АСУ тепловой работы камерной нагревательной печи кузнечного отделения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Кафедра промышленной кибернетики и систем управления

Курсовая работа

Тема: "АСУ тепловой работы камерной нагревательной печи кузнечного отделения"

Выполнил студент гр. ЭФ-05 Насонов С.А.

Руководитель доцент каф. ПК и СУ к. т. н. Блохин А.И.

Магнитогорск

Содержание

Введение

1. Описание конструкции, технологической и тепловой работы камерной печи

2. Описание функциональной схемы автоматизации

3. Расчет регулятора расхода природного газа

Заключение

Список используемой литературы

Реферат

В курсовой работе рассмотрена система автоматического теплового режима, описана функциональная схема автоматического контроля, регулирования и сигнализации камерной нагревательной печи. Рассчитаны параметры настройки регулятора температуры.

Введение

Автоматическое регулирование объектов теплоэнергетики это отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения систем управления технологическим процессом без непосредственного участия человека. Если прежде в ранней стадии становления энергетики под автоматическим регулированием понималось выполнение определенных, часто повторяющихся действий без участия персонала, обслуживающего энергетические объекты, то в настоящее время преобладающую роль играет схемы и технические средства, обеспечивающие организацию и оптимизацию технологических процессов, автоматизацию управления ими [1].

В черной металлургии с каждым годом увеличивается производительность агрегатов, и повышаются требования к качеству продукции. Как следствие возникает необходимость качественного контроля над ходом процессов. Требуется внедрение систем, которые будут контролировать ход процесса по программе заложенной человеком, с минимальным его вмешательством - автоматизированных систем управления

Средства автоматизации должны обеспечивать надежный и экономичный режим эксплуатации объектов управления. С их помощью ведется контроль над ходом процессов, режимами работы и состоянием оборудования, управлением основным и вспомогательным оборудованием во всех режимах его работы. Они позволяют осуществлять автоматическое регулирование технологических параметров во всем диапазоне нагрузок, включая процессы пуска и остановки оборудования; защит оборудования при аварийных ситуациях; сигнализацию об отклонениях параметров от допустимых пределов.

К основным средствам автоматизации относятся регуляторы и исполнительные механизмы. Назначение регуляторов - создание требуемого воздействия на регулирующие органы. Как правило, регуляторы предназначены для работы с электрическими исполнительными механизмами с постоянной скоростью преломления.

Исполнительные механизмы предназначены для перемещения регулирующих органов и состоят из электрического сервопривода и колонки дистанционного управления.

Различные виды термообработки сталей требуют разных скоростей нагрева, длительности выдержки при определенной температуре, скоростей охлаждения и т.д. Поэтому температурный режим нагреваемых изделий, а следовательно, и печи жестко регламентирован по ходу процесса термообработки. Задача управления нагревательными печами сводится главным образом к точному обеспечению заданного цикла термической обработки.

Режим работы печи характеризуется следующими выходными параметрами: температурой нагрева и охлаждения металла, экономичностью сжигания топлива, длительностью нагрева, производительностью печи.

Основными возмущающими воздействиями в процессе нагрева металла являются изменение характеристик садки: массы и размеров заготовок, марки металла, его толщины, плотности намотки, изменение давления и калорийности газа, изменение давления в печи [2].

1. Описание конструкции, технологической и тепловой работы камерной печи

Пластическая деформация и термическая обработка металла протекает при высоких температурах. Основными агрегатами для нагрева металла являются печи, в которых выделяется теплота в результате горения топлива или преобразования электрической энергии.

Печи должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Обеспечивать высокую производительность при заданных технологических условиях нагрева.

2. Минимальный удельный расход топлива.

3. Возможность изменения производительности и ассортимента нагреваемых изделий.

4. Наличие механизации загрузки и выгрузки изделий.

5. Простота и безопасность обслуживания и ремонта.

6. Возможность автоматического управления печью.

Печи нагревательные применяются для термической обработки однородных по форме и размерам изделий.

Конечная температура нагрева металла в этих печах до 1150оС.

Производительность печи может изменяться в зависимости от марки стали, размеров заготовок или слитков, вида топлива и должна уточняться в каждом конкретном случае.

