Дипломная (вкр): Cистема автоматичного регулювання температури в зоні випалювання тунельної печі

Cистема автоматичного регулювання температури в зоні випалювання тунельної печі

Вступ

В цьому дипломному проекті розроблено систему автоматичного регулювання температури в зоні випалювання тунельної печі.

Для тунельної печі важливо підтримувати температуру в зоні випалювання на заданому рівні, так як будь-які відхилення температури від заданого значення призводять до браку продукції, а як наслідок матеріальних втрат. Також використання системи автоматичного регулювання дозволяє зменшити витрату природного газу.

Від сучасних АСУ очікуються високі техніко-економічні показники, надійність, точність та функціональність.

Розділ 1. Постановка задачі автоматизації

.1 Характеристика ТОУ

Таблиця 1.1 - Технічна характеристика тунельної печі

1.2 Загальна характеристика печей для випалювання цегли

За формою тунелю розрізняють печі з прямолінійним і кільцевим каналом, щілинні і багатоканальні. Найбільше поширення мають одноканальні печі з прямолінійним каналом.

За способом переміщення випалювальних виробів печі бувають вагонеточні, стрічкові, роликові, з ковзаючими підкладками, з крокуючим чи обертовим подом.

За формою тунелю розрізняють печі з прямолінійним і кільцевим каналом, щілинні і многоканальние.

Найбільше поширення мають вагонеточні печі. За способом теплообміну розрізняють печі прямого нагрівання (відкритого вогню) і муфельні. Переважне поширення мають перші з них.

За джерела теплопостачання печі можуть бути полум'яними і електричними. Найбільше поширення набули перші з них.

За способом спалювання палива розрізняють печі з топками повного горіння, печі з напівгазовимі топками і печі з спалюванням палива в робочому просторі (без топок).

1.3 Конструкція та принцип дії тунельної печі

На поведінку керамічних виробів у процесі випалу впливають термічні властивості глин, з яких вони виготовлені [1,2].

Найголовнішими термічними властивостями легкоплавких глин є вогнетривкість, вогнева усадка, інтервал спікання, інтервал випалення, теплоємність, теплопровідність, температуропровідність і міцність у гарячому стані [3]. При випалюванні легкоплавких глин мають місце фізико-хімічні процеси, пов'язані з фазовими перетвореннями, розкладанням, частковим плавленням, кристалізацією новоутворень і реакціями у твердій фазі. Зазначені процеси відбуваються в глиноутворюючих мінералах, домішках і добавках і за часом можуть накладатися одне на одного.

Загальна картина змін, що відбуваються в глинистій легкоплавкой масі при її випалі, схематично представлена в таблиці 1.2

Таблиця 1.2 - Процеси в глинистій легкоплавній масі при різних температурах

Внаслідок цього процеси, зазначені в таблиці 1.2, протікають в обпікаємому виробі не послідовно один за одним, а одночасно, накладаючись у часі. У відновному середовищі температури плавлення, початку і кінця спікання істотно знижуються, іноді на 100-150°С; особливо це характерно для глин з великим вмістом залізистих окислів. За дослідженнями, мицність виробів з легкоплавких глин в процесі випалу знижується зі збільшенням вмісту в глині монтморіллонітових мінералів, глинозему, часток величиною менше 1 мк (особливо при їх кількості більше 35-40%) і при підвищенні числа пластичності більше 20.

Корінні зміни в мінеральному фазовому складі черепка відзначалися лише при досягненні температур 800-900°С. Тріщиноутворення при нагріванні настає лише в період інтенсивної усадки [4]. Випалення абсолютно сухого сирцю до температури 800°С може проводитися з інтенсивністю до 300 град/год. Швидкісний випал можливий при вологості сирцю не більше 5%. При цьому необхідно мати на увазі, що пересушений сирець є крихким і його механічні пошкодження (видимі і невидимі) можливі до випалу при його транспортуванні і садці в піч [5].

К.А. Нохратян і З.А. Смолякова, досліджуючи процес охолодження цегли, встановили наявність "небезпечного" температурного інтервалу в області 500-60°С, викликаного поліморфним перетворенням кварцу [6]. При швидкому охолодженні цегли в зазначеному інтервалі температур відбувається зміна структури, що супроводжується загальним розпушенням черепка, підвищенням його водопоглинання і зниженням міцних показників. У зв'язку з цим зазначені автори рекомендують вести процес охолодження за триступеневою режиму:

форсоване охолоджування від кінцевої температури випалення до 60°С;

повільне охолодження в інтервалі температур 500-60°С;

форсоване охолоджування до температури вивантаження.

