Система автоматического регулирования процессов горения в группе нагревательных печей периодического действия Советский патент 1993 года по МПК F27D19/00 

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к автоматизации нагрева металла в печах периодического действия, например нагревательных колодцах, и может применяться в черной металлургии и маши- ностроительной промышленности.

Известна система автоматического регулирования, содержащая для каждой печи последовательно соединенные датчики температуры рабочего пространства, регулятор, исполнительный механизм запорного клапана расхода одного из компонентов горения, датчики расходов топлива и воздуха, соединенные с регулятором соотношения, выход которого подключен к исполнитель- ному механизму запорного клапана расхода второго компонента горения, газоанализатор отходящих продуктов горения, выход которого подключен к выходу корректирующего блока, первый выход которого подклю- чен к третьему входу регулятора соотношения, а исполнительный механизм запорного клапана расхода воздуха содержит переключатель, через который второй выход корректирующего блока подключен к второму входу регулятора температуры.

Недостатком системы является наличие газоанализатора для каждой печи, что вызывает сложности в обслуживании при наличии большого количества печей на участке нагрева и снижение надежности, регулирования.

Известна система автоматического регулирования процессов горения в группе нагревательных печей периодического дей- ствия, принятая в качестве прототипа и содержащая камеру, соединенную подводящими трубопроводами продуктов горения с каждой нагревательной песью и снабженную трубопроводом отсоса продук- тов горения и установленным в ней газоанализатором, соединенным через первый преобразователь с пеивым входом корректирующего блока, второй вход которого через задатчик корректирующего блока соединен с первым выходом блока управления, датчики расходов топлива и воздуха, выходы которых соединены с первым и вторым входами регулятора соотношения топливо-воздух по количеству нагревательных печей, третий вход которого соединен с за- датчиком соотношения, четверт |й вход - с выходом запоминающего блока по количеству нагревательных , входы которых соединены с вторыми входами блока управ- ления, а выход регулятора соотношения топливо-воздух соединен с перным исполнительным механизмом дросселя подачи одного из компонентов, горения например воздуха, для каждой нагревательной печи последовательно соединенные датчик температуры, второй преобразователь, регулятор температуры, второй вход которого соединен с первым выходом задатчика температуры, а выход - с вторым исполнительным механизмом дросселя подачи второго компонента горения, например топлива, третий исполнительный механизм, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход - со средством изменения потока продуктов горения.

Недостатком известной системы является наличие большого количества исполнительных механизмов запорных клапанов (по числу -нагревательных печей), отсутствие учета транспортного запаздывания, вызванного длиной трубопроводов отходящих продуктов горения, а также возможность изменения режима горения только по достижении определенной температуры рабочего пространства печи, на которую настроен переключатель в то время, как максимальная температура нагрева в ряде случаев может меняться. Перечисленные факторы снимают надежность работы системы и точность регулирования горения топлива.

Целью изобретения является повышение надежности работы системы и точности регулирования.

С этой целью система автоматического регулирования процессов горения в группе нагревательных печей периодического действия дополнительно содержит нуль-органы по количеству нагревательных печей и блок временной задержки, включенный между выходом корректирующего блока и первым входом блока управления, четвертый выход которого соединен с вторым входом временной задержки, первый вход нуль-органа соединен с вторым выходом задатчика температуры, второй вход нуль- органа - со вторым выходом второго преобразователя, а выходы нуль-органа - со вторыми входами блока управления, а средство изменения потока продуктов горения выполнено в виде распределителя потоков газа и установлено в камере.

Предлагаемая система автоматического регулирования процессов горения, в группе нагревательных печей периодического действия содержит камеру, соединенную подводящими трубопроводами- продуктов горения с каждой нагревательной печью и снабженную трубопроводом отсоса продуктов горения и установленным в ней газоанализатором, соединенным через первый преобразователь с первым входом корректирующего блока, второй вход которого через задатчик корректирующего блока соединен с первым выходом блока управления, датчики расходов топлива и воздуха, выходы, которых соединены с первым и вторым входами регулятора соотношения топливо-воздух по количеству нагревательных печей, третий вход которого соединен с за- датчиком соотношения, четвертый вход - с выходом запоминающего блока по количеству нагревательных печей, входы которых соединены с вторыми выходами блока управления, а выход регулятора соотношения топливо-воздух соединен с первым исполнительным механизмом дросселя подачи, например, воздуха, для каждой нагревательной печи последовательно соединенные датчик температуры, второй преобразователь, регулятор температуры, второй вход которого соединен с первым выходом задатчика температуры, а выход - с вторым исполнительным механизмом дросселя подачи, например топлива, третий исполнительный механизм, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход - со средством изменения потока продуктов горения, нуль-органы по количеству нагревательных печей и блок временной задержки, включенный между выходом корректирующего блока и первым входом блока управления, четвертый выход которого соединен с вторым входом временной задержки, первый вход нуль-органа соединен с вторым выходом задатчика температуры, второй вход нуль-органа - с вторым выходом строго преобразователя, а выходы нуль-органов - с вторыми входами блока управления, а средство изменения потока продуктов горения выполнено в виде распределителя потоков газа и установлено в камере.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая системы отличается наличием новых блоков: нуль- органы по количеству нагревательных печей, блок временной задержки, средство изменения потока продуктов горения в виде распределителя потоков газа и их связями с остальными элементами схемы.

