Основные задачи автоматизации. Функциональная схема автоматизации стекловаренной печи

 

План

 

1 Стадии стекловарения

2 Ванная стекловаренная печь

3 Основные задачи автоматизации

4 Функциональная схема системы автоматического регулирования расхода газа с коррекцией по его температуре

5 Функциональная схема системы автоматического регулирования разрежения с коррекцией по давлению в печи

6 Функциональная схема системы автоматического регулирования уровня стекломассы

7 Функциональная схема системы регулирования соотношения газ — воздух

 

Стадии процесса стекловарения в ванных печах

 

Процесс стекловарения является основным технологическим процессом производства листового стекла и стеклоизделий. Прежде чем сформулировать задачи автоматизации, кратко рассмотрим основные стадии процесса стекловарения в ванных печах и особенности технологического агрегата — ванной стекловаренной печи.

Обычно рассматривают следующие стадии процесса стекловарения.

Стадия силикатообразования характеризуется тем, что к концу ее основные химические реакции в твердом состоянии между компонентами шихты закончены. В шихте не остается отдельных составляющих ее компонентов, большинство газообразных включений улетучивается. Для обычных натрий-кальциевых стекол эта стадия завершается при температуре 800 — 900 °С и характеризуется плавлением, кипением шихты и постепенным уменьшением объема куч шихты от загрузки в глубину варочной части.

Стадия стеклообразования характеризуется тем, что к концу ее стекломасса становится прозрачной, в ней отсутствуют непроваренные частицы шихты, однако она пронизана большим количеством пузырей и свилей. Эта стадия завершается при температуре 1150 — 1200 °С.

Стадия дегазации (осветления) характеризуется тем, что в конце ее стекломасса освобождается от видимых газовых включений, устанавливается равновесное состояние между стекломассой (жидкой фазой) и газами, остающимися в самой стекломассе (газовая среда). Внешним характерным признаком является наличие варочной пены. Отсутствие пены свидетельствует о завершении процесса осветления.

Стадия гомогенизации характеризуется однородностью и освобождением стекломассы от свилей. Визуально для процесса характерно чистое зеркало стекломассы при более низких температурах.

Стадия студки характеризуется снижением температуры на 200 — 300 °С, необходимым для достижения рабочей вязкости стекломассы. После прохождения стадии студки стекломасса при определенной температуре и вязкости поступает на формование, где из нее вырабатывается лента стекла или стеклоизделия.

В настоящее время процесс стекловарения на промышленных предприятиях осуществляют в ванных стекловаренных печах, где догрузка шихты, варка стекла и выработка ленты стекла (или стеклоизделий) происходят в течение всей кампании печи непрерывно и одновременно.

 

Ванная стекловаренная печь

 

Ванная стекловаренная печь состоит из бассейна, пламенного пространства, регенераторов, переводных клапанов и загрузчиков шихты. Бассейн представляет собой ванну, выложенную из огнеупорных брусьев и расположенную на самостоятельном основании. Стены бассейна, испытывающие гидростатическое давление стекломассы, обвязывают металлическими креплениями, а варочную часть снабжают дополнительно искусственным охлаждением. Пламенное пространство ограничено стенами и сводом, подвешенными на металлических опорах. Между стенами и бассейном печи оставляют закладываемый огнеупорным кирпичом промежуток (заклинок) высотой до 120 мм для наблюдения за печью и ее обслуживания. Стены и свод выкладывают из динаса и изолируют материалами, стойкими при высоких температурах. Бассейн печи выкладывают из огнеупорных брусьев, например, «Бакор-33», «Бакор-41».

Регенераторы представляют собой камеру прямоугольного сечения, внутри которой расположена насадка, выложенная из шамотного кирпича. Регенераторы служат для использования тепла отходящих газов и нагрева воздуха, подаваемого в горелки ванных печей с поперечным направлением пламени. Они могут быть вертикальными и горизонтальными. Чаще применяют вертикальные регенераторы.

Подачу горючего газа и воздуха, а также отвод отходящих газов в регенеративных печах производят с помощью переводных клапанов.

Топливо (газ, мазут) подают в печь обычно через водоохлаждаемые фурмы или форсунки, которые вставлены в щечки горелок. Снизу в горелки подается предварительно подогретый в регенераторах воздух. Топливо поступает по раздельным трубопроводам для каждой стороны печи и разводится по горелкам. Подача воздуха на современных стекольных заводах осуществляется принудительно с помощью вентиляторов под насадки регенераторов.

В настоящее время применяют следующие схемы подачи воздуха: от одного вентилятора в боров; индивидуально в каждую секцию регенератора от общего ветилятора; индивидуально в каждую секцию регенератора от отдельных вентиляторов; отдельно в каждую секцию регенераторов при количестве индивидуальных вентиляторов, уменьшенном вдвое.

Для охлаждения огнеупоров стены стекловаренной печи охлаждают сжатым воздухом.

Автоматизация технологического процесса стекловарения является сложной проблемой. Основной технологический агрегат стекольного производства — ванная стекловаренная регенеративная печь с поперечным направлением пламени представляет собой многозвенный объект с распределенными параметрами, значительной инерционностью и свойством самовыравнивания, подверженный случайным и детерминированным возмущениям, воздействующим как на входные, так и выходные параметры.

В качестве входных параметров объекта регулирования могут быть приняты: расход газа по горелкам, расход воздуха на горение, химический состав шихты, давление в печи, а также ряд дополнительных факторов (температура окружающей среды, атмосферное давление, теплотворная способность газа и пр.).

В качестве выходных параметров могут быть приняты: объем отбираемой из печи стекломассы, ее выработочная характеристика — вязкость, зависящая от химического состава и температуры расплава стекломассы.

Схематически стекловаренная печь представляет собой ванну с расплавом стекла, поверхность которого частично покрыта шихтой и варочной пеной. Сверху к поверхности стекломассы примыкает газовое пространство, в котором расположены газовые горелки, направляющие поток тепла в стекломассу.

Для полного математического описания стекловаренной печи необходимо одновременно моделировать процессы, происходящие в газовом пространстве, факелах горелок, шихте и стекломассе. Это сложная и трудоемкая задача. При моделировании процессов, происходящих в стекломассе, последнюю считают однородной несжимаемой ньютоновской жидкостью. Каждый элемент объема характеризуют следующими параметрами: плотностью ρ, давлением Р, температурой Т и скоростью υ.