Устройство для управления тепловым режимом стекловаренной ванной печи Советский патент 1983 года по МПК C03B5/24 

11 Изобретение относится к производству стекла и предназначено для стекловаренных ванных печей с газопламенным нагревом стекломассы и может быть использовано как в реген рйтивных так и в рекуперативных пе чах. Известно устройство для управления тепловым режимом стекловаренной ванной печи, содержащее, термопару, регуляторы расхода топлива и воздух с исполнительными механизмами, датч ки расхода топлива и воздуха, задатчики и корректоры 11 1Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления тепловым режимом стекловаренной ванной печи, содержащее датчики температуры, расходов топлива и воз духа, задатчики температуры и коэффициента избытка воздуха, регуляторы расхода топлива и соотношения топлива-воздух, корректирующий регу лятор температуры, корректор задани расхода топлива и исполнительные ме ханизмы, связанные с регулирующими органами подачи топлива и воздуха, причен задатчик и датчик температуры подключены к соответствующим вхо дам корректирующего регулятора температуры, датчик расхода топлива подключен к одним входам регуляторо расхода топлива и соотношения топли во-воздух, к другому входу которого подключен датчик.расхода воздуха, задатчик коэффициента избытка возду ха соединен с соотвествующим входом регулятора соотношения топливо-возд выход которого соединен с исполнительным механизмом подачи воздуха, выхрд регулятора расхода топлива со динен с исполнительным механизмом подачи топлива С 21. Недостатком этих устройств является значительный расход топлива, поскольку при использовании устройства информация о температуре пламенного пространства не является достаточной для управления режимом горения, так как одну и ту же темпе ратуру можно достичь при различных отношениях топливо-воздух. Дополнительная информация о составе продуктов сгорания также не яв ляется достаточной для обеспечения оптимальных условий режима горения ввиду невозможности отбора представительной пробы газов непосредственно из печи, непостоянства под32сосов и потерь воздуха, выделения газов при плавлении шихты и т.д. Цель изобретения - экономия теплоэнергетических затрат. Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления тепловым режимом стекловаренной в&нной печи, содержащее датчики температуры, расходов топлива и воздуха, задатчики температуры и коэффициента избытка воздуха, регуляторы расхода топлива и соотношения топливо-воздух, корректирующий регулятор температуры, корректор задания расхода топлива и исполнительные механизмы, связанные с регулирующими органами топлива и воздуха, причем задатчик и датчик температуры .подключены к соответствующим входам корректирующего регуля гора температуры, датчик расхода топлива подключен к . входам регуляторов расхода топлива и соотношения топливо-воздух, к другому входу которого подключен датчик расхода воздуха, задатчик коэффициента избытка воздуха соединен с соответствующим входом регулятора соотношения топливо-воздух, выход которого соединен с исполнительным механизмом подачи воздуха, а выход регулятора расхода топлива соединен с исполнительным механизмом подачи топлива, снабжено дифференциатором, блоком коррекции коэффициента избытка воздуха, корректором задания коэффициента избытка воздуха, задатчиком цикла коррекции и элементом задержки, причем датчик температуры через дифференциатор соединен с одним входом блока коррекции коэффициента избытка-воздуха, другой вход которого соединен с одним выходом задатчика цикла коррекции, другой выход которого соединен с входом элемента задержки, один выход которого соединен с корректором задания расхода топлива, другой выход элемента задержки соедонен с соответствующим входом блока коррекции коэффициента избытка воздуха, выход которого через .корректор задания коэффици-. ента избытка воздуха соединен с задатчиком коэффициента избытка воздуха. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока коррекции коэффициента избытка воздуха; на фиг. 3 - временная диаграмма работы элементов системы; на фиг. - зависимость температуры пла менного пространства от коэффициента избытка воздуха. Устройство для управления тепловым режимом содержит датчик 1, регулятор 2, и задатчик 3 расхода топлива, исполнительный механизм k, регулирующий орган (заслонку) 5, установленный в трубопроводе топлива, датчик 6 расхода воздуха, регулятор 7 соотношения топливо-воздух, задатчик 8 коэффициента избытка воздуха, исполнительный механизм 9, регулирующий орган (заслонку) 10, установленный в трубопроводе воздуха, датчи 11 и задатчик 12 температуры пламенного пространства печи, корректирующий регулятор 13, корректор 1 задания расхода топлива, дифференциатор 15, блок 16 коррекции коэффициента избытка воздуха, корректор 17 коэффициента избытка воздуха, задатчик 18 цикла коррекции и элемент 19 задержки. Блок 16 коррекции содержит электронные ключи 20 и 21, пороговые элементы 22 и 23, схемы 2Ц и 25 совпадения, логический элемент ИЛИ 2б, инвертор 27, схемы 28 и 29 памяти и выходные электронные ключи 30 и 31. На фиг. 3 позиции 32-40 - сигналы элементов устройства, на фиг. позиции k}-kk - точки кривой зависимости температуры от коэффициента избытка воздуха. Устройство работает следующим образом. Рас.ход топлива, поступающего в горелки, измеряется датчиком 1. Информация о текущем расходе топлива поступает на вход регулятора 2, где сравнивается с сигналом задатчика 3. При отклонении текущего расхода топлива от заданного значения регулятор 2 при помощи исполнительного механизма 4 перемещает регулирующую заслонку 5, изменяятем самым текущий расход топлива в сторону восстановления равновесия. Одновременно сигнал, пропорциональны текущему расходу топлива, поступает на один из входов регулятора 7 соотношения топливо-воздух. На другие входы регулятора 7 поступают выходные сигналы датчика 6 расхода воздух и задатчика 8 коэффициента избытка во духа.Регулятор 7 управляет при помощ

