Многокамерная печь для спекания углеродсодержащих блоков и способ регулирования горения в многокамерной печи

(9) ( ) 8102 АЗ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(54) МНОГОКАМЕРНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ СПЕКАНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ БЛОКОВ И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГОРЕНИЯ В МНОГОКАМЕРНОЙ ПЕЧИ(57) Изобретение относится к конструкциям многокамерных печей для спекания угле-. родсодержащих блоков и к способам регулирования горения в печах. Цель - повышение качества углеродсодержащих блоков. Печь, содержащая последовательно расположенные камеры предварительного нагрева, спекания и охлаждения,.состоящие из полых нагревающих перегородок с каналами для подачи через них дымовых газов и ячеек для укладки блоков, трубу для удале-.: ния газов, соединенную соплами с каждой . перегородкой камеры предварительного нагрева, горелки, вентилятор, соединенный с. напорными трубами, дополнительно снаб-: жена дроссельными заслонками с двигателями, установленными в соплах и напорнйх трубах, устройствами измерения температуры и разрежения, устройствами измерения запыленности дымовых газов и регулирования 05 Р 27 В 13/02, С 21 О 1/52 и измерения расхода дымовых газов в каждой перегородке. Печь может быть оборудована системами измерения и регулирования расхода воздуха в напорных трубах. Способ регулирования горения, включающий последовательные операции вдува воздуха, подачи топлива и отсосе продуктов сгорания топлива и летучих из полых перегородок, регулирование величины разрежения и температуры в каналах, отличается тем, что после установки заслонкой соответствующего минимальной запыленности дымовых газов разрежения в диапазоне 40-180 МПа измеряют величину запыленности после стабилизации процесса регулирования в течение 30-120 с, устанавливают величины разрежения во всасывающем.патрубке и запыленности. в заданных диапазонах, сравнивая при этом реальную кривую подъема температуры газов в зоне нагрева с заданной кривой, производят регулирование минимальных разрежения и запыленности, поддерживая при этом изменение. температуры в диапазоне Т + 30 град. Способ может отличаться тем, что при некоррелировании разрежения с запыленностью и времени за. паздывания регулирования загыленности в диапазоне 120-180 с воздействие разрежения на температуру определяется в диапазоне изменения разрежения 10 - 20 Па, а подача воздуха устанавливается в соответствии с полным сжиганием летучих и топлива, а в рЕжиме регулирования температуры ЬТй 30 град регулирование разрежения осуществляют по величине Л Т при отключенной системе регулирования разрежения по запыленности потока. 2 с, и 3 з.п. ф-лы, 8 ил.1738102 ФМ 8. 8 Составитель В.Смирновехред М.Моргентал Редактор М,Келемеш . Т К ректор Н.Ревская ор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,.101 Заказ 1910 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС .113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 ИИзобретение относится к металлургической теплотехнике и может быть использовано в устройствах и процессах спекания углерадсодержащих блоков, применяемых в электрометаллургии.Цель изобретения - повышение качества углеродсодержащих блоков.На фиг.1 представлена общая конструкция печей с открытыми камерами с "продвижение" пламени, разрез; на фиг. 2 - то же, с частичным вырывом; на фиг. 3 - конструкция печи с открытыми камерами, вид в пла. не; на фиг. 4- всасывающая трубка в первом варианте реализации, разрез; на фиг. 5 - устройство для измерения непрозрачности дымовых газов; на фиг. 6 и 7 - два варианта реализации системы измерения запыленности штока (нефелометрии) дымовых газов; на фиг. 8 - график изменения во времени температуры ТА анодов в процессе спекания, выделения летучих веществ, испускаемых этими анодами, и потребления кислорода для сжигания впрыскиваемого горелками топлива и летучих веществ.Печь содержит перегородки 1 (фиг, 1), соединенные в своей верхней части соплами 2 с трубой 3, которая соединена с общим коллектором 4. Трубы наддува и всасывания (практически одинаковой конструкции) могут быть соединены с вентиляционными отверстиями камер или с вентиляционными отверстиями поперечных стенок. В ячейках 5 расположены углеродсодержащие блоки, например аноды 6 (в вырыве слева на фиг.2), засыпанные углеродсодержащим гранулятором (не показан), Отражатели 7 нагревающих перегородок предназначены для того, чтобы удлинить путьгорячих газов и тем самым гомогениэировать температуру продуктов в ячейках.В верхней части камер(или поперечных стенок) расположены дросселируемые вентиляционные отверстия 8. Последовательные камеры разделены поперечными стенками 9. Большая ось печи обозначена линией ХХ.