Загальна тривалість може бути при цьому значно знижена в порівнянні з одноступінчастим режимом при істотному поліпшенні якості цегли.

У тунельный печі по довгому вузькому каналу назустріч газовому або повітряному потокам рухаються щільно примикаючись один до одного вагонетки з обпікаємими виробами. Тунель умовно розділяється по довжині на три основні зони: підігріву, випалу та охолодження. Спочатку вагонетки з виробами підігріваються відходять із зони випалу продуктами горіння, потім проходять через зону випалу, піддаючись впливу високих температур, після чого надходять в зону охолодження, де остигають, віддаючи своє тепло омиває їх повітрю. Тунельні печі працюють за принципом протитечії, тобто гази і повітря рухаються назустріч вагонетка з обпікає виробами. Тепло може передаватися при безпосередньому зіткненні теплоносія з обпікаємими виробами або через муфель. Схема тунельної печі і руху повітряних мас у ній зображення на рис.1.1 [7].

Рис. 1.1 - Схема тунельної печі: 1 - зона підігріву, 2 - зона випалювання, 3 - зона охолодження

Відпрацьовані гази відводяться у місця надходження виробів звичайно за допомогою димососа. Повітря підводиться у місця виходу вагонеток з обпаленими виробами. Для охолодження обпаленої продукції завжди потрібно більше повітря, ніж для горіння палива, тому частина повітря, що нагнітається в піч для охолодження обпаленої продукції, відбирається із зони охолодження для використання на стороні (в сушарках, на обігрів приміщень, тощо).

Великим недоліком тунельних печей, є нерівномірність розподілу температури по перетину печі: вгорі завжди знаходяться більш гарячі потоки, внизу - більш холодні. Різниця температур між верхом і низом каналу особливо різко позначається в початковий період випалу - в зоні підігріву. Раніше вважалося, що вирівнювання температури по перетину печі сприяє розподілений відбір продуктів горіння з робочого каналу, здійснюваний на великій ділянці печі [8]. Ця пропозиція не підтвердилося практикою. Так працюють численні печі, застосовувані головним чином для випалу будівельного і вогнетривкої цегли. Вони мають найбільш просту конструкцію і прості в обслуговуванні, але температура по перетину каналу розподіляється нерівномірно, і температурна крива по довжині печі важко піддається регулюванню.

Щоб зменшити різницю температур по перетину печі і підвищити швидкість прогрівання низу садки на початку зони підігріву, в деяких випадках в цю зону нагнітають гаряче повітря із зони охолодження або ж на цій ділянці здійснюють рециркуляцію продуктів горіння [9].

Істотним недоліком печей, є значне розрідження, що створюється в робочому просторі печі, необхідне для просасиванія газів через всю піч. Внаслідок цього через нещільності стиків вагонеток і затворів між рухомим складом і нерухомою кладкою в піч підсмоктується багато холодного повітря. Він охолоджує низ садки, через що ще більше збільшується різниця температур між її верхом і низом. Підсмоктування повітря в робочий простір завжди небажаний, але він абсолютно неприпустимий в тому випадку, якщо випал треба вести в відновному середовищі. Тоді в печі повинно бути позитивний тиск і, отже, виключається можливість засмоктування в робочий простір повітря, необхідного для охолодження обпаленої продукції. Для того, щоб знизити розрідження в робочому просторі печі і забезпечити надходження повітря для охолодження обпаленої продукції, нагнітають холодне повітря в зону охолодження. В результаті зона охолодження печі знаходиться під тиском, а зона підігріву - під невеликим розрідженням.

Зона випалу, в яку присос повітря особливо небезпечний, знаходиться при нульовому або близькому до нього тиску, тобто в найбільш сприятливих умовах. Максимальне розрідження в місці відбору відпрацьованих продуктів горіння значно менше, ніж при засмоктування холодного повітря, отже, менше і підсмоктування холодного повітря через под.