Кладка печи выполняется из шамотного, хромомагнезитного, диатомового и глиняного (красного) кирпича и заключается в сварной металлический каркас с обшивкой из листовой стали. Печь устанавливается на специальный фундамент.

Нагреваемые изделия выкладываются на поддоны из жароупорной стали. Размеры поддонов сертифицированы и согласованны с принятыми площадями подов печей. Печи отапливаются природным газом или нефтяным топливом (мазутом), сжигаемым с помощью типовых горелок или форсунок.

Для подогрева воздуха, идущего на горение, в печах работающих на газе низкого давления, применяются трубчатые или игольчатые чугунные рекуператоры. При отоплении печей мазутом игольчатые рекуператоры должны иметь защитные секции из термоблоков. Если печи отапливаются газом среднего давления, с применением инжекторных горелок, рекуператоры не устанавливаются, и воздух для горения не подогревается [3].

Рис. 1 Камерная печь с неподвижным подом для нагрева заготовок перед ковкой: 1 - рабочее пространство; 2 - окно для загрузки и выдачи изделий; 3 - горелка; 4 - рекуператор.

На печах установлены горелки низкого давления ГНП-3, ГНП-4.

Печь этого типа отапливается природным газом или жидким нефтяным топливом (мазутом), сжигаемым с помощью типовых горелок или форсунок.

Продукты горения отводятся через борова и дымовые трубы.

Тепловой режим и режим давлений в печах поддерживаются автоматически.

В КРЦ в эксплуатации применяется следующее оборудование:

1. ГРУ (газорегулирующее устройство);

2. Задвижки, дроссельные клапаны;

3. Сигнализаторы падения давлении газа и воздуха;

4. Две нагревательные печи № 1 и № 4 с площадью пода 2,55 м 2.

Все печи снабжены приборами измерения и регулирования:

а) температура в печи 1300-1400°С;

б) соотношение расхода газ-воздух 1:5;

в) разрежение в печи от 30 кПа.

Подача воздуха для горения осуществляется двумя вентиляторами высокого давления, причем один из них резервный [4].

Автоматизация камерной печи

При пуске установки после продувки печного пространства воздухом в объеме, в 5 раз превышающем объем печного пространства, регулировочный клапан воздуха для горения приводится в исходное положение; после сообщения прибора контроля горения о произведенном нагревательная система начинает нагрев. Система регулирования работает в непрерывном режиме (на моторный регулировочный клапан действуют импульсы). Когда потребность печной установки в энергии уменьшается, система осуществляет соответствующее регулирование до достижения минимальной производительности горелки. Она составляет около 30 %. В дальнейшем система регулирования работает в режиме Вкл-Выкл.

В режиме Вкл-Выкл электромагнитные клапаны горючего газа на горелке и электромагнитный клапан на магистральном трубопроводе горючего газа открываются и закрываются. Перед открыванием клапанов горючего газа и зажигания горелки на протяжении нескольких секунд горелки продуваются воздухом [5].

Предусмотрен контроль следующих значений: повышенное давление горючего газа, недостаточное давление горючего газа, недостаточное давление воздуха для горения и пламя горелки, максимально допустимая температура в печи.

Закрывание подачи горючего газа: производится при регулировании в режиме Вкл-Выкл перед каждой горелкой, а также при предохранительном отключении при помощи предохранительной системы, состоящей из двух пневматических клапанов серийного включения в комплекте с прибором контроля плотности.

Зажигание осуществляется при помощи запальной горелки.

Контроль регулирования температуры

Для регулирования температуры в нагревательном пространстве на каждый контур регулирования предусмотрен регулятор температуры.

Переключение с "Непрерывного" на "Вкл-Выкл" регулирование происходит тогда, когда фактическая температура нагревательного пространства выше заданной на 10 єС и на моторно-регулировочном клапане достигнута позиция "минимальная мощность нагрева";

Переключение с "Вкл-Выкл" регулирования на "Непрерывное" происходит тогда, когда фактическая температура нагревательного пространства ниже заданной на 15 єС;

"Непрерывное" регулирование

Моторно-регулировочная заслонка воздуха для горения открывается только при непрерывном регулировании и если задействованный регулятор посылает импульсы на открытие и закрывается соответственно тогда, когда задействованный регулятор посылает импульсы на закрытие. В коробке управления предусмотрены переключение с ручного на автоматический режим и кнопка для ручной юстировки моторно-регулировочной заслонки воздуха для горения [4].

