Разработка системы автоматической стабилизации расхода кислородно-воздушного дутья в доменной печи

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Мая 2013 в 11:51, курсовая работа

Описание работы

Доменная печь - большая металлургическая, вертикально расположенная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья. Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до ее «капитального» ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов.

Содержание работы

Введение 3
Общая характеристика доменного производства 4
Доменный процесс, задачи автоматического регулирования 6
Доменная печь как объект автоматического управления 7
Подача и нагрев дутья 11
Конструкция и принцип действия воздухонагревателя 12
Основные параметры дутья 14
Автоматическая стабилизация расхода
кислородно-воздушного дутья 14
Автоматическое распределение дутья по фурмам
доменной печи 16
Регулирование расхода и распределения природного газа
и кислорода по фурмам доменной печи 19
Автоматическая стабилизация температуры
горячего дутья 20
Автоматическая стабилизация влажности горячего дутья
доменных печей
Заключение 22
Список использованных источников 24

Скачать архив (1.61 Мб) Сколько стоит заказать работу?

Файлы: 1 файл

Мой курсач2.docx

— 1.62 Мб (Скачать файл)

2.2 Доменная печь как объект автоматического управления.

Производство чугуна является непрерывным процессом, протекающим во всем объеме доменной печи. Получение рабочей информации о ходе технологического процесса из внутренних областей доменной печи практически невозможно. Поэтому для контроля за ходом процесса и управления используются косвенные показатели, в известной мере отражающие состояние отдельных участков(зон) доменной печи. К таким показателям относятся, например, состав колошникового газа, перепады статического давления по высоте шахты печи и т.д.(табл. 1). Получаемая информация является далеко не полной и не может отразить влияния на процесс множества факторов (число которых достигает 700). Поэтому многие явления, происходящие в доменных печах, проявляются как случайные функции времени. Часть рабочей информации получается нерегулярно и со значительным опозданием(анализ химического состава сырья и продуктов плавки), часть информации отражает прошлое состояние процесса (температура чугуна и шлака, содержание кремния в чугуне).

Недостаточность и запаздывание информации затрудняют управление процессом плавки.

Следует отметить еще одну особенность доменной печи как объекта автоматического управления: технологический процесс проходит во всем объеме печи, а управления сосредоточены на границах шахты печи. Управление «сверху» осуществляется на колошнике путем изменения условий загрузки, а «снизу» из фурменной зоны изменением параметров дутья (рис. 1).

При каждом возмущении необходимо выбрать такое управляющее воздействие, которое повлияло бы на состояние некоторой области печи, далеко отстоящей от места приложения этого управления. Естественно, что это приводит к существенным запаздываниям управляющих воздействий; так, например, изменение рудной нагрузки на кокс сказывается на тепловом состоянии горна доменной печи только через 5—6 ч. Регулируемые параметры представлены в таблице 2.

Рисунок 1. Схема управляющих воздействий доменной плавки

Вместе с тем можно указать некоторые обстоятельства, благоприятствующие работе управляющих систем. Доменные печи, как правило, длительное время работают в стационарных производственных условиях, выплавляют чугун одной и той же марки, работают на идентичном сырье, что позволяет выбрать оптимальный для этих условий режим работы. Задача систем управления заключается в выборе этого режима и затем в компенсации флуктуаций входных параметров процесса, которые сравнительно невелики. Другим благоприятным фактором является большая аккумулирующая способность печи. Огромная масса материалов, участвующих в процессах массо- и теплообмена, способствует сглаживанию возмущающих воздействий. В этом смысле печь как бы является фильтром для возмущающих воздействий. Инерционность процесса позволяет иметь некоторый резерв времени для выбора рационального управления.

