SPRĘŻARKI

Autor: LESZEK FURGAŁ



15. Piece przemysłowe



Piece przemysłowe o mocy ponad 50 kW mają zastosowanie głównie w hutnictwie metali w

przemyśle metalowym i ceramicz nym. Dużą grupę pieców przemysłowych, bardzo zróżnicowaną

pod względem wielkości i budowy, stanowią piece stosowane do obróbki cieplnej metali

(wyżarzanie, hartowanie, odpuszczanie, nawęglanie itp.). Istnieje więc duża różnorodność

stosowanych pieców przemy słowych pod względem przeznaczenia, sposobu pracy, stosowanego

paliwa, zapotrzebowania mocy oraz poziomu technicznego zastoso wanych rozwiązań

konstrukcyjnych.



Szczególną cechą każdego pieca jest rodzaj energii służącej do na grzewania wsadu. Są więc piece

zasilane paliwem ciekłym, gazem i energią elektryczną.



Z uwagi na wymagane temperatury w piecach, sięgające kil kaset a nawet ponad tysiąc °C, ściany

pieców wykonane są z odpo wiednich ogniotrwałych materiałów ceramicznych i zabezpieczone

przed stratami ciepła warstwą izolacyjną umieszczaną między ogniotrwałą wymurówką pieca a

metalową obudową zewnętrzną.



W piecach na paliwa ciekłe i gazowe ważną rolę spełnia pal nik, którego zadaniem jest

przygotowanie odpowiedniej mieszanki palnej. Prawidłowo zbudowany i wyregulowany palnik ma

decydu jący wpływ na oszczędne zużywanie paliwa. Zadaniem palnika na paliwo ciekłe jest

rozpylenie paliwa i dokładne wymieszanie go z powietrzem we właściwym stosunku. Rozpylanie

paliwa następuje pod wpływem doprowadzonego pod ciśnieniem powietrza. W zależności od

ciśnienia doprowadzanego do palnika powietrza palniki dzieli się na:



palniki niskiego ciśnienia - ciśnienie powietrza od 0,003 do

0,01 MPa;



palniki wysokiego ciśnienia - ciśnienie powietrza 0,2 do

0,3 MPa.



Jako paliwa ciekłego w piecach przemysłowych używa się ropy naf towej i jej pochodnych o wartości

opałowej do około 40 000 kJ/kg. Teoretyczne zapotrzebowanie powietrza wynosi około l l m3/kg.



Współcześnie stosowane piece przemysłowe są wyposażone w aparaturę kontrolno-pomiarową

zapewniającą pełną kontrolę pracy pieca, oraz w automatyczne urządzenia regulacyjne.



Na ogół we wszystkich piecach podstawową wielkością słu żącą do oceny pracy pieca pod

względem energetycznym jest wskaźnik zużycia energii pierwotnej (chemicznej) paliwa na jed

nostkę masy produktu lub obrabianych wyrobów kJ/kg albo kWh/kg w piecach elektrycznych.



Na wartość tego wskaźnika mają wpływ następujące czynniki: Stan techniczny pieca, a w

szczególności:



•

stan ogniotrwałej wymurówki (ubytki, szczeliny, pęknięcia

itp.),



•

stan warstwy izolacyjnej,



•

szczelność pieca,



260kompletna i sprawna aparatura kontrolno-pomiarową,



prawidłowo działające urządzenia automatycznej regulacji,



rodzaj paliwa zgodny z założonym dla danego pieca,



właściwie uregulowany palnik (palniki),



wykwalifikowana obsługa,



prowadzenie pracy pieca ściśle wg instrukcji ruchowej i tech

nologicznej.



Jednostkowe



Szklarski piec topliwny.



Najbardziej energochłonnymi piecami w przemyśle s zklar skim są piece topliwne donicowe i wannowe, które występują w wielu odmianach kons trukcyjnych.



Rys. 15.3. Szklarski piec topliwny wannowy. [14] l - zawór Siemensa, 2 - zawór For tera.