исполнительного механизма 9 положением регулирующей заслонки 10. При этом расход воздухз устанавливается регу1

равления произведенного изменения задания температура в печи будет или повышаться или понижаться 3 ятором / пропорционально произведеию выходных сигналов датчика 1 расода .топлива .1 задатчика В коэффициента избытка воздуха. Температура пламенного пространства печи измерятся датчиком 11, в качестве которого может быть использована термопара. Сигнал З, пропорциональный температуре пламенного пространства печи, с выхода датчика 1 поступает на вход корректирующего регулятора 13 где сравнивается с сигналом -задатчика 12 температуры. При отклонении температуры от заданного значения корректирующий регулятор 13 при г помоЩи корректора Ш задания изменяет уставку задания задатчика 3 расхода топлива. При этом регулятор 2 изменяет расход топлива в печи до достижения заданного значения температуры пламенного пространства. Одновременно сигнал 3 с выхода датчика 11 температуры поступает на вход дифференциатора 15. Выходной сигнал 35 дифференциатора 15, пропорциональный производной темпе- ратуре, поступает в блок 16 коррекции коэффициента V13быткa воздуха, который при помощи корректора 17 по сигналам задатчика 18 цикла коррекции осуществляет периодическую коррекцию коэффициента избытка воздуха, меняя тем самым соотношение топливовоздух. При этом направление изменения (увеличение или уменьшение коэффициента Ь1) .определяется в . ке 16 коррекции на каждый последующий цикл в зависимости от знака прог изводной температуры в момент непосредственно После произведенной коррекции коэффициента избытка воздуха. По сигналам 32 задатчика 18 цикла коррекции, поступающим с заданным пе-. риодом, через электронные ключи 30 и 31 на входы корректора 17, последний осуществляет скачкообразное изменение уставки задания коэффициента избытка воздуха. Выходной сигнал О задатчика 8 при этом также скачкообразно изменяется на определенную ве личину. Так как зависимость температуры пламенного пространства от коэффициента избытка воздуха имеет экстремальный характер (фИг. ), то в зависимости от начального значения Y коэффициента избытка воздуха и напТак, если первоначальное значение коэффициента oi меньше оптимального, соответствующего максимальной температуре (точки 41 и k2) ,го увеличение коэффициента оС вызывает повышение температуры, а уменьшение понижение. Аналогично , если первоначальное значение коэффициента о больше опти мального (точка 4), то увеличение его влечет за собой понижение, а уменьшение - повышение температуры„ Для исключения воздействия корректирующего регулятора 13 температуры на расход топлива во время определения знака производной элемент 1У задержки формирует сигнал 33, блокирующий корректор . 1 if задания на время, заведомо превышающее длительность выхода температуры печи на новое установившееся значение. В рассматриваемый начальный момен времени система находится в точке , т .е . коэффициент избытка воздуха значительно меньше оптимального (точка В результате произведенной первой кор рекции коэффициент .oL увеличился на величину д oL (сигнал А0)и система перешЛа.. в точку 2, Выходной сигнал . 3i3 дифференциатора 1 i в блоке 16 кор рекции поступает через электронные ключи 20 и 21 на входы пороговых эле ментов 22 и 23. Один из пороговых эл ментов (22) настроен на определенный уровень положительного сигнала, а другой - на определенный уровень отрицательного сигнала дифференциатора 15- 20 и 21 пропускают сигнал дифференциатора в интервал времени, задаваемый элементом 19 задержки (сигнал 33), осуществляя тем самым выделения участка кривой изменения температуры, вызванного скачкообразным изменением коэффициента оС, а не последующего участка, вызванного воз действием корректирующего регулятора 13 на расход топлива по оконча- НИИ действия сигнала 33 блокировки. Так как производная температура поло жительна, то срабатывает пороговый элемент 22 и сигнал 36 поступает на один из входов схемы 2k совпадения, на втором входе которой присутствует единичный сигнал 38 схе мы 28 памяти. С выхода схемы 2k совпадения