Способ управления переключением воздухонагревателей Советский патент 1983 года по МПК C21B9/00 

Изобретение относится к нагреву дутья в регенеративных воздухонагре вателях, преимущественно для черной металлургии, и может быть использованО| в частности, для управления переключением воздухонагревателей доменных печей. В современных воздухонагревателях насадка состоит из нескольких з огнеупоров. В высокотемпературной зоне используют изделия из динаса, в -остальных зонах - алюмосиликатны огнеудоры. Огнеупорные изделия в насадке находятся под действием давления вышележащей кладки и при высоких температурах испытывают дефор мацию ползучести, приводящую к их разрушению. Поэтому распределение огнеупоров в насадке рекомендуется производить в зависимости от величи ны давления и температуры применени при данной нагрузке. Термостойкость динаса вследствие наличия в нем остаточного кварца при температурах меньших . низ кая. В диапазоне температур 400600 0 происходит фазовое превращение остаточного кварца в тридимит и кристобалит, которое сопровождается значительным термическим расширением что является причиной растрескивани динасового изделия. Bbmie температуры превращения кварца термическое расшир ние незначительно. Термическое расШирение динаса обратимо пока в нем есть остаточный кварц и является пр чиной разрушения наса.тки. Известен способ управления перекл чением воздухонагревателей(Согласно которому переключение с нагрева осуществляют по заданной графиком переключения длительности периода или по достижении рекомендуемой температуры продуктов горения на выходе из насадки. Переключение с дутья осу ществляют по заданной графиком переключений длительности периода ЦЗ Недостатки способа заключаются в том, что в период нагрева температура огнеупорных зон может оказаться выше температуры применения огнеупоров при данной нагрузке на изделие раньше окончания времен,установленно го графиком переключения воздухонагре вателей, и раньше, чем температура про дуктов горения на выходе из насадки достигнет рекомендуемого значения, что приводит к преждевременному раз рушению огнеупоров насадки в результате деформации ползучести под нагрузкой и сокращению срока эксплуатации воздухонагревателя. Кроме того, в период дутья температура динасовой зоны может оказаться ниже температуры превращения остаточного кварца раньше, чем окончится время, установленное графиком переключения воздухонагревателей, что приводит к термическому растрескиванию динасовых огнеупоров и сокращению срока эксплуатации насс1дки воздухонагревателя. Целью изобретения является увеличение срока службы насадки. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления переключением воздухонагревателей с насадкой из 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 нагрева 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 зоны большей на 50-100 С температуры превращения остаточного кварца в дйна совом огнеупоре. Экспериментальными и теоретическими исследованиями установлена значительная неравномерность поля температур в поперечном сечении огнеупорных зон воздухонагревателей, что связано с распределением потоков продуктов горения и дутья в насадке. Величина неравномерности характеризует ся разностью между средней в сечении t и фактической в данной точке сечения t температурами огнеупоров u-t -fc-t. 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 точках сечений существенно различаются. В конце периода нагрева это отличие составляет для верха зон из муллитокорунда At/1, 60-90 С, из каолина uivL 80-120« С, из шамота класса А u-t д-90-140°С, из шамота класса Б u-tg: eO-llO C. В конце периода дутья отличие температур в нижнем сечении зоны из динаса достигает Л.Ь f, 50-т . Указанное отличие температур зависит от высоты и количества зон насадки, выполненных из разных огнеупоров , и характерно для конструкций современных воздухонагревателей .На температгрное поле в насадке влияет режим работы воздухонагревателей,который при их эксплуатации изменяется.Поэтому отклонение температур от средних в различных сечениях зон огнеупоров насадки достигает 100-150 С в конце периода нагрева, и Atm SO-lOO С в низу зоны из динаса в конце периода дутья. Экспериментально установлено, что разрушение огнеупоров обычно начинается в верхней части зон в период нагрева и в нижней части динасовой зоны 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 lOO-lSO C. Во избежание растрескивания динаса переключение с дутья необходимо осуществлять при температуре низа динасовой зоны, которая на 50100С выше температуры превращения остаточного кварца. Переключение воздухонагревателей при использовании завышенных значенийАЬ и&.-Ьдх приводит к уменьшению их тепловой мощност и температуры нагретого дутья при незначительном увеличении срока эксплуатации насадки.

Изобретение может быть применено Для управления блоком воздухонагревателей с.насадкой, состоящей из четырех зон огнеупоров, имеющим систему контроля температур на границах зон из различных огнеупоров ( см. чертеж). Для используемых огнеупоров известна температура их применения при нагрузках, соответствукядих давлению на верх зоны из муллитокорунда t ii , из каолина к i из шамота класс А -fc , из шамота класса Б uig температура начала превращения остаточного кварца в динасе -t пр рекомендуемая по условиям службы поднасадочного устройства температура продуктов горения на выходе из насадки tp.

Для переключения воздухонагревателей в период нагрева определяют. температуры ( 100-150) ,t. - (100-150),Л -Ь -(100-150) .(100-150)с. Определяют температуру np+ SOlOO) С для переключения в период дутья.