На каждом сопле между трубкой всасывания и соответствующими вентиляционными отверстиями располагают подвижную заслонку 10, управляемую двигателем (термин "двигатель" здесь употребляется в сасом широком смысле, охватывая, например, управление от гидравлического или меанического домкрата с двигателем), Эта всасывающая трубка помещается на первой камере естественного предварительйого нагрева (фиг. 2 и 3).Сопла трубки 12 наддува также снабжены подвижными заслонками с управлением г двигателя, Забор пробы дымовых газов50 точками на фиг. 7). Этот отраженный свет пооптическому волокну 26 приходит к измерительному блоку, где детектируется фотодиодами. Электрический модулированный сигнал освобождается от возможной паразитной постоянной составляющей и линейно преобразуется в аналоговый (или цифровой) выходной сигнал.Управление многокамерной печью согласно этому принципу требует установки яа каждом выходе нагревающих перегородок,10152025 30 35 40 45 для измерения непрозрачности производят в особом отверстии 13, таком как отверстия для ввода зондов 14 измерения температуры или разрежения, эта проба отводится в измерительную камеру .15, соединенную с всасывающей трубкой 16 посредством перегородки с пробитым в ней отверстием 17, образующим диафрагму (фиг. 4).Для избежания помех от влияния турбулентности дымовых газов используют в качестве измерительной камеры вспомогательную камеру 18 (фиг. 6), в которую отводится часть потока дымовых газов, приусловии подсоединения ее входа к вентиляционномуотверстию 19, соответствующему зоне поднимающегося потока, и выхода - к вентиляционному отверстию 20, соответствующему опускающемуся потоку.На фиг. 7 показан другой вариант реализации, в котором сопло имеет длину прямой части, достаточную для того, что. турбулентности в ней относительно ограничены и не искажают результат измерения непрозрачности. Измерительные зонды располагают на жесткой плите, образующей верхнюю часть измерительной камеры.Нефелометрия включает излучающий 21 и приемный 22 зонды, измерительный блок 23, оптоволоконную связь 24 между каждым 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. Ось излучающего зонда 21, который освещает дымовой гаэ в камере, составляет с плоскостью стенки камеры .угол величиной около 45 О. То же относится и к приемному зонду, расположенному на расстоянии около десяти сантиметров от излучающего зонда.Оси обоих зондов образуют между собой угол около 80, т,е. свет, излучаемый излучающим зондом, никак не можетдостигать непосредственно приемного зонда, который улавливает только свет, отраженный твердыми частицами, взвешенными в дымовом газе (несгоревшими частицами и пылью, обозначены маленькими чернымиколичество которых может быть, например, , равным 7(фиг. 2 и 3.Измерительный блок 23 может быть общим для асей совокупности нефелометров, причем каждый канал может быть снабжен 5 .отдельным детектором-усилителем или одним детектором. усилителем с мультиплексированием. Учитывая повышенную температуру вокруг печи, блок 23 нужно располагать на некотором расстоянии; ко торов может составлять один или несколько десятков метров.Связь посредством оптических волокон допускает температуру до.350 С и при необходимости 400 С, если принять некото рье меры предосторожности. ИзлучаЮщие и приемные зоны имеют вспомогательную цепь 27 подачи свежего воздуха для того, чтобы устранять остатки твердых веществна конце оптического волокна. Печь содержит также вентилятор 28, камеру 29 полногопламени, вакуумметры 30, горелки 31.Управление имеет целью оптимизациюспекания анодов, т.е. обеспечение такой ха 25рактеристики подъема температуры для углеродсодержащих блоков и газов, которая обеспечивала бы прохождение каждой фазы спекания в оптимальных условиях,при снижении до строгого минимума потребле 30ния топлива, следовательно, при оптимизации режима горения,Температура спекания следует заданной характеристике, управление, соответствующее каждому ряду горелок,35регулирует частоту и амплитуду впрцскивания топлива в различные горелки (которые работают в прерь 1 вистом режиме) Эти впрыскивания производят импульсами заранее определенной длительности и частоты, установленной управляющим автоматом. Температура, которая учитывается при зтам управлении, зто температура газов, измеренная после горелок,Непрерывность измерения непрозрач-. 