Способ автоматического регулирования теплового режима нагревательной печи

(19) (11) 3 И 100 С 90 З(5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Всесоюзный начно-исследовательский институт автоматизации черной металлургии Научно-производственного объединения Черметавтоматика(56) 1. Качанов В. Ю. Автоматизация управления металлургическими процессами. М., Металлургия, 1974, с. 310.2. Климовицкий М. Д. Автоматический контроль и регулирование в черной металлургии. М., Металлургия, 1967, с. 621.(54) (57) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ, отапливаемой смесью газов, путем измерения расходов каждого смешиваемого газа до смешения, измерения теплотворной способности смеси и изменения соотношения расходов смешиваемых газов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона регулирования, теплотворную способность измеряют у каждого газа, после чего определяют их разность и изменение соотношения расходов смешиваемых газов осуществляют пропорционально полученной разности.Изобретение относится к черной металлургии, к области отопления, а именно к способам сжигания газообразного топлива, и может найти применение в системах автоматического регулирования подачи такого топлива в нагревательные печи.Известен способ управления тепловым режимом нагревательных печей, при котором расход топлива, подаваемого в нагревательную печь, изменяют и тем самым поддерживают температуру внутри рабочего пространства печи на заданном уровне 11. Недостатком этого способа являетсясравнительно узкий диапазон изменения расхода топлива, при котором еще обеспечивается устойчивая работа топливосжигающихустройств (горелок) и достигается экономичное сж и га н ие.На иболее близким к изобретению является способ автоматического регулированиятеплового режима нагревательной печи,отцли ваемой смесью газов, путем измерения расходов каждого смешиваемого газадо смешения, измерения теплотворной способности смеси и изменения соотношениярасходов смешиваемых газов 2),1-1 едостатком из вестного способа является узкий диапазон автоматического регулирования теплового режима при значительных изменениях теплотворной способности смешиваемых газов.Цель изобретения повышение точности и расширение диапазона регулирования.Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу автоматического регулирования теплового режима нагревательнойпеч и, ота пли ваемой смесью газов, путемизменения расходов каждого смешиваемогогаза до смешения, измерения теплотворнойспособности смеси и изменения соотношения расходов смешиваемых газов теплотворную способность измеряют у каждого газа,после чего определяют их разность и изменение соотношения расходов смешиваемыхгазов осуществляют пропорционально полученной разности.На фиг. 1 приведена принципиальная схема системы автоматического регулирования; на фиг, 2 -- зависимость выходного сигнала устройства изменения соотношения от расхода смешиваемого газа; на фиг. 3 зависимость выходного сигнала расходомера от расхода смешиваемого газа,Система, реализующая способ автоматического регулирования, содержит расходомеры природно-доменной смеси 1 и коксового газа 2, определители теплотворной способности (калориметры) природно-доменной смеси 3 и коксового газа 4, выходы которых соединены со входами устройства 5 вычисления разности теплотворных способностей (сумматора), выход которого соеди 50 55 В следующий момент тепловая нагрузка печей возрастает и остается постоянней.Г 1 оступающего тепла ц - р становится недостаточно, что приводит к снижению температуры в зонах горения.Соответствующие регуляторы (на фиг. 1 не показаны) увеличивают количество потребляемого зонами топлива, что вызывает увеличение д до д, . нен с одним из входов устройства 6 изменения соотношения смешиваемых газов пропорционально разности их теплотворных способностей (корректора); выход коррек. тора 6 соединен с первым входом преобразователя 7 уровня напряжения (преобразователь), второй вход преобразователя 7 соединен с выходом задатчика 8, а выход со входом расходомера 2; устройство 9 изменения соотношения в зависимости от рас хода смешиваемого газа (функциональныйпреобразователь), вход которого соединен со вторым выходом расходомера 1 природно-доменной смеси, а выход соединен со входом корректора 6; регулятор 10, входы которого соединены с расходомерами 1 и 2, а выход соединен через исполнительный механизм 11 с регулирующим органом 12.