262



263



W zależnoś ci od postaci doprowadzonej energii piece topliwne dzieli s ię na:



piece płomienne,

o piece elektryczne,



piece płomienno-elektryczne.



Piece płomienne mogą być opalane gazem, olejem opałowym albo mieszaniną gazu i oleju.



W czasie pracy pieca topliwnego pows tają straty energii



cieplnej.



Głównymi s tr atami pieca topliwnego są:



Straty kominowe:



•

w s palinach odprowadzanych do komina,



w gazach uchodzących przez otwory w obmurzu;

Straty do otoczenia:



straty przenikania ciepła przez obmurze,



straty przez promieniowanie otworów;

Straty ciepła na skutek chłodzenia kons trukcji pieca:



straty przez chłodzenie wodą,



straty przez chłodzenie powietrzem.



W piecach elektrycznych s trata kominowa praktycznie nie wys tępu je, a także pozos tałe straty s ą niższe.



Dzięki stos owaniu regeneratorów ciepło odebrane spalinom uchodzącym do komina jest cyklicznie przekazywane s trumieniom powietrza i gazu, kierowanym do palników. Obniża to znacznie stratę kominową i podwyższa temper aturę s palania. Podobną rolę w piecach topliwnych s pełniają rekuperatory, z tym że pracują one w spos ób ciągły.



264



16. Aparatura kontrolno-pomiarowa i automatyka



Do prawidłowego prowadzenia procesów energetycznych, racjonalnej i bezpiecznej eksploatacji urządzeń instalacji a także do gromadzenia informacji o ekonomicznej s tronie danego obiektu energetycznego konieczne jest prowadzenie sys tematycznie pomia rów wielu istotnych wielkoś ci. Do realizacji tych zadań s tosuje s ię szereg przyrządów pomiarowych, których podział może być prze prowadzony z różnych punktów widzenia.



Najważniejs zym podziałem jes t podział według mierzonych wielko ści, w s zczególności na:



•

przyrządy do pomiaru ciśnień,



przyrządy do pomiaru temperatur,



przyrządy do pomiaru natężeń przepływu,



przyrządy do pomiaru składu chemicznego s palin.

Ważnym podziałem jes t również podział według spos obu ws kazy

wania wartoś ci mierzonej, a mianowicie:



przyrządy wskazujące miejscowe,



przyrządy wskazujące zdalne,



przyrządy wskazująco-s ygnalizujące,



przyrządy rejes trujące,



przyrządy liczące (sumujące).



W praktyce w wielu przypadkach s tosowane s ą przyrządy realizujące równocześnie wyżej wyliczone funkcje. Np. przyrządy wskazująco--liczące czy ws kazująco-licząco-rejes trujące.



16.1. Jakich przyrządów używa s ię do pomiaru ciśnień?



Do pomiaru nadciś nienia stos owane są manometry tarczowe z rurką Bourdona oraz manometry przeponowe z blaszką falistą. Tarcza manometru wyposażona jes t w podziałkę wys kalowaną w MPa.



265



Rys. 16. L Manometr z rurką Bourdona. l - rurka Bourdona, 2 — obsada, 3 — obudowa, 4 — króciec, 5 - koniec rurki z uchwytem, 6 - łącznik, 7 - -wyci nek zębaty, 8 - koło zębate, 9 — wskazówka, 10 - spiralna sprężyna włoso-wa, l /— tarcza ze skalą.



Rys. 16.2. Manometr przeponowy (membranowy), l — przepona, 2 - koł nierz dolny, 3 - kołnierz górny, 4 - króciec, 5 - obudowa, 6 — słupek, 7 - łącznik, 8 - wycinek zębaty, 9 - koło zębate, ł O - wskazówka, 11- spi ralna sprężyna włosowa, 12 - tarcza ze skalą.



