Способ автоматического регулирования теплового режима нагревательной печи Советский патент 1983 года по МПК F23N1/00 C21D9/00 

INO

00

со

01 4 Изобретение относится к черной металлургии, к области отопления, а именно к способам сжигания газообразного топлива, и может найти применение в системах автоматического регулирования подачи такого топлива в нагревательные печи. Известен способ управления тепловым режимом нагревательных печей, при котором расход топлива, подаваемого в нагревательную печь, изменяют и тем самым поддерживают температуру внутри рабочего пространства печи на заданном уровне 1. Недостатком этого способа является сравнительно узкий диапазон изменения расхода топлива, при котором еше обеспечивается устойчивая работа топливосжигаюших устройств (горелок) и достигается экономичное сжигание. Наиболее близки.м к изобретению является способ автоматического регулирования теплового режима нагревательной печи, отпливаемои смесью газов, путем измерения расходов каждого смешиваемого газа до смешения, измерения теплотворной способности смеси и изменения соотношения расходов смешиваемых газов 2. Недостатком известного способа является узкий диапазон автоматического регулирования теплового режима при значительных изменениях теплотворной способности смешиваемых газов. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона регулирования. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического регулирования теплового режима нагревательной печи, отапливаемой смесью газов, путем изменения расходов каждого смешиваемого газа до смешения, измерения теплотворной способности смеси и изменения соотношения расходов смешиваемых газов теплотворную способность измеряют у каждого газа, после чего определяют их разность и изменение соотношения расходов смешиваемых газов осуществляют пропорционально полученной разности. На фиг. 1 приведена принципиальная схема системы автоматического регулирования; на фиг. 2 - зависимость выходного сигнала устройства изменения соотношения от расхода смешиваемого газа; на фиг. 3 - зависимость выходного сигнала расходомера от расхода смешиваемого газа. Система, реализующая способ автоматического регулирования, содержит расходомеры природно-доменной смеси 1 и коксового газа 2, определители теплотворной способности (калориметры) природно-доменной смеси 3 и коксового газа 4, выходы которых соединены со входами устройства 5 вычисления разности теплотворных способностей (сумматора), выход которого соединен с одним из входов устройства 6 изменения соотношения смешиваемых газов пропорционально разности их теплотворных способностей (корректора); выход корректора 6 соединен с первым входом преобразователя 7 уровня напряжения (преобразователь), второй вход преобразователя 7 соединен с выходом задатчика 8, а выход - со входом расходомера 2; устройство 9 изменения соотношения в зависимости от расхода смешиваемого газа (функциональный преобразователь), вход которого соединен со вторым выходом расходомера 1 природно-доменнрй смеси, а выход соединен со входом корректора 6; регулятор 10, входы которого соединены с расходомерами 1 и 2, а выход соединен через исполнительный механизм 11 с регулирующим органом 12. На фиг. 2 и фиг. 3 по оси абсцисс отложены относительные расходы газов челожены относительные расходы газов -g-, пределы изменения от О до I. По оси ординат отложены относительные величины вь1ходных сигналов преобразователей -ij. пределы изменения от О до 1. Прямая зависимость 13 - выходной сигнал устройства изменения соотношения в зависимости от расхдда смешиваемого газа; прямая (зависимость) 14 - выходной сигнал расходомеров, теплотворная способность природнодоменной смеси может изменяться от q (высшей теплотворной способности) до q (низшей теплотворной способности). Способ автоматического регулирования теплового режима нагревательной печи осуш,ествляется следующим образом. Начиная с некоторого расхода g (фиг. 2), Б составе топливе преобладает газ с большей теплотой сгорания, если расход больше g, и с меньшей, если расход меньше g, и степень преобладания тем больше, чем сильнее различаются теплотворные способности смешиваемых газов. Пусть з начальный момент тепловая нагрузка лечей такова, что для покрытия ее требуется рас ОД топлива g с теплотворной способностью q. Топливо образуется в результате смешивания коксового газа, имеющего теплотворную способность q, определяемую калориметром 4, и природно-доменной смеси, имеющей теплотворную способность (i определяемую калориметром 3, которая, в свою очередь, может изменяться от q до q так, что . Пусть в рассматриваемый момент q q -и Aq qcM - q 0. В следующий момент тепловая наг эузка печей возростает и остается постоянной. Поступаюшего тепла q - g ста-новится недостаточно, что приводит к снижению температуры в зонах горения. Соответствующие регуляторы (на фиг. 1 не показаны) увеличивают количество потребляемого зонами топлива, что вызывает увеличение g до g, .

Если в начальный момент на .вход регулятора 10 от расходомеров 1 и 2 поступали сигналы и, равные по величине и обратные по знаку, то теперь поступят сигналы U. Одновременно сигнал и поступает от расходомера 1 на функциональный преобразователь 9 и с него, преобразованный в соответствии с зависимостью 13 и равный Up, - на корректор 6.

Так как q., то выходной сигнал сумматора 5 U 0. Этот сигнал поступает на второй вход корректора 6, На выходе которого образуется сигнал U|c , являющийся произведением выходных сигналов сумматора 5Ш«) и функционального преобразователя 9 (Up). Этот сигнал преобразуется в преобразователе 7 и добавляется (в нормированных единицах) к выходному сигналу расходомера 2, и на вход регулятора 10 поступает уже сигнал Ug, хотя расход коксового газа соответствует сигналу и. При этом сигнал UR изменяется при изменении расхода природнодоменной смеси в соответствии с зависимостью 13 и пропорционально разности теплотворных способностей.

