SU1738102A3 - Многокамерна печь дл спекани углеродсодержащих блоков и способ регулировани горени в многокамерной печи - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к конструкци м многокамерных печей дл  спекани  угле- родсодержащих блоков и к способам регулировани  горени  в печах. Цель - повышение качества углеродсодержащих блоков. Печь, содержаща  последовательно расположенные камеры предварительного нагрева, спекани  и охлаждени , состо щие из полых нагревающих перегородок с каналами дл  подачи через них дымовых газов и  чеек дл  укладки блоков, трубу дл  удалени  газов, соединенную соплами с каждой перегородкой камеры предварительного нагрева , горелки, вентил тор, соединенный с напорными трубами, дополнительно снабжена дроссельными заслонками с двигател ми , установленными в соплах и напорных трубах,устройствами измерени  температуры и разрежени , устройствами измерени  запыленности дымовых газов и регулировани  V и измерени  расхода дымовых газов в каждой перегородке. Печь может быть оборудована системами измерени  и регулировани  расхода воздуха в напорных трубах. Способ регулировани  горени , включающий последовательные операции вдува воздуха, подачи топлива и отсоса продуктов сгорани  топлива и летучих из полых перегородок , регулирование величины разрежени  и температуры в Каналах, отличаетс  тем. что после установки заслонкой соответствующего минимальной запыленности дымовых газов разрежени  в диапазоне 40-180 МПа измер ют величину запыленности после стабилизации процесса регулировани  в течение 30-120 с, устанавливают величины разрежени  во всасывающем патрубке и запыленности в заданных диапазонах, сравнива  при этом реальную кривую подъема температуры газов в зоне нагрева с заданной кривой, производ т регулирование минимальных разрежени  и запыленности, поддержива  при этом изменение температуры в диапазоне Т ± 30 град. Способ может отличатьс  тем, что при некоррелировании разрежени  с запыленностью и времени запаздывани  регулировани  запыленности в диапазоне 120-180 с воздействие разрежени  на температуру определ етс  в диапазоне изменени  разрежени  10-20 Па, а подача воздуха устанавливаетс  в соответствии с полным сжиганием летучих и топлива , а в режиме регулировани  температуры AT ± 30 град регулирование разрежени  осуществл ют по величине А Т при отключенной системе регулировани  разрежени  по запыленности потока. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил. ел С vj CJ 00 о ю ы.

Description

Изобретение относитс  к металлургической теплотехнике и может быть использовано в устройствах и процессах спекани  углеродсодержащих блоков, примен емых в электрометаллургии.

Цель изобретени  - повышение качества углеродсодержащих блоков.

На фиг. 1 представлена обща  конструкци  печей с открытыми камерами с продвижение пламени, разрез, на фиг. 2 - то же, с частичным вырывом; на фиг. 3 - конструкци  печи с открытыми камерами, вид в плане; на фиг. А - всасывающа  трубка в первом варианте реализации, разрез; на фиг. 5 - устройство дл  измерени  непрозрачности дымовых газов; на фиг. 6 и 7 - два варианта реализации системы измерени  запыленности штока (нефелометрии) дымовых газов; на фиг. 8 - график изменени  во времени температуры ТА анодов в процессе спекани , выделени  летучих веществ, испускаемых этими анодами, и потреблени  кислорода дл  сжигани  впрыскиваемого горелками топлива и летучих веществ.

Печь содержит перегородки 1 (фиг. 1), соединенные в своей верхней части соплами 2 с трубой 3, котора  соединена с общим коллектором 4. Трубы наддува и всасывани  (практически одинаковой конструкции) могут быть соединены с вентил ционными отверсти ми камер или с вентил ционными отверсти ми поперечных стенок. В  чейках 5 расположены углеродсодержащие блоки, например аноды б (в вырыве слева на фиг. 2), засыпанные углеродсодержащим грану- л тором (не показан). Отражатели 7 нагревающих перегородок предназначены дл  того, чтобы удлинить путь гор чих газов и тем самым гомогенизировать температуру продуктов в  чейках.