16.2. Jakimi przyrządami mierzy się małe ciś nienia, np. w komorze palenis kowej? Do pomiaru małych nadciśnień stos owane są manometry dwnrn-mienne, szklane cieczowe (U-rurki), zaś do bardzo małych nadci śnień użuwa się mikromanometrów szklanych cieczowych, jednora miennych o pochyłej r urce. Mierzone przez te manometry ciśnienia odczytywane są wprost w mm słupa wody albo w pas kalach. Ji



Rys. 16.3. U-rurka. p„ - ciśnienie otoczenia (atmos feryczne), p,„ - ciśnienie mierzone.



16.3.

Jakim przyrządem mierzy s ię ciś nienie atmos feryczne?



Ciśnienie atmosferyczne mierzy s ię przy pomocy barometru wyska-lowanego przeważnie w hPa.



16.4.

Jakimi przyrządami mier zy się podciśnienie?



Do pomiarów niewielkich podciś nień służą przyrządy zwane ciągo-mierzami, stos owanymi do pomiaru ciągu na drodze spalin w kotle



266



267



parowym. Do pomiaru więks zych wartości podciśnień np. w ukła dach kondensacyjnych turbin stos owane są przyrządy zwane próż-niomierzami. S ą to głównie dwa typy próżniomierzy:



szklane rtęciowe,



sprężynowe.



Rys. 16.4. Mikromanometr -ciągomierz cieczowy z po chylą rurką.



16.5. Jakimi przyrządami mierzy się temperatury?



Do mier zenia temperatury służą przyrządy zwane termometrami,



wyskalowanymi w °C lub w kelwinach (K).



Rys. 16.5. Termometr cieczowy prosty, l —skala, 2 - osłona, 3 — tuleja mosiężna czujki.



16.6. Jak dzieli się termometry według metod pomiarowych i zakres u pomiarów?



Według metody i zakres u pomiaru termometry dzieli się na nas tępu jące grupy:



Rys. 16.6. Termometr elektryczny rezystorowy.l - zaciski przewodów łączących ze wskaźni kiem, 2 — rezystor, 3 — kr ociec, 4 — głowica, 5 — obudowa.

termometry rozszerzalnoś ciowe, rtęciowe o zakres ie pomia-

rów-30do+500°C,



termometry rozszerzalnoś ciowe, cieczowe o zakres ie pomia

rów -200 do +500°C,



termometry ciśnieniowe o zakres ie pomiarów -50 do

+500°C,



termometry elektryczne, oporowe o zakres ie pomiarów -200 cło

+600°C, "



termometry termoelektr yczne (termopary) o zakres ie pomia

rów-200 do +1600°C,



pirometry optyczne o zakresie pomiarów +600 do +2000°C.



268



269



Rys. 16.7. Termometr elektryczny - ter-mopara. l - rurki izolacyjne, 2 — obudo wa, 3 - głowica, 4 - zasiski, 5 — pfytka izolacyjna, 6 - końcówki drutów termo-elementów.



16.7. Z jakich elementów zbudowany jes t układ pomiaru temperatury termometrem



elektrycznym?



Do pomiaru temperatury za pomocą termometru elektrycznego służy



układ zbudowany z następujących elementów:



• termometr elektryczny (czujka) zabudowany w miejscu po miaru,



•

ws kaźnik temperatury w szafie pomiarowej lub w pulpicie

sterowniczym urządzenia,



•

przewody łączące termometr ze wskaźnikiem temperatury.

Jeżeli do ws kaźnika jes t podłączone więcej niż jeden termometr to

pod ws kaźnikiem zabudowany jest odpowiedni przełącznik.



Rys. 16.8. Przykłady zabudowy czujników termometrów elektrycznych:



a) na kolanie rurociągu, b) na odcinku prostym rurociągu.



16.8.

Wymień główne zalety termometrów elektrycznych.

Głównymi zaletami termometrów elektrycznych są:



duży zakres pomiaru temperatur,



możliwość przekazywania pomiaru na znaczne odległoś ci,



możliwość wykorzys tania jednego ws kaźnika do kilku

punktów pomiaru,



możliwość wykorzystania pomiaru bezpoś rednio w układach

automatyki.



