Устройство для автоматического управления тепловым режимом технологической печи Советский патент 1990 года по МПК C10G9/20 G05D27/00 

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления процессом одновременного снижения газообразного и жидкого топлива в технологической печи и может быт;, использовано в нефтегазоперерабатываю- щей, нефтехимической и энергетической промышленности.

Целью изобретения является снижение расхода топлива за счет уменьшения коэффициента избытка воздуха.

На чертеже приведена схема реалн- .зации устройства.

Устройство содержит змеевик 1 , технологическую печь 2, линию 3 подвода продукта, датчик 4 температуры продукта на выходе печи, регулятор S температуры, первый блок 6 умножения, испопшп елъный механизм 7 полами газообразного топлива, селектор 8, второй блок 9 умножения, исполнитель- ный механизм 1C подачи жидкого топчи- ва, линию 11 подачи газообразного топлива, датчики 12-15 расхода, т.. v.nep v- туры, давления и удельного ;к с ; iaao-- образного топлива соотпетс i ас-имо, линию 16 подачи жидкого топличл, длт-. и- ки 17-19 расхода, температуры г ;,-;; , ного веса жидкого топлива : очтне , - - венно, линию 20 подачи оздч.-, , .;ал- чики 21-23 расхода, дач (,,,,; и ггмдо- ратуры воздуха, регулятор ко.,. воздуха, исполнительный механизм 2:, подачи воздуха и печь, гнчи блок 26, сумматор 27, per анализатор 29 концентр.ацн в дымовых газах, линию 30 мовых газов, каналы 1,32 ния коэффициента избытка среднего коэффициента г.:. ствия печи и концентрации в дымовых газах соответствен -о.

.Устройство работает следх:-т;лм о разом.

Температура на выхода из печи измеряется датчиком 4 и с гл нпнзи- руется на заданном уровне ре Ґ;ято ром 5 путем воздействия черо п. рч блок 6 умножения на исполнит чьими механизм 7 подачи газ-юбразпог-; -

jj r tJ : b MMil

irt rop о п

0

5

0

5

0

0

лньа ъ Ь(:Ч, . . Блс К 6 умножения из- менче1: ьчлмж нпе исполнительного г-:е- хакнзмл 7 ;т полностью открытого до полностью закрытого при изменении выходного сигнала регулятора 5 от минимально заданного до, например, половины mr M /кного номинального значения и c i L c ;;i:4i Baf при полностью открытом иопо„ ннт дьном механизме 7 лода.чу :(.- г о имомицего.1 я в наличии газооораало топчина. Ь селекторе 8 чымо iiio; спгла т легулятсра 5 гр.минп- ьаогси t a;;.ainu::-i, кг го-рое может Оыть

M.ii pbMt- p , Vliilio ПОЛОВИНА ВО ЗМОЖНОГ О

)||1минальч.. - на.с-ння. Ло IPX пор, пока ныходноп сигнал pcryj;}iT(ipa не достюоаот з.-и-липя, иыходной снгнач c.t локт . рл Ч гоулот минимальным . также .чл .ьны -i . Улет ныхогпюй i: и гнал iri O- I or o ,; г у.м, -,ьоч;1я, а исполпите.пь- ш-;п :-.vX -a-: i 1(: ::ол;.ли жмлкостн топ- ЛГ -а : -Л Ч1 у;-.л -ак;пп. При уменьшс- . ;- лоч1.:с ча j-aaooc Mo-oMio:1- топлива, г: | -тч :i,-i;.,ii:t rr- н печь, увелачилает с.л ..1-; ..«.тудя гор.ч о, так как noHii;t.-ai-1 . h ;ч мпература продукта на вы ,.. из П - --н, пзмс-1;..я чатлпкоь 4,

П Ор Ц .,: ;-} КО , 4tpt ОЛОК 6 yMH:. VKC

: -I наги м,ч. Р. нис- IK no..:iiri ельно - : г- N;I. :: a-i-i v-,a / - .( лглннп VAX. полное -

-. Li i-; i v.p .i i ч: , с локтор Р liponyекает

У .. - П м- :-.ЫХ( ДН i ifl СИ1ЦЛЛ ре-Г У-ЛДТО

pa j. -;vf Н; Л1 у iiaiiMai i .-я, пройдя че- р..з uT K 0 у- ;...«ения и поступает на Tien; jaiHT.::iьнын мС ХГиЛ .чм U) подач11 ил:ол- -| PT-U ;:;H.U; ;. печ . Плследнин r..-. яет .. ,- ..ч: VKoi H..1, н л камеру on, уан;:я оочп . . ; ;| . т жидког лиьо .

