Тиск в робочому просторі печі

Тиск в робочому просторі методичних печей істотно впливає на їх теплову роботу. Воно визначає за інших рівних умов інтенсивність нагріву металу, питома витрата палива, величину чаду і окалинообразования, зручність обслуговування і збереження агрегату.

Надмірно високий тиск веде до вибивання з печі продуктів згоряння, що поряд з ростом теплових втрат викликає прискорений знос зовнішніх конструкцій, ускладнює візуальний контроль і обслуговування, забруднює атмосферу цеху.

Занадто низький тиск обумовлює підсмоктування в піч через робочі вікна і різні нещільності в кладці холодного повітря, що веде до погіршення використання палива, збільшення чаду і окалинообразования і ускладнює управління процесом горіння. Особливо небезпечний підсмоктування повітря через вікно видачі, що викликає нерівномірне охолодження найближчій заготовки і подстуживания подини. При тривалій паузі в роботі табору ця заготовка вже не може бути направлена ​​в прокатку, а повертається на склад.

Найбільш сприятливим в сенсі забезпечення найкращої теплової роботи печі і зручності її обслуговування є невелике позитивне тиск у всьому робочому просторі. Однак створити такий режим роботи на сучасних методичних печах практично неможливо. Головна причина - робота пальників, які подають паливо і повітря з велику кінетичну енергію. У міру руху уздовж зони, швидкість продуктів згоряння зменшується, динамічний напір переходить в статичний, в результаті чого тиск безупинно наростає в напрямку вікна посада.

Виникає при цьому перепад по довжині кожної зони залежить не тільки від типу встановлених в ній пальників, їх положення і напрямки, але і від конфігурації самої зони і кількості палива, що подається в неї.

Спроби вирівняти розподіл тиску по довжині печі зменшенням висоти пережимів, підбором кута установки пальників, зміною напрямку руху продуктів згоряння в окремих зонах поки не дали позитивних результатів. Різного роду газові і парові завіси, що застосовуються для зниження шкідливого впливу підсмоктується холодного повітря і зменшення вибивання, тільки додатково спотворюють цей розподіл.

По висоті печі тиск також по-різному через вплив геометричного напору стовпа продуктів згоряння. Під склепінням воно вище, ніж на рівні металу, в нижніх зонах - мінімально, це веде до перетокам, яке обумовлює взаємовплив зон і перегрів торців заготовок.

Періодичне відкриття заслінок вікна видачі викликає додаткові зміни тиску, особливо сильно проявляються в томильной зоні.

При такому різноманітті факторів, що обурюють і відмінності їх прояві в різних точках робочого простору на сучасних методичних печах є лише один канал управління тиском - зміною тяги. Залежно від прийнятої схеми це зміна реалізують шляхом впливу на стан поворотного клапана в димовому Борове, або на продуктивність димососа, або на режим роботи витяжної труби.

Однак в будь-якому випадку при зміні тяги змінюються лише абсолютні значення тиску, а не характер його розподілу по довжині і висоті печі. Графік розподілу переміщається паралельно самому собі, не зазнаючи скільки-небудь істотної деформації.

В таких умовах тиск в одній довільно обраної точці робочого простору може лише приблизно характеризувати гідравлічний режим печі і відповідну йому теплову роботу. Виходячи з цього, вибір імпульсної точки в робочому просторі здійснюється відповідно до головної для даної печі завданням - основною вимогою до її гідравлічному режиму.

Найбільш поширене вимога мінімуму підсосу холодного повітря як умова забезпечення прийнятного режиму нагріву металу і при звичайному горінні палива. Одночасно накладаються і суперечливе вимога - обмежити вибивання продуктів згоряння через вікна і нещільності кладки.

Виходячи з того, що найбільш шкідливі підсосі в томильной зоні, імпульсну точку розташовують під її склепінням. Величину тиску вибирають так, щоб з урахуванням геометричного напору забезпечити невелике позитивне тиск на рівні металу.

