Устройство для регулирования температуры ваграночного дутья Советский патент 1987 года по МПК F27B1/26 

13

ретения заключается в том что в установившемся режиме температура раночного дутья равна заданному значению. Температура труб рекуператора в этом случае может быть равна предельному задаваемому значению или меньше его. В последнем случае на выходе регулятора 18 имеет место нулевой сигнал и регулирующий орган 23 в отводящем патрубке закрыт. Регулирующий орган 11 дополнительного топлива занимает промежз точ1 ое положение. Увеличение пост 5 пления тепла и топку, например за счет повышения теплоты сгорания газа вызывает повышение температуры труб рекуператора, измеряемой датчиком 19,. Сигнгш рассогласования с регулятора 18 посИзобретение относится к управлению теплообменными аппаратами,, а имен но к регулированию температуры нагрева воздуха в ваграночных рекуператорах, оборудованньк топочной камерой для сжигания ваграночного газа и дополнительного топлива.

Целью изобретения является уменьшение потерь тепла с горячим воздухом, удаляемым в атмосферу.

На фиг. 1 приведена зависимость расхода воздуха через рекуператор (линии 1 и 2) и расхода воздуха через отводящий патрубок (линии 3 и 4) от расхода ваграночного дутья для двух различных значений А (А А,р j на фиг. 2 - зависимости тe fflepaтypы нагрева воздуха (tg) в рекуператоре от расхода ваграночного дутья при функционировании устройства (ломанные линии 5 и б относятся соответственно к двум значениям минимального расхода воздуха через рекуператор

А, и

А„), на фиг. 3 - блок-схема

предлагаемого устройства.

Устройство содер7ю 1т последовательно соединенные датчик 7 температуры ваграночного дутья и первый ( говый) регулятор 8, выход которого подключен к второму входу четвертого (пропорционального) регулятора 9. Выход регулятора 9 через первый исполнительный механизм 10 связан с регу3

тупает на регулятор 20, который перемещает исполнительным механизмом 22 регулирующий орган 23 в сторону от- , крытия. Количество воздуха через рекуператор увеличивается, что снижает температуру труб. При изменении расхода ваграночного дутья, измеряемого датчиком 17, изменяется сигнал на входе сумматора 13 блока 12 коррекции. Сигнал через инвертор 14 поступает на. вход регулятора 9„ Выбор знака и величины кор1 ектирующего воздействия осуществляется нуль-органом 16 и переключателем 15. Сигнал с выхода регулятора 9 через исполнительный механизм 10 изменяет положение регулирующего органа 11, изменяя расход дополнительного топлива. 3 ил.

З

0

5

-0

лирующим органом 11 дополнительного топлива. Выход датчиков положения исполните: 1ьного механизма 10 (не показан) соединен с третьим входом регулятора 9, Первый вход регулятора 9 подсоединен к выходу блока 12 коррекции. Блок 12 коррекции содержит пос- ле/довательно соединенные сумматор 13J инвертор 14 и двухпозиционный пе- реключаталь 15, выход которого является выходом блока 12 коррекгщи, при этом выход сумматора 13 дополнительно соединен с вторым коммутируемым входом переключателя 15, управляющий вход которого через нуль-орган 16 связан с выходом сумматора 13. Два входа cyt-fMBTopa 13, являющиеся входа- блока 12 коррекции, соединены с выходами датчика 17 расхода ваграночного дутья и третьего (аналогового) регулятора 18,, на вход которого подключен датчик 19 температуры труб рекуператора. Выход регулятора 18 подсоединен также к второму входу .второго регулятора 20, к третьему вхо- входу которого подсоединен выход датчика 21 расхода воздуха, удаляемого в атмосферуJ а к первому - выход датчика 17 расхода ваграночного дутья. Выход регулятора 20 через второй исполнительный механизм 22 связан с регулирующим органом 23, установленным в отводящем патрубке.

Устройство реализуется с помощью

стандартной серийно выпускаемой ап- I

паратуры. Измерение температур горячего дутья и труб рекуператора может осуществляться с помощью комп

мерительного преобразователя с унифи цированным выходньм сигналом 0-5 мА, Например преобразователя типа Ш 72 либо преобразователя Ф7025, Для из- мерения расходов могут быть применены преобразователи разности давления САПФИР-22ДЦ или дифманометры из ГСП с унифицированным выходным сигналом 0-5 мА, например,типа ДМ-ЭР. Управ- ляющие логические и преобразующие функции могут осуществляться с помощью соответствующих блоков системы АК ЭСР, КАСКАД либо средствами микропроцессорной техники, например, сие- темы РЕМИКОНТ.