Сущность заявляемой системы заключается в следующем.

Каждая из нагревательных печей, например нагревательных колодцев, входящих в данную группу снабжена регулятором температуры и регулятором соотношения топливо-воздух с подключенным к последнему запоминающим блоком. Группа имеет общие для всех колодцев блоки управления и последовательно соединенные газоанализатор, корректирующий блок с задатчиком и блок временной задержки, а также камеру со средством изменения потока продуктов горения, выполненным в виде распределителя потоков газа от каждого из колодцев и исполнительный механизм, приводящий в движение запорный клапан. В процессе нагрева регуляторы температуры и соотношения управляют расходом соответствующих компонентов горения. При этом задатчики регуляторов соотношения настроены на поддержание коэффициента избытка воздуха в пределах 1,2-1,15. Задатчик корректи0 рующего блока также настроен на значение этого коэффициента. Блок управления производит через определенные промежутки времени - не меньше времени транспортирования продуктов сгорания через трубоп5 ровод и инерционности газоанализатора - установку средства изменения потока в одно из имеющихся дискретных положений, соответствующих количеству колодцев. При этом через это средство в камеру с газоана0 лизатором поступает поток отходящих газов только одного из колодцев в то время, как трубопроводы отходящих газов других колодцев перекрыты. Одновременно с установкой распределителя потоков блок управ5 ления производит подключение к нуль-органу регулятора температуры и запоминающему блоку регулятора соотношения соответствующего колодца. Если в данном колодце в настоящее время проис0 ходит подъем температуры, то на выходе нуль-органа отсутствует сигнал и система поддерживает заданный коэффициент избытка воздуха. При этом сигнал газоанализатора через корректирующий блок

5 поступает в блок временной задержки, которая равна времени транспортировки отходящих продуктов сгорания через соответствующий трубопровод и инерционности измерительной линии газоанализато0 ра. Затем корректирующий сигнал поступает через блок управления и соответствующий запоминающий блок в регулятор соотношения. В это время запоминающие блоки регуляторов соотношения остальных

5 колодцев содержат последние значения корректирующих сигналов в момент переключения на другой колодец.

В случае подключения к колодцу, находящемуся в режиме томления (на выходе

0 нуль-органа имеется сигнал) сигнал из блока управления переводит задатчик корректирующего блока в другой режим, соответствующий коэффициенту избытка воздуха 1,00-1,05 (в соответствии с техноло5 гической инструкцией).

На фиг. 1 представлена структурная схема варианта системы автоматического регулирования процесса горения в группе нагревательных печей периодического действия с воздействием регулятора температуры на расход топлива и регулятора соотношения на расход воздуха; на фиг. 2,3,4 - пример выполнения схемы блока управления; на фиг. 5 - пример возможного средства изменения потока продуктов горения в виде распределителя потоков газа.

Заявляемая система автоматического регулирования процессов горения в группе нагревательных печей периодического действия содержит для каждой из печей, например нагревательных - колодцев, последовательно соединенные датчик 1 температуры в рабочем пространстве 2, преобразователь 3, регулятор 4 температуры, исполнительный механизм 5 дросселя 6 подачи топлива, задатчик 7 регулятора температуры, нуль-орган 8, своими входами соединенный с выходом вторичного прибора 3 и вторым входом задатчика 7, датчики 9 и 10 расходов топлива и воздуха, соединенные с регулятором 11 соотношения, выход которого подключен к входу исполнительного механизма 12 дросселя 13 подачи воздуха, задатчик 14 подключен к третьему входу регулятора 11, к четвертому входу которого подключен выход запоминающего блока 15 и на все печи данной группы - последовательно соединенные газоанализатор 16, преобразователь 17, корректирующий блок 18 с задатчиком 19, блок 20 временной задержки, блок 21 управления и исполнительный механизм 22 распределителя потоков газа, расположенного в камере 24 с газоана лизатором 16 и трубопроводом 25 отсоса продуктов горения, распределитель 23 соединен с каждой печью данной группы подводящим трубопроводом 26. Блок 21 имеет группу входов по количеству печей, к которым подключены выходы нуль-органов 8, группу выходов по количеству печей, к которым подключены входы запоминающих блоков 15 и два отдельных выходы, к которым подключены вход задатчика 19 и второй вход блока 20 временной задержки.