2. Описание функциональной схемы автоматизации

АСУ ТП кузнечных печей контролирует и регулирует следующие основные величины:

Контроль температуры нагревательного пространства;

Контроль давления воздуха и природного газа;

Регулирование температуры металла;

Регулирование расходов газа и воздуха;

Регулирование давления в пространстве печи;

Функциональная схема автоматизации камерной нагревательной печи с монолитным подом представлена на листе 1.

Контроль температуры

Исполнительные элементы

Исполнительные элементы для непрерывного и Вкл-Выкл регулирования установлены перед горелками нагревательной системы в линиях подвода горючего газа и воздуха для горения. Непрерывное регулирование осуществляется перемещением моторно-регулировочной заслонки воздуха для горения (поз. 3е). Открыты, установленный в линиях подвода горючего газа и воздуха для горения, запорный орган и соответствующий каждой горелке клапан горючего газа. Вкл-Выкл регулирование осуществляется открытием или закрытием запорных органов, установленных в линиях подвода горючего газа и воздуха для горения, а также открытием или закрытием предназначенных каждой горелке устройства нагрева клапана горючего газа.

Измерение температуры

Температура нагревательного пространства регистрируется термопарой (поз. 3а) (ТХА-88-44), устанавливаемым в защитном металлическом чехле в специальном отверстии кладки печи и затем подается в регулирующее устройство РП-4-П (поз. 3г)

Температуры нагревательного пространства записываются на диаграммном диске вторичного прибора ДИСК-250 (поз. 3в).

Термопара ТХА



Рис. 2 Термопара ТХА

Измеряемые среды: расплавы алюминия и другие расплавы, не разрушающие материал защитной арматуры.

Диапазон измерения: 0...+1200°С (t ном.=+800°С).

Номинальные статические характеристики: К (по ГОСТ Р 8.585).

Класс допуска: чувствительного элемента - 2 (по ГОСТ 6616).

Основная погрешность измерения: ±3.25°С,от 0 до 300°С;±0.01 t(*), от 300 до 1000°С.

t(*) - значение измеряемой температуры

Устойчивость к внешним воздействиям.

Таблица 1

Тип и исполнение датчиков	Конструктивные особенности	Показатель тепловой инерции, с, не более	Длина монтажной части L (длина l), мм	Масса, кг
ТХА-88	Защитная арматура - без штуцера, материал - сталь 15Х 25Т 20 мм, погружаемая часть -боросилицированный графит БСГ-30 42 мм, материал головки - алюминиевый сплав. Термоэлектроды 3.2 мм. Рабочий спай изолирован. Условное давление измеряемой среды Ру=6.3 МПа	500	800 (380, 500), 1000 (500, 740), 1250 (740,1100), 1600 (1100,1460), 2000(1460,1600), 2500 (1460, 1600,1820), 3150 (1600, 1820)	2.4-9.2

По устойчивости к механическим воздействиям: вибропрочное группа N3 по ГОСТ 12997. тепловой печь регулятор

Ресурс, часов (при t изм.=t ном.) - не менее 1800 ч.

Контроль давления газа, воздуха и защитной атмосферы

Контроль давления газа, воздуха и защитной атмосферы осуществляется с помощью преобразователей избыточного давления Метран 22ДИВ (поз. 5а, 7а), сигнал с которых поступает на показывающие приборы Диск-250 (поз. 5в, 7в). Предусмотрена схема аварийной сигнализации при падении давления одного из этих параметров.

Расход газа и воздуха

Расход газа и воздуха регулируется по схеме соотношения газ-воздух по методу объемного пропорционирования расходов газа и воздуха путем стабилизации заданного значения ав. Регулирование осуществляется с помощью стандартного набора: измерительной диафрагмы на газопроводе ДК-6-300-2 (поз. 6а, 8а) (рис. 3), преобразователя избыточного давления Метран-45ДД-5310 (поз. 10а, 13а), вторичных регистрирующих приборов ДИСК-250 (поз. 6в, 8в) установленных на тепловом щите. Сигналы с регистрирующих приборов поступают в контроллер РП-4П, который управляет исполнительным механизмом МЭО 4/25-0,25 (поз. 13д, 11д), перемещающим заслонку на газовом коллекторе.