В качестве аналоговых регуляторов 8 и 18 могут использоваться, например, регуляторы РБА, Р12 и т.п. Регулятор 20 в зависимости от типа исполнительного механизма (электрический, пневматический) может быть импульсным типа РВИ либо аналоговым РБА. В качестве пропорционального регулятора 9 может быть применен также импульсньм регулятор типа РВИ с обратной связью по положению регулирующего органа. Блок 12 коррекции легко реализуется, например, с помощью одного многофункционального блока БСГ системы АКЭСР, имеющей в своем составе два сумматора входных сигналов Нуль-орган с гистерезисом и контактным выходом, которьш выполняет функцию двухпозиционного переключателя 8. Второй сумматор в БСГ можно использовать в качестве и нвертора.

Зависимости (фиг. 2) построены на основании экспериментальных и расчетных материалов. На основании анализа этих зависимостей можно сделать вывод, что для компенсации возмущений, вызванных изменением расхода вагра- ночного дутья, требуется корректирующее звено со сложной передаточной функцией. В точке излома зависимос- тей коэффициент передачи передаточной функции звена должен изменяться как по абсолютному значению, так и по знаку воздействий.

Передаточная функция корректирующего звена должна имет вид

W..(P) sign(V -А)

.NWa.5.iPl

82

Wo. (Р)

W(P) W(P)

передаточные функции по температуре дутья, . при измененирГТоответ- ственно расхода ваграночного дутья и расхода дополнительного топлива, например природного газа

(Р) е

-Р1К

.е.

()

-PL.

:s о

Т, Р

К.,

+ 1

T.,P

+ 1

25

0 5 20

35

где Т, T,j - постоянные времени объекта (Т :i Т 101л

12 мин), ,t - запаздывания (1: Ti

1,2-1,5 мин).

Выходной сигнал корректирующего звена должен подключаться не к входу регулятора температуры (как в известном решении), ,а к входу регулятора, изменяющего расход природного газа.

В связи с тем, что величины запаздываний и постоянных времени объекта по двум приведенным каналам отличаются несущественно, передаточную функцию корректирующего звена можно представить в виде

W(P)sign(Vg

-A)()K,

где К „ и К

об

02

К

коэффициенты передачи объекта при изменении соответственно расхода дутья и газа, причем положительное корректирующее воздействие при условии Vgg-А О, а отрицательное - при У„2 -А 0,

к 6

коэффициент передачи корректирующего зйе- на.

В -момент перехода статической характеристики через точку перелома должно изменяться также и численное значение коэффициента передачи.

Таким образом, передаточная функция корректирующего звена, обеспечивающая инвариантность температуры | ваграночного дутья от изменений его расхода, аппроксимируется усилительвал тем самым изменение его выходной вепичины. При этом возникает сигнал рассогласования на входе пропорцио- | нального регулятора 9, который с пос мощью исполнительного механизма -20 перемещает реггулирующий орган 11 дополнительного топлива на величину, пропорциональную рассогласованию. Изменение вьпсодной величины регуля10 тора 8, а следовательно и перемещение регулирующего органа 11 происходит до тех пор, пока не исчезнет сигнал рассогласования на входе регулятора

8,т.е. при равенстве текущей и за- t5 данной температуры дутья. Параметры

настроек регуляторов 8 и 18 устанавливают с учетом динамических свойств регулируемых параметров. При этом регулятор 18 как более быстродействую20 |1та:й эффективно компенсирует все возмущения, вызванные изменением теплоты сгорания ваграночного газа, чем способствует стабилизации температуры ваграночного дутья. .

2.5 Рассмотрим peaKijjiro системы на второе характерное возмущение-изменение расхода ваграночного дутья. При изменении расхода дутья, например, в меньшую сторону изменяется сигнал на

30 входе блока 12 коррекции (входе сумматора 13). Выходная величина сумматора 13, пропорциональная корректирующему воздействию, непосредственно или через инвертор 14 поступает

35 вход пропорционального регулятора

9.Выбор знака и величины корректирующего воздействия (установление нахождения объекта на правой или левой ветви статической характеристики)

40 осуществляется с помощью нуль-органа 16 и двухпозиционного переключа- тешя 15. Выходное реле нуль-органа 16 срабатывает,, например при Vga-A /O и находится в обесточенном состоянии вызывая тем самым снижение температу- 45 при V„f - А 0. На входе регулятора

в

ным звеном с изменяюп ;имся коэффигщен- том усиления по знаку и величине в зависимости от теплового состояния труб рекуператора.

Устройство функционирует следующим образом.

В установившемся режиме (статика) температура ваграночного дутья равна заданному значению (tg tg°)j температура труб рекуператора в этом случае может быть равна предельному задаваемому значению или меньше его. В последнем случае выходная величина регулятора 18 равна О, а это означает, что регулирующий орган 23 в отводящем патрубке закрыт. Регулирующий орган 11 дополнительного топлива занимает некоторое промежуточ ное положение. Пусть в этом состоянии в топку поступает ваграночньш газ с низкой теплотой сгорания.