45ности газов в зоне предварительного естественного нагрева позволяет установить воздействие на разрежение так, чтобы регулировать два параметра на оптимальную ве 50личину. Эта оптимизация осуществляется с. отслеживанием изменения температуры газов по отношению к заданной характеристике в той же самой зоне. Существенное Отклонение по отношению к требуемой температуре вызовет изменение воздействия на разрежение, Опыт показывает, что слабое изменение разрежения 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 измерения непрозрачности этих газов и разрежения, в соответствии с конкретным алгоритмом воздействует на расход газа в каждой линии перегородок. Следовательно, необходимо установить заслонку с приводом от двигателя на каждом из сопел наддува, соединяющих всасывающую трубку с вентиляционными отверстиями каждой соответствующей камеры,Теоретически каждый ряд нагревающих перегородок независим и изолирован от других рядов, однако изменениеразрежения в перегородке может оказывать большее или меньшее влияние на разрежение в других перегородкахПоэтому целесообразно не регулировать разрежение в каждой перегородке независимо от разрежения и температуры, измеренной в других перегородках рассматриваемой камеры, а сравнивать их между собой и обрабатывать согласно определенному алгоритму так, чтобы избежать любого резкого изменения на какой-либо заслонке.Способ регулирования горения в печи реализуется следующим образом.Устанавливают начальное разрежение величиной 0 - 250 Па (конкретно 40 - 180 Па) путем регулировки заклонкой 11 и дают стабилизироваться измеренной величине непрозрачности. Затем повторяющимся образом проверяют весь диапазон разрежений О - 250 Па, конкретно 40 - 180 Па, чтобы найти минимальное разрежение Х для минимальной непрозрачности У дымовых газов, измеренной после периода стабилизации длительности покрайней мере в 30 с. Регулируют положение заслонки 11 всасывающей трубки 3 на величину разрежения в диапазоне Х + Ь Х для непрозрачности, поддерживаемой в диапазоне У + Ь У вокруг минимального У. Параллельно сравнивают реальную характеристику подъема температуры Тб газов в зоне естественного предварительного нагрева с заданной характеристикой. Регулируют величину вокруг минимального разрежения, соответствующего минимальной непроз- рачностиУ, так, чтобы поддерживать температуру ТО газов в зоне предварительного нагрева в диапазоне Т й ЬТ вокруг заданной точки (увеличение разрежения вызовет увеличение температуры газов).Кроме того, вводят временную задержку в процессе увеличения непрозрачности эа пределами диапазона У +.ЬУ таким образом, чтобы возвращаться в фазу В толькотогда, когда непрозрачность все время остается вне этого диапазона по окончании периода временной задержки,И, наконец, в том случае, когда результаты измерения непрозрачности У и измерения температуры ТО вызвали бы противоречивые воздействия на эаслонку 1, непрозрачность временно не учитывается, чтобы приоритетно обеспечить правильный подъем температуры ТО газов в зоне есгественного предварительного нагрева.Кроме того, оптимизируют горение, уп 5 10 равляя расходом воздуха, инжектированного трубкой 12 наддува, воздействуя на расход вентилятора 28 таким образом, чтобы инжектировать кислород в количестве, необходимом и достаточном для обеспечения полного сгорания топлива и летучих веществ при минимальной непрозрачности 20 25 дымовых газов, с другой стороны, воздействуя путем регулировки на дроссельные.заслонки трубки 12 наддува (идентичные заслонкам 11 трубки всасывания, управляе. мые от двигателя таким же образом) так, чтобы поддерживать избыточное давление 5 - 50 Па (предпочтительно 10 - 20 Па) в перегородках камер, расположенных сзади эоны полного пламени (позиция 29). По возможности контролируют, чтобы такая регу 30 35 лировка не приводила к заметному снижению температуры ТО газов в рассматриваемых перегородках.Чтобы получить этот результат, располагают на одной иэ линий вентиляционных отверстий камеры 29 раньше зоны полного пламени ряд 30 вакуумметров, содержащих столько измерительных сопел, сколько печь имеет перегородок (7 в рассматриваемом случае), фиксируют заданную величину избыточного давления, например 20 Па, сравнивают измеренные величины с заданной 40 величиной и воздействуют на.приводимые к его заданной величине, Далее регулируют расход воздуха длягорения следующим образом. Используемое горючее состоит, во-пер 50 55 вых, из газа или топлива, впрыскиваемого в ряд 31 горелок. Это впрыскивание осуществляется калиброванными импульсами, частота и длительность которых зад;.ется регулятором в зависимости от программы подъема температуры, причем каждый импульс соответствует заранее определенно. му количеству горючего. Регистрация количества и длительности импульсов позволяет таким образом знать количество впрыснутого горючего. Другая. часть горюот двигателя органы управления регулированием заслонок трубки наддува таким образом, чтобы вернуть избыточное давление 45 чего образуется летучими веществами, вырабатываемыми углеродсодержащими блоками в процессе предварительного нагрева (углеродсодержащие блоки образованы из углеродсодержащего заполнителя и связующего, чаще всего смолы).Количество летучих веществ определяют следующим образом, Измеряют температуру ТО газов в камерах естественного предварительного нагрева. Путем математического моделирования(и экспериментальной проверки) установлена корреляционная зависимость между температурой ТО горючих газов, циркулирующих в перегородках, и действительной температурой ТА анодов в камерах естественного предварительного нагрева. Путем математического моделирования и экспериментальных измерений также установлена характеристика выделения 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 для сжигания С в С 02 и Н в Н 20.