Способ автоматического регулирования соотношения топливо - воздух в многозонной печи Советский патент 1992 года по МПК F23N1/02 G21D9/00 

соотношение газ-воздух в данной зоне значительно отклоняется от стехиометрическо- го. Так, если заданный коэффициент расхода воздуха в предшествующей зоне больше, чем в данной, коэффициент расхо- да воздуха в горелки данной зоны снижается. При его значении меньше 0,6 образуется коптящий факел, теплообмен в печи резко ухудшается. Кроме того, увеличивается длина зоны горения вследствие дожигания час- ти топлива в обедненном окислителе-дыме из предшествующих зон. Процесс горения продолжается в методической зоне, а при ее недостаточной длине - в дымопаде и боровах. Температура уходящего дыма повыша- ется, топливоиспользование ухудшается.

Если заданный коэффициент расхода воздуха в предшествующей зоне меньше, чем в данной, соотношение расходов воздуха и топлива в горелки данной зоны увели- чивается. При коэффициенте расхода воздуха больше 1,6 начинаются вибрации и отбросы пламени от насадков горелок, возможен срыв и погасание факелов, что требует аварийной остановки печи.

Целью изобретения является повышение точности регулирования, сокращение удельных расходов топлива, предотвращение недожога и нарушения стабильности горения.

Сущность способа заключается в регулировании подачи топлива и воздуха в каждую зону печи после первой в рабочем диапазоне соотношений одновременно с поддержанием требуемого баланса топлива и воздуха на печь. При отклонении отношения расходов воздуха и топлива в каждой зоне после первой от стехиометрического соотношения до предельного расхода воздуха изменяют отношение расходов возду- ха и топлива в смежной предшествующей зоне путем перераспределения суммарного расхода воздуха между данной и смежной предшествующей зонами. При этом подачу воздуха уменьшают в зону с большим за- данным отношением расходов воздуха и топлива и увеличивают в зону с меньшим заданным отношением,

Сжигание топлива в зонах с коэффициентом расхода воздуха не ниже минимально допустимого предупреждает образование коптящего факела и ухудшение условий теплообмена. Топливо, поступающее в зоны, сжигается в их пределах, повышается степень утилизации тепла уходящего дыма в методической зоне и исключается недожог, что способствует экономии топлива. Подача в горелки воздуха в количествах не выше максимально допустимого предотвращает аварийные остановки печей вследствие

5

0 5

0

0 5

0 5

0

5

срывов факелов, Уменьшение в связи с этим неплановых простоев печей также позволяет сократить удельные расходы топлива.

Способ осуществляется следующим образом. Зональным системам регулирования устанавливают заданные отношения расхоЧн н

дов воздуха и топлива си ,..., а. г

Измеряют расходы газа и воздуха в каждую зону, оценивают отношения расходов воздуха и топлива в каждой зоне после первой по сумме расходов в данной зоне и предшествующих ей зонах.

При отклонениях этих отношений от заданных значений изменяют подачу воздуха в зоны до устранения отклонений.

Одновременно сравнивают отношение расходов воздуха и топлива в горелки каждой зоны после первой а па а со

стехиометрическим соотношением и при отклонении до предельного расхода воздуха изменяют отношения расходов воздуха и топлива в смежной предшествующей зоне. При его повышении в условиях а а3нИ, максимально допустимого а;предмаксувеличивают заданное отношение расходов воздуха и топлива в смежной предшествующей зоне, увеличивают расход воздуха в нее и уменьшают на ту же величину в данную зону, стабилизируя а п на уровне

,у пред

(ZIM3KCПри снижении отношения тепловых мощностей предшествующей и данной зон величину коррекции стн уменьшают постепенно до 0, поддерживая в дальнейшем

Зн

заданные а и а ы в зонах. При уменьшении ап до минимально допустимого «пред мин К - заданное отношение в смежной предшествующей зоне уменьшают, на одинаковую величину уменьшают расход воздуха в предшествующую зону и увеличивают в данной до обеспечения aV апреА мин.

При уменьшении тепловой мощности предшествующей зоны или увеличении ее в данной отношение расходов воздуха и топлива в предшествующей зоне уменьшают до сгнм, поддерживая в дальнейшем заданОнОи

ные отношения значения а л а м.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство включает зональные расходомеры 1(16 и т. д. по количеству отапливаемых зон) газа, сумматоры 2(17), задатчикм 3(18) газ-воздух, блоки 4(19) умножен ия, расходомеры 5(20) воздуха, сумматоры 6(21), блоки 7(22) сравнения, блоки 8(23) переключения, регуляторы с усилителями 9(24), исполнительные механизмы 10(25), исполнительные органы 11(26) расхода воздуха, задатчики 12(27) предельного соотношения газ-воздух на зону, блоки 13(28) умножения, блоки 14(29) сравнения, пороговые элементы 15(30)

Расходомеры 1(16 и т д.) подключены к сумматору 2. Выходы сумматора 2 и задат- чика 3 соединены с блоком 4. Расходомеры 5 (20 и т. д.) подключены к сумматору 6. Выходы блоков 4 и 6 соединены с входами блока 7, который через блок 8 переключения подключен к входу регулятора 9. Выход регулятора 9 соединен через исполнительный механизм 10с исполнительным органом 11. Задатчик 12 и расходомер 1 подключены к блоку 13. Входы блока 14 соединены с выходами блока 13 и расходомера 5, а его выходы - с входами порогового элемента 15 и блока 23 переключения предшествующей зоны, Выход порогового элемента 15 соединен с блоком 23. Входы блока 8 связаны с пороговым элементом и блоком сравнения предельного и фактического расхода воздуха в последующую зону. Расходомеры 1 и 5 соединены с соответствующими сумматорами последующих зон Блоки 16-30 предшествующей зоны, как и других зон, соединены аналогично.

