Способ управления сжиганием колошникового газа и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 124 51) 4 Е 27 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Киевский инсъезда КПСС(56) Авторское50698, кл. 6Патент ФРГ1981. ос- онтем изменения подачи воздуха в зависимти от расхода колошникового газа и кцентрации в нем горючего компонента, например окиси углерода (СО), отличающийся тем, что, с целью повышения качества сжигания газа, дополнительно контролируют концентрацию кислорода (О) в колошниковом газе и изменяют расход воздуха на сжигание с учетом полученного значения О, причем концентрацию СО в колошниковом газе рассчитывают в соответствии с выражением:О.СО - 2 кг(1 - 4,76 -"-) - )в. 1,100 о;где Р - объемный расход колошниковогогаза, м/с;Г - объемный расход воздушного (воз- сдушно-кислородного) дутья, м/с:0 - объемная концентрация кислородав колошниковом газе, 00.С: л.26титут автоматики им. Х ышко, В. Н. Ивановеменов 8.8)идете05 0314 ьство СССР/00, 1974.159, кл. Р 27 В 1/00 54 М ПОСЛО ОБ УПРАВЛЕНИЯ СЖИГАНИШНИКОВОГО ГАЗА И УСТРОЙЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ соб управления сжиганием когаза преимушественно коксовой оздушным (воздушно-кислород- , основанный на поддержании побытка воздуха на сжигание пуСТВО ДЛ (57) 1. С лошникового вагранки с в ным) дутьем стоянного из ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН1244455 2. Устройство управления сжиганием колошникового газа, содержащее последовательно соединенные датчик расхода колошникового газа, первый блок вычисления, регулятор соотношения газ - воздух, выход которого соединен с регулирующим органом расхода воздуха для сжигания, датчик расхода воздуха для сжигания колошникового газа, выход которого подсоединен к второму входу регулятора соотношения и датчик расхода дутья, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сжигания газа, оно снабжено датчиком концентрации кислорода в колошниковом газе, блоком умножения и вто 1Изобретение относится к технике управления сжиганием газообразного топлива с изменяющейся теплотой сгорания путем пропорционирования расходов топлива и воздуха на сжигание и может быть использовано для управления сжиганием колошникового газа коксовых вагранок с воздушным или воздушно-кислородным дутьем.Цель изобретения - повышение качества сжигания газа.На чертеже приведено устройство, реализующее способ управления. Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 расхода колошникового газа, первый блок 2 вычисления, регулятор 3 соотношения газ - воздух, связанный с регулирующим органом 4 воздуха для сжигания колошникового газа. Второй вход регулятора 3 соединен с выходом датчика 5 расхода воздуха, идущего на сжигание колошникового газа, Второй вход регулятора 3 соединен с выходом датчика 5 расхода воздуха, идущего на сжигание колошникового газа. На два входа второго блока 6 вычисления подсоединены выход датчика 7 расхода воздушного (воздушно-кислородного) дутья, третий вход соединен с выходом датчика 8 концентрации кислорода, а его выход подсоединен к второму входу первого блока 2 вычисления. На два входа блока 9 умножения подсоединены выход датчика 1 расхода колошникового газа и выход датчика 8 концентрации кислорода в нем, а его выход подключен к третьему входу первого блока 2 вычисления.Устройство может быть реализовано на базе стандартной серийно выпускаемой аппаратуры. Для измерения объемных расходов дутья, колошникового газа и воздуха на сжигание можно применить измерительный комплект, состоящий из сужающегося 0 5 20 25 30 35 рым блоком вычисления, причем два входа второго блока вычисления соединены с выходами датчиков расхода колошникового газа и расхода дутья, третий вход соединен с датчиком концентрации кислорода в колошниковом газе, а выход подсоединен к второму входу первого блока вычисления, а на два входа блока умножения подсоединены выходы датчиков расхода колошникового газа и концентрации кислорода в колошниковом газе, а выход блока умножения подсоединен к третьему входу первого блока вычисления.устройства и дифманометра из ГСП с унифицированным выходным сигналом 0 - 5 МА,например типа ДМ - ЭР.Объемную концентрацию кислорода в колошниковом газе можно измерять с помощьюстандартного комплекта магнитного газоанализатора на 0 типа МН.Преобразующие и вычислительные операции в устройстве реализованы с помощьюаналоговых блоков системы АКЭСР, КАСКАД, СУПС, а также средств микропроцессорной техники. Например, первый блок 2вычисления и блок 9 умножения реализуется с помощью одного блока БВО системыАКЭСР, второй блок 6 вычисления с помощью двух блоков БВО.В газообразном топливе, которое используется для отопления промышленных агрегатов, обычно не содержится свободный кислород или доля его незначительна (0,2 -О,ЗЯ). Поэтому при сжигании этих газов стехиометрический коэффициент расхода воздуха определяют в зависимости от содержаниягорючих компонентов газа (СО, НСН 4, С.Н ).В колошниковом газе на выходе из вагранки также содержится незначительное количество свободного кислорода 0 - 0,3(05)/О.В трубопроводе колошникового газа непосредственно перед горелкой топочной камеры может содержаться свободный кислород,количество которого зависит от параметровгидравлического режима и неплотностей коммуникации на участке колошник - топочнаякамера,Управление сжиганием колошниковогогаза без учета кислорода в нем сопровождается отклонениями фактического избыткавоздуха от требуемого уровня и, как следствие, приводит к существенным экономическим потерям.