.,.(;i,;.ii. СИГ чаЛМ Д.Г.ТЧПКОЧ 1 2 - 1 3

у охода, Т . хдературы, ;г рленпр и улелх-л тго « оса : ; юоразьог. тгм -.ииа пс ступок 1 - ;: ; ;- ничш. лнтельного одокп , ь;.:г:. акж;. поступают выходIiML: С1-:ГЧ:. .:.:, 1-, ТЧ1:КОН рЗСХОДа,

i емпсра уг Ы п угклытг Г еса жидьс;го соти лпа, л;. 1ЧИКО е;.inejKirypbi 23 п ; . ;. . ; vx;- , задание по ьоаф- .-|,|. н.олг: . :i. i ob Tr-.i н здуха н сред -ое

i 0:ОЧИе K i 1 .

Вычислительный блок 26 рассчитывает .задание по расходу воздуха по формуле

v4gbIi vr(,.,o.24fl-,;.

+3,49В(3,51-2,12d + d2), где V.

(D

задание регулятору расхода воздуха, м3/ч; об - коэффициент избытка воздуха

(устанавливается вручную); Тв - температура воздуха, К; Рв - давление воздуха, атм; К. - КПД печи (среднее значение),

кущим значениями расхода воздуха регулятор 24 выдает постоянный сигнал на исполнительный механизм 25 подачи воздуха, поддерживая его в постоянном положении.

П р и м е р. В технологической печи нагреваемому продукту сообщается 125 млн кДж/ч тепла за счет сжигания Ю жидкого и газообразного топлива.

В установившемся состоянии 50% сообщается за счет газообразного топлива, 50% - за счет жидкого топлива. Газообразное топливо имеет удельный

0- удельный вес газообразного топлива, кг/нм3, определяемый по формуле

/Т 1 0° и

где у R -

d (2)

устанавливается вручную, до- 55 вес (J) 4,5 кг/м3, находится при тем- ли единицы;пературе (Тг) 333 К и давлении (Рг)

текущий расход газообразного 3,0 атм, расход его (Vr) - 74,0 мэ/ч. топлива, м3/ч;Жидкое топливо имеет плотность (d)

0,87 и находится при температуре 2о (t) 80°C, расход составляет 1520 кг/ч. Расход воздуха в установившемся состоянии составляет 49-495,4 мэ/ч.

При изменении (например, уменьшении с 50 до 10%) доли тепла, переда- 25 ваемого за счет сжигания газообразного топлива, что отражается в изменении (уменьшении до 147,3 м3/ч) расхода газообразного топлива, измеряемого датчиком 12, и расхода жидкого топлива (увеличении до 2736 кг/ч), измеряемого датчиком 17, по алгоритму, описанному выше, выходные сигналы датчиков поступают на вход вычислительного блока 26, изменяется (уменьшается) его выходной сигнал (задание по расходу воздуха 43503,81 м3/ч) и последовательно сумматора 27. Измененный выходной сигнал сумматора, поступая на вход регулятора 24, нарушает в нем равновесие, для восстановления которого регулятор 24 вырабатывает измененный выходной сигнал, который, поступая на исполнительный механизм 25, имеет (прикрывает) его положение, обеспечивая изм енение

273РГ

удельный вес газообразного топлива, текущее значение, при температуре Tf, k и давлении Рг, атм;

текущий расход жидкого топлива, кг/ч;

удельный вес жидкого топлива при 20 С, определяемый по

30

формуле

,9982d -0,00013d t+0,0017t- -0,0356,(3)

где d - удельный вес жидкого топлива 35 при температуре t,°C.

Задание по расходу воздуха, необходимому для сжигания топлива, рассчитанное вычислительным блоком 26, поступает через сумматор 27 на первый вход регулятора 24. Сумматор 27, связанный вторым входом через регулятор 28 с анализатором 29 кислорода в ухо40

30

дящих дымовых газах, предназначен для

. - 1 w j I wivv 1 in у v.ii.- iDci/i i о п t п п t.

