Способ управления сжиганием колошникового газа и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК F27B1/26 

2. Устройство управления сжиганием колошникового газа, содержащее последовательно соединенные датчик расхода колошникового газа, первый блок вычисления, регулятор соотношения газ-воздух, выход которого соединен с регулирующим органом расхода воздуха для сжигания, датчик расхода воздуха для сжигания колошникового газа, выход которого подсоединен к второму входу регулятора соотношения и датчик расхода дутья, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сжигания газа, оно снабжено датчиком концентрации кислорода в колошниковом газе, блоком умножения и вто1

Изобретение относится к технике управления сжиганием газообразного топлива с изменяющейся теплотой сгорания путем про- порционирования расходов топлива и воздуха на сжигание и может быть использовано для управления сжиганием колошникового газа коксовых вагранок с воздушным или воздушно-кислородным дутьем.

Цель изобретения - повышение качества сжигания газа.

На чертеже приведено устройство, реализующее способ управления.

Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 расхода колошникового газа, первый блок 2 вычисления, регулятор 3 соотношения газ-воздух, связанный с регулирующим органом 4 воздуха для сжигания колошникового газа. Второй вход регулятора 3 соединен с выходом датчика 5 расхода воздуха, идущего на сжигание колошникового газа. Второй вход регулятора 3 соединен с выходом датчика 5 расхода воздуха, идущего на сжигание колошникового газа. На два входа второго блока 6 вычисления подсоединены выход датчика 7 расхода воздушного (воздушно-кислородного) дутья, третий вход соединен с выходом датчика 8 концентрации кислорода, а его выход подсоединен к второму входу первого блока 2 вычисления. На два входа блока 9 умножения подсоединены выход датчика 1 расхода колошникового газа и выход датчика 8 концентрации кислорода в нем, а его выход подключен к третьему входу первого блока 2 вычисления.

Устройство может быть реализовано на базе стандартной серийно выпускаемой аппаратуры. Для измерения объемных расходов дутья, колошникового газа и воздуха на сжигание можно применить измерительный комплект, состоящий из сужающегося

рым блоком вычисления, причем два входа второго блока вычисления соединены с выходами датчиков расхода колошникового газа и расхода дутья, третий вход соединен с датчиком концентрации кислорода в колошниковом газе, а выход подсоединен к второму входу первого блока вычисления, а на два входа блока умножения подсоединены выходы датчиков расхода колошникового газа и концентрации кислорода в колошниковом газе, а выход блока умножения подсоединен к третьему входу первого блока вычисления.

устройства и дифманометра из ГСП с унифицированным выходным сигналом О-5 МА, например типа ДМ-ЭР.

Объемную концентрацию кислорода в колошниковом газе можно измерять с помощью стандартного комплекта магнитного газоанализатора на 02 типа МН.

Преобразующие и вычислительные операции в устройстве реализованы с помощью аналоговых блоков системы АКЭСР, КАС0 КАД, СУПС, а также средств микропроцессорной техники. Например, первый блок 2 вычисления и блок 9 умножения реализуется с помощью одного блока БВО системы АКЭСР, второй блок 6 вычисления с помощью двух блоков БВО.

В газообразном топливе, которое используется для отопления промышленных агрегатов, обычно не содержится свободный кислород или доля его незначительна (0,2- 0,3%). Поэтому при сжигании этих газов стеQ хиометрический коэффициент расхода воздуха определяют в зависимости от содержания горючих компонентов газа (СО, Н2СН4, С„Нт). В колошниковом газе на выходе из вагранки также содержится незначительное количество свободного кислорода О-0,3(05)%.

5 В трубопроводе колошникового газа непосредственно перед горелкой топочной камеры может содержаться свободный кислород, количество которого зависит от параметров гидравлического режима и неплотностей коммуникации на участке колошник-топочная

0 камера.

Управление сжиганием колошникового газа без учета кислорода в нем сопровождается отклонениями фактического избытка воздуха от требуемого уровня и, как следствие, приводит к существенным экономичесКИМ потерям.

Окисление углерода кокса в вагранке при продувке необогащенным воздухом пронсходит в соответствии со следующими химическими реакциями:

2С+О2 +3, 2СО + 3,76Л/2; (1) C + 02 + 3,76yV2 C02 + 3,76yV2;(2)

СО2+С 2СО.(3)

Из анализа уравнений (1)-(3) следует, что при расходовании единицы количества кислорода, например 1 м воздушного дутья, образуется при окислении углерода до СО 5,76 м продуктов реакции (2 м СО и 3,76 м Л/2), а при окислении до СО2 4,76 м продуктов реакции (1 м COi и 3,76 м N). Количество воздуха, израсходованное на образование колошникового газа, в обоих случаях равно 4,76 м (1 м О2 и 3,76 м Nz). Таким образом, горение углерода кокса до СО сопровождается увеличением объема образовавшихся газов по сравнению с объемом воздушного дутья, в то время как при окислении до СО2 объем газообразных продуктов горения равен объему израсходованного воздуха.

Приращение объемного расхода колошникового газа в сравнении с объемным расходом воздушного дутья может служить мерой степени окисления кокса в вагранке, а следовательно, и количества окиси углерода в колошниковом газе.