16.9.

Na jakiej zas adzie działa termometr elektryczny rezystancyjny?

Termometr rezystancyjny zbudowany jes t z rezystora termometrycz-

nego, przewodów łączeniowych i miernika rezystancji wyskalowa-

nego w °C. Układ ten jes t zasilany prądem elektrycznym z sieci.

Rezys tancja rezystora zmienia się odpowiednio do zmian temperatu

ry i zjawis ko to jest wykorzys tane w termometrze elektrycznym.



270



271



16.10. Na jakiej zas adzie działa termometr termoelektryczny? Zasada działania termometru termoelektrycznego oparta jes t na zja wis ku pows tawania s iły termoelektrycznej na s poinie pomiarowej termoelementu (termopary), zależnej od różnicy temperatur między spoiną pomiarową a s poiną odniesienia. Warunkiem powstania siły termoelektrycznej jest zastos owanie na końcówki termoelementu różnych metali np. żelazo-kons tantan. Miernik s iły termoelektrycznej jest wyskalowany w °C. W układzie pomiarowym termoelektrycz nym, źródłem prądu jes t termoelement.



] 6.11. Jakimi przyrządami mierzy się natężenie przepływu?



Do pomiaru natężenia przepływu s tosowane s ą przepływomierze, ws kazujące natężenie przepływu w m3/h, lub kg/h, t/h. Powszechnie s tosowane są przepływomierze zwężkowe.



16.12. No jakiej zas adzie działa przepływomierz zwężkowy? Elementem pomiarowym jes t zwężka zabudowana w przewodzie rurowym, w którym przepływa mierzony czynnik (woda, para, po wietrze itp.). Z wężka powoduje s padek ciśnienia przepływającego czynnika, co s twarza różnicę ciśnień przed i za zwężką. Różnica ta jest zależna od natężenia (iloś ci) przepływu czynnika, zos taje odpo wiednio przetworzona w przepływomierzu i wskazania przepływo mier za wyrażane są w m /h lub w t/h.



16.13. Z jakich elementów zbudowany jest układ pomiaru natężenia przepływu? Układ pomiaru natężenia przepływu tworzą:



zwężka,



przewody impulsowe (łączące miernik natężenia przepływu

z rurociągiem - przed i za zwężką),



miernika natężenia przepływu,



osprzętu (zawory odcinające na przewodach impuls owych,

zawory s pus towe, odwadniacze, odpowietrzniki).



16.14. Jaki rodzaj przepływomierzy jest najczęściej stos owany?



Najczęściej s tosowane są przepływomierze wskazująco-licząco-



rejestrujące, montowane w s zafach pomiarowych.



272



16.15. Jakimi przyr ządami mierzy s ię iloś ć przepływających cieczy? Do pomiaru ilości przepływającej cieczy s tos uje się przepływomie rze zwężkowe, jednak najczęś ciej zwłaszcza do pomiaru ilości wody stos owane są wodomierze liczące ilość wody w m3. 16. J 6. Jakimi przyrządami mierzy się ilość ciepła przepływającej wody? Do pomiaru ilości ciepła s łużą ciepłomierze, wskazujące przepływ ciepła w kJ/h lub w GJ/h. Pomiar natężenia przepływu wody i jej temperatury jes t w mierniku przetwarzany na jednos tki energii ciepl nej, tj. GJ. Są to na ogół mierniki ws kazująco-liczące. 16.17. Jakie wiełkos 'ci są mierzone do oceny proces u spalania? Do oceny procesu s palania prowadzone są pomiary ciągłe zawartości CO2 w spalinach a także O2 i CO. Do tego celu s łużą samoczynne analizatory elektryczne, wskazująco-rejes trujące, zabudowane w sza fach pomiarowych.



