RU2595188C2 - Система управления тепловым режимом в комплексе "печь ванюкова - котел-утилизатор" - Google Patents
Система управления тепловым режимом в комплексе "печь ванюкова - котел-утилизатор" Download PDFInfo
- Publication number
- RU2595188C2 RU2595188C2 RU2014147929/02A RU2014147929A RU2595188C2 RU 2595188 C2 RU2595188 C2 RU 2595188C2 RU 2014147929/02 A RU2014147929/02 A RU 2014147929/02A RU 2014147929 A RU2014147929 A RU 2014147929A RU 2595188 C2 RU2595188 C2 RU 2595188C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- air mixture
- temperature
- charge
- regulator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Air Supply (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Abstract
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.
Description
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.
Claims (1)
- 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014147929/02A RU2595188C2 (ru) | 2014-11-27 | 2014-11-27 | Система управления тепловым режимом в комплексе "печь ванюкова - котел-утилизатор" |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014147929/02A RU2595188C2 (ru) | 2014-11-27 | 2014-11-27 | Система управления тепловым режимом в комплексе "печь ванюкова - котел-утилизатор" |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014147929A RU2014147929A (ru) | 2016-06-20 |
RU2595188C2 true RU2595188C2 (ru) | 2016-08-20 |
Family
ID=56131826
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014147929/02A RU2595188C2 (ru) | 2014-11-27 | 2014-11-27 | Система управления тепловым режимом в комплексе "печь ванюкова - котел-утилизатор" |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2595188C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4005856A (en) * | 1972-09-27 | 1977-02-01 | Noranda Mines Limited | Process for continuous smelting and converting of copper concentrates |
SU1581978A1 (ru) * | 1988-06-23 | 1990-07-30 | Красноярский институт цветных металлов им.М.И.Калинина | Способ управлени тепловым режимом пламенной медеплавильной печи |
RU2241186C1 (ru) * | 2003-09-03 | 2004-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" | Способ контроля и автоматического управления стабильностью образования гарнисажа в пристенном слое печи ванюкова |
RU2422744C2 (ru) * | 2009-07-03 | 2011-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие "ЭКОСИ" | Устройство контроля температуры в электродуговой печи |
RU2484157C2 (ru) * | 2011-07-28 | 2013-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" | Способ управления плавкой медно-никелевого сульфидного сырья в печи ванюкова при дискретном запаздывающем контроле качества продуктов плавки |
-
2014
- 2014-11-27 RU RU2014147929/02A patent/RU2595188C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4005856A (en) * | 1972-09-27 | 1977-02-01 | Noranda Mines Limited | Process for continuous smelting and converting of copper concentrates |
SU1581978A1 (ru) * | 1988-06-23 | 1990-07-30 | Красноярский институт цветных металлов им.М.И.Калинина | Способ управлени тепловым режимом пламенной медеплавильной печи |
RU2241186C1 (ru) * | 2003-09-03 | 2004-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" | Способ контроля и автоматического управления стабильностью образования гарнисажа в пристенном слое печи ванюкова |
RU2422744C2 (ru) * | 2009-07-03 | 2011-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие "ЭКОСИ" | Устройство контроля температуры в электродуговой печи |
RU2484157C2 (ru) * | 2011-07-28 | 2013-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" | Способ управления плавкой медно-никелевого сульфидного сырья в печи ванюкова при дискретном запаздывающем контроле качества продуктов плавки |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014147929A (ru) | 2016-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2015161176A5 (ru) | ||
CN103439999B (zh) | 根据冷却壁温度变化进行高炉异常炉温控制的方法 | |
JP4594376B2 (ja) | ガス発熱量制御方法とガス発熱量制御装置 | |
CN107622154A (zh) | 高炉热负荷区域冷却壁热流强度及渣皮厚度的确定方法 | |
BR112023000085A2 (pt) | Método para controlar temperatura de metal quente, método de orientação de operação, método para operar um alto-forno, método para produzir metal quente, dispositivo para controlar temperatura de metal quente e dispositivo de orientação de operação | |
RU2595188C2 (ru) | Система управления тепловым режимом в комплексе "печь ванюкова - котел-утилизатор" | |
CN106439858A (zh) | 一种危废焚烧烟气循环与急冷的复杂前馈控制方法 | |
CN111468709A (zh) | 一种钢包烘烤器自动烘烤系统和方法 | |
JP2020139698A (ja) | 加熱炉の空気量制御方法 | |
JP6323286B2 (ja) | 加熱炉の排熱回収設備及び加熱炉の排熱回収方法 | |
CN102607288A (zh) | 脉冲式炉窑温度动态控制方法 | |
JP3023091B1 (ja) | ごみ焼却炉における燃焼制御方法及び装置 | |
JP2637529B2 (ja) | 炉内温度及びNOx制御装置 | |
JP2015157896A (ja) | コークス炉の操業方法 | |
RU2496070C1 (ru) | Способ регулирования газоплотности рабочего пространства энерготехнологических агрегатов | |
Zeelie et al. | Reduction in blast furnace operational costs through optimisation of auxiliary systems | |
JP2676233B2 (ja) | コークス炉の炉温制御方法 | |
KR101536386B1 (ko) | 코크스(cokes) 온도 제어 시스템 및 방법 | |
CN213350798U (zh) | 一种钢包烘烤器自动烘烤系统 | |
SU954771A1 (ru) | Устройство дл регулировани температурного режима трубчатой печи | |
JP2012520983A (ja) | シャフト炉への熱ガス送り込み方法 | |
JP2017207255A (ja) | 加熱炉の燃焼制御方法および加熱炉ならびに熱間圧延ライン | |
RU2013453C1 (ru) | Способ нагрева слитков в нагревательном колодце | |
JPS59122812A (ja) | 多段焼却炉の燃焼制御装置 | |
Leisenberg | Flue Gas Management |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161128 |