Степень окисления кокса может быть охарактеризована величиной разности 1-р, причем

Р

Vco

(4)

Vco+Vco,

где Vco и Vco - объемные расходы СО и СО2 в колошниковом газе, соответственно. В соответствии с уравнениями (1) и (2)

и выражением (4) при продувке вагранки

воздухом с объемным расходом 1/вд объем

колошникового газа

кгкг

Ккг /(,„-р4- СО,(1-Р) Квд 0,21,(5)

кгкг

где Ксо и Ксо - количество СО и СО2 в колошниковом газе при использовании единицы количества кислородного дутья (4,76 единиц количества воздуха) Разность объемных расходов колошникового газа и воздушного дутья можно представить в виде:

кгкг

Укг-1/вд ДК /Ссо-Э + ,(1-Р)

ХО,21-1/вд. (6)

Из выражения (6) определяем Р:

0,21Увд+ °г

.

cos.

в связи с тем, что необогащенного воз- ,76 MVM /С

душного дутья 5,76 MVM

Р

Д1/ 0,21 УВД(8)

При обогащении воздушного дутья кислородом

(9)

где аоа - степень обогащения воздуха. Из выражения (9)

аог Р-(10)

Исходя из выр ажения (10) следует, что при повыщении степени обогащения воздуха 10 разность объемных расходов колошникового газа и воздушного дутья также увеличивается. При продувке чистым кислородом (аоз 1) и окислении углерода до СО() количество колошникового газа (окиси углерода) в два раза превышает количество 5 дутья.

Объемный расход СО в колошниковом газе на основании выражений () и (10)

Vco lC Р Квд 0,21 /с ДК,

20„со

где Лео - количество окиси углерода, образующейся при расходовании единицы объема кислорода, м /м1

Таким образом 25Усо 2АК 2(1/кг УВД)(11)

Объемная доля окиси углерода в колошниковом газе

rn-Yco 2ДУ 2(Укг-Увд

ZAUL/-т/1/17

1/кгИкг1/кг

(12)

С учетом подсоса воздуха в трубопровод колошникового газа выражение (12) сводится к виду: о.

(l-4,76-jya-) ДСО Г,Г(13)

к кг

где Оч - объемная концентрация кислорода

в колошниковом газе, %. Пропорционально ДСО изменяется также теплота сгорания колошникового газа, а следовательно, и стехиометрический коэффици- ент расхода воздуха на его сжигание. Количество воздуха, необходимое для сжигания колошникового газа, определяется в соответствии с выражением:

(14)

45 П Ккг{ДСО 2,38 ао-4,76-).

где 2,38 - стехиометрический коэффициент расхода воздуха для чистой окиси углерода,

ао - задаваемый коэффициент избыт- ка (расхода) воздуха.

Исходя из выражений (13) и (14) устанавливается последовательность операций по управлению сжиганием колошникового газа вагранки:

-определение (контроль) концентрации кислорода в колошниковом газе;

-определение путем расчета объемной концентрации окиси углерода в колошниковом газе;

-вычисление необходимого количества воздуха на сжигание;

-установление расхода воздуха на сжигание в соответствии с рассчитанным значением.

Устройство функционирует следующим образом.

На входы первого блока 2 вычисления поступают сигналы, пропорциональные текущим расходам колошникового газа, воздушного дутья и концентрации 02 в колошниковом газе. В блоке 2 вычисления выполняется операция расчета объемной концентрации СО в колошниковом газе в соответствии с выражением (13). Выходной сигнал блока 2 вычисления поступает на второй вход блока б вычисления, на первый вход этого блока поступает сигнал, пропорциональный расходу колошникового газа, на третий вход - сигнал с выхода блока 9 умножения, пропорциональный объемному расходу кислорода в колошниковом газе. В блоке 6 вычисления осуществляется операция расчета необходимого (заданного) расхода воздуха для сжигания в соответствии с выражением (14). Выходной сигнал блока 6 вычисления, пропорциональный необходимому (заданному) расходу воздуха, поступает на первый вход регулятора 3 соотношения. В измерительном блоке регулятора 3 осуществляется операция сравнения заданного и текущего расхода воздуха на сжигание колошникового газа. В этом же блоке задается предусмотренный выражением (14) необходимый избыток воздуха ао.

При появлении рассогласования на выходе измерительного блока регулятор 3 осуществляет перемещение регулирующего органа 4, установленного в трубопроводе воздуха, и приводит в соответствие текущий расход воздуха с необходимым его значением.

Использование способа и устройства для управления сжиганием колошникового газа приводит к повышению качества сжигания колощникового газа в топке рекуператора, вследствие чего снижается расход дополнительного топлива, например природного газа, в топку рекуператора и расход колеса,

загружаемого в вагранку, повышается стойкость труб верхней секции рекуператора

Реализация способа и устройства приводит также к существенным уменьшениям выбросов вреднего газа (окиси углерода) в атмосферу.

1. Способ управления сжиганием колошникового газа преимущественно коксовой вагранки с воздушным (воздушно-кислородным) дутьем, основанный на поддержании постоянного избытка воздуха на сжигание пуг-в тем изменения подачи воздуха в зависимости от расхода колошникового газа и концентрации в нем горючего компонента, например окиси углерода (СО), отличающийся тем, что, с целью повышения качества сжигания газа, дополнительно контролируют концентрацию кислорода (О2) в колошниковом газе и изменяют расход воздуха на сжигание с учетом полученного значения О2, причем концентрацию СО в колошниковом газе рассчитывают в соответствии с выражением: СО 21М1 -4,)-1/в.. VKH 100, где КкI - объемный расход колошникового газа, м /c; 1/вд - объемный расход воздушного (воздушно-кислородного) дутья, Oz - объемная концентрация кислорода в колошниковом газе, %. i 1(Л N3 N 4 4; СД СЛ