За рахунок інжектується дії пальників і геометричного напору, обумовленого низьким розташуванням вікна видачі, виключити підсмоктування холодного повітря в томильную зону не вдається. Щоб зменшити його шкідливий вплив, знижують подачу регульованого повітря в пальники томильной зони або встановлюють біля вікна видачі газові завіси, а на печах з машинної видачею обладнають окаліносборнік потужними пальниками, що працюють також зі зниженим співвідношенням паливо-повітря. Спроби зменшити підсосі шляхом підйому тиску в печі ведуть до неприпустимого збільшення вибивання. Крім того, тиск в інших зонах печі ставиться в залежність від режиму роботи томильной зони, що може викликати небажані зміни режиму нагріву металу в цих зонах при спрацьовуванні системи регулювання тиску в моменти відкриття заслінок вікна видачі. Це пояснюється тим, що для зварювальних зон обурення щодо тиску, а, отже, і по режиму нагріву металу, викликані швидким і значним переміщенням поворотного димового клапана, помітно перевершують такі, викликані тільки закриттям заслінок.

Іншим, також досить поширеним вимогою є забезпечення мінімальної тривалості перебування металу в печі. У цьому випадку режим роботи кожної зони і розподіл тиску по печі встановлюють таким чином, щоб забезпечити за рахунок оптимального розподілу температури над заготовками максимально допустиму інтенсивність нагріву металу і, як наслідок, мінімальний час перебування його в печі. Як показали дослідження, оптимальний в цьому сенсі гідравлічний режим характеризується значним розрідженням в томильной зоні і високим тиском в перших зонах біля вікна посада. Щоб зменшити шкідливий вплив підсосів і не допустити збільшення чаду за рахунок надлишку кисню в атмосфері печі, в обов'язковому порядку встановлюють потужну газову завісу біля вікна видачі, ніж одночасно досягається зростання продуктивності печі. Для зменшення вибивання ущільнюють кладку, зменшують число робочих вікон в перших зонах, а заслінку вікна посада піднімають на мінімально можливу висоту.

У більшості випадків ритм роботи комплексу печі - стан диктується ритмом роботи стану, тому в залежності від поточної ситуації режими роботи окремих зон печі і розподіл тиску вздовж неї повинні зазнавати істотних змін. У цих умовах гідравлічний режим повинен забезпечити нагрів металу з необхідною інтенсивністю при заданій температурі робочого простору з мінімальними втратами на угар і окалину. Мається на увазі, що робота відповідної локальної системи регулювання виключає коливання співвідношення паливо - повітря і пов'язаних з ними додаткових втрат металу і палива.

Підтримка оптимального в цьому сенсі тиску в кожній зоні можливо при інших рівних умовах тільки в тому випадку, якщо контрольована величина характеризує умови нагріву металу в кожній точці печі, відображає тільки ті, хто підбурює і регулюючі дії, які мають істотний вплив на гідравлічний режим і теплову роботу, і забезпечують можливість спрямованого впливу на умови нагріву металу.

Такий величиною, є середньоінтегральної тиск на огороджувальних стінах томильной зони, яке з достатнім ступенем точності може бути визначено як:

де Pл і PВ - тиск в середині лівої і правої стінок на рівні металу відповідно, Па;

PВ - усереднене тиск у вікна видачі, яка вимірюється за допомогою трьох відборів, встановлених на торцевій стінці і підключених до загального колектора, Па;

kст і kв - вагові коефіцієнти відповідних тисків.

Допустимість переходу до контролю в кінцевому числі точок обумовлена ​​тим, що при зміні тяги, а також теплового навантаження інших зон печі характер розподілу тисків по довжині і висоті томильной зони практично не змінюється. Змінюються тільки абсолютні значення тисків у всіх точках цієї зони, при цьому на приблизно однакову величину. Зміна ж витрати палива в томильную зону, тобто режиму її роботи, призводить до зміни в ній не тільки абсолютних значень, а й характеру розподілу тиску. Абсолютні значення змінюються тим сильніше, чим далі точка від вікна видачі, що дозволяє при відповідному виборі місць установки відборів забезпечити практично однаковий характер зміни тисків - і середньоінтегральної, і певного.