коррекции задания регулятору 24 расхо-«ь (уменьшение) потока воздуха. Измене- да воздуха, если содержание кислорода ние (прикрь|тие) положения исполни- в уходящих дымовых газах не соответствует заранее установленному значению, что может быть вызвано, например,

изменением содержания кислорода в воздухе за счет изменения влажности воздуха, так как расчет по формуле (1) выполняется для концентрации кислорода в воздухе, равной 21 об.7,. В регу- &5 ляторе 24 задание сравнивается с текущим значением расхода воздуха, измеряемого датчиком 21. При отсутствии рассогласования между заданным и тетельного механизма 25 продолжается до наступления равновесия в регуляторе 24 (подача воздуха в печь уменьшается с 49495,4 до 43503,8 м3/ч).

При изменении (например, повышении с 4,5 до 5,5 кг/м3) удельного веса газообразного топлива, что отражается в изменении теплотворной способности топлива, изменяется (повышается до 60,8%) доля тепла, сообщаемого газообразным топливом, что вызывает- изменение (повышение) температуры

358816

кущим значениями расхода воздуха регулятор 24 выдает постоянный сигнал на исполнительный механизм 25 подачи воздуха, поддерживая его в постоянном положении.

П р и м е р. В технологической печи нагреваемому продукту сообщается 125 млн кДж/ч тепла за счет сжигания Ю жидкого и газообразного топлива.

В установившемся состоянии 50% сообщается за счет газообразного топлива, 50% - за счет жидкого топлива. Газообразное топливо имеет удельный

25

30

25

40

(уменьшение) потока воздуха. Измене- ние (прикрь|тие) положения исполни-

тельного механизма 25 продолжается до наступления равновесия в регуляторе 24 (подача воздуха в печь уменьшается с 49495,4 до 43503,8 м3/ч).

При изменении (например, повышении с 4,5 до 5,5 кг/м3) удельного веса газообразного топлива, что отражается в изменении теплотворной способности топлива, изменяется (повышается до 60,8%) доля тепла, сообщаемого газообразным топливом, что вызывает- изменение (повышение) температуры

на выходе из печи, измеряемой датчиком 4, и по описанному ранее алгоритму последовательно через выходные сигналы регулятора 5, селектора 8 и бло- , ка 9 умножения приводит к изменению положения (прикрытию) исполнительного механизма 10 подачи жидкого топлива. В результате таких действий раслятору 24,

воздействуя на

т i

v оторыи,

исполнигспьнып механизм 5 подачи воздуха, обеспечивает увеличь подачи воздуха до заданного. 14ли при изменении температуры газообразного тот- лива исполнигел ный механизм 7 полэчи газообразно о топлива был полностью открыт, то по ранее описанному алго- ход жидкого топлива изменяется (умень ю РИ™У последовательно через выходнн е шается) . В вычислительный блок 26 по- сигналы датчика 4 температуры, регу- ступают измененные выходные сигналы лятора 5, сетект -ра 8 и блока 9 умно- датчиков 15 и 17 удельного веса газо- ження изменяется положение (увеличила- образного топлива (увеличенный) и ется открытие) исполнитечьногп меха- расхода жидкого топлива (уменьшенный),15 низма 10 подачи жидкого топлива, что что приводит к изменению (увеличению) вызывает изменение (увеличение до

лятору 24,

воздействуя на

т i

v оторыи,

исполнигспьнып механизм 5 подачи в духа, обеспечивает увеличь подач воздуха до заданного. 14ли при изме нении температуры газообразного тот лива исполнигел ный механизм 7 полэ газообразно о топлива был полностью открыт, то по ранее описанному алго РИ™У последовательно через выходнн сигналы датчика 4 температуры, регу лятора 5, сетект -ра 8 и блока 9 умн ження изменяется положение (увеличи ется открытие) исполнитечьногп меха низма 10 подачи жидкого топлива, чт вызывает изменение (увеличение до

