СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА В НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ И ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧАХ Российский патент 2014 года по МПК F27D19/00 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в разных отраслях промышленности, например металлургии, машиностроении, промышленности стройматериалов при нагреве и термообработке различных материалов и изделий.

Известен способ управления импульсной подачей топлива в пламенной печи, который предусматривает частотно-широтную импульсную модуляцию подачи теплоносителя в пламенную печь, при этом амплитуда колебаний температуры печи постоянна во всем диапазоне изменения тепловой нагрузки (см. Я.М.Гречишников, М.Л.Белов, В.В.Курносов. - Построение двухпозиционной системы с импульсной модуляцией для регулирования температуры пламенной печи. - Кузнечно-штамповочное производство. 1987, №10).

К недостаткам этого способа относится отсутствие согласования последовательности включения отдельных горелок и зон регулирования, что приводит при одновременном включении горелок к скачкам давления печи и связанным с ними дополнительным потерям теплоты за счет выбивания дымовых газов через неплотности теплоограждения печи, а также сокращение срока службы оборудования печи в связи с ее работой в более напряженных условиях.

Прототипом предложенного изобретения является устройство для управления включением групп горелок при регулировании температуры печи с импульсной подачей топлива (SU 1499328 А1, опубл. 08.04.1989), в котором предусмотрено последовательное включение групп горелок различных контуров регулирования друг за другом независимо от уровня управляющих воздействий и ограничение минимальных длительностей и пауз включения групп горелок.

К недостаткам этого способа относятся относительно узкий диапазон регулирования тепловой нагрузки, связанный с использованием широтно-импульсной модуляции, увеличенное перерегулирование (отклонение действительной температуры от заданной), связанное с перестройкой включения ведомых горелок по импульсу ведущей горелки во время переходных процессов при резком изменении тепловой нагрузки.

В предложенном изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности и качества нагрева различных материалов и изделий за счет создания равномерного температурного поля в рабочем пространстве печи с исключением скачков давления и мгновенного реагирования изменением последовательности включения горелок на изменение тепловой нагрузки.

Указанный технический результат в предложенном изобретении достигается следующим образом.

В способе управления импульсной подачей топлива в нагревательных и термических печах с частотно-широтно-импульсной модуляцией двухпозиционной подачи топлива в горелки, согласованной с текущим уровнем тепловой нагрузки, определяют текущий период следования импульсов подачи топлива из соотношения:

ΔT=K(T)·q·(1-q)·T_и,

где

ΔТ - заданная амплитуда колебания температур в рабочем пространстве печи, [°С],

К(Т) - коэффициент усиления линейной системы (печи) в зависимости от температуры, [°С/с],

q=τ_и/Т_и - относительная длительность импульса (включения горелки),

τ_и - длительность импульса (включения горелки), [с],

Т_и - текущий период следования импульсов подачи топлива, [с].

Текущую длительность интервала подачи топлива каждой горелки задают, разбивая текущий период следования импульсов подачи топлива на равные интервалы, количество которых равно числу горелок.

Последовательность включения горелок осуществляют путем сравнения текущей длительности импульса включения каждой горелки с текущей длительностью интервала подачи топлива каждой горелки и следующих за ним интервалов до окончания текущего периода следования импульсов подачи топлива.

При этом при длительности интервалов подачи топлива, больших или равных текущей длительности импульса подачи топлива каждой горелки, включение и отключение горелок производят в заданных интервалах подачи топлива.

Также при длительности интервала подачи топлива каждой горелки, меньшей текущей длительности импульса включения каждой горелки, а суммарной длительности текущего интервала подачи топлива и следующих за ним интервалов, большей или равной длительности импульса включения каждой горелки, включение горелки производят в заданном интервале подачи топлива, а ее выключение - по окончании текущего импульса включения горелки

При этом при суммарной длительности текущего интервала и следующих за ним интервалов, меньшей длительности импульса включения каждой горелки, первое включение горелки производят в начале первого интервала подачи топлива в горелку, причем длительность ее включения определяется как разность между длительностью импульса включения каждой горелки и суммарной длительностью интервала данной горелки и следующих за ним интервалов, второе включение горелки производится в заданном интервале подачи топлива, а ее выключение - по окончании текущего периода следования включения импульсов подачи топлива.