Устройство работает следующим образом. Задатчиками 3 и 18 устанавливаюттре- буемые соотношения расходов газа и воздуха в данной и смежной предшествующей зонах печи, а задатчиками 12 и 27 - предельные соотношения. Если задатчиком 18 установлено «больше, чем задатчиком 3, то задатчиком 12 устанавливается минимально допустимое апредмин, а в противном случае - максимально допустимое сг редмакс. Аналогично настраивают задат- чик 27.

Сигналы с расходомеров газа в данную зону 1 и предшествующие (16 и т. д.) поступают в сумматор 2. Сигналы с сумматора 2 и задатчика 3 перемножаются в блоке 4. Сигналы с расходомеров 5(20 и т. д.) воздуха в данную и предшествующие зоны суммируются в блоко 6, после чего в блоке 7 сравни- ваются сигналы с блоков 6 и 4. При коэффициенте расхода воздуха в горелки смежной последующей зоны апредммн a ni+i апредмакс блок 7 подключен через блок 8 переключения к входу регулятора 9, а блок сравнения предельного и фактического расхода воздуха в последующую зону отключен от регулятора 9. От сигнала с блока 7 регулятор 9 срабатывает и через исполнительный механизм 10 воздействует на исполнительный орган 11 расхода воздуха до достижения соответствия между требуемым по задатчику 3 и фактическим расходом

воздуха в данную зону с учетом подачи газя и воздуха в предшествующие зоны. Блоки 16-30 базовой системы в смежной предше- 5 ствующей зоне работают аналогично.

Произведение сигналов расходомера 1 и задатчика 12 поступает с выхода блока 13 на блок 14, где сравнивается с сигналом расходомера 5. При отклонении расхода

10 воздуха до предельного пороговый элемент 15 воздействует на блок 23, подключая блок 14 к входу регулятора 24 смежной предшествующей зоны и отключая от него блок 22 сравнения,

5Если задатчиком. 12 задано а предмакс

и сигнал датчика 5 превысил сигнал с блока 13, через блок 23 на регулятор 24 подается с блока 14 сигнал на увеличение подачи воздуха. Регулятор 24 с помощью исполнитель0 ного механизма 25 открывает исполнительный орган 26 на воздухопроводе смежной предшествующей зоны. Повышение расхода воздуха в ней приводит к увеличению сигнала с расходомера 20. Сиг5 нал с блока 6, противофазный сигналу с блока 4. возрастает, и с выхода блока 7 через блок 8 поступает сигнал на снижение расхода воздуха в регулятор 9. Он с помощью исполнительного механизма 10 и исполни0 тельного орган 11 уменьшает расход воздуха в данной зоне, что снижает с датчика на входе сумматора 6. Регулятор прекращает работу при балансе сигналов с блоков 4 и 6. Расход воздуха на данную зону уменыиает5 ся на ту же величину, на которую увеличивается на смежную предшествующую зону.

Одновременно снижается сигнал от расходомера 5 на входе блока 14. При балансе сигналов от блоков 5 и 13 на входе

0 блока 14 (при расходе воздуха в данную зону, равном максимально допустимому) регуляторы 24 и 9 прекращают изменение под- эчи воздуха в зоны. При превышении сигналом от блока 13 сигнала от расходоме5 ра 5 срабатывает пороговый элемент 15, блок 23 отключает блок 14 от регулятора 24 и подключает к нему блок 22. Дальнейшее регулирование производится как в базовом варианте.

0 При заданном в блоке 12 коэффициенте 1 расхода воздуха «предмин меняется на обратный знак коррекции расхода воздуха в. предшествующей зоне и работа системы осуществляется аналогично.

5 Испытания выполнялись на кольцевой печи 18,2 м кольцепрокатной линии для нагрева заготовок из углеродистых и легированных сталей до 1150-1260°С. Печь имеет четыре отапливаемые природным газом зоны и методическую, нумерация отапливаемых зон принята по ходу металла. Заданный коэффициент расхода воздуха ,0, ,2; а з а ,8. Предварительно были определены значения максимально и минимально допустимого коэффициента расхода воздуха на горелки а преямин 0,6 и а предмакс 1,65 Температурный режим поддерживался согласно технологической инструкции. Так, производство бандажей и колец из заготовок диаметром 520-530 мм высотой 190-210 мм среднеуглеродистой стали обеспечивается прокатным оборудованием линии на уровне 60-30 штук в час в зависимости от сложности прокатываемого профилеразме- ра.