Регулятор 10 с помощью исполнительного механизма 11 и регулирующего органа 12 изменяет расход природно-доменной смеси до величины, обеспечивающей поступление от расходомера I сигнала, равного Ua. Такое искусственное завыщение сигнала расходомера 2 коксового газа приводит к тому, что теплотворная способность топлива q. возрастает до значения q, так как в топливе увеличивается доля природно-доменной смеси, имеющей большую теплотворную способность (.rJУвеличение q при одновременно увеличивающихся расходах коксового газа до g, и смеси до g приводит при неизменной тепловой нагрузке печи к уменьщению g регуляторами температуры в зонах. Следует уменьшение расходов q и qj j. и некоторое снижение q за счет опережа1Ьщего уменьшения gj.. После окончания переходного процесса устанавливаются новые значения gT и q, такие, что g, и q, q q. Выбором настройки корректора 6 можно обеспечить такой уровень изменения теплотворной способности топлива, что при

Чв Ч(. расход топлива на печи всегда постоянным и независящим от тепловой нагрузки. Это будет предельный случай расширения диапазона изменения тепловой нагрузки без нарушения качества нагрева металла и сжигания топлива.

Если происходит уменьшение тепловой нагрузки печей (возмущение, обратное по знаку рассмотренному выше) и поступающего тепла становится больше, чем требуется, то температуры в. зонах возрастают. Регуляторы температуры зон уменьшают

расходы топлива g, q и g vMeKbiiiiihOTC возникает Up О, а так как qe,« 4(:,р,, образуется 0,5 Г О и т.д., аналогичноописанному выше, но с обратными знаками. После окончания переходного процесса теплотворная способность топлива уменьшается, его расход также уменьшается, но в меньшей степени, чем уменьшилась тепловая нагрузка печей.

Если изменяется теплотворная способность природно-доменной смеси, например уменьшается ((1,. Ч) то поступающего на печи тепла при прежнем расходе топлива становится недостаточно. Регуляторы на печах увеличивают расходы топлива в зоны, система воспринимает это как увеличение тепловой нагрузки и выполняет все операции, описанные выше. Но так как выходной сигнал сумматора 5 м(еньше Ug, то UK будет меньше а. По окончанию переходного процесса расход топлива будет несколько больше, а теплотворная способность несколько ниже, чем до возмущения (уменьшения теплотворной способности природнодоменной смеси), но соответственно меньше и больше, чем сразу после окончания первого цикла работы регуляторов температуры зон.

Если теплотворная способность смеси упадет до теплотворной способности коксово го газа, то и снизится до нуля, при этом для изменения соотношения необходимо изменить положение задатчика 8.

При дальнейшем снижении теплотворной способности природно-доменной смеси (Чем Чк.г) необходимо изменить направление воздействия, т.е. при увеличении тепловой нагрузки надо уже не увеличивать, а уменьшать долю смеси в топливе. Это достигается тем, что начиная с q Як:г Р всех .qtMH выходной сигнал сумматора 5 меньше нуля.

В результате на выходе корректора 6 при увеличении расхода топлива выше g возникает уже отрицательный сигнал UK О, а при уменьшении расхода - положительный. Это приводит к тому, что от расходомера 2 к регулятору 10 поступает искусственно заниженный сигнал., что ведет к уменьшению доли смеси в топливе при увеличении расхода и наоборот.

Таким образом корректирующее воздейстие на соотношение обуславливается по направлению знаком разности теплотворных способностей смешиваемых газов и по величине - модулем этой разности.

При наличии- такого корректирующего воздействия отсутствует опасность неравномерного нагрева металла, так как отпадает необходимость в отключении части горелок, поскольку при снижении тепловой нагрузки снижается и теплотворная способность топлива, причем тем быстрее, чем

больше разность теплотворных спо обностей газов, его составляющих, расход же топлива уменьшается мало. Исключается возможность подачи к печам увеличивающегося количества топлива при одновременном снижении его теплотворной способности, т.е. исключается возможность подачи в печи лищнего воздуха, а значит и возможность пережога металла и топлива. Увеличивается эффективность использования топлива, так как взаимозамещение составляющих идет тем интенсивнее, чем больще разность их теплотворных способностей, т.е. их стои-мостей. При максимальных производительностях стана печи перестают быть

сдерживающим звеном. Этот положительный эффект достигается при одновременном расширенни диапазона изменения тепловой нагрузки печей, так как можно заранее обеспечить постоянство расхода топлива или малое его изменение при любых изменениях тепловой нагрузки печей без риска ввести систему, а с ней и печи в режим автоколебаний. Изменения теплотворной способности смеси в диапазоне от q до q обуславливают изменения корректирующего воздействия UK в диапазоне от ло О, что обеспечивает устойчивость системы при любых расходах топлива, которые только могут принять печи.

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА НАГРЕВАТЕЛБНОЙ ПЕЧИ, . отапливаемой смесью газов, путем измерения расходов каждого смешиваемого газа до смешения, измерения теплотворной способности смеси и изменения соотношения расходов смешиваемых газов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона регулирования, теплотворную способность измеряют у каждого газа, после чего определяют их разность и изменение соотношения расходов смешиваемых газов осуществляют пропорционально полученной разности.