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления процессом одновременного сжигания газообразного и жидкого топлива в технологической печи, может быть использовано в нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической и энергетической промышленности и позволяет снеизить расход топлива за счет уменьшения коэффициента избытка воздуха. Устройство содержит линии 11, 20 и 16 подвода газообразного топлива, воздуха и жидкого топлива соответственно датчик /Д/ 4 и регулятор /Р/ 5 температуры, блоки 6 и 9 умножения, селектор 8, Д 12 - 15 расхода, температуры, давления и удельного веса газообразного топлива соответственно, Д 17 - 19 расхода, температуры и удельного веса жидкого топлива соответственно, Д 21 - 23 расхода, давления и температуры воздуха соответственно, Р 24 расхода воздуха, вычислительный блок 26, сумматор 27, Р 28 и анализатор 29 концентрации кислорода в дымовых газах. 1 ил.

1667,2 кг/ч) выходного сигнача датчика расхода этого юплина. Измененные выходные сигналы датчиков 1J и 17 температуры газообразного юппипа и расхода жидкого топлива, поступая в вычислительный блок 26, вызывают изменение (повышение до 54294,9 м1/ч) задания на расход воздуха. Измененное запое гупас ),

сумматор 27 в

выходного сигнала вычислительного блока 26 (задание на расход воздуха увеличивается с 49495,4 до 53859,0 м3/ч), который через сумматор 27 поступает 20 в камеру задания регулятора 24 и вызывает нарушение равновесия в нем. Для восстановления равновесия регулятор 24 вырабатывает измененный (увеличенный) выходной сигнал, который, 25 дание поступая на исполнительный механизм 25 подачи воздуха, изменяет (увеличивает открытие) его положения, которое продолжается до наступления равновесия в регуляторе 24 за счет из- 30 менения расхода воздуха, измеряемого датчиком 21.

При изменении (например, понижении температуры с 333 до 303 К) газообразного топлива изменяется (по- ,5 нижается) удельный вес газообразного топлива при нормальных условиях, что вызывает изменение (уменьшение до 44,7%) доли тепла, вносимого газообразным топливом, и приводит 40 к изменению (понижению) температуры продукта на выходе из печи, измеряемой датчиком 4 и по описанному алгоритму последовательно через выходные сигналы регулятора 5 и блока 6 умно- 45 жения к изменению (увеличению открытия) исполнительного механизма 7 подачи газообразного топлива в печь. Расход газообразного топлива изменяется (увеличивается до 826,9 м3/ч), . что приводит к изменению (увеличению) выходного сигнала датчика 12 расхода. Измененные выходные сигналы датчиков 13 и 12 температуры и расхода газообразного топлива, поступая в вычис- дачи жидкого топ пва, что приводит лительный блок 26, приводят к измене- 5 к и ме-„рнию (уле,-.ччени;п Д( ,8 кг/ч) нию (увеличению до 50680,6 м3/ч) его потока жидкого топлива в печь и соог- выходного сигнала и последующему ветст нукнчему изменению выходного сиг- изменению (увеличению) задания регу- нала датчика 17 расхгда жидкого топрегулятор /4, который с помощью исполнительного механизма 2S под тми воздуха оГ Рспичиьлет выполнение задания.

При изменении например, повышении до 4 атм) деления газообразного топлива, измеряемого датчиком 14 давления, изменяется (понижается) удетьный вес газообразного топлива при нормальных условиях, что вызывает изменение (уменьшение до 38,30 доли тепла, вносимого .азообразным топливом и приводит к изменению (понижению) температуры продукта на выходе из печи, измеряемой датчиком 4. Дальнейшие действия ус-ррйства аналигичнк описанным действиям при изменении гечпе- газообразного тичлньз.

При изменении (например, повышении до 0,9) плотности жидкого топлива датчиком 19 изменяется (понижается) теплотворная способность гопчива, что отражается в изменении (понижении) температуры продукта па выходе из печи, измеряемой датчиком 4. По описанному алгоритму через нмходные сигналя датчика 4, регулятора 5, сспектсра 8S блока 9 умножения обеспечивается изменение увеличение открытия) положения испогмчт( 1льчсго механизма Ю по-

1667,2 кг/ч) выходного сигнача датчика расхода этого юплина. Измененные выходные сигналы датчиков 1J и 17 температуры газообразного юппипа и расхода жидкого топлива, поступая в вычислительный блок 26, вызывают изменение (повышение до 54294,9 м1/ч) задания на расход воздуха. Измененное задание

пое гупас ),

сумматор 27 в

дание

дачи жидкого топ пва, что приводит к и ме-„рнию (уле,-.ччени;п Д( ,8 кг/ч) потока жидкого топлива в печь и соог- ветст нукнчему изменению выходного сиг- нала датчика 17 расхгда жидкого топрегулятор /4, который с помощью исполнительного механизма 2S под тми воздуха оГ Рспичиьлет выполнение задания.

