислородно-воздушной смеси 26, регулятор температуры в котле-утилизаторе по расходу охлаждающей воды 27, исполнительный механизм расхода охлаждающей воды 28, расходомер охлаждающей воды 29, 30, переключатель корректирующего регулятора соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь на регулятор температуры по расходу охлаждающей воды 31, измеритель температуры 32, сигнализатор 33 установления температуры в пределах задания 700-800°С.

Ш - шихта, КВС - кислородно-воздушная смесь, ОВ - охлаждающая вода, ОГ - отходящие газы, ШЛ - шлак, ШТ - штейн, Со - соотношение, С - регулятор, G - расход, IR - прибор показывающий и записывающий, Т - температура, кор - корректирующий регулятор, КВС - кислородно-воздушная смесь.

Система работает следующим образом. В рабочее пространство печи 1 через надванное пространство 4 в ванну печи 3 подается шихта. При этом используется устройство подачи шихты 10 и устройство ввода шихты в рабочее пространство и ванну печи 11. В рабочее пространство 1, в частности в ванну печи 3, подается кислородно-воздушная смесь (КВС) через коллектор 12 и фурмы 13. К аптейку печи подведен также трубопровод подачи охлаждающей воды в аптейк печи 14 и установлены форсунки для ввода воды 16. Соотношение шихта/кислородно-воздушная смесь обеспечивается регулятором соотношения 20 с использованием расходомера шихты 18, 21 и расходомера КВС 17, 23. Температура котла-утилизатора на границе пароиспарительной и конвективной зон измеряется термопарой 19. Выход термопары 19 соединен с входом корректирующего регулятора 22, который корректирует задание регулятору соотношения 20 при отклонении заданной температуры в корректирующем диапазоне 700-800°С. Выход расходомера КВС 17, 23 соединен с входом сигнализатора 26, который срабатывает при достижении максимально возможного расхода КВС и обеспечивает переключение корректирующего регулятора 22 на регулятор температуры 27. Регулятор температуры 27 через исполнительный механизм 28 и регулирующий орган 15 обеспечивает регулирование температуры уже за счет расхода охлаждающей воды. Выход термопары 19 соединен с входом измерителя температуры 32, снабженного сигнализатором 33. При установлении температуры в пределах задания 700-800°С сигнализатор 33 переключает регулятор температуры 27 обратно на корректирующий регулятор 22 и в обычном режиме регулирование температуры в котле-утилизаторе осуществляется с использованием корректирующего регулятора 22 и регулятора соотношения 20.

Предлагаемая система может быть применена и на плавильных печах черной металлургии, работающих в режиме ПЖВ (плавка в жидкой ванне), в частности при выплавке чугуна в печах типа РОМЕЛТ, снабженных котлом-утилизатором. При этом обеспечивается стабилизация работы печи и котла-утилизатора при колебании содержания углерода в применяемом восстановителе.

Таким образом, использование данной системы управления обеспечивает стабильное протекание процессов плавления шихты в печах Ванюкова, учитывает колебания концентрации серы в шихте, увеличивает стойкость и теплоэффективность работы печи и котла-утилизатора, предотвращает аварийные режимы работы комплекса печь Ванюкова - котел-утилизатор.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Спесивцев А. Интеллектуальная АСУ печи Ванюкова. Control Engineering, 2013. No. 3.

2. Спесивцев А. Интеллектуальная АСУ печи Ванюкова. http://summatechnology.ru/Publications/intellektualnaya_asu_pechi_vanukova.shfml.

3. Рогова Л.Н. Металлургические расчеты. Учебное пособие. Норильский индустриальный институт. - Норильск: НИИ, 2007. - 154 с.

4. Вернигора А.С., Казанцев А.Н., Красильников Ю.В. [и др.]. Анализ показателей печи Ванюкова на ОАО СУМЗ с целью стабилизации режимов плавки. // Цветная металлургия, №3, 2008. - с. 24-28.

