Спосіб керування тепловим режимом нагрівальної методичної печі

Спосіб керування тепловим режимом нагрівальної методичної печі, що включає подачу газоподібного палива й повітря для горіння по зонах печі відповідно до заданих технологічних параметрів, спалювання палива, який відрізняється тим, що технологічні параметри задають на підставі теплового балансу нагрівальної методичної печі за критерієм коефіцієнта використання тепла палива, подачу газоподібного палива й повітря здійснюють із витратою, що забезпечує його спалювання із гранично припустимими коефіцієнтом витрати повітря α=1,05 і температурою футерівки робочого простору печі, у процесі подачі палива здійснюють безперервне вимірювання технологічних параметрів по зонах печі, порівнюють вимірювані технологічні параметри із заданими, і при відхиленні вимірюваних технологічних параметрів від заданих здійснюють коректування витрати газоподібного палива, що подається в піч, по наступній залежності: Корисна модель відноситься до теплоенергетики й може бути використана для керування тепловим режимом нагрівальних методичних печей, опалювальних газоподібним паливом. У нагрівальній методичній печі, що має три зони, металева заготовка підігрівається в методичній зоні відхідними продуктами горіння, у зварювальній зоні поверхня заготовки нагрівається газом до температури 1200-1300°С, у томильній зоні температура заготовки вирівнюється по перетині, при цьому у зварювальній і томильній зоні паливо спалюють із коефіцієнтом витрати повітря a, рівним 1,15-1,20. Відомий спосіб опалення нагрівальних методичних печей висококалорійним паливом, у якому подають паливо й повітря для горіння й спалюють паливо з коефіцієнтом витрати повітря a, рівним 1,15 [Кривандин В.А. и др., Металлургическая теплотехника, 4.2. М.: Металлургия, 1986, с.308]. Недоліком відомого способу є підвищена витрата повітря для горіння, що приводить до збільшення продуктів горіння на одиницю палива, зниженню температури по зонах печі й, як наслідок, зниженню продуктивності печі. Найбільш близьким аналогом корисної моделі, що заявляється, є спосіб опалення нагрівальної методичної печі, що включає подачу повітря для горіння, природного газу як палива, спалювання його з коефіцієнтом витрати повітря a=1,15 у зварювальній зоні, пароокисневу конверсію 50% природного газу від витрати на цю зону шляхом подачі в половину пальників цієї зони природного газу, пари, кисню в співвідношенні 1:0,1-0,5:0,46-0,55 відповідно, причому утворену суміш продуктів горіння й конвертованого газу подають у зварювальну зону для допалювання, а витрату природного газу на зварювальну зону визначають залежно від заданих технологічних параметрів - теплової потужності печі, витрати утвореного конвертованого Bопт = 2 × 5,65Gd × 3600 , 100 Vyx iyx - Lbib ( ) (19) UA (11) 26512 (13) де B т - витрата газоподібного палива, що подається в піч, м3/год; 5,65 - тепловий ефект при окислюванні заліза, МДж/кг; G - продуктивність печі, кг/год; δ - вигоряння металу, %; Vух - кількість продуктів горіння, м3/м3; Lb - кількість подаваного повітря, м3/м3 ; іух - середня ентальпія продуктів горіння, МДж/м3; іb - середня ентальпія повітря, МДж/м3. U оп 3 26512 газу, що надходить у зварювальну зону з томильної зони й теплоти згоряння природного й конвертованого газу [SU, №1710589, кл. С 21 D 9/70, опубл. 02.06.1989р.]. Ознаки найближчого аналога, що збігаються з суттєвими ознаками пропонованої корисної моделі: подача газоподібного палива й повітря для горіння по зонах печі відповідно до заданих технологічних параметрів; спалювання палива. Недоліком цього способу є надлишкова витрата повітря для повного горіння, що знижує температуру продуктів горіння по зонах печі. При цьому рівноважні реакції конверсії природного газу протікають недостатньо повно, що приводить до зниження кількості горючих компонентів СО і H2 (окису вуглецю й водню) у продуктах горіння, що приводить до збільшення окисного потенціалу атмосфери в печі й, отже, до підвищення вигару металу й витрати палива й зниженню продуктивності печі. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу керування тепловим режимом нагрівальної методичної печі, у якому за рахунок регламентованої витрати по зонах печі подаваного газоподібного палива в режимі реального часу, забезпечується оптимальне спалювання палива, що дозволяє знизити вигар металу і витрату палива й підвищити продуктивність печі. Поставлена задача вирішується тим, що в способі керування тепловим режимом нагрівальної методичної печі, що включає подачу газоподібного палива й повітря для горіння по зонах печі відповідно дозаданих технологічних параметрів, спалювання палива, згідно корисної моделі технологічні параметри задають на підставі теплового балансу нагрівальної методичної печі за критерієм коефіцієнта використання тепла палива, подачу газоподібного палива й повітря здійснюють із витратою, що забезпечує його спалювання із гранично припустимими коефіцієнтом витрати повітря a=1,05 і температурою футеровки робочого простору печі, у процесі подачі палива здійснюють безперервне вимірювання технологічних параметрів по зонах печі, порівнюють