Блок 21 управления предназначен для поочередного подключения контура коррекции к контурам регулирования температуры и соотношения топливо-воздух, а также газоанализатора 16 к потоку отходящих продуктов горения каждой печи. Блок 21 может быть выполнен на базе стандартного импульсного реле, например, типа РСИ, представляющего собой шаговый искатель 27 с приводом 28 дискретных положений, соответствующих количеству нагревательных печей, состоящих из четырех секций 29, 39, 31, 32 переключений с числом пар контактов. К контактам первой секции через переключатель 33 подключены исполнительный механизм 22, который связан с переключателем также механической связью, посредством контактов второй секции корректирующий блок 18 через блок 20 временной задержки подключается к

запоминающим блокам 15, контакты третьей секции управляют блоком 20, через контакты четвертой секции нуль-органы 8 посредством усилителей 34 включают обмотки реле 35, через замыкающие контакты

36 которого включается резистор 37 в цепь задатчика 19, в результате чего изменяется величина выходного сигнала последнего. Блок 20 временной задержки может представлять из себя два реле 38 и 39 времени,

каждый из которых имеет пару замыкающих контактов 40 и 41 соответственно с задержкой замыкания в цепи подключения блока 18 к блокам 15. Средство изменения потока продуктов горения3выполненное в виде распределителя потоков газа,,состоит из корпуса 42 с подводящими трубопроводами 26, ротора 43 со сквозным отверстием 44 с золотниками в виде пружины 45 и запирающего шарика 46. Количество золотников Z

определяется из выражения:

Z-2(n-1).

где п - количество нагревательных колодцев,

Предлагаемая система автоматического регулирования работает следующим образом.

В рабочем пространстве 2 происходит

горение топливовоздушной смеси, расход которой контролируется датчиками 9 и 10, алгебраическая сумма сигналов которых сравнивается в регуляторе 11 с сигналом задатчика 14, Полученный сигнал рассогласования поступает на исполнительный механизм 12 дросселя 13 изменения расхода воздуха. Сигнал о текущей температуре в рабочем пространстве 2 поступает от датчика 1 через вторичный прибор 3 в регулятор

4 и нуль-орган 8, в которых сравнивается с сигналом задатчика 7 температуры. Сигнал рассогласования, появляющийся на выходе регулятора 4, воздействует через исполнительный механизм 5 и дроссель 6 на расход

топлива.

В системе имеется контур коррекции процессов горения, обслуживающий все нагревательные печи (колодцы) данной группы. Для этого отходящие продукты горения

каждого агрегата отводятся индивидуальными трубопроводами (патрубками) 26 из рабочего пространства 2 к корпусу 42 распределителя 23 и через отверстие 44 поступают в камеру 24 с расположенным в ней газоанализатором 16 и далее покидают камеру через отводящий трубопровод 25. Остальные патрубки запираются подпружиненными шариками 46.

В процессе регулирования горения производится коррекция его режима по анализу продуктов горения. Сигнал с выхода газоанализатора 16 через измерительный преобразователь 17 поступает в корректирующий блок 18, где сравнивается с сигналом задатчика 19 качества горения. При этом задатчик устанавливается таким образом, что его сигнал соответствует режиму горения одного из двух возможных периодов нагрева металла - подъема температуры и выдержки - и должен совпадать в этом с установкой задатчика 14 соотношения топливо-воздух. В данном примере принимается, что исходная установка задатчиков 14 и 19 соответствует периоду подъема температуры.

Сигнал рассогласования с выхода блока 18 поступает через блок 20 задержки в блок 21 управления. Блок 20 задержки, в данном примере содержащий два реле времени с замыкающими контактами, настроен на наибольшее время транспортного запаздывания во всей группе нагревательных печей. Находясь, например, в положении 1 привода 28 шагового искателя 27 происходит замыкание пар контактов всей секций. В секции 31 происходит подача напряжения на реле 38 времени, контакты 40 которого замыкаются после того, как отходящие газы из рабочего пространства поступают через трубопровод 26 к газоанализатору 16. После этого сигнал с выхода корректирующего блока 18 поступит через замкнутые контакты 40 и 41 секции 30 и соответствующий запоминающий блок 15 на один из входов регулятора 11. В случае, если данный нагревательный колодец находится в периоде подъема температуры и сигнал задатчика 7 больше сигнала датчика температуры 1 на выходе нуль-органа 8 отсутствует сигнал, реле 35 обесточено, его контакты 36 разомкнуты и сигнал с выхода задатчика 19 без изменений поступает в корректирующий блок 19.