На фиг. 2 и фиг. 3 по оси абсцисс отложены относительные расходы газов челожены относительные расходы газовВЗЯХ 2 О пределы изменения от О до 1. Но Оси ординат отложены относительные величины выходных сигналов преобразователей г.ределы изменения от О до 1. Прямая зависимость 13 выходной сигнал устройства изменения соотношения в зависимости 25 от расхода смешиваемого газа; прямая (зависимость) 14 выходной сигнал расходомеров, теплотворная способность природно- доменной смеси может изменяться от ц (высшей теплотворной способности) до с 1(низшей теплотворной способности ) .Способ автоматического регулирования теплового режима нагревательной печи осуществляется следующим образом.Начиная с некоторого расхода(фиг. 2), в составе топливе преобладает газ с большей теплотой сгорания, если расход больше д, и с меньшей, если расход меньше д, и степень преобладания тем больше, чем сильнее различаются теплотворные способности смешиваемых газов. Пусть з начальный момент тепловая на грузка,чечей40 такова, что для покрытия ее требуется расход топлива р с теплотворной спэсобностью с 1. Топливо образуется в результате смешивания коксового газа, имеющего теплотворную способность с 1 определяемую калориметром 4, и природно-доменной смеси,5 имеющей теплотворную способность сьопределяемую калориметром 3, которая, в свою очередь, может изменяться от с до с 1а Нтак, что с 1 ц,ъц. Пусть в рассматриваемыйЕсли в начальный момент на,вход регулятора 10 от расходомеров 1 и 2 поступали сигналы 13, равные по величине и обратные по знаку, то теперь поступят сигналы 13. Одновременно сигнал и( поступает от расходо мера 1 на функциональный преобразователь 9 и с него, преобразованный в соответствии с зависимостью 13 и равный 13, - на кор- ректор 6.Так как Ч = Че, то выходной сигнал сумматора 5 13О. Этот сигнал поступает О на второй вход корректора 6, на выходе которого образуется сигнал 3 = аО, являющийся произведением выходных сигналов сумматора 5(13 Ф) и функционального преобразователя 9 (13 р ). Этот сигнал преобразуется в преобразователе 7 и добавляет 15 ся (в нормированных единицах) к выходному сигналу расходомера 2, и на вход регулятора 10 поступает уже сигнал 13, хотя расход коксового газа соответствует сигналу 13. При этом сигнал 13 изменяется при изменении расхода природнодоменной смеси в соответствии с зависимостью 13 и пропорционально разности теплотворных способностей.Регулятор 10 с помощью исполнительного механизма 11 и регулирующего органа 12 25 изменяет расход природно-доменной смеси до величины, обеспечивающей поступление от расходомерасигнала, равного 13. Такое искусственное завышение сигнала расходомера 2 коксового газа приводит к тому, что теплотворная способность топлива Ч возрастает до значения Ч, так как в топливе увеличивается доля природно-доменной смеси, имеющей большую теплотворную способность (Ч Ч,.). Увеличение Ч при одновременно увелитчивающихся расходах коксового газа до д, и смеси до Рприводит при неизменной тепловой нагрузке печи к уменьшению д регуляторами температуры в зонах. Следует уменьшение расходов Ч и Чи некоторое снижение Ч за счет ойережающего уменьшения д . После окончания переходного процесса устанавливаются новые значенияд и Ч, такие, что д,) д д и Ч, Ч )ЧВыбором настройки корректора 6 можно обеспечить такой уровень изменения теплотворной способности топлива, что при Чсм= Чв или Ч= Ч расход топлива на печи будет всегда постоянным и независящим от тепловой нагрузки. Это будет предельный случай расширения диапазона изменения тепловой нагрузки без нарушения качества нагрева металла и сжигания топлива.