Система автоматического регулирования процесса газосмешения Советский патент 1993 года по МПК G05D11/13 

(Л

с

Изобретение относится к системам регулирования компонентов газовой смеси и может использоваться в металлургической, химической, электрохимической, нефтеперерабатывающей и др. производствах. Цель изобретения - упрощение системы, повышение точности регулирования и расширение области применения путем одновременного смешивания компонентов газовой смеси. Расход доменного газа регулируется по давлению смеси с помощью датчика 7 давления, регулятора 8 с задатчиком 9 давления и исполнительного механизма 10 с регулирующим органом 11. Ведущим является доменный газ, а ведомые - расходы коксового и природного га- зо°, регулируемых с помощью контуров 12 1 ил.

VJ со о

vj

Изобретение относится к системам управления или регулирования соотношения компонентов газовой смеси в металлургической, химической, электрохимической, нефтеперерабатывающей и других производствах, где возникает необходимость смешивания различных газов перед сжиганием в печах при поддержании заданного давления смешанного газа и стабилизации теплотворной способности смеси.

Целью изобретения является упрощение системы, повышение точности регулирования и расширение области применения путем одновременного смешивания компонентов газовой смеси.

На чертеже показана структурная схема системы автоматического регулирования процесса газосмешения.

Система содержит смеситель 1 с подключенными к нему трубопроводами доменного 2, коксового 3, природного 4 и смешанного 5 газов, контур б регулирования давления смешанного газа, в состав которого входят последовательно соединенные датчик 7 давления, расположенный на газопроводе 5 смешан- ного газа, регулятор 8 с задатчиком 9, исполнительный механизм 10 и регулирующий орган 11 в трубопроводе 2 доменного газа; два контура 12 и 13 регулирования расходов соответственно коксового и природного га- зов, в соста в каждого из которых входят последовательно соединенные датчик 14 расхода, расположенные на трубопроводах 3 или 4 регулятор 15 расхода, исполнительный механизм 10 и регулирующий орган 11 в трубопроводах 3 или 4,

Система содержит также блок 16 умножения на постоянный коэффициент, вычислитель 17 теплотворной способности, состоящий из сумматоров 18 и 19, масшта- бирующих элементов 20 и элемента 21 деления, а также регулятор 22 теплотворной способности смеси, задатчик 23 расхода природного газа и блоками 24 и 25 умножения на постоянный коэффициент.

Система работает следующим образом.

Регулирование и стабилизация давления в трубопроводе 5 смешанного газа осуществляется контуром 6 регулирования давления смеси.

Изменение расхода смеси или давления в трубопроводах доменного 2 и/или смешанного 5 газов компенсируется действием регулятора 8 давления, чем достигается ста- билизация давления в трубопроводе 5 смешанного газа.

Таким образом, в системе автоматического регулирования ведущим компонентом является доменный газ, расходом которого

стабилизируется давление смеси, а ведо|иы- ми-расходы коксового и природного .

Предусматривается связанное регулирование расходов коксового и природйого газов для чего в системе для автоматического регулирования имеются: два идентичных контура регулирования коксового 12 и Природного 13 газов. Обратная связь контуров осуществляется от датчиков 14 расходов, сигналы с которых подаются на входы регуляторов 15, а задающие воздействия - соответственно с выходов блоков 16 и. 24 умножения на постоянный коэффициент.

Соотношение между расходами доменного и коксового газа поддерживается I|OH- туром 12 регулирования коксового газа за счет изменения задания регулятору 15, которое формируется в блоке 16 как сигнал, пропорциональный расходу доменного газа

F2 KiFi,

где коэффициент соотношения между расходами коксового и доменного газов задается в блоке 16.

Таким образом, при изменении расхода ведущего (доменного) газа происходит изменение в заданном соотношении и расхода коксового газа.

Задание на регулирование природного газа контуром 13 определяется с учетом общего расхода смеси и отклонения от заданного значения теплотворной способней™ смеси, измерение которой осуществляется косвенным способом.