Рассмотрим реакцию системы на по- теплоты сгорания ваграночного газа. Предполагается, что вагра- ночньп газ полностью дожигается в топочной камере в результате функционирования соответствующей систем) управления. Увеличение поступления тепла в топку приводит к позраста- нию теплосодержания продуктов горения на выходе из нее, что вызывает также повышение температуры труб рекуператора. На входе аналогового регулятора 18 возникает сигнал рассогласования и выходной сигнал на выходе э гого регулятора начинает увеличиваться. При этом появляется сигнал рассогласования на входе регулятора 20, которьй с помощью исполнительного механизма 22 начинает перемещать регулирующий орган 23 в сторону открытия. Количество воздуха, проходящее через рекуператор, ув гличивается

ры труб рекуператора. Регулятор 20 перемещает регулируюпщй орган 23 до тех порр пока не устранит сигнал рассогласования на входе регулятора 18. В связи с большой инерционностью (Т 10-12 мин) и запаздьшаннем Ci 1,2-1,5 мин) TeivmepaTypa ваграночного дутья в результате функц1яони- рования регуляторов 18 и 20 может вообще не отклониться от задания или это отклонение будет незначительньм. При возникновении этого отклоне 1ия появляется сигнал рассогласования на входе аналогового регулятора 8, вызы.9 суммируются сигналы в соответствии с выражением

СЕ

50

-А)+К

бых

-кл

при условии, что Va, -А J О И

НЕ -к

Кб

U ()+KE,-K,V,,

55 условии, что V - А О,

где E,j, - выходной сигнал аналогового регулятора 8,

К , К - коэффициенты пропорздиональ- ности.

в

.9 суммируются сигналы в соответствии с выражением

СЕ

0

-А)+К

бых

-кл

при условии, что Va, -А J О И

НЕ -к

Кб

U ()+KE,-K,V,,

55 условии, что V - А О,

где E,j, - выходной сигнал аналогового регулятора 8,

К , К - коэффициенты пропорздиональ- ности.

7 1

Различные значения коэффициентов пропорциональности К „и К объясняютК в Кр

ся различием наклона статической характеристики до и после ее перелома (фиг. 2).

Включение параметра А в уравнение статики обеспечивает безударное прохождение точки перелома статической характеристики объекта регулирования Из анализа уравнения статики ясен физический смысл компенсации возмущений, вызванных изменением расхода ваграночного дутья. При любых изменениях расхода дутья пропорциональный регулятор 9 практически мгновенно изменяет расход дополнительного топлива в топочную камеру, в результате чего температура дутья сохраняется практически неизменной.

Таким образом, введение блока кор- рекции в состав устройства обеспечивает инвариантность регулируемой температуры ваграночного дутья от изменений его расхода.

Высокое качество регулирования тем пературы дутья с помощью устройства приводит к улучшению технико-экономических показателей ваграночного производства, а именно снижению расхода дополнительного топлива, сниже- нию удельного расхода кокса, увеличению срока службы труб рекуператора и др.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры ваграночного дутья преимущественно в рекуператоре -с топочной камерой для сжигания колошникового

138

газа и дополнительного топлива, содержащее последовательно соединённы датчик температуры дутья и первьш регулятор, первый исполнительный механизм, соединенный с регулирующим органом на трубопроводе дополнительного топлива, последовательно соединенные датчик расхода ваграночного дутья, второй регулятор, второй ис- полнительньй механизм, регулирующий орган в отводящем патрубке, соединяющем трубопровод горячего дутья с атмосферой, отличающееся тем,что, с целью уменьшения потерь тепла с горячим воздухом, удаляемым в атмосферу, оно снабжено датчиком температуры труб рекуператора, третьим и четвертым регуляторагш, датчиком расхода горячего воздуха, удаляемого в атмосферу, блоком коррекции, датчиком положения исполнительного механизма, причем датчик температуры труб рекуператора соединен с третьим регулятором, выход которого подсоединен к второму входу второго регулятора, датчик расхода горячего воздуха, удаляемого в атмосферv подсоединен к третьему входу второго регулятора, два входа блока коррекции соединены с выходами третьего регулятора и датчика расхода ваграночного дутья, выход блока коррекции соединен с первым входом четвертого регулятора, причем второй вход четвертого регулятора соединен с выходом первого регулятора, его выход соединен с первым исполнительным механизмом, а выход датчика положения этого механизма соединен с третьим входом четвертого регулятора.

Фи2.1

Изобретение относится к регулированию температуры нагрева воздуха в ваграночном рекуператоре, оборудованном топочной камерой для сжигания ваграночного газа и дополнительного топлива. Цель изобретения уменьшение потерь тепла с горячим воздухом, удаляемым в атмосферу. Существо изоб(Л : ND

Расход вогроное/ного ff /rftj) (Y, %/ Фиг г

Составитель А.Абросимов Редактор Н.Швьщкая Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

Заказ 2203/43 Тираж 544Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое прс дприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4