Сапронова Е.В., Курбатов Ю.Л., Сидоров А.В., Панин А.А.,

Фалеева Е.А., Киселев А.С.

Донецкий национальный технический университет

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЗОНАЛЬНОЙ МОДЕЛИ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА ИМПУЛЬСНОГО

ОТОПЛЕНИЯ В НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ КОЛОДЦАХ

С ОДНОЙ ВЕРХНЕЙ ГОРЕЛКОЙ

Нагревательные колодцы с одной верхней горелкой (ОВГ) отличаются большой неравномерностью температурного поля в рабочем пространстве, обусловленной особенностями тепловыделения развитого в длину диффузионного факела, взаимным расположением горелки, дымоотводящего канала и слитков (рис. 1). Одним из известных способов управления динамикой факела, способствующих снижению неравномерности температурного поля в рабочем пространстве, является импульсное отопление .

Способ импульсного нагрева металла включает непрерывную подачу в рабочее пространство топлива и воздуха в период подъема температуры и импульсную их подачу в период выдержки металла в заданном интервале температур. Переключение с минимального расхода топлива (B_min) на максимальный (B_max) осуществляют при перепаде температур в рабочем пространстве печи между горячей и холодной точками, равном ∆t_к = ∆t_н*k, а переключение с максимального значения (B_max) на минимальное (B_min) - при достижении заданной температуры в горячей точке рабочего пространства печи, где ∆t_н - перепад температур в горячей (t₉) и холодной (t₁₈) точках в момент переключения с B_max на B_min; ∆t_к - перепад температур в горячей и холодной точках в момент переключения с B_min на B_max; k - коэффициент выравнивания равный 0,4-0,7 .

Недостатками способа подачи топлива при импульсном нагреве металла является то, что практически мгновенное переключение расхода топлива с максимального значения на минимальное и наоборот приводит к значительным скачкам давления в рабочем пространстве, для исключения которых предложено изменение расхода топлива производить с упреждением, равным времени запаздывания системы управления давлением. Момент переключения определяется управляющей зональной моделью, которая является основой математического обеспечения системы регулирования импульсного режима отопления.

Зональная модель предусматривает разделение рабочего пространства нагревательного колодца на объемные расчетные зоны: по вертикали - на верхнюю и нижнюю зоны (высота нижней зоны равняется высоте слитка); по горизонтали - по числу слитков, которые находятся в одном ряду (для одного из вариантов садки общее число зон - 18, рис. 1). В модели учитывается функция выгорания топлива по длине факела, сложный теплообмен между продуктами сгорания (газами), внутренней поверхностью кирпичной кладки и поверхностью металла, а также теплообмен между соседними зонами. Функция выгорания топлива задается для двух режимов: при минимальном и максимальном расходе топлива.

Рисунок 1– Разбивка рабочего пространства колодца на расчетные зоны

Для каждой зоны колодца составляется тепловой баланс. С учетом коэффициента выгорания топлива тепловой баланс i-ой зоны колодца имеет следующий вид:

,

где =B_i/B_нач - коэффициент выгорания топлива в зоне и равный 1..18; В - расход топлива, сгоревшего в i-той зоне; - теплота сгорания топлива; V_г, с_г - выход продуктов сгорания (газов) на единицу топлива и теплоемкость газов; t_г - температура газа; L_д, с_в - действительный расход воздуха на единицу топлива и теплоемкость воздуха; t_в - температура воздуха; - мощность излучения из зоны.

Из уравнения теплового баланса на каждом шаге по времени определяется температура газа (смеси продуктов сгорания и воздуха) в каждой зоне t_гi, которая используется далее как граничное условие для решения нестационарной задачи для слитка и кирпичной кладки. Таким образом, разработанная зональная модель позволяет вести мониторинг температурного поля металла, кладки и газов, а также определять момент переключения топлива.

Литература:

1. Глинков М.А., Каганов В.Ю., Энкеш Ш. И др., Исследование теплового режима нагревательного колодца с одной верхней горелкой при импульсном отоплении // Сталь. – 1973. ‑ №2. – С.171-173.

2. Пат. 7347 МКИ С21D9/70, 1/40. Спосіб імпульсного нагрівання металу / Сапронова О.В., Горбунов А.С., Курбатов Ю.Л., Алімов В.І. (Україна) // Бюл. № 6, 2005.