При производительности печи 40 заготовок в час нагрев металла до 1240-1260°С обеспечивался при температуре в I-IV зонах 1180,1240,1280, 1290°Си расходах топлива в них 350, 430, 320, 220 м3/ч. Учитывая сте- хиометрическое количество воздуха 9,8 м3/М3 устанавливали расход воздуха в IV и II зоны: 220 0,8 9, м3/ч и (220+320) 0,8 9,8-1725 2510 м3/ч. Затем определяли требуемый расход воздуха во вторую зону: (2.0+320+430) 9,8 1,2-1725-2510 7170 м3/ч и максимально допустимый: 430 1,65 9, м3/ч Поскольку требуемый расход воздуха превышал максимально допустимый, увеличивали соотношение расходов воздуха и газа в III зоне повышением расхода воздуха в нее на 7170-6950 220 м/ч и поддерживали расходы воздуха в III зоне на уровне: 2510+220 2730 м3/ч, а во II зоне - 6950 м3/ч. Затем определяли требуемый расход воздуха в зону: (350+430+320+220) 1,0 9,8-1725-2730-6959 1530 м3/ч и предельную его величину 350 0,6 9,8 2060 м3/ч.

Поскольку требуемый расход воздуха меньше предельного, уменьшали соотношение расходов воздуха и газа во П зоне, снижая подачу воздуха в нее на 1530-2060 -530 м3/ч и поддерживая в I зоне расход воздуха 2060 м3/ч. При расходе воздуха во II зону 6950-530 6420 м3/ч коэффициент расхода воздуха по подаче в ней составлял a z 1,5, что ниже максимально допустимого. Поэтому уменьшали соотношение расходов воздуха и газа в III зону до требуемого а ,8 путем снижения расхода воздуха в нее с 2730 до 2510 м3/ч, а во II зону устанавливали расход воздуха 6640 м3/ч, что меньше предельно допустимого (6950 м3/ч), и регулирование прекращали при коэффициентах расхода воздуха (по балансу) а ,0; а 2 1,15; а ,8 и коэффициентах расхода воздуха по подаче ,6; , «V aVo.8

Температура уходящих продуктов сгорания в дымопаде составила 930-940°С, образования коптящего факела в I зоне и догорания топлива в методической зоне не

наблюдалось. Во II зоне обеспечивалось устойчивое горение без вибраций и срыва факелов. Удельный расход топдива составил 111,9 кгут/т.

Сравнительные испытания при управлении сжиганием по известному способу выполнялись при том же распределении расходов газа по зонам (350, 430, 320, 220 м3/ч) и коэффициента расхода воздуха (1,0; 1,2; 0,8; 0,8;). Расходы воздуха в I-IV зоны

поддерживались 1530, 7170, 2510, 1725 м3/ч.

При этом в 1-й зоне коэффициент расхода воздуха по подаче составил 0,45, вслед- ствие образования коптящих факелов от горелок зоны наблюдались выбивания недогоревшего топлива через неплотности I и методической зон, следы СО обнаружены в борове после дымопада. Периодическое по- гасание горелок II зоны по причине большо- , го коэффициента расхода воздуха на них (

«2П - 1.7 потребовало оперативного вме- щательства нагревальщиков. При указанных расходах топлива по зонам и

производительности 40 заготовок в час температура их на выдаче составила 1220 - 1230°С, перепад по сечению - 40-50°С. Кондиционный нагрев металла был достигнут при расходах топлива на HV зоны 470, 450,

210м /ч соответственно и расходах воздуха 2670, 7400, 2590, 1650 м3/ч При этом продуктов неполного горения в дымопаде и боровах не обнаружено. Наблюдалось интенсивное догорание топлива примерно

до середины методической зоны и периоди5

ческие срывы факелов с горелок II зоны. Температура продуктов сгорания в дымопаде составила 1070-1100°С. Удельный расход топлива 123,8 кг у,т./т.

5 Применение способа позволяет повысить точность регулирования снизить удельный расход топлива на 10- 11 %, предотвратить недожог топлива и обеспечить условия устойчивого его горения

0 Формула изобретения

Способ автоматического регулирования соотношения топливо-воздух в многозонной печи, включающий измерение в каждой зоне расходов топлива и воздуха, определение отношения расходов воздуха и топлива в каждой зоне после первой по сумме расходов в данной зоне и предшествующих ей зонах, изменение расхода воздуха при отклонении указанного отношения от заданного значения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования, сокращения удельных расходов топлива, предотвращения недожога и нарушения стабильности горения, при отклонении отношения расходов воздуха и топлива в каждой зоне после первой от стехиометрического соотношения до предельного расхода воздуха в смежной предшествующей зоне изменяют отношение расходов воздуха и топлива путем перераспределения суммарного расхода воздуха между данной и смежной предшествующей зонами, причем подачу воздуха уменьшают в зону с большим заданным отношением расходов воздуха и топлива и увеличивают в зону с меньшим заданным отношением.

Данная ((.-тая)Зона

В последц- ют,ие Зоны

СиежнвЯ предшествующа Р

(1-1)зона