В верхней части камер (или поперечных стенок) расположены дросселируемые вентил ционные отверсти  8, Последовательные камеры разделены поперечными стенками 9. Больша  ось печи обозначена линией XX.

На каждом сопле между трубкой всасывани  и соответствующими вентил ционными отверсти ми располагают подвижную заслонку 10, управл емую двигателем (термин двигатель здесь употребл етс  в са- сом широком смысле, охватыва , например, управление от гидравлического или ческого домкрата с двигателем). Эта всасывающа  трубка помещаетс  н а первой камере естественного предварительного нагрева (фиг. 2 и 3).

Сопла трубки 12 наддува также снабжены подвижными заслонками с управлением г двигател . Забор пробы дымовых газов

дл  измерени  непрозрачности производ т в особом отверстии 13, таком как отверсти  дл  ввода зондов 14 измерени  температуры или разрежени , эта проба отводитс  в

измерительную камеру 15, соединенную с всасывающей трубкой 16 посредством перегородки с пробитым в ней отверстием 17, образующим диафрагму (фиг. 4).

Дл  избежани  помех от вли ни  турбу0 лентности дымовых газов используют в качестве измерительной камеры вспомогательную камеру 18 (фиг. 6), в которую отводитс  часть потока дымовых газов, при,условии подсоединени  ее входа к вентил ционному

5 отверстию 19, соответствующему зоне поднимающегос  потока, и выхода - к вентил ционному отверстию 20, соответствующему опускающемус  потоку.

На фиг. 7 показан другой вариант реа0 лизации, в котором сопло имеет длину пр мой части, достаточную дл  того, что турбулентности в ней относительно ограничены и не искажают результат измерени  непрозрачности. Измерительные зонды

5 располагают на жесткой плите, образующей верхнюю часть измерительной камеры.

Нефелометри  включает излучающий 21- и приемный 22 зонды, измерительный блок 23, оптоволоконную св зь 24 между каждым

0 зондом 21, 22 и измерительным блоком 23.

Излучающий зонд 21 соединен с помощью оптического волокна 25 с источником света, испускающим модулированное световое излучение видимого диапазона.

5 Ось излучающего зонда 21, который освещает дымовой газ в камере, составл ет с плоскостью стенки камеры угол величиной около 45°. То же относитс  и к приемному зонду, расположенному на рассто нии

0 около дес ти сантиметров от излучающего зонда.

Оси обоих зондов образуют между собой угол около 80°, т.е. свет, излучаемый излучающим зондом, никак не может дости5 гать непосредственно приемного зонда, который улавливает только свет, отраженный твердыми частицами, взвешенными в дымовом газе (несгоревшими частицами и пылью, обозначены маленькими черными

0 точками на фиг. 7). Этот отраженный свет по оптическому волокну 26 приходит к измерительному блоку, где детектируетс  фотодиодами . Электрический модулированный сигнал освобождаетс  от возможной пара5 зитной посто нной составл ющей и линейно преобразуетс  в аналоговый (или цифровой) выходной сигнал.

Управление многокамерной печью согласно этому принципу требует установки на каждом выходе нагревающих перегородок,

количество которых может быть, например, равным 7 (фиг. 2 и 3).

Измерительный блок 23 может быть общим дл  всей совокупности нефелометров, причем каждый канал может быть снабжен отдельным детектором-усилителем или одним детектором-усилителем с мультиплексированием . Учитыва  повышенную температуру вокруг печи, блок 23 нужно располагать на некотором рассто нии, которое может составл ть один или несколько дес тков метров.

Св зь посредством оптических волокон допускает температуру до 350°С и при необходимости 400°С, если прин ть некоторые меры предосторожности. Излучающие и приемные зоны имеют вспомогательную цепь 27 подачи свежего воздуха дл  того, чтобы устран ть остатки твердых веществ на конце оптического волокна. Печь содержит также вентил тор 28, камеру 29 полного пламени, вакуумметры 30, горелки 31.