16.18. Co fo jes t automatyczna regulacja?



Automatyczna regulacja polega na samoczynnym utrzymywaniu zadanej wartości dowolnej wielkoś ci fizycznej (np. ciś nienia, tempe ratury, CO2 w spalinach). Odbywa się to poprzez ciągłe, samoczynne porównywanie wartości regulowanej z wartoś cią zadaną danej wiel koś ci, a różnica tych wartoś ci powoduje działanie zmniejszające tę różnicę.



16.19. Z jakich elementów s kłada się układ regulacji? Układ regulacji tworzą:



obiekt regulowany (np. temperatura pary),



przetwornik pomiarowy,



regulator,



organ wykonawczy (nas tawczy).



16.20. Podaj pods tawowe pojęcia s tosowane w automatyczne/ regulacji. Pods tawowymi pojęciami w automatyce są:



273wielkość wejściowa, np. ciś nienie pary pr zed s tacją redukcyjną,



wielkoś ć wyjś ciowa regulowana - ciś nienie pary za s tacją

redukcyjną,



• wartoś ć zadana - nastawienie regulatora na zadaną wartość ciśnienia, np. 0,4 MPa.



16.21.

Jakie regulatory nazywamy regulatorami bezpośrednimi?



Regulatory, w których energia pomiaru wystarcza do napędu organu wykonawczego, nazywamy regulatorami bezpoś rednimi (bez s toso wania energii pomocniczej).



16.22.

Jak dzielimy regulatory według rodzaju energii pomocniczej?



Według rodzaju doprowadzanej do regulatora energii pomocniczej regulatory dzielimy na:



elektryczne,



hydrauliczne,



pneumatyczne.



Energia pomocnicza służy do wzmocnienia energii pomiaru w s top niu umożliwiającym działanie członu nastawczego.



temperatura pomieszczenia



Iloś ć gazu



Obiekt regulowany - kocioł c.o.



Regulator . H.9. Układ automatycznej regulacji temperatury powietrza w po-



Rys, mieszczeniu



Rys. 16.10. Zasada działania regulatora hydraulicznego z rurką strumie niową, l — odbiornik ciśnienia, 2 - dysza odchylona w prawo, 3 - dysza odchylona w lewo.



Rys. 16.11. Schematy regulatorów z zastosowaniem energii pomocniczej:



a) regulator pneumatyczny, b) hydrauliczny, c) elektryczny.



274



275



16.23. Jak działa układ regulacji?



Na przykładzie s chładzania pary działanie regulacji jest następujące: za schładzaczem zamontowany jes t termometr elektryczny, którego s ygnały s ą przetwarzane i wzmacniane. Regulator dokonuje porów nań wartości mierzonej i wartości zadanej (w przypadku temperatury pary) i wys yła odpowiedni s ygnał do organu wykonawczego (napęd zaworu na rurociągu des tylatu do s chładzania pary). Następuje zwiększenie lub zmniejs zenie s topnia otwarcia zaworu a tym samym iloś ci wtryskiwanej wody chłodzącej, czego efektem jest utrzymy wanie temperatury par y na s tałym poziomie.



Innym przykładem automatycznej regulacji może być układ zespołu zabezpieczająco-regulacyjnego centralnego ogr zewania. Ogólną zas adę funkcjonowania zes połu zabezpieczająco-regulacyjnego przedstawia schemat ideowy na rys. 16.12.



Mówiąc w upros zczeniu, działanie takiego zes połu to elektronic/,nc przetwarzanie przez regulator elektrycznych sygnałów wielkości regulowanych s tosownie do sygnałów zadanych (nas tawienia, pro gramy) na sygnały elektryczne, wys yłane do organów nas tawczych, którymi s ą elementy regulacyjno-sterujące, elektryczne lub elektro magnetyczne wbudowane w przewód doprowadzający paliwo do kotła i w odpowiednich miejs cach w ins talacji wody grzejnej.



NVi .— n— m-fjikJi. 1-?!FUx ateci

l ^



o bc d e (



o b c d e f 3



1UUUA



Rys. 16.12. Schemat ideowy typowego elektryczno-elektronicznego układu

zabezpieczająco-regulacyjnego centralnego ogrzewania. A - kocioł,