Зв'язок між середньоінтегральної тиском і інтенсивністю нагрівання металу при постійній температурі робочого простору має екстремальний характер, при цьому координата екстремуму залежить тільки від тиску і практично не залежить від витрати палива, а для томильной і кінця зварювальної зон - і від температури металу. Отже, змінюючи певним чином тиск, можна інтенсифікувати нагрів металу в необхідній області, одночасно уповільнюючи нагрів в інших. Так, зниження середньоінтегральної тиску зміщує область інтенсивності нагріву до початку печі. Уповільнення нагріву в інших областях буде тим значніше, чим ближче ці області знаходяться до вікна видачі. Звідси випливає практична рекомендація: якщо в процесі роботи печі виник великий перепад температур металу по довжині зварювальної зони і його необхідно усунути шляхом інтенсифікації нагрівання на початку зони, то цього можна досягти шляхом зниження середньоінтегральної тиску. Однак це буде супроводжуватися збільшенням підсосів і зниженням коефіцієнта використання палива в томильной зоні.

Якщо ставиться завдання: підтримка максимальної при даному витраті палива температури робочого простору в обраній зоні печі, то величину середньоінтегральної тиску слід вибирати з урахуванням витрат палива в томильную зону і верхню зварювальну зону.

Збільшення чаду, що виникає при зниженні теплового навантаження печі, можна уникнути зміною середньоінтегральної тиску. Деяке збільшення цього тиску не тільки призведе до зменшення кількості підсмоктується повітря і зниження окислювальної здатності атмосфери печі, а й одночасно перемістить область інтенсивності нагріву, що забезпечить доцільне зміна температурного профілю нагрівається металу.

З викладеного ясно, що для забезпечення оптимального гідравлічного режиму необхідно безперервно змінювати величину підтримуваного середньоінтегральної тиску в залежності від поставленого завдання і поточну ситуацію.

Однак, як показали дослідження, виконані на Пятизонний методичної печі, її теплову роботу досить точно характеризує і тиск в імпульсної точці, розташованій під похилим ділянкою зводу останньої по ходу металу верхньої зварювальної зони.

При збільшенні витрати палива в верхні зварювальні зони з метою прискорення в них нагріву металу тиск в зазначеній точці зростає. Повернення його в початковий стан еквівалентно зниженню середньоінтегральної тиску, що забезпечує, як зазначено вище, перенесення ділянки інтенсивності нагріву до початку печі - в зварювальні зони.

При зміні режиму роботи томильной зони тиск в зварювальної змінюється мало, в результаті чого режим роботи інших зон залишається практично незмінним. Значне ж зміна середньоінтегральної тиску, пов'язане зі зміною витрати в томильную зону, в цьому випадку позначається тільки на режимі нагріву металу в самій томильной зоні - в необхідній області печі.

Відкриття заслінок вікна видачі супроводжується зниженням тиску в зазначеній імпульсної точці при будь-яких витратах палива в усіх зонах печі, в тому числі і в томильной. Однак величина цього зниження значно менше, ніж зниження середньоінтегральної тиску або тиску в імпульсної точці під склепінням томильной зони, що забезпечує більш спокійний режим роботи систем регулювання.

При зниженні теплового навантаження печі тиск під склепінням зварювальної зони знижується. Його відновлення призводить до зменшення підсосів і переносу області інтенсивного нагріву.

Таким чином, стабілізація тиску у зазначеній імпульсної точці забезпечує в значній мірі автоматичне повернення гідравлічного режиму печі до його досяжному оптимального стану практично при всіх видах збурень.