Управление имеет целью оптимизацию спекани  анодов, т.е. обеспечение такой характеристики подъема температуры дл  уг- леродсодержащих блоков и газов, котора  обеспечивала бы прохождение каждой фазы спекани  в оптимальных услови х при снижении до строгого минимума потреблени  топлива, следовательно, при оптимизации режима горени .

Температура спекани  следует заданной характеристике, управление,соответствующее каждому р ду горелок, регулирует частоту и амплитуду впрыски- вани  топлива в различные горелки (кото- рые работают в прерывистом режиме). Эти впрыскивани  производ т импульсами заранее определенной длительности и частоты , установленной управл ющим автоматом. Температура, котора  учитываетс  при этом управлении, это температура газов, измеренна  после горелок.

Непрерывность измерени  непрозрачности газов в зоне предварительного естественного нагрева позвол ет установить воздействие на разрежение так, чтобы регулировать два параметра на оптимальную величину . Эта оптимизаци  осуществл етс  с отслеживанием изменени  температуры газов по отношению к заданной характеристике в той же самой зоне. Существенное отклонение по отношению к требуемой температуре вызовет изменение воздействи  на разрежение. Опыт показывает, что слабое изменение разрежени  вызывает быстрое и значительное изменение температуры газов в зоне естественного предварительного нагрева.

Регулирование, учитывающее одновременно изменение температуры газов в зоне естественного предварительного нагрева и результаты измерени  непрозрачности этих

газов и разрежени , в соответствии с конкретным алгоритмом воздействует на расход газа в каждой линии перегородок. Следовательно, необходимо установить заслонку с приводом от двигател  на каждом

из сопел наддува, соедин ющих всасывающую трубку с вентил ционными отверсти ми каждой соответствующей камеры.

Теоретически каждый р д нагревающих перегородок независим и изолирован от

других р дов, однако изменение разрежени  в перегородке может оказывать большее или меньшее вли ние на разрежение в других перегородках. Поэтому целесообразно не регулировать разрежение в каждой

перегородке независимо от разрежени  и температуры, измеренной в других перегородках рассматриваемой камеры, а сравнивать их между собой и обрабатывать согласно определенному алгоритму так, чтобы избежать любого резкого изменени  на какой-либо заслонке.

Способ регулировани  горени  в печи реализуетс  следующим образом.

Устанавливают начальное разрежение

величиной 0 - 250 Па (конкретно 40 - 180 Па) путем регулировки заклонкой 11 и дают стабилизироватьс  измеренной величине непрозрачности. Затем повтор ющимс  образом провер ют весь диапазон разрежений 0 - 250 Па, конкретно 40 - 180 Па, чтобы найти минимальное разрежение X дл  минимальной непрозрачности Y дымовых газов , измеренной после периода стабилизации длительности по крайней мере в 30 с. Регулируют положение заслонки 11 всасывающей трубки 3 на величину разрежени  в диапазоне X ±ДХ дл  непрозрачности , поддерживаемой в диапазоне Y ± Д Y вокруг минимального Y. Параллельно сравнивают реальную характеристику подъема температуры TG газов в зоне естественного предварительного нагрева с заданной характеристикой. Регулируют величину вокруг минимального разрежени ,

соответствующего минимальной непрозрачности Y, так, чтобы поддерживать температуру TG газов в зоне предварительного нагрева в диапазоне Т ± А Т вокруг заданной точки (увеличение разрежени  вызовет

увеличение температуры газов).

Кроме того, ввод т временную задержку в процессе увеличени  непрозрачности за пределами диапазона Y ± Д Y таким образом , чтобы возвращатьс  в фазу В только

тогда, когда непрозрачность все врем  остаетс  вне этого диапазона по окончании периода временной задержки.

И, наконец, в том случае, когда результаты измерени  непрозрачности Y и изме- рени  температуры TG вызвали бы противоречивые воздействи  на заслонку 1, непрозрачность временно не учитываетс , чтобы приоритетно обеспечить правильный подъем температуры TG газов в зоне ее се- ственного предварительного нагрева.