Способ по предложенному изобретению осуществляется следующим образом.

Сигнал от регулятора управления тепловой нагрузкой поступает на вход частотно-широтно-импульсного модулятора, в котором по заданным значениям амплитуды колебаний температуры, коэффициенту усиления и уровню тепловой нагрузки (относительной длительности импульса) определяют текущий период следования импульсов подачи топлива из соотношения:

ΔT=K(T)·q·(1-q)·T_и,

где

ΔT - заданная амплитуда колебания температур в рабочем пространстве печи, [°С],

К(Т) - коэффициент усиления линейной системы (печи) в зависимости от температуры, [°С/с],

q=τ_и/Т_и - относительная длительность импульса (включения горелки),

τ_и - длительность импульса (включения горелки), [с],

Т_и - текущий период следования импульсов подачи топлива, [с].

При заданной максимально допускаемой по технологическим соображениям амплитуде колебаний температуры в рабочем пространстве печи минимальный период следования импульсов Т_и определяется при пятидесятипроцентной тепловой нагрузке, соответствующей q=0,5, когда комплекс {q·(1-q)}=0,25. В случае повышения или понижения тепловой нагрузки относительно ее пятидесятипроцентной величины период следования импульсов Т_и увеличивают на величину увеличения комплекса {q·(1-q)}. Так, например, при увеличении тепловой нагрузки до 95% (q=0,95) или ее снижении до 5% (q=0,05) период следования импульсов Т_и увеличивают в 5,26 раза. При этом амплитуда колебаний температуры в рабочем пространстве печи остается неизменной во всем диапазоне изменения тепловой нагрузки.

Период следования импульсов подачи топлива, определенный по вышеуказанному соотношению, разбивается по значению уровня тепловой нагрузки в текущий момент времени на равные интервалы по числу горелок. Каждой горелке задается интервал, в начале которого происходит ее включение.

Последовательность включения горелок осуществляют путем сравнения текущей длительности импульса включения каждой горелки с текущей длительностью интервала подачи топлива каждой горелки и следующих за ним интервалов до окончания текущего периода следования импульсов подачи топлива.

При сравнении могут быть получены следующие результаты.

При длительности интервалов подачи топлива, большей или равной текущей длительности импульса подачи топлива каждой горелки, включение и отключение горелок производят в заданных интервалах подачи топлива.

При длительности интервала подачи топлива каждой горелки, меньшей текущей длительности импульса включения каждой горелки, а суммарной длительности текущего интервала подачи топлива и следующих за ним интервалов, большей или равной длительности импульса включения каждой горелки, включение горелки производят в заданном интервале подачи топлива, а ее выключение - по окончании текущего импульса включения горелки

При суммарной длительности текущего интервала и следующих за ним интервалов, меньшей длительности импульса включения каждой горелки, первое включение горелки производят в начале первого интервала подачи топлива в горелку, причем длительность ее включения определяется как разность между длительностью импульса включения каждой горелки и суммарной длительностью интервала данной горелки и следующих за ним интервалов, второе включение горелки производится в заданном интервале подачи топлива, а ее выключение - по окончании текущего периода следования включения импульсов подачи топлива.

Предложенный в изобретении способ позволяет существенно расширить диапазон управления тепловой нагрузкой пламенных печей без отключения горелок при значительном снижении тепловых нагрузок в печах в период выдержки и при проведении низкотемпературной тепловой обработки изделий и материалов в термических печах.

Организованная последовательность включения горелок в каждом текущем цикле, согласованная с длительностью текущего периода следования импульсов и относительной длительностью текущего импульса, позволяет существенно повысить точность регулирования температуры в печах при переходных режимах.