Контролируемые параметры доменного процесса Таблица 1

Контролируемая величина.	Название контроля.	Способ контроля.
Давление холодного и горячего дутья в кольцевом воздухопро- воде ; разность давлений между кольцевым воздухопроводом и шахтой печи, между кольцевым воздухопроводом и колошником, между шахтой печи и колошником.	Определение сопротивления столба шихты, прогнозирование нарушений схода шихты(подвисаний), определение зон с повышенным сопротивлением газовому потоку(низ или верх печи); верхний перепад 0,038—0,040 Мн/м² (0,38—0,40 кГ/см²) характерен для тугого хода печи; перепад 0,033—0,034 Мн/м² (0,33—0,34 кГ/см²) близок к условиям нормального хода.	Манометры и дифманометры( давление дутья на 0,12-0,15 Мн/, или 1,2-1,5 кГ/с-большое давление на колошнике; перепад давления в нижней части печи ~65%, в верхней части ~35% от общего перепада по высоте печи); отбор давления в средней части шахты устройством типа «раструб», возможен также отбор давления через штуцер в кожухе печи без выполнения отверстия в кладке.
Давление природного газа.	Предотвращение снижения давления природного газа ниже давления дутья и попадания горновых газов в газопровод.	Манометр (давление газа на 0,15— 0,25 Мн/м², или 1,5—2,5 кГ/см², больше давления дутья).
Температура в фурменной (1400- -1800°С).	Оценка теплового состояния низа печи (t очага горения выше t верхнего шлака на 80—190 град, зависимость между температурой фурменного очага , °С, и содержанием кремния в чугуне на выпуске [Si], %, имеет вид [Si]≈0,00125 - 1,227); оценка хода печи (при ровной работе фурм температура изменяется на ±30 град, при нарушениях работы печи колебания достигают 150—200 град).	Радиационные пирометры(или тепломеры полного излучения) в комплекте с электронным потенциометром
Температура периферийных газов над уровнем засыпи и под ней.	Контроль распределения газового потока по секторам печи (число секторов соответствует числу фурм).	Термопары гр. ХА в кладке печи, многоточечные электронные потенциометры.
Температура и состав газов по радиусу колошника	Контроль радиального распределения газового потока; температура у стен 400— 600° С, в центре 600—800° С, содержание С0₂ у стен ~5%, в центре- 9,5%, на расстоянии 1,15м от стен (СО2)max=13%	Термопара гр. ХА или газоотборная труба, приводимые в движение лебедкой.
Температура колошникового газа по четырем газоотводам печи (190-490 °С).	Контроль распределения газового потока по четырем секторам печи.	Термопара гр. ХА в комплекте с многоточечным потенцио- метром.
Температура чугуна (1420—1475° С) и шлака (1500—1550° С) на выпуске.	Контроль теплового состояния низа печи.	Температуры погружения на чугунном и шлаковом желобах.
Состав колошникового газа (12— 20% С0₂, 22—27% СО, 2—7% Н₂).	Контроль развития процессов .прямого и косвенного восстановления и использования химической энергии газов .	Газоанализаторы оптико-акустические на С0₂ и СО и термокондуктометриче- ский на Н₂; отбор газа на анализ - после пылеуловителя.
Температура охлаждающей воды, разность температур воды на входе и выходе системы охлаждения	Контроль работы системы охлаждения, оценки потерь тепла.	Термометры сопротивления в комплекте с электронными мостами; термисторы.
Температура кладки.	Контроль состояния кладки.	Термопара гр. ХА, многоточечные электронные потенциометры.
Расходы и давления охлаждающей воды, пара, сжатого воздуха.	Контроль непрерывности подачи, учетные цели.	Манометры и дифманометры(в комплекте с диафрагмами)

Регулируемые параметры доменного процесса Таблица 2

Узел контроля и регулирования.	Измеряемая и регулируемая величина.	Способ контроля.	Способ автоматического регулирования.	Регулятор и исполнительный механизм.
Холодное дутье	Расход	Диафрагма, дифманометр с коррекцией по температуре и давлению ДМКК, вторичный прибор ВФСМ.	Изменение производительности воздуходувной машины.	Изодромный, гидравлический сервомотор.
Холодное дутье	Содержание кислорода (21-27%).	Газоанализатор МН-5130, вторичный прибор МСР1-03.	Изменение количества кислорода, всасываемого воздуходувной машиной вместе с атмосферным воздухом.	Изодромный, электрический исполнительный механизм.
Холодное дутье	Влажность(3-32г/).	Датчик влажности ДВ-2, вторичный прибор МАВ.	Изменение количества пара, подаваемого в дутье.	Изодромный, электрический исполнительный механизм.
Природный газ	Соотношение расходов дутья и газов.	Диафрагма, дифманометр ДМКК, вторичный прибор ВФСМ.	Изменение расхода природного газа при изменение расхода дутья.	Астатический, электрический исполнительный механизм.
Природный газ	Распределение по фурмам.	Диафрагма, дифманометры ДМК-Р(по числу фурм)	Изменение степени открытия регулирующих органов на газопроводах к фурмам.	Астатический, электрический исполнительный механизм.
Горячее дутье	То же.	Сопла, дифманометры ДМК-Р или ДМ( по числу фурм)	Изменение степени открытия регулирующих(желательно водоохлаждаемых) заслонок в фурменных рукавах между кольцевым воздухопроводом и фурмами.	Астатический, электрический исполнительный механизм; пневматические исполнительные механизмы.
Колошниковый газ	Давление.	Манометр сильфонный МС	Изменение положения одной из заслонок дросельной группы, расположенной на газопроводе после скруббера высокого давления.	Изодромный, электрический исполнительный механизм.

3.1 Подача и нагрев дутья.

Для нормального протекания доменного процесса и достижения высокой производительности необходимо вдувать ежеминутно 1,6-2,3 м³ (или 1,9-3,2 кг) дутья на 1 м³ полезного объёма печи. Нижний предел относится к работе на дутье, обогащённом кислородом. Так, при работе доменной печи объёмом 3000 м³ ежеминутно необходимо подавать дутья около 4800 м³, а для доменной печи объёмом 5000 м³ - около 8000 м³. А так как давление газов на колошнике повышается до 250 кПа, то давление дутья, подаваемого в печь, достигает 350-400 кПа. Для подачи в доменную печь дутья и его сжатия применяют воздуходувные машины различных типов. Наибольшее распространение получили центробежные воздуходувные машины с паротурбинным приводом, так называемые паротурбовоздуходувки производительностью 4000-7000 м³/мин, создающие давление дутья на выходе, равное 400-500 кПа.