5. Кадыров Э.Д., Васильева Н.В. Способ управления плавкой медно-никелевого сырья в печи Ванюкова при дискретном запаздывающем контроле продуктов плавки. Патент на изобретение РФ №2484157. Заявл. 28.07.2011; опубл. 10.06.2013.

Система для управления тепловым режимом в комплексе «печь Ванюкова - котел-утилизатор», содержащая расходомер шихты, выполненный с возможностью размещения в устройстве подачи шихты, расходомер кислородно-воздушной смеси, выполненный с возможностью установки в фурме для ввода кислородно-воздушной смеси под ванну печи, регулятор соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь, связанный с расходомером шихты, расходомером кислородно-воздушной смеси и через исполнительный механизм регулирования расхода кислородно-воздушной смеси с регулирующим органом расхода кислородно-воздушной смеси, и расходомер охлаждающей воды, выполненный с возможностью установки в трубопроводе ввода охлаждающей воды в аптейк печи, отличающаяся тем, что она снабжена термопарой, выполненной с возможностью размещения на границе между пароиспарительной и конвективной зонами котла-утилизатора, корректирующим регулятором соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь по температуре в котле-утилизаторе, корректирующим регулятором температуры в котле-утилизаторе по расходу охлаждающей воды, связанным через исполнительный механизм подачи охлаждающей воды с регулирующим органом подачи охлаждающей воды, измерителем температуры с сигнализатором заданной температуры, переключателем корректирующих регуляторов и сигнализатором максимального расхода кислородно-воздушной смеси, при этом выход термопары связан со входом упомянутого измерителя температуры и со входом упомянутого корректирующего регулятора соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь, выход которого соединен с регулятором соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь, а упомянутый сигнализатор заданной температуры и выход расходомера кислородно-воздушной смеси через сигнализатор максимального расхода кислородно-воздушной смеси подключены к переключателю корректирующих регуляторов, который связан соответственно с корректирующим регулятором соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь и с корректирующим регулятором температуры в котле-утилизаторе по расходу охлаждающей воды.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к обработке изделий горячим прессованием, предпочтительно горячим изостатическим прессованием. Прессовое устройство содержит топочную камеру, расположенную внутри камеры высокого давления устройства и окруженную теплоизолированным кожухом.

Изобретение относится к области обработки изделий горячим прессованием. Устройство для обработки содержит сосуд высокого давления, имеющий печную камеру и расположенный под ней теплообменник.

Изобретение относится к области автоматизированных систем управления технологическими процессами и производствами, а конкретно к способу аналитического контроля состава штейна процесса Ванюкова плавки медных или медно-никелевых сульфидных материалов в печи Ванюкова, и может быть использован в металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а конкретно к способам получения первичной меди из ее рудного сырья, а также к используемым для осуществления такого рода процесса устройствам.

Изобретение относится к способу и устройству для плавки окисленного никелевого и железорудного сырья. .

Изобретение относится к способу и печи для очистки отходов цинка, содержащих не менее 90% металлического цинка. .
Изобретение относится к пирометаллургической переработке отходов, содержащих различные металлы и углерод, и может быть использовано для переработки отходов других отраслей - жилищно-коммунального хозяйства, химического и нефтехимического производства, военно-промышленного комплекса и др.

Изобретение относится к печам для химической инфильтрации из газовой фазы или химического осаждения из газовой фазы. .

Изобретение относится к восстановительной металлургии, в частности к аппаратам для металлотермического получения металлов и сплавов, и может найти применение для алюминотермического восстановления шламов гальванических производств.

Изобретение относится к металлургии, в частности к плавильным агрегатам с барбатируемым шлаковым расплавом, используемым для переработки сульфидных полиметаллических руд и концентратов.

Изобретение относится к шахтно-отражательной печи для переплава металла, преимущественно алюминиевых ломов. Шахтно-отражательная печь содержит шахту, плавильную камеру, накопительную ванну, ограниченные подами и стенками и имеющие два свода, две сливные летки, два поворотных желоба с чашами, газоход и сварной каркас.