Окисление углерода кокса в вагранке припродувке необогащенным воздухом проис(8) ходит в соответствии со следующими химическими реакциями:2 С+ О +3,76 У=2 СО+3,76 У 2, (1) С+ 02+ 3,76%= СО+ 3,76%, (2) СО+ С=2 СО, (3)Из анализа уравнений (1) - (3) следует, что при расходовании единицы количества кислорода, например 1 м воздушного дутья, образуется при окислении углерода до СО 5,76 м продуктов реакции (2 м СО и 3,76 м М), а при окислении до СО 4,76 м продуктов реакции (1 мз СО 2 и 3,76 мз Ы ). Количество воздуха, израсходованное на образование колошникового газа, в обоих случаях равно 4,76 м (1 м 02 и 3,76 м У), Таким образом, горение углерода кокса до СО сопровождается увеличением объема образовавшихся газов по сравнению с объемом воздушного дутья, в то время как при окислении до СОо объем газообразных продуктов горения равен объему израсходованного воздуха.Приращение объемного расхода колошникового газа в сравнении с объемным расходом воздушного дутья может служить мерой степени окисления кокса в вагранке, а следовательно, и количества окиси углерода в колошниковом газе.Степень окисления кокса может быть охарактеризована величиной разности 1 - р, причем- +," д (4)где со и 1 со - объемные расходы СО и СОов колошниковом газе, соответственно.В соответствии с уравнениями (1) и (2) и выражением (4) при продувке вагранки воздухом с объемным расходом Гвд объем колошникового газа=К,.а+Код (1 - Р) 1 0,21, (5) где Ки К - количество СО и СОо в колошниковом газе при использовании единицы количества кислородного дутья (4,76 единиц количества воздуха)Разность объемных расходов колошникового газа и воздушного дутья можно представить в виде: 1/кг - Увд=Ь=ксо + Ксо, ( - ) 1 вдХ Х 0,21 - вд. (6) Из выражения (6) определяем р:+4,76 - КсоВ связи с тем, что необогащенного воздушного дутья К, = 4,76 м/мо; К, = = 5,76 м/м При обогащении воздушного дутья кисло- родом аю 1 вд(9)5где ао, - степень обогащения воздуха.Из выражения (9)Л=Увд ао, (10)Исходя из выражения (10) следует, чтопри повышении степени обогащения воздуха 10 разность объемных расходов колошниковогогаза и воздушного дутья также увеличивается. При продувке чистым кислородом (ао, = 1) и окислении углерода до СО(р=1) количество колошникового газа (окиси углерода) в два раза превышает количество 15 дутья.Объемный расход СО в колошниковом газе на основании выраженийи (10) со=ксо1 вд 0,21=Ксо Л 1,20 согде К - количество окиси углерода, образующейся при расходовании единицы объема кислорода, К=2 м 7/ 3Таким образом25со =2 сддУ=2(1 кг Увд) (11)Объемная доля окиси углерода в колошниковом газекг 1/кгкг 30 С учетом подсоса воздуха в трубопровод колошникового газа выражение (12) сводится к виду2 " (1 - 4,76 о )СО= (13) 35где Оо - объемная концентрация кислородав колошниковом газе, О 4.Пропорционально ЛСО изменяется такжетеплота сгорания колошникового газа, а следовательно, и стехиометрический коэффициент расхода воздуха на его сжигание. Количество воздуха, необходимое для сжигания колошникового газа, определяется в соответствии с выражением: Г= У 4 лсО 2,88 ао - 4,78 - Ц 88), 14) где 2,38 - стехиометрический коэффициентрасхода воздуха для чистой окиси углерода,ао - задаваемый коэффициент избытка (расхода) воздуха.Исходя из выражений (13) и (14) устанавливается последовательность операций по управлению сжиганием колошникового газа вагранки:- определение (контроль) концентрации кислорода в колошниковом газе;- определение путем расчета объемной концентрации окиси углерода в колошниковом газе;1244455 Составитель А. АбросимовТехред И. Верес Корректор М. ШарошиТираж 561 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор Л. ПчелинскаяЗаказ 390 /41- Вычисление необходимого количества воздуха на сжигание;- установление расхода воздуха на сжигание в соответствии с рассчитанным значением.Устройство функционирует следующим образом.На входы первого блока 2 вычисления поступают сигналы, пропорциональные текущим расходам колошникового газа, воздушного дутья и концентрации 02 в колошниковом газе. В блоке 2 вычисления выполняется операция расчета объемной концентрации СО в колошниковом газе в соответствии с выражением (13). Выходной сигнал блока 2 вычисления поступает на второй вход блока 6 вычисления, на первый вход этого блока поступает сигнал, пропорциональный расходу колошникового газа, на третий вход - сигнал с выхода блока 9 умножения, пропорциональный объемному расходу кислорода в колошниковом газе. В блоке 6 вычисления осуществляется операция расчета необходимого (заданного) расхода воздуха для сжигания в соответствии с выражением (14), Выходной сигнал блока 6 вычисления, пропорциональный необходимому (заданному) расходу воздуха, поступает на первый вход регулятора 3 соотношения. В измерительном блоке регулятора 3 осуществляется операция сравнения заданного и текущего расхода воздуха на сжигание колошникового газа. В этом же блоке задается предусмотренный выражением (14) необходимый избыток воздуха аоПри появлении рассогласования на выходе измерительного блока регулятор 3 осуществляет перемещение регулирующего органа 4, установленного в трубопроводе воздуха, и приводит в соответствие текущий расход воздуха с необходимым его значением.Использование способа и устройства дляуправления сжиганием колошникового газа приводит к повышению качества сжигания колошникового газа в топке рекуператора, вследствие чего снижается расход дополнительного топлива, например природного газа, в топку рекуператора и расход колеса, 2 п загружаемого в вагранку, повышается стойкость труб верхней секции рекуператора. Реализация способа и устройства приводит также к существенным уменьшениям выбросов вреднего газа (окиси углерода) в атмосферу,