Если происходит уменьшение тепловойнагрузки печей (возмущение, обратное по знаку рассмотренному выше) и поступающего тепла становится больше, чем требуется, то температуры в зонах возрастают.Регуляторы температуры зон уменьшают 35 40 45 50 55 расходы топлива д, Ч и оуменьшаю.возникает Ц ( О, а так как Ч, ) Ч ,т. образуется Ц ( 0 и т.д., аналогично описанному выше, но с обратными знаками. После окончания переходного процесса теплотворная способность топлива уменьшается, его расход также уменьшается, но в меньшей степени, чем уменьшилась тепловая нагрузка печей.Если изменяется теплотворная способность природно-доменной смеси, например уменьшается (Ч, Ч ), то поступающего на печи тепла при прежнем расходе топлива становится недостаточно. Регуляторы на печах увеличивают расходы топлива в зоны, система воспринимает это как увеличение тепловой нагрузки и выполняет все операции, описанные выше. Но так как выходной сигнал сумматора 5 меньше 13 в, то Обудет меньше а. По окончанию переходного процесса расход топлива будет несколько больше, а теплотворная способность несколько ниже, чем до возмущения (уменьшения теплотворной способности природно- доменной смеси), но соответственно меньше и больше, чем сразу после окончания первого цикла работы регуляторов температуры зон. Если теплотворная способность смеси упадет до теплотворной способности коксово го газа, то ц снизится до нуля, при этом для изменения соотношения необходимо изменить положение задатчика 8,При дальнейшем снижении теплотворной способности природно-доменной смеси (ЧемЧ,) необходимо изменить направление воздействия, т.е. при увеличении тепловой нагрузки надо уже не увеличивать, а уменьшать долю смеси в топливе. Это достигается тем, что начиная с Ч =1,и при всех Ч, Ч Чвыходной сигнал сумматора 5 меньше йуля.В результате на выходе корректора 6 при увеличении расхода топлива выше возникает уже отрицательный сигнал Ук (О, а при уменьшении расхода - положительный. Это приводит к тому, что от расходомера 2 к регулятору 10 поступает искусственно заниженный сигналчто ведет к уменьшению доли смеси в топливе при увеличении расхода и наоборот.Таким образом корректирующее воздейстие на соотношение обуславливается по направлению знаком разности теплотворных способностей смешиваемых газов и по величине - модулем этой разности.При наличии- такого корректирующего воздействия отсутствует опасность неравномерного нагрева металла, так как отпадает необходимость в отключении части горелок, поскольку при снижении тепловой нагрузки снижается и теплотворная способность топлива, причем тем быстрее, чем1028954 б,блуаХ тель И. Арес Состав Техред И. В Тираж 583 дарственного изобретений Ж - 35, Рау нт, г. УжгосеновКорректоПодписноСССРийд. 4/5 комитета и откры шская на род, ул. роектна 5больше разность теплотворных спогобностей газов, его составляющих, расход же топлива уменьшается мало. Исключается возможность подачи к печам увеличивающегося количества топлива при одновременном снижении его теплотворной способности, т.е. исключается возможность подачи в печи лишнего воздуха, а значит и возможность пережога металла и топлива, Увеличивается эффективность использования топлива, так как взаимозамещение составляющих идет тем интенсивнее, чем больше разность их теплотворных способностей, т.е. их стоимостей. При максимальных производительностях стана печи перестают быть Редактор М. Дылын Заказ 4936/36 ВНИИПИ Гос по делам 113035, Москва Филиал ППП Патсдерживающим звеном. Этот положительный эффект достигается при одновременном расширении диапазона изменения тепловой нагрузки печей, так как можно заранее обеспечить постоянство расхода топлива или малое его изменение при любых изменениях тепловой нагрузки печей без риска ввести систему, а с ней и печи в режим автоколебаний. Изменения теплотворной способности смеси в диапазоне от с 1 до цобуславливают изменения корректирующего воздействия 1 к в диапазоне от + Удо О, что обеспечивает устойчивость системы при любых расходах топлива, которые только могут принять печи.