По прошествии определенного времени привод 28 переходит в положение 2. При этом размыкаются контакты 1 и замыкаются контакты 2 во всех секциях шагового искателя 27, обесточивается обмотка реле 38, размыкаются контакты 40, замыкается цепь реле 39, однако его контакты 41 замыкаются только через определенное время, до истечения которого корректирующий блок 18 отключен от запоминающего блока 15 на время транспортного запаздывания отходящих газов следующего нагревательного колодца. Происходит включение исполнительного механизма 22, который поворачиваясь на определенный угол, необходимый для установки ротора 43 в следующее дискретное

положение,в котором отверстие 44 совпадает со следующим патрубком 26,происходит перевод переключателя 33 в другое положение (например профилированным кулачковым диском), размыкается цепь пары

0 контактов 2 секции 29 и исполнительный механизм 22 останавливается. В это время через распределитель 23 в камеру 24 начинают поступать продукты сгорания следующего колодца, который,например.,находится

5 в периоде выдержки. Сигнал задатчика 7 совпадаете сигналом выхода преобразователя 3 (либо больше последнего, если необходимо -снизить температуру рабочего пространства) и на выходе нуль-органа 8

0 существует сигнал, который через замкнутые контакты секции 32 и усилитель 34 включает реле 35, замыкающие контакты 36 которого вводят в цепь задатчика 19 шунтирующий резистор 37, чем изменяется сигнал

5 задатчика, поступающий в корректирующий блок 18, на выходе которого появляется корректирующий сигнал, соответствующий новому режиму горения. По прошествии необходимого времени происходит замыка0 ние контактов 41, через которые выход блока 18 подключается через запоминающий блок 15 к регулятору 11 того нагревательного колодца, отходящие продукты горения которого поступают в камеру 24.

5 При следующем переключении шагового искателя 27 размыкается цепь реле 39 и снова замыкается цепь реле 38 и вся система начинает работать в соответствии с описанным выше.

0 Таким образом, применение распределителя потоков газа 23 позволяет использовать один исполнительный механизм, что повышает надежность работы, применение блока задержки позволяет повысить точ5 ность работы системы, применение нуль- органа позволяет повысить надежность системы. В целом применение данных элементов позволяет повысить надежность и точность работы системы.

0Формула изобретения

Система автоматического регулирования процессов горения в группе нагревательных печей периодического действия, содержащая камеру, соединенную подводя5 щими трубопроводами продуктов горения с каждой нагревательной печью и снабженную трубопроводом отсоса продуктов горения и установленным в ней газоанализатором, соединенных через первый преобразователь с первым входом корректирующего блока, второй вход которого через задатчик корректирующего блока соединен с первым выходом блока управления, датчики расхода топлива и воздуха, выходы которых соединены с первым и вторым входами регулятора соотношения топливо-воздух по количеству нагревательных печей, третий вход которого соединен с за- датчиком соотношения, четвертый вход - с выходом запоминающего блока по количеству нагревательных печей, входы которых соединены с вторыми входами блока управления, а выход регулятора соотношения топливо-воздух соединен с первым исполнительным механизмом дросселя подачи одного из компонентов горения,, для каждой нагревательной печи - последовательно соединенные датчик температуры, второй преобразователь, регулятор температуры, второй вход которого соединен с первым выходом задатчика температуры, а выход - с вторым исполнительным механизмом

дросселя подачи второго компонента горения, третий исполнительный механизм, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход - со средством изменения потока продуктов горения, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы и точности регулирования, она дополнительно содержит нуль-органы по количеству нагревательных печей и блок временной задержки, включенной между выходом корректирующего блока и первым входом блока управления, четвертый выход которого соединен с вторым входом временной задержки, первый вход нуль-органа соединен с вторым выходом задатчика температуры, второй вход нуль-органа - с вторым выходом второго преобразователя, а выходы нуль-органов - с вторыми входами блока управления,

а средство изменения потока продуктов горения выполнено в виде распределителя потока газа и установлено в камере.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к автоматизации нагрева металла в печах периодического действия, например нагревательных колодцах, и может применяться в черной металлургии и машиностроительной промышленности. Сущность изобретения: каждая из нагревательных печей снабжена регулятором 4 температуры и регулятором 11 соотношения топливо-воздух с подключенным к последнему запоминающим блоком 5. Группа имеет общие для всех колодцев блок 21 управления и последовательно соединенные газоанализатор 16, корректирующий блок 18 и камеру 24 с запорным клапаном. В процессе нагрева регуляторы температуры и соотношения топливо-воздух управляют расходом соответствующих компонентов. Блок управления производит через определенные промежутки времени установку запорного клапана в одно из имеющихся дискретных положений, соответствующих количеству колодцев. Одновременно с установкой клапана блок управления производит подключение к нуль-органу 8 регулятора температуры и запоминающему блоку регулятора соотношение топливо-воздух соответствующего колодца. 5 ил. ел с

Фиг, I

Фи8.3

Фие.5