Изобретение относится к противоточной шахтной печи для обжига карбонатных материалов с газовым отоплением. Печь содержит корпус с рабочим пространством, образованным огнеупорной радиальной кладкой, в котором последовательно по направлению движения материала расположены зоны подогрева и обжига карбонатного материала и зона охлаждения готового продукта, периферийные выносные топки, расположенные в два яруса, устройство для подачи продуктов сгорания в рабочее пространство печи, выполненное в виде расположенного по оси печи газораспределительного керамического цилиндрического керна, имеющего внутренний жаровой канал и 2-3 яруса радиальных отверстий для выхода продуктов сгорания в рабочее пространство печи, при этом расстояние между наружной поверхностью керна и радиальной кладкой зоны обжига печи не превышает 1,6 м, керн смонтирован таким образом, что его радиальные отверстия находятся в зоне обжига, в нижней части жарового канала керна установлена выносная топка, а верхний торец жарового канала закрыт керамической заглушкой в форме конуса-рассекателя с углом 35-45°.

Изобретение относится к установке для дегидратации гипса. Установка содержит корпус, источник теплоносителя, шахту для движения теплоносителя с расположенными в ней замедлителями движения теплоносителя, шахту для обжига материала, наклоненную к линии горизонта, загрузочный и разгрузочный бункеры.

Изобретение относится к области машиностроения. Способ стволов автоматического стрелкового оружия с гальваническим хромовым покрытием включает засыпку во внутренние полости стволов сухого кварцевого песка и установку их в шахтную печь сопротивления, снабженную термоизоляционной перегородкой с двумя тепловыми зонами при температуре в нижней тепловой зоне 150-200°C, выполненной в виде диска с отверстиями для установки стволов при помощи втулок высотой 10-123 мм.

Изобретение относится к шахтным печам для нагрева кускового материала, например известняка, и может быть использовано в металлургической, химической, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к химической промышленности, в частности может быть использовано в производстве строительных материалов. Установка для дегидратации гипса содержит корпус, разделенный на последовательно расположенные секции предварительного обжига и дегидратации, снабженные индивидуальным подводом тепла в каждую из секций, причем тепловые трубы расположены каскадно с размещенными на них греющими площадками, чередующимися по высоте каскада в виде колец и дисков, а над каждой площадкой имеется криволинейная лопасть, изогнутая внутрь над кольцевой площадкой и наружу над диском.

Изобретение относится к способу и устройству для гашения температурных деформаций стенок печи обжига. Способ включает равномерную передачу деформаций стенки печи с помощью металлической решетчато-стержневой конструкции X-образной формы, расположенной по всей длине стенки печи, жестко закрепленной на ней с опорой на железобетонные стойки, при этом гашение деформаций в железобетонной стойке производят установкой ее с нулевой деформацией, измеряют диапазон величины упругой деформации в горизонтальной плоскости стенки печи вследствие теплового расширения и при превышении заданной величины упомянутой деформации регулируют упомянутый диапазон с последующим возвратом стенки в проектное положение при измерении деформации ≤20 мм.

Изобретение относится к очистке газов в установке доменной печи. Предложен способ извлечения тепловой энергии из сжатого холодного воздушного дутья доменной печи, используемой с системой утилизационной турбины колошникового газа в виде турбодетандера (20), содержащей по меньшей мере один компрессор (12) сжатого холодного воздушного дутья, соединенный по меньшей мере с одним подогревателем (14) воздушного дутья, и при этом поток сжатого колошникового газа, выделенный доменной печью (10), проходит через устройство (24) очистки колошникового газа и подается в турбодетандер (20), сочлененный с устройством потребления энергии (34).

Изобретение относится к оборудованию для обжига сыпучего материала с получением сатурационного газа, используемого для очистки диффузионного сока, и применяется в промышленности строительных материалов, химической и металлургической промышленности.

Изобретение относится к строительному оборудованию, а именно к печам вертикального типа, и может использоваться в строительной области для температурной обработки сыпучих мелкодисперсных (пылеобразных) материалов, например извести, цемента, метакаолина, периклаза и др.
Наверх