При изменении например, повышении до 4 атм) деления газообразного топлива, измеряемого датчиком 14 давления, изменяется (понижается) удетьный вес газообразного топлива при нормальных условиях, что вызывает изменение (уменьшение до 38,30 доли тепла, вносимого .азообразным топливом и приводит к изменению (понижению) температуры продукта на выходе из печи, измеряемой датчиком 4. Дальнейшие действия ус-ррйства аналигичнк описанным действиям при изменении гечпе- газообразного тичлньз.

При изменении (например, повышении до 0,9) плотности жидкого топлива датчиком 19 изменяется (понижается) теплотворная способность гопчива, что отражается в изменении (понижении) температуры продукта па выходе из печи, измеряемой датчиком 4. По описанному алгоритму через нмходные сигналя датчика 4, регулятора 5, сспектсра 8S блока 9 умножения обеспечивается изменение увеличение открытия) положения испогмчт( 1льчсго механизма Ю по-

1S t )8Я JO

пи i)ii . HI i i HI i if П-чак i регулирования, вырабатывает

нми () u - , i i i f i с m -пмходьой cm нал, пропорцюнал ньгй до-

i in iii iiiн i и и a -ruмнительному расходу воздуха, на коi if-11,ч 11 i fMi IK ,т I, i и НУЖНО изменить (увеличить) рас-

1 liL, 1 11 i ЧСТНРР задание расходу воздуха, по-

v i iit и i i с1 пающпи на вход сумматора 27, где

i я и р( ммируется с расчетным заданием,

i iu IK -HI ij if пыпаем1гм вычислительным бло1ом м 6.

Мо (.равнению с прототипом предла . T€ « IL устройство повышает -чффектнв, iiи i использования топтивно-энерге1/ (ч i i , с ресурсов яа счет повышения

i i ii к1Ч1 стна регулирования, так как уменьHi ii к т i. я котф)|ициент избытка во}ДУха в

,ii i11 i, ны швающии перерасход топлива

м оичпсннып пыброс дымовых iазов в

ill , i i tn ii фер .

t- трмула изобретения

1 l

i i тройство дня автоматического

пмвлечня теплиным режимом техноло- ii i гнои печи, содержащее два блока

г i К.ЧИЯ, 1 елек1ор, исполнительные v iMii подачи газообразного и жид- ,топлива в печ)1, посчедовательно

,j i .. 11 1 енные датчик и регулятор тем- 1 ча выходе печи, дат- iMI рггулятор раоода воздуха в

. подключенный своим выходом к

iпигепьному механизму подачи , анапитатор концентрации

I дт дымовых газов, peiулятор

1ьа- ор, отличающееся

i, iici, с целью экономии топлива,

1 ю шитепьнг содержит датчики ,, , 1,1, температуры, давления и

iIiHOLо носа iазообразного топлива,

, температуры и удельного веса

ii it топтива, температуры и давле- i ч оva и вычислите тьцый блок, 4, i и °том датчики расхода, тсмперату- ,| т имения и чдетьного веса газооб- 1 ч тогптва, расхода, температуры

ii IHOIO рсса жидкого теплива, темiрэт pi i и давления воздуха подключе, i iп i i продам вычислительного блока,

j п ii юченнсм своим выходом к второ- i м чоту сумматора, выход которого

,oi инг и с задающим входом регулятора

in i г т i воздуха, выход регулятора тем-1 . mpai rpii продукта на выходе печи

i.цт it-льно подключен к входам перj t i Ti Ьюка умножения и селектора, со ьнсчного своим выходом через второй ю у шожения с исполнительным меха-

11153588112

низмом подачи жидкого топлива в печь, зан с исполнительным механизмом пода- а выход первого блока умножения свя- чи газообразного топлива в печь.