Таким образом, путем измерения температуры ТО и количества топлива, впрыснутого в единицу времени, можно вывести общее количество кислорода, необходимое для полного сжигания топлива. Следовательно, достаточно регулировать расход вентилятора 28, поддерживая постоя нн ым избыточное давление в перегородках камер, расположенных сзади зоны полного пламени, для того, чтобы непрерывно его регулировать в соответствии с количеством кислорода, необходимым для получения оптимального горения, подтверкдаемого минимальной непрозрачностью дымовых газов, измеренной как было указано.Изобретение применено в промышленной камерной печи, выпускающей аноды для ряда электролизных ванн., работающих при 280 кА. Эта печь имеет 40 камер, распределенных в два параллельных ряда. Каждая камера имеет 6 ячеек, чередующихся с 7 нагревающими перегородкамиКамера нефелометрии, установленная в ответвлении между первым и третьим вентиляционным отверстиями, представляет собой горизонтальный цилиндр диаметром 500 мм и длиной 900 мм. Диаметр входных каналов 25 А и выходных каналов 25 В равен 100 мм (фиг. 6)., Два зонда расположены на расстоянии около 100 мм друг от друга и образуют между собой угол около 80 (величина дана в качестве примера),Регулирующие заслонки управляются домкратами, приводимыми.от двигателя и управляемыми от измерительного блока, Приборы измерения температуры (термопары) и разрежения используются известного типа. Для изменений разрежения установлены границы 40 - 180 Па с начальным значением 80 Па. Избыточное давление в последней камере с естественным охлажде- .5 нием до зоны полного пламени поддерживается на уровне около 20 Па.Использование изобретения позволяет улучшить качество углеродсодержащих блоков, получить снижение энергоемкости, 1 О продлить межремонтную компанию печей, уменьшить внешние габариты печей.Ф ор мул а изобретения1. Многокамерная печь для спекания углеродсодержащих блоков, содержащая по следовательно расположенные камеры предварительного нагрева, спекания и охлаждения, состоящие из полых нагревающих перегородок. с каналами для подачи через них дымовых газов и ячеек для уклад ки спекаемых углеродсодержащих блоков, всасывающую трубу для удаления дымовых газов, соединенную соплами с каждой пере-городкой камеры предварительного нагрева, горелки, вентилятор, соединенный с 25 напорными трубами, и коллектор, от л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества углеродсодержащих блоков; она снабжена дроссельнцми заслонками с двигателями, установленными в соплах и в на порных трубах, устройствами измерения температуры и разрежения, устройством измерения. запыленности дымовых газов и .уст-. ройством регулирования и измерения расхода дымовых газов в каждой перегородке. 352. Печь по и, 1, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что она оборудована системами измеренияи регулирования расхода воздуха, подаваемого в напорные трубы.3. Способ регулирования горения в мно гокамерной печи, включающий последовательные операции вдува воздуха,. подачи топлива иотсоса продуктов сгорания топлива и летучих из полых перегородок, регулирование величины разрежения и температурывканалах, отл ича ющи йс я тем, что, сцелью повышения качества углеродсодержащих блоков, устанавливают заслонкойразрежения Хмин в диапазоне значений 40 -180 МПа, соответствующем минимальнойзапыленности дымовых газов Чжин,. измеряют величину запыленности после стабилизации процесса регулирования в .течение 30 - 120 с, устанавливают величинуразрежения во всасывающей трубе в диапазоне(2ЛХ5) Па и,величину Ч запыленности, близкую минимальному значению вдиапазоне 2 ОАЧ5 О, при этом одновременно сравнивают. реальную кривуюподъема температуры газов Т в зоне предварительного нагрева с заданной кривой,производят регулирование разрежения изапыленности Хмин и Чмин, при этом поддерживают Л Т изменение температуры в диапазоне(Т + 30) град.:4. Способ по и. 3, о т.л и ч а ю щ и й с ятем, что устанавливают время: запаздывания регулирования величины Ч в диапазоне120-180 с, а если Ч йе коррелируется с величиной Х, определяют воздействие величи-.ны Х на величину. Т в диапазоне измененияХ 10 - 20 Па, а подачу воздуха устанавливаютв соответствии с пол ньмсжиганием летучихи топлива, подаваемого через горелки,. 5. Способ. по пп. 3 и 4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в режиме (ЬТ30) град регулирование разрежения осуществляют по величине Ь Т, при отключенной системерегулирования разрежения - по запыленности потока,Приоритет по пунктам17,06.86 по пп. 1, 3 и 5,14.04.87 по пп. 2 и 4.1738102 елуои Егос ИЖШ Г веля те адапяШи РЫ дстегЕ 1ргесйаиУУаОГ гесйаи У па 1 иге