Камерная диафрагма ДК-6 применяется для измерения расхода жидкости, пара или газа по методу переменного перепада давления в комплекте с преобразователями разности давления или дифманометрами в системах контроля, регулирования и управления технологическими процессами

Рис. 3 Диафрагма камерная ДК-6

Диафрагма камерная состоит из диска и корпусов кольцевых камер. Для уплотнения между плоскостью соприкосновения камер и диска вставлена прокладка.

Регулирование давления в печи

Разрежение необходимо для уборки продуктов сгорания и должно составлять в рабочем пространстве около 20-30 кПа. Регулирование осуществляется с помощью дифманометра ДКО модель 3702 (поз.). Сигнал с дифманометра поступает в контроллер РП-4П.

Сигнализация падения давления газа осуществляется с помощью электрических сигнализаторов, включающих световую и звуковую сигнализации. Структурная схема регулирования давления изображена на рисунке 5



Рис. 4 Структурная схема регулирования давления.

Описание систем сигнализации и защиты

В аварийную сигнализацию термического отделения входят:

- сигнализация падения давления природного газа в цеховом коллекторе менее 4,9 кПа

- сигнализация падения разрежения в дымовых трубах не менее 0,15 кПа

- сигнализация падения давления воздуха менее 30 кПа

Для аварийной сигнализации применяются сигнализаторы типа СПДМ, ЭКМ-У и ТмМП/52.

3. Расчет регулятора расхода природного газа

Объект - ПИ-регулятор с 20 % перерегулированием. ПИ - регулятор или изодромный регулятор состоит из пропорционального регулятора П (статический) и интегрального регулятора - И (астатический). Его преимущество в том, что под действием интегральной части статическая ошибка становится равной нулю.

Закон ПИ - регулирования:

где - коэффициент передачи регулятора при пропорциональной части; - отклонение; - коэффициент передачи регулятора при интегральной части.

где - время изодрома.

Динамическая характеристика (кривая разгона) показана на рисунке 6.

Рис. 5 Динамическая характеристика

В таблице 2 представлены динамические параметры объекта, для расчета ПИ-регулятора.

Таблица 2 Динамические параметры

			на % хода регулирующего органа	на единицу расхода регулирующей среды
0,26	1,0	0,26		-

Коэффициент передачи регулятора:

;

Время изодрома (время удвоения):

.

Рассчитав ПИ - регулятор, было получено, что коэффициент передачи регулятора КР=1,68 % хода в ч /м 3, время удвоения ТИ = 0,7 с, из чего видно, что регулятор обладает инерционностью.

Заключение

Для улучшения качества нагрева, экономии топлива и снижения вредных выбросов необходима оптимизация управления тепловым и температурным режимам работы нагревательных печей с использованием контроллерной техники и ПВЭМ на базе развитых математических моделей.

Система обеспечивает заданное качество нагрева заготовок перед ковкой, благодаря режиму нагрева и использованию современных технических средств.

Это качественно новая система высокой надёжности с развитой диагностикой технологического оборудования и самой системы. Она реализована на базе контроллеров фирмы Сименс, объединённых локальной промышленной сетью и вместе с операторскими станциями встроенных в общецеховую систему слежения и сопровождения материальных потоков. Для удобства работы нагревальщиков разработан интерфейс.

Список используемой литературы

1. Автоматическое регулирование объектов теплоэнергетики. Г.А. Липатников, М.С. Гузеев. - М.: 2007

2. Блинов О.М. Автоматизация металлургических печей, М.: "Металлургия", 1975

3. Общая теория тепловой работы печей. Глинков М.А., Глинков Г.М.: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия,1990.

4. Инструкция по охране труда при эксплуатации в кузнечном отделении кустового ремонтного цеха горно-обоготительного производства ОАО "ММК". Магнитогорск: 2000.

5. Технические средства автоматизации. Учебное пособие, И.А. Елизаров, Ю.Ф. Мартемьянов, А.Г. Схиртладзе, С.В. Фролов, 2004

6. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей: Учебник для техникумов. 2-е изд., перераб. и доп. Т.1 и 2. / Кривандин В.А., Филимонов Ю.П., Мастрюков Б.С. / Под ред. В.А. Кривандина. - М.: Металлургия, 1986.

Размещено на Allbest.ru

...