вимірювані технологічні параметри із заданими, і при відхиленні вимірюваних технологічних параметрів від заданих здійснюють коректування витрати газоподібного палива, що подається в піч по наступній залежності: Bопт = опт 2 × 5,65Gd × 3600 , 100 Vyx iyx - Lbib ( ) де В - витрата газоподібного палива, що подається в піч, м3/год; 5,65 - тепловий ефект при окислюванні заліза, Мдж/кг; G - продуктивність печі, кг/год; d - вигар металу, %; Vух - кількість продуктів горіння, м3/м3; Lb - кількість подаваного повітря, м3/м3 ; іух - середня ентальпія продуктів горіння, МДж/м3; ib - середня ентальпія повітря, МДж/м3. Спосіб здійснюють у такий спосіб. Попередньо задають технологічні параметри на підставі теплового балансу нагрівальної методичної печі за критерієм коефіцієнта використання 4 тепла палива, що відноситься до одиниці часу й виражається рівнянням, що зв'язує годинний прихід тепла й витрату тепла: Qприх=Qpасх, МВт [Аверин С.М. и др. Расчеты нагревательных печей. «Техніка», 1969г., 540с.]. На підставі розрахунку теплового балансу методичної печі визначають витрату газоподібного палива, що подається в піч по наступній залежності: Bопт = 2 × 5,65Gd × 3600 , 100 Vyx iyx - Lbib ( ) яка забезпечує його спалювання із гранично припустимими коефіцієнтом витрати повітря a=1,05 і температурою футеровки робочого простору печі. Безперервне вимірювання технологічних параметрів по зонах печі, контроль, порівняння, формування сигналів керування виконавчими механізмами здійснюють за допомогою програмувального логічного контролера (ПЛК), що по заздалегідь розрахованим оптимальним, залежним від виду палива, співвідношенням витрат газоподібного палива й повітря, забезпечує необхідну витрату подаваного газоподібного палива в режимі реального часу по зонах печі й гранично припустиму температуру футеровки склепіння (1250-1350°С). Приклад Пропонований спосіб і відомий спосіб по найближчому аналогу здійснювали при нагріванні слябів товщиною 150мм на трьохзонній нагрівальній методичній печі продуктивністю G=35000кг/год, опалювальної природним газом з теплотою згоряння 33,44МДж/м3. Склад природного газу, %: СН4=92,660; С2Н6=2,985; С3Н6=0,464; С4Н10=0,101; С5Н12=0,077; СО2=0,328; N2=3,367; О2=0,006; С2Н2=0,062. Витрата природного газу по відомому способу - найближчому аналогу становила 2827м3/год на піч або по зонах: 30% (848,1м3/ч) - у томильну зону; 70% (1978,9м3/ч) - у зварювальну зону (верхню й нижню). Задавали технологічні параметри, що забезпечують спалювання природного газу із гранично припустимими коефіцієнтом витрати повітря a=1,05 і температурою футеровки робочого простору печі: тепловий ефект при окислюванні заліза 5,65МДж/кг; вигар металу d=1,3%; кількість продуктів горіння при спалюванні природного газу Vyx=11,0м3/м3; середня ентальпія продуктів, що йдуть, іуx горіння=2,1Мдж/м3; середня температура відхідних продуктів горіння 1050°С, кількість подаваного Lb повітря=9,1м3/м3; середня ентальпія повітря, що подається в піч ib=1,31МДж/м3; температура повітря, що подається в піч 250°С. Витрата природного газу Вопт, що подається в піч, визначена по пропонованій залежності, склала 2567м3/год, витрата природного газу, що подається в томильну зону склала опт = 0,3Вопт = 770,1 м3/год, витрата природного Bтом. газу, що подається у зварювальну зону (верхню і нижню) склала: 5 26512 6 повітря» і контролювали температуру томильної й зварювальної зон печі. Технологічні параметри й результати випробувань нагрівання слябів представлені в Таблиці. Як видно з Таблиці, реалізація пропонованого способу при спалюванні природного газу із гранично припустимими коефіцієнтом витрати повітря a=1,05, вміст кисню по зонах печі знижується з 3,0 до 1,2%, двоокису вуглецю збільшуються з 9,9 до 10,3% у порівнянні з відомим способом, що приводить до підвищення температури по зонах печі й, як наслідок, скороченню тривалості нагрівання слябів, вигару металу, витрати палива й шкідливих викидів в атмосферу. Bопт = 0,7В опт = 1796 ,9 м3/год. св. Природний газ і повітря по зонах печі подавали за попередньо визначених оптимальних співвідношеннях і спалювали із гранично припустимим коефіцієнтом витрати повітря a=1,05 і температурою футеровки робочого простору печі (склепіння й стін печі). За допомогою ПЛК здійснювали безперервне вимірювання технологічних параметрів по зонах печі, порівнювали вимірювані технологічні параметри із заданими, і при відхиленні вимірюваних технологічних параметрів від заданих здійснювали коректування витрати палива по пропонованій залежності. За допомогою ПЛК підтримували задане співвідношення «природний газ Таблиця Середня Склад Коефіцієнт Економія Витрата Температура по зонах потужність продуктів витрати Тривалість Вигар природного природного печі, °С шкідливих горіння, % повітря нагрівання металу, газу газу, що викидів, г/з подається в слябів, ч % Зварювальна піч, м3/год Томильна м3/год % О2 СО2 Nох СО a верхня нижня Варіанти Найближчий аналог Пропонований 2827 1250 1310 1310 3,0 9,9 1,15 2,40 1,50 5,70 0,76 2567 1280 1340 1340 1,2 10,3 1,05 2,15 1,30 260 9,0 5,26 0,69 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601