Кроме того, оптимизируют горение, управл   расходом воздуха, инжектированного трубкой 12 наддува, воздейству  на расход вентил тора 28 таким образом, что- бы инжектировать кислород в количестве, необходимом и достаточном дл  обеспечени  полного сгорани  топлива и летучих веществ при минимальной непрозрачности дымовых газов, с другой стороны, воздейст- ву  путем регулировки на дроссельные заслонки трубки 12 наддува (идентичные заслонкам 11 трубки всасывани , управл е- мые от двигател  таким же образом) так. чтобы поддерживать избыточное давление 5 - 50 Па (предпочтительно 10 - 20 Па) в перегородках камер, расположенных сзади зонь | полного пламени (позици  29). По возможности контролируют, чтобы така  регулировка не приводила к заметному снижению температуры TG газов в рассматриваемых перегородках.

Чтобы получить этот результат, располагают на одной из линий вентил ционных отверстий камеры 29 раньше зоны полного пламени р д 30 вакуумметров, содержащих столько измерительных сопел, сколько печь имеет перегородок (7 в рассматриваемом случае), фиксируют заданную величину избыточного давлени , например 20 Па, срав- -нивают измеренные величины с заданной величиной и воздействуют на приводимые от двигател  органы управлени  регулированием заслонок трубки наддува таким образом , чтобы вернуть избыточное давление к его заданной величине.

Далее регулируют расход воздуха дл  горени  следующим образом.

Используемое горючее состоит, во-первых , из газа или топлива, впрыскиваемого в р д 31 горелок. Это впрыскивание осуществл етс  калиброванными импульсами, частота и длительность которых задаетс  регул тором в зависимости от программы подъема температуры, причем каждый им- пульс соответствует заранее определе нно- му количеству горючего. Регистраци  количества и длительности импульсов позвол ет таким образом знать количество впрыснутого горючего. Друга  часть горючего образуетс  летучими веществами, вырабатываемыми углеродсодержащими блоками в процессе предварительного нагрева (углеродсодержащие блоки образованы из углеродсодержащего заполнител  и св зующего , чаще всего смолы).

Количество летучих веществ определ ют следующим образом. Измер ют температуру TG газов в камерах естественного предварительного нагрева. Путем математического моделировани  (и экспериментальной проверки) установлена коррел ционна  зависимость между температурой TG горючих газов, циркулирующих в перегородках, и действительной температурой ТА анодов в камерах естественного предварительного нагрева. Путем математического моделировани  и экспериментальных измерений также установлена характеристика выделени  летучих веществ в зависимости от температуры ТА анодов (фиг. 8). И, наконец, определено содержание С и Н в летучих веществах и, следовательно, количество необходимого кислорода дл  сжигани  С в С02 и Н в Н20.

Таким образом, путем измерени  температуры TG и количества топлива, впрыснутого в единицу времени, можно вывести общее количество кислорода, необходимое дл  полного сжигани  топлива. Следовательно , достаточно регулировать расход вентил тора 28, поддержива  посто нным избыточное давление в перегородках камер , расположенных сзади зоны полного пламени, дл  того , чтобы непрерывно его регулировать в соответствии с количеством кислорода, необходимым дл  получени  оптимального горени , подтверждаемого минимальной непрозрачностью дымовых газов, измеренной как было указано.

Изобретение применено в промышленной камерной печи, выпускающей аноды дл  р да электролизных ванн, работающих при 280 кА. Эта печь имеет 40 камер, распределенных в два параллельных р да. Кажда  камера имеет 6  чеек, чередующихс  с 7 нагревающими перегородками.

Камера нефелометрии, установленна  в ответвлении между первым и третьим вентил ционным отверсти ми, представл ет собой горизонтальный цилиндр диаметром 500 мм и длиной 900 мм. Диаметр входных каналов 25А и выходных каналов 25В равен 100 мм (фиг. 6). Два зонда расположены на рассто нии около 100 мм друг от друга и образуют между собой угол около 80° (величина дана в качестве примера).

Регулирующие заслонки управл ютс  домкратами, приводимыми от двигател  и управл емыми от измерительного блока. Приборы измерени  температуры (термопары ) и разрежени  используютс  известного типа. Дл  изменений разрежени  установлены границы 40 - 180 Па с начальным значением 80 Па. Избыточное давление в последней камере с естественным охлажде- нием до зоны полного пламени поддерживаетс  на уровне около 20 Па.