В период нагрева с помощью термоэлектрических термометров 1-5 измеряют температуры-1 м ,-tn ъ границах зон огнеупоров и температуру продуктов горения на выходе из насадки -Ьг. Сравнивают с помощыр логических устройств потенциометров 6-10 температуры t, tn in Б соответственно с температурами t, i -tft Е Ь э с помощью логичес кого устройства 1I сравнивают текуще время нагрева f с заданным временем периода Г . Если н и хотя бы одна из температур t Ьк tfc Дв равна или больше соответственHotii, / в то воздухонагреватель отключают с нагрева по сигналу от соответствующих потенциометров 6, 7, 8 или 9. Если Г7/Тн или , а 4:,м, , .

то воздухонагреватель отключают с нагрева по сигналу от реле времени, связанного с устройством 11 при или сигналу от потенциометра 10 при tpW-tJ аналогично известному способу управления переключением. В период дутья с помощ: ю термоэлектрического термометра 1 измеряют температуру низа динасовой зоны t. Сравнив акт -Ьм с tJl; с помощью логическогб устройства потенциометра 6, а текущее время периода дутья ТГ сравнивают с заданным j, с помощью логического устройства 12. Если л воздухонагреватель отключают с дутья по сигналу от потенциометра 6. Если , а i,,7-k;, то воздухонагреватель отключают с дутья по сигналу от реле времени, связанного с устройством 12, ансшогично известному способу управления переключением.

Для блока воздухонагревателей с многозонной насадкой из различных огнеупоров, не имеющего системы контроля температур насадки на границах зон 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 tn и температур tjl , t Я te и -tj . 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 из насадки ip расхода топлива, воздуха для горения теплоту сгорания топлива. С использованием программы вычисляют температуры t,, -Ьк I S Сравнивают с помощью вычислительной . машины tj , -tv,, А , -tg и -tf. соответственно с t. tU -t tg и 1Д , a текущее время ;периода. нагрева IT сравнивают с заданным Th . Если и . бы одна из температур-tj, t ц : А 4;- равна или больше соответственно «, -tjj ti tg , то воздухонагревател отключают с нагрева по сигналу т вычислительной машины. Если СГлбн или- г/-Ь., а -t „, -Ьк, -tA , -t 6 меньше соответственно t , t , д -fcf то воздухонагреватель отключают с нагрева по сигналу вычислительной машины об окончании периода, аналогично известному способу управления.

В период дутья в вычислительную машину вводят заданные значения Д- ительности дутья Ч.д и температуру i С помощью типовой системы контроля измеряют и вводят в вычислительную машину температуры холодного , дутья под куполом воздухонагревателя и поступакяцего в доменную печь, расход холодного дутья. С использованием программы определяют температуру 4; сравнивают ее с -Ь, а текущее время периода f с заданным СА . Если ГУТд, то воздухонагрева тель отключают с дутья по сигналу от вычислительной машины. ЕслиС Тд а , то воздухонагреватель отключают с дутья аналогично известному способу управления. Сравнение способов управления про водилось для базового объекта - блока из четырех воздухонагревателей доменной печи полезным объемом 500G Криворожского металлургического завода, имеющих насадку из четырех зон огнеупоров с поверхностью нагрева 125472 м и высотами зон из динаса 13,38 м, из каолина 13,22 м, из шамот класса А 6,49 м, из шамота класса ь 7,63 м. Согласно ГОСТ 20901-75 темпе ратуры применения при нагрузках на огнеупоры в такой конструкции насадки составляют для зон из каолина -- 1200С, для шамота класса А-1д 950°С для шамота класса Bfco 750°C. Исследованиями этих воздухонагревателей установлено, что отличие между средней и измеренной в данной точке сечения температурами для всех зон насадки в периоды нагрева и дутья не превышает . Поэтому по предлагаемому способу управления переключением для периода нагрева -tJc 1200-100гЦОО С, t 950-100 850°C,-t 750-100гг650°С. Температура начала превращения остаточного кварца равна 600°С, поэтому для низа динасовой зоны в период дутья -Ь 600+lpO -700c. Рекомендуемая температура уходящих из насадки продуктов горения в конце периода нагрева для используемой конструкции поднасадочного устройства ip 400°C. Полученные результаты приведены в таблице.

Показатели

Расход дутья на доменную печь,

MV4

Температура дутья в печь, С

Длительность периодов, ч нагрева

дутья

3 Теплота сгорания топлива, кДж/м

Средняя температура продуктов горения под куполом, С

Температура продуктов горения, -tiaMepe на выходе из насадки в конце нагрева,

Температуры насадки, измеренные в сечении верха зоны огнеупоров в конце периода нагрева,С

зона из каолина

минимальная средняя в сечении максимальная

Способ управления

известный

предлагаемый

540000

0 1320

2,83

1,0

.

5050

1400 400

1112 ПВО

1241