Существенное расширение диапазона управления тепловой нагрузкой за счет многократного увеличения периода следования импульсов позволяет работать в импульсном режиме «большого-малого огня» без отключения горелок, что существенно улучшает экологичность сжигания топлива, так как исключает образование всплеска вредных выбросов в момент включения горелок и выхода на стационарный режим.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в разных отраслях промышленности, например металлургии, машиностроении, промышленности стройматериалов при нагреве и термообработке различных материалов и изделий. В предложенном изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности и качества нагрева различных материалов и изделий за счет создания равномерного температурного поля в рабочем пространстве печи с исключением скачков давления и мгновенного реагирования изменением последовательности включения горелок на изменение тепловой нагрузки. Указанный технический результат в предложенном изобретении достигается следующим образом. В способе управления импульсной подачей топлива в нагревательных и термических печах с частотно-широтно-импульсной модуляцией двухпозиционной подачи топлива в горелки, согласованной с текущим уровнем тепловой нагрузки, определяют текущий период следования импульсов подачи топлива из соотношения:

ΔT=K(T)·q·(1-q)·T_и,

где

ΔТ - заданная амплитуда колебания температур в рабочем пространстве печи, [°С],

К(Т) - коэффициент усиления линейной системы (печи) в зависимости от температуры, [°С/с],

q=τ_и/Т_и - относительная длительность импульса (включения горелки),

τ_и - длительность импульса (включения горелки), [с],

Т_и - текущий период следования импульсов подачи топлива, [с].

Текущую длительность интервала подачи топлива каждой горелки задают, разбивая текущий период следования импульсов подачи топлива на равные интервалы, количество которых равно числу горелок. Последовательность включения горелок осуществляют путем сравнения текущей длительности импульса включения каждой горелки с текущей длительностью интервала подачи топлива каждой горелки и следующих за ним интервалов до окончания текущего периода следования импульсов подачи топлива. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ управления импульсной подачей топлива в нагревательных и термических печах с частотно-широтно-импульсной модуляцией двухпозиционной подачи топлива в горелки, согласованной с текущим уровнем тепловой нагрузки, в котором определяют текущий период следования импульсов подачи топлива из соотношения:
ΔT=K(T)·q·(1-q)·T_и,
где
ΔТ - заданная амплитуда колебания температур в рабочем пространстве печи, [°С],
К(Т) - коэффициент усиления линейной системы (печи) в зависимости от температуры, [°С/с],
q=τ_и/Т_и - относительная длительность импульса (включения горелки),
τ_и - длительность импульса (включения горелки), [с],
Т_и - текущий период следования импульсов подачи топлива, [с], после чего задают текущую длительность интервала подачи топлива каждой горелки, разбивая текущий период следования импульсов подачи топлива на равные интервалы, количество которых равно числу горелок, при этом последовательность включения горелок осуществляют путем сравнения текущей длительности импульса включения каждой горелки с текущей длительностью интервала подачи топлива каждой горелки и следующих за ним интервалов до окончания текущего периода следования импульсов подачи топлива.

2. Способ по п.1, в котором при длительности интервалов подачи топлива, большей или равной текущей длительности импульса подачи топлива каждой горелки, включение и отключение горелок производят в заданных интервалах подачи топлива.

3. Способ по п.1, в котором при длительности интервала подачи топлива каждой горелки, меньшей текущей длительности импульса включения каждой горелки, а суммарной длительности текущего интервала подачи топлива и следующих за ним интервалов, большей или равной длительности импульса включения каждой горелки, включение горелки производят в заданном интервале подачи топлива, а ее выключение - по окончании текущего импульса включения горелки.

4. Способ по п.1, в котором при суммарной длительности текущего интервала и следующих за ним интервалов, меньшей длительности импульса включения каждой горелки, первое включение горелки производят в начале первого интервала подачи топлива в горелку, причем длительность ее включения определяется как разность между длительностью импульса включения каждой горелки и суммарной длительностью интервала данной горелки и следующих за ним интервалов, второе включение горелки производится в заданном интервале подачи топлива, а ее выключение - по окончании текущего периода следования включения импульсов подачи топлива.