единичный сигнал поступает на вход логического элемента ИЛИ 26, который формирует единичный выходной сигнал при наличии на его входах хотя бы одного единичного сигнала. Зтот сигнал поступает в схему 28 памяти и после сброса опять устанавливает ее в единичный уровень (сигнал 38), что соответствует положительному значению приращения ЛсСв следующем цикле. По истечении заданного промежутка времени задатчик 18 цикла коррек ции формирует разрешающий сигнал 32, поступающий на выходнь1е электронные ключи 30 и 31. При этом единичный сигнал поступает с выхода схемы 28 на вход корректора 1 задания, осуществляющего изменение коэффициента oL в сторону увеличения. |ри этом в соответствии с фиг. 4 ( переход из точки k2 в точку k}} температу- ра начинает возрастать (сигнал 3)i что вызывает появление положительного сигнала 33 на выходе дифференциатора 15. Через определенное время, зависящее от инерционных свойств печи , температура выходит на новое установившееся значение. После окончания блокирующего сигнала 33 корректирующий регулятор 13, воздействуя на задатчик 3 расхода топлива, возвращает температуру в печи к прежнему установившемуся значению, определяемому уставкой задания задатчика 12 температуры. Так как и приращение коэффифиента oL было положительным (сигнал 39 имеет единичный уровень) и производная температуры также положительна (единичный уровень сигнала 36) срабатывает схема 2k совпаденияи на выходе логического элемента ИЛИ 2б, опять появляется сигнал единичного уровня, поступающий на вход схемы 28 памяти.. Тем самым блок 16 коррекции задает положительное значение приращения коэффициента последующем Цикле. При следующем срабатывании задатчика 18 цикла корректор 17 задания : вновь увеличивает значение коэффициента избытка воздуха на величину Д с/ I осуществляй переход системы из точки 3 в точку kk. При этом температура понижается (сигнал 3),а производная ее отрицательна (сигнал35). Срабатывает пороговый элемент 23, подавая единичный сигнал на один из входов схемы 25 совпадения. Однако -на втором входе схемы 25 присутствует нулевой уровень сигнала 39 схемы 29 памяти. Аналогично на входах схемы 2k совпадения присутствует только один единичный сигнал - г выхода схемы 28 пак)чти. Поэтому нл входах,и выходах логического элемент ИЛИ 2б формируются сигЛналы нулевого уровня, а на выходе инвертора 27 сигнал единичного уровня, поступающий на вход схемы 29 памяти. Таким образом, блок 16 коррекции задает от рицательное значение приращения коэф фициента АоСв последующем цикле (сигнал 39) , что в следующем цикле вызовет переход системы из точки k обратно в точку kj. В случае если выходной сигнал диф ференциатора меньше установленного порога срабатывания пороговых элементов (объект находится в районе максимума температуры и производная температуры близка к нулю), сигнал единичного уровня формируется на в ходе инвертора 27 и блок коррекции подготавливает систему к уменьшению коэффициента избытка воздуха в след ющем цикле. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает выход печи на ог|тим льный режим горения топлива, поиск и поддержание оптимального значения коэффициента избытка воз13 духа с небольшими периодическими отклонениями от оптимальнЪго значения. В зависимости от состава топлива, его калорийности и других факторов, влияющих на режим горения, система уп-. равления в каждый момент времени с заданной периодичностью определяет оптимальное значение коэффициента избытка воздуха, В связи с тем, что поиск оптимального значения избытка воздуха вносит дополнительные возмущения в объект регулирования, целесообразно устанавливать периодичность коррекции на чаше 1-2 раза в час. Изменение длительности цикла и величины .приращения коэффициента осуществляется путем перестройки задатчика 18 цикла к коррекции (частоты срабатывания и длительности импуЛьса). Использование предлагаемого устройства позволяет добиться снижения удельного расхода топлива при работе печи на природном газе на 4-6 % за счет поддержания оптимального режима горения. Потенциальный эффект от широкого внедрения устройства составит 800 тыс. руб.