В настоящее время в качестве дутья широко применяют воздух, обогащённый кислородом. Последний получают на кислородных станциях с блоками разделения воздуха. Производительность больших блоков по кислороду составляет 35 000 м³/ч. В этих блоках процесс состоит из предварительного сжижения воздуха, который затем подвергают ректификации, т. е. разделению, основанному на различии температур сжижения различных составляющих воздуха. При разделении необходимо достигать отрицательных температур до -200 ˚С, так как температура кипения воздуха составляет -192˚С. Такие низкие температуры достигают в результате многократного расширения сжатого воздуха и системы теплообменников, в которых происходит передача холода от одной среды к другой. При испарении жидкого воздуха в первую очередь улетучивается смесь газов, богатых азотом (t_кип=-195,8˚С), затем аргоном (t_кип =-189,4˚С), вследствие чего остаток постепенно обогащается кислородом (t_кип=-183˚С). Полученный на кислородной станции газообразный технический кислород (95-97% О₂) либо добавляют во входной патрубок воздуходувной машины или же подают к воздухонагревателям по отдельному кислородопроводу.

Дутьё, подаваемое воздуходувной машиной, нагревают до1050-1300˚С в воздухонагревателях, называемых иногда кауперами. Современный воздухонагреватель имеет наружный диаметр 9 м, высота до верха купола составляет 36 м. Верхнюю часть насадки и купол выкладывают из высокоглинозёмистого кирпича или динаса, а нижнюю часть - из шамотного кирпича. Толщина насадочного кирпича составляет 40 мм. Из этого кирпича выложены ячейки размером 45 × 45 мм по всей высоте насадки. Поверхность нагрева 1 м³ такой насадки около 25 м². В последнее время предложено применять для насадки шестигранные блоки с круглыми ячейками, имеющими горизонтальные проходы. Это более сложная насадка, но её поверхность составляет около 30 м² на 1 м³ объёма насадки.

Следует различать газовый и воздушный периоды работы воздухонагревателя.

В газовый период осуществляется нагрев насадки продуктами сжигания газа, а в воздушный период нагревается дутьё за счёт охлаждения насадки. В газовый период закрыты клапаны холодного и горячего дутья и открыты горелка и дымовые клапаны. Газ сжигается в камере горения и догорает под куполом, а продукты сгорания проходят сверху вниз через насадку, нагревают её и с температурой 250-400˚С уходят через дымовые клапаны и борова в дымовую трубу. Для подачи газа предусмотрена газовая горелка с вентилятором производительностью по воздуху 80-200 тыс. м³/ч. Сжигают главным образом очищенный колошниковый газ или смесь его с природным или коксовым газом.

В воздушный период закрыты дымовые клапаны и отключена газовая горелка, но открыты клапаны для подачи холодного и отвода горячего дутья. Холодное дутьё поступает в поднасадочное пространство, проходит насадку, где нагревается, и через клапан направляется в воздуховод горячего дутья и затем в печь. По мере охлаждения насадки воздухонагревателя температура горячего воздуха, выходящего из него, падает. Это недопустимо для нормальной работы доменной печи, поэтому воздух нагревают до более высокой температуры, чем это необходимо, и к нему подмешивают, используя автоматическое дозирование, требуемое количество холодного воздуха, чтобы поддержать температуру дутья постоянной. Это осуществляется при помощи смесительного воздухопровода и автоматического смесительного клапана. Газовый период примерно в два раза продолжительнее воздушного. Следовательно, необходимо не менее трёх кауперов - два одновременно нагреваются, а один нагревает воздух. Фактически на печь приходятся четыре каупера, а в некоторых случаях - семь кауперов на две печи.

Для обеспечения нагрева дутья до высокой температуры (1200 ˚С и выше) необходимо, помимо наличия требуемой поверхности нагрева, применять в подкупольной части достаточно огнеупорные материалы. Для этого применяют специальный высокоглинозёмистый кирпич. Или малоразрыхляющийся динас. С целью увеличения поверхности нагрева воздухонагревателей в последнее время стали применять выносные камеры горения.

Для уменьшения или полного прекращения подачи дутья в печь без остановки воздуходувной машины на каждой печи имеется воздушно-разгрузочный клапан, или клапан снорт. Он установлен на воздухопроводе холодного дутья между воздухонагревателем и воздуходувной машиной, управление им осуществляется с площадки, расположенной у горна доменной печи.

Информация о работе Разработка системы автоматической стабилизации расхода кислородно-воздушного дутья в доменной печи