Система автоматического регулирования давления в печи с шагающими балками для нагрева заготовок трубопрокатного цеха

1.

Министерство высшего образования и науки РФ
Филиал федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего образования
«Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском
Направление подготовки: теплоэнергетика и теплотехника, 13.03.01
Выпускная квалификационная работа:
Разработка и исследование системы
автоматического регулирования
давления в печи с шагающими балками
для нагрева заготовок трубопрокатного
цеха №3 АО «ВТЗ»
Студент: Разливаев Н.А., ТЭ-3-17
Научный руководитель: Агринская С.А., к.т.н., доцент
г. Волжский, 2021

2.

Актуальность
Излишне высокое давление в рабочей зоне печи приводит к
выбиваниям газов через неплотности в кладке, и загрузочные окна. При
этом из рабочего пространства уносится тепло, вызывается ускоренный
износ внешних конструкций печи, затрудняется обслуживание агрегата и
загрязняется атмосфера цеха.
При чрезмерно низком давлении в рабочее пространство
засасывается холодный атмосферный воздух, понижая температуру в
печи, неравномерно охлаждая кладку, металл и вызывая дополнительное
окалинообразование.
2

3.

Цель работы
Достижение оптимальных параметров качества и экономичности процесса
нагрева рабочей зоны за счет регулирования давления.
Задачи
1. Проанализировать
недостатки
существующих
методик
регулирования давления в рабочем пространстве печи и разработать
методику их устранения;
2. Осуществить выбор комплекса технических средств, необходимых
для реализации системы автоматического регулирования давления;
3. Произвести технико-экономическое обоснование принимаемых
проектных решений и выполнить расчет надежности разрабатываемой
системы;
4. Разработать проектную документацию;
5. Определить оптимальные параметры настройки двухконтурной
системы автоматического регулирования давления.
3

4.

Описание технологического процесса
Подлежащие нагреву заготовки специальным механизмом – шагающими балками
– передвигаются вдоль печи по водоохлаждаемым трубам навстречу продуктам
сгорания. Топливо подается в горелки. Необходимый для горения воздух
вентилятором нагнетается через рекуператор, обогреваемый продуктами
сгорания, выходящими из печи.
Рисунок 1 – Общий вид и разрез методической нагревательной печи
1 – заготовки, подлежащие нагреву; 2 – толкатель; 3 – охлаждаемые подовые трубы;
4 – горелки; 5 – окно для отвода продуктов сгорания топлива из печи;6 – боров;
7 - рекуператор; 8 – дымовая труба; 9 – вентилятор.
4

5.

Лист инг программы д л я ПЛК
Рисунок 2 – Программа, реализующая регулирование расхода по
средству изменения степени открытия регулирующей арматуры
5

6.

В изу ал изац ия
а)
б)
Рисунок 3 – Визуализация процесса регулирования давления в рабочей
зоне ПШБ: а) главный экран; б) экран настройки регулятора
6

7.

Над ежност ь
Рисунок 4 – Надежность канала «давление - тяга в томильной зоне»
1- датчик дифференциального давления; 2- ПБР; 3 - УСО дискретного
вывода; 4 – ПЛК; 5 – БП.
Таблица 5 - Показатели надежности контура регулирования давления
Параметр
Значение
Интенсивность отказов, 1/ч
0,00007748·
Средняя наработка на отказ, ч.
12907
Вероятность безотказной работы
0,85
7

8.

Тех нико-экономическое обоснование
Таблица 6 – Технико-экономические показатели
Показатель
Система на базе
АГАВА ПЛК-40
Стоимость оборудования, руб.
94 800
Система на
базе ОВЕН
ПЛК 150
116 860
Капитальные затраты, руб.
132 720
163 604
Вероятность безотказной работы канала
регулирования «расход исходной воды положение клапана»
Время наработки на отказ канала
измерения давления, ч.
0,85
0,84
12 907
12 446
8

9.

Мат емат ическое опис ание объект а
у правл ения
Рисунок 5 – Кривая разгона объекта
управления
Передаточная функция объекта управления :
Рисунок 6 – Аппроксимация
экспериментальных данных
Передаточная функция регулятора:
9

10.

Закл ючение
1.
2.
3.
4.
5.
Проанализированы
недостатки
существующих
методик
регулирования давления в рабочем пространстве печи и разработать
методику их устранения;
Осуществлен выбор комплекса технических средств, необходимых
для реализации системы автоматического регулирования давления;
Произведен технико-экономическое обоснование принимаемых
проектных
решений
и
выполнить
расчет
надежности
разрабатываемой системы;
Разработана проектная документация, включающая в себя
структурную, функциональную, принципиальную подключений
схемы, спецификацию, схему внешних проводок;
Определены оптимальные параметры настройки двухконтурной
системы автоматического регулирования давления.
10