Claims (5)

1. Использование изобретени  позвол ет улучшить качество углеродсодержащих блоков , получить снижение энергоемкости, продлить межремонтную компанию печей, уменьшить внешние габариты печей. Формула изобретени  1. Многокамерна  печь дл  спекани  углеродсодержащих блоков, содержаща  по- следовательно расположенные камеры предварительного нагрева, спекани  и охлаждени , состо щие из полых нагревающих перегородок с каналами дл  подачи через них дымовых газов и  чеек дл  уклад- ки спекаемых углеродсодержащих блоков, всасывающую трубу дл  удалени  дымовых газов, соединенную соплами с каждой перегородкой камеры предварительного нагрева , горелки, вентил тор, соединенный с напорными трубами, и коллектор, отличающа с  тем, что, с целью повышени  качества углеродсодержащих блоков, она снабжена дроссельными заслонками с двигател ми , установленными в соплах и в на- порных трубах, устройствами измерени  температуры и разрежени , устройством измерени  запыленности дымовых газов и устройством регулировани  и измерени  расхода дымовых газов в каждой перегородке.
2. 2.Печь по п. 1,отличающа с  тем, что она оборудована системами измерени  и регулировани  расхода воздуха, подаваемого в напорные трубы.
3. 3.Способ регулировани  горени  в мно- гокамерной печи, включающий последовательные операции вдува воздуха, подачи

   топлива и отсоса продуктов сгорани  топлива и летучих из полых перегородок, регулирование величины разрежени  и температуры в каналах, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества углеродсодержащих блоков, устанавливают заслонкой разрежени  ХМин в диапазоне значений 40 - 180 МПа, соответствующем минимальной запыленности дымовых газов VMMH, измер ют величину запыленности после стаби- лизации процесса регулировани  в течение 30 - 120 с, устанавливают величину разрежени  во всасывающей трубе в диапазоне (2 ДX 5) Па и величину V запыленности , близкую минимальному значению в диапазоне 2% Av 55%, при этом одновременно сравнивают реальную кривую подъема температуры газов Т в зоне предварительного нагрева с заданной кривой, производ т регулирование разрежени  и запыленности Хмин и VMMH, при этом поддерживают ДТ изменение температуры в диапазоне (Т ± 30) град.
4. 4.Способ по п. 3, отличающийс  тем, что устанавливают врем  запаздывани  регулировани  величины V в диапазоне 120-180 с, а ести V не коррелмруетс  с величиной X, определ ют воздействие величины X на величину Т в диапазоне изменени  X 10-20 Па, а подачу воздуха устанавливают в соответствии с пол ным сжиганием летучих и топлива, подаваемого через горелки.
5. 5.Способ по пп. Зи4,отличающий- с   тем, что в режиме (А Т ± 30) град регулирование разрежени  осуществл ют по ве- личине Л Т, при отключенной системе регулировани  разрежени  - по запыленности потока,

   Приоритет по пунктам

   17.06.86по пп. 1,3 и 5.

   14.04.87по пп. 2 и 4.

   Фиг.1

   v

   -/

   «м

   I

   X

   2QNES ЛЕ ЛНОНТ

   enfoumement

   (reparation)

   defoumement

   retroidisserne- nt force

   refroidisse- ment naturel

   S

   pie in /eu

   precfiauffage force

   prechauffaae naturel

   chamBre morte

   ФигЗ

   g-ewj

   /тег®

   п

   ft

   &

   .

   /

   ы

   91

   i

   i

   Г

   7

   8

   г

   „ fX

   soi8c/.i

   Ю

   228

   I

   п

   Z® АЧ

   Ю

   )- 

   /

   2Ц

   /23

   21

   С

   / 9

   п

   и

   Фиг.7

   consommaticn en oxygene pour:

   combustible seul

   /

   combustible tlKIV

   engagement matieres volatiles(HH)

   Фиг. в

   temps