Розглянемо особливості управління гідравлічним режимом печі.

В процесі роботи методичної печі її гідравлічний режим піддається безперервним впливи, що при відсутності ефективної системи регулювання тиску в робочому просторі може приводити до коливань коефіцієнта витрати повітря, підвищення питомих витрат палива і чаду металу

Якість роботи системи регулювання залежить від представницької точки контролю, правильності підключення датчика, типу регулятора і його настройки, швидкості переміщення і характеристики регулюючого органу.

При підключенні датчика необхідно враховувати, що абсолютна величина вимірюваного тиску невелика 20 - 50 Па, а протяжність імпульсної лінії значна, причому є можливість різного нагріву її на окремих ділянках. Рівні установки відбору і датчика також можуть сильно відрізнятися. В результаті неминуче виникнення геометричного напору, порівнянного за величиною з вимірюваним тиском. Щоб уникнути помилок, прокладають поруч з імпульсною компенсаційну лінію, підключаючи її до другої камері дифманометра.

При виборі типу регулятора необхідно виходити з динамічних характеристик печі і апаратури вимірювання тиску. Як показали результати досліджень, поведінка такої системи описується диференціальним рівнянням другого порядку, коефіцієнти якого визначаються головним чином динамічними властивостями апаратури вимірювання. Найбільш гарна якість регулювання виходить при застосуванні І- і ПІ-регуляторів.

Наявність люфтів в зчленуваннях виконавчого механізму з регулюючим органом істотно погіршує показники якості регулювання. Значний вплив на якість регулювання надають нелінійність самого клапана і її залежність від теплового навантаження печі.

Найбільш часті і глибокі обурення гідравлічного режиму викликає відкриття заслінок вікна видачі. В силу динамічних характеристик апаратури контролю і неможливості миттєвого переміщення регулюючого органу уникнути зміни тиску при цих збурень за допомогою звичайної системи регулювання не вдається. Спроби зменшити виникаючі відхилення шляхом подачі в систему випереджального імпульсу, що викликає поворот димового клапана одночасно з відкриттям заслінок або з дуже малим запізненням, поки не привели до позитивних результатів, так як і величина імпульсу, і час випередження залежать від поточного значення теплового навантаження. Крім того, швидкість переміщення регулюючого органу обмежена. Не дали позитивного результату і спроби подавати в систему випереджаюче імпульс при змінах теплового навантаження.

Зіставлення результатів перехідних процесів зміни тиску в робочому просторі під склепінням томильной зони, пов'язаного з відкриттям і закриттям заслінок, отриманих при включеною і вимкненою системою регулювання, показує, що регулювати тиск в цей проміжок часу недоцільно.

Досить проста і ефективна система регулювання тиску в робочому просторі печі може базуватися на імпульсі, що отримується за допомогою двох відборів, підключених до загального колектора і розташованих під склепінням останньої по ходу металу зварювальної зони на відстані половини її довжини від фронту пальників і чверті ширини від бічних стінок . Завдання регулятору залишається постійним в широкому діапазоні змін теплового навантаження і тільки при необхідності значно інтенсифікувати нагрів металу на початку печі в умовах обмеження по витраті палива завдання регулятору дещо знижується.

На час відкриття - закриття заслінок вікна видачі система регулювання тиску блокується. Одночасно подається сигнал на зміну завдання системі регулювання співвідношення паливо - повітря томильной зони або на інтенсифікацію роботи пальників окаліносборніка, ніж зменшується шкідливий вплив подсосанного за час відкриття заслінок зовнішнього повітря.

За сигналом від датчика загальної витрати палива на піч або від покажчика положення поворотного димового клапана поступово змінюється загальний опір димового тракту, чим досягається практично постійна якість перехідного процесу при різних теплових навантаженнях за рахунок забезпечення роботи клапана на порівняно вузькому і досить лінійній ділянці його характеристики.