На початку печі (перед зоною підігріву) і в кінці печі (після зони охолодження) влаштовуються вхідні і вихідні камери, що вміщають одну вагонетку [10]. Камери ізолюють робочий простір печі під час введення і виведення вагонеток з печі. Завдяки цьому досягається більш стійкий режим газових потоків в робочому каналі печі. Коли тунель печі завантажений вагонетками, зовнішні торці крайніх вагонеток майже збігаються з обрізами стін печі. Для завантаження чергової вагонетки її по рейкових шляхах подають до завантажувального торця печі і заштовхують у піч спеціальним механізмом (штовхачем) [11]. При цьому склад вагонеток, що знаходиться в тунелі, переміщається на довжину однієї вагонетки і з іншого кінця печі виштовхується вагонетка з обпаленими виробами. Подібне переміщення вагонеток може здійснюватися безперервно або періодично (імпульсивно). У тунельних печах на відміну від кільцевих теплові зони розташовані стабільно, а матеріал переміщається уздовж тунелю назустріч потоку газів (принцип протитечії), що дає можливість досягти високих температур нагрівання.

Ширина вагонеток відповідає ширині тунелю печі, довжина їх зазвичай трохи перевищує ширину. Металеві поди вагонеток футерують шамотною каменями або жаротривкий бетон з теплоізолюючим прошарком з легковагої цегли. Стики між стінами печі і вагонетками виконуються у вигляді лабіринту з пісочним затвором. До бічних частинах вагонеточної рами кріпиться сталевий ніж (фартух), товщиною 8-10 мм, який занурений в заповнений піском або меленим кварцом жолоб глибиною не менше 200 мм.

Нульовый тиск в зоні випалу може бути досягнутый і без нагнітання холодного повітря в робочий канал. У цьому випадку обпалені вироби охолоджуються тільки рекуперативним шляхом через охолоджувані стіни печі [11]. Однак як показала експлуатація подібних печей, охолодження у них протікає повільно. Продуктивність печі у зв'язку з цим знижується, і зона охолодження надмірно збільшується. Тому печей, що працюють за методом тільки рекуперативного охолодження, більше не будують.

Для зменшення підсосів холодного повітря в робочий простір і пічних газів в підвагонеточний простір, Державний дослідний керамічний інститут (ДДКІ) запропонував створити під подом вагонеток режим тисків, що виключає можливість газового обміну між робочим каналом і подподовим простором. Цей захід вимагає установки спеціальних вентиляційних пристроїв і ущільнення оглядового каналу під вагонетками, що дещо ускладнює установку і утрудняє її обслуговування. Оглядовий канал під вагонетками влаштовується для полегшення ліквідацій завалів, які можуть відбутися в печі, а також для огляду вагонеток і пісочних затворів, для ремонту металоконструкцій пісочних затворів і рухомої частини вагонеток, в разі їх пошкодження під час роботи печі.

Нагнітання в робочий канал печі холодного повітря для охолодження продукції не усуває нерівномірного розподілу температур по перетину печі, що викликається розшаруванням газових потоків, особливо при недостатній продуктивності печі і малих швидкостях руху газів. Гіпроогнеупором запропоновано пристрій для примусової поперечної циркуляції продуктів горіння в зоні підігріву або повітря в зоні охолодження, здійснюване даний час великого поширення отримує циркуляція газів за допомогою централізованих вентиляційних установок або ежекторів, засмоктує гази з різних точок печі і нагнітає їх назад через вузькі щілини в склепінні. При цьому створюються газові засоси, що перешкоджають вільному просуванню потоків газів під склепінням печі і вирівнюючі газові потоки по всьому її перетину.

Щоб уникнути нерівномірності температур по висоті тунелю швидкість руху газів в тунелі повинна бути більше 1 - 1,5 м/сек [12]. Підвищення швидкості руху газів може бути досягнуто не тільки рециркуляцією, а й скороченням вільних перерізів для проходу газів при більш тісної коші, а також підвищенням продуктивності печі.

Як уже згадувалося, за довжиною тунельної печі повинен бути створений певний температурний і газовий режим. Досягається це відповідним розподілом по довжині каналу топкових пристроїв і місць відведення та введення газів, зміною схеми руху газових потоків на окремих ділянках печі. Примусова поперечна рециркуляція дуже полегшує встановлення будь-якого режиму по довжині печі, тому вироби, що потребують в окремі періоди випалу різних швидкостей зміни температури, характеру газового середовища та витягів при певних температурах, обпалюють в печах з примусовою поперечною циркуляцією.