Косвенное измерение теплотворной способности базируется на предположении достаточной стабильности теплотворной способности исходных газов, колебание: которой находится в следующих пределах: для доменного газа 1080-980 ккал/м , для природного газа 8010-7810 ккал/м3. В этом Случае при измерении расходов исходных газов с точностью 7-2,5% погрешность koc- венного измерения теплотворной ности смеси не превышает 5%, что вполне приемлемо для целей регулирования.

Измерение теплотворной способности трехкомнатной природной коксодоменной смеси осуществляется вычислителем li по следующей формуле

Fi qi +F2q2 + Рз дз

Чс FI + F2 + РЗ ;

где Fi, F2, Рз - расходы соответственно доменного, коксового и природного газов, измеренные датчиками 14;

qi, c|2, qa, Qc - теплотворные способности исходных газов и смеси.

Для реализации косвенного измерения сумматором 18 вычисляется общий расход смеси, а сумматором 19 - общее количество тепла в смеси, затем в элементе 21 вычисляется теплотворная способность смеси.

Сигнал выхода сумматора 18 пропорционален сумме расходов исходных газов

+ U2 + U3,

где 1И КдР-i, Ua КДР2, Us КцРз - сигналы датчиков расхода;

Кд - коэффициент преобразования датчика 14 расхода.

U18 U1 + U2 + U3 Кд(Р1 + F2 + Рз).

Сигнал выхода сумматора 19 пропорционален сумме расходов исходных газов с учетом их теплотворной способности, задаваемых масштабирующими элементами 20

mi aqi,nri2 aq2, nri3 aq3.

Для выполнения операции масштабирования сигналы, пропорциональные расходам исходных газов, с помощью элементов 20 изменяются пропорционально установленным масштабам, а затем суммируются сумматором 19, на выходе которого формируется сигнал, равный

U19 Uimi + U2m2 + изтз Kfla(Fiqi + F2q2 + +F3Q3),

тогда сигнал на выходе элемента 21 будет равен

Ui9 Кд а ( FI qi + F2 q2 + Рз дз )

U21

U18

РД ( Fi + Р2 + Рз )

Если в системе газоснабжения наблюдаются периодические изменения теплотворной способности исходных газов, то изменением коэффициентов в элементах 20 возможно компенсировать влияние этого изменения на точность косвенного измерения и регулирования теплотворной способности смеси.

Сигнал U21 подается на регулятор 22, где сравнивается с сигналом задатчика 23 и формируется сигнал регулирования пропорциональный отклонению Aqc q3-qc, U22 (U21 -1)23) Кр (aqc - aqs) AqcaKp.

Задающее воздействие регулятора 15 контура 13 регулирования природного газа определяется исходя из баланса тепла, обусловленного отклонением тепла в смеси, вызванного изменением теплотворной способности смеси на Aqc и компенсирующего это отклонение изменением расхода природного газа.

PC Aqc A Faqs, откуда А Рз Aqc

А. qa

Для реализации алгоритма компенсации влияния на величину управляющего воздействия, формирующего регулятором 22, величины расхода смеси в системе автоматического ре- гулирования предусмотрены блоки 25 и 24 умножения на постоянный коэффициент. Выход блока 25 равен

0

5

5

0

5

0

5

U25 U18K2 1

(Р1+Р2+Р3)КдРс-,

гдеК2---,

тогда величина задающего воздействия регулятора 15 контура 13 регулирования природного газа будет определяться из выражения

U24 U25U22 КдРс -- А рсЗКр КдЗКр

Чо

ДРз.

0 Таким образом, сигнал задающего воздействия на изменение расхода природного газа будет пропорционален как изменению теплотворной способности смеси, так и ее расходу.

Стабилизация теплотворной способности смеси осуществляется следующим образом.