f6

19

УСТРОЙСТВО для УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ СТЕКЛОВАРЕННОЙ ВАННОЙ ПЕЧИ, содержащее датчики температуры, расходов топлива и воздуха, задатчики температуры и коэффициента избытка воздуха, регуляторы расхода топлива и соотношения топливо-воздух, корректирующий регулятор температуры, корректор задания расхода топлива и исполнительные механизмы , связанные с регулирующими органами подачи топлива и воздуха, причем задатчик и датчик температуры подключены к соответствующим вхЪдам корректирующего регулятора температуры, датчкк расхода топлива подключен к одним входам регуляторов расхода топлива и соотношения топливо-воздух, к другому входу которого подключен датчик расхода воздуха, задатчик коэфф лциента избытка воз-, духа соединен с соответствующим входом регулятора соотношения топливо-воздух, выход которого соедийен с исполнительным механизмом подачи воздуха, а выход регулятора рас.хрда топлива соединен с исполнительным механизмом подачи топлива, о тличающееся тем, что, с целью экономии теплоэнергетических затрат, оно снабжено дифференциатором, блоком коррекции коэффициента избытка воздуха, корректором задания коэффициента избытка воздуха,задатчиком цикш ла коррекции и элементом задержки,причем датчик температуры через дифферен циатор соединен с одним входом блока коррекций коэффициента избытка воз-, духа, другой вход которого соединен с одним выходом задатчика цикла коррекции, другой выход которого соединен с входом элемента задержки, один О выход которого соединен с корректором задания расхода топлива, другой выход 00 а элемента задержки соединен с соответствующим входом блока коррекции коэффициента избытка воздуха, выход кото00 рого через корректор задания коэф- ,фициента избытка воздуха соединен с задатчиком коэффициента избытка воздуха.

Г1

28

29

-H J/

сриг.1

Jf JJ J

36

J7

J

(pu. П f. f