Пусть из-за изменения давления s газопроводах доменного 2 или коксового 3 газов изменились расходы этих газов и вызвали уменьшение теплотворной способности смеси на величину Aqc. Тогда контур 12 регулирования коксового газа начнет изменять расход коксового газа, пытаясь поддержать заданное соотношение между газами. Вместе с тем вычислитель 17 зафиксирует изменение величины qc, а на выходе регулятора сформируется сигнал пропорциональный отклонению теплотворной способности смеси от заданного значения.

Если расход смеси будет невелик, то и сигнал с выхода блока 20 умножения будет незначителен, а значит, регулирующий орган 11 контура 13 регулирования природного газа изменит расход этого газа на небольшую величину. Если же расход будет больше, то сигнал, а значит и расход природного газа будет значительным.

Под действием работы контуров 12 и 13 0 теплотворная способность смеси достигает заданного значения, что вызывает уменьшение сигнала блока 20 умножения и возврата регулирующего органа 11 контура 13 регулирования расхода природного газа в исходное положение.

Таким образом, при обеспечении необходимого по теплотворной способности смеси соотношения между расходами доменного и косвенного газов, регулятор 22

5

теплотворной рпособности смеси от заданного значения. Этим обеспечивается максимальное использование попутных газов металлургического производства.

За счет изменения коэффициента соот- ношения расходов можно варьировать изменение доли природного газа в смеси до полного его исключения.

Формулаизобретения 1, Система автоматического регулирования процесса газосмешения, содержащая смеситель с подсоединенными к нему трубопроводами доменного, коксового, природного и смешанного газов, контур ре- гулирования давления смешанного газа, имеющего последовательно соединенные датчик давления, расположенный на трубопроводе смешанного газа, регулятор с подключенным кнемузадатчиком, исполни- тельный механизм и регулирующий орган, установленный в трубопроводе доменного газа, контур регулирования расхода природного газа и контур регулирования расхода коксового газа, снабженные последовательно соединенными соответственно датчиком расхода природного и коксового газов, расположенными на соответствующих трубопроводах, регулятором с подключенным к нему задатчиком, исполнительным механизмом и регулирующим органом, установленным в трубопроводе соответственно природного и коксового газов, датчик расхода доменного газа, расположенный на трубопроводе доменного газа и подключенный выходом через первый .блок умножения на постоянный коэффициент к второму входу регулятора коксового газа, и вычислитель теплотворной способности смеси, соединенный первым и вторым входами с выходами датчиков расхода соответственно природного и коксо&о- го газов, а первым выходом - с первым вводом регулятора теплотворной способности смеси, к второму входу которого подключен задатчик, отличающаяся тем, что, с целью упрощения системы, повышения точности регулирования и расширения области применения путем одновремфн- ного смешивания компонентов газовой смеси, в нее введены второй блок умножения и третий блок умножения на постоянный коэффициент, соединенный входом с вторым выходом вычислителя теплотворной способности смеси, а выходом - с первым входом второго блока умножения, подключенного выходом к второму входу регулятора расхода природного газа, а вторым входом - к выходу регулятора теплотворной способности смеси, третий вход вычислителя теплотворной смеси соединен с выходом датчика расхода доменного газа.

2. Система поп. 1,отличающаяся тем, что вычислитель теплотворной способности смеси содержит три масштабирующих элемента, два сумматора и делитесь, соединенный первым и вторым входами с выходами соответственно первого сумматора и второго сумматора, подключенного первым, вторым и третьим входами к выходам соответственно первого, второго и третьего масштабирующих элементов, причем объединенные вход первого масштабирующего элемента и первый вход первого сумматора, вход второго масштабирующего элемента и второй вход первого сумматора и вход третьего масштабирующего элемЬн- та и третий вход первого сумматора соотв;ет- ственно первым, вторым и третьим входёми вычислителя, а выходы делителя и первого сумматора являются соответственно первым и вторым выходами вычислителя.