Способ автоматического регулирования соотношения топливо воздух в многозонной печи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 174 4 Р 23 й 1/О О 9 0 Г 5 одам упаменных в металрегудух в ение оплисхода отнобе не учитывает продукты непо ступающие в зон , Изменение со щн остей зон суммарного коэ а от оптимально ся избыточный ного сгорания у иэ предшесттношения тепприводит к ффициента расо и увеличению воздух или топлива, по вующих зон ловых мо отклонениюхода воздух ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Нижнеднепровский трубопрокатный завод им.КарлаЛибкнехта(56) Коганов В, ЮБлинов О. М Беленький А, М, Автоматизация управления металлургическими процессами. - М,: Металлургия, 1974, с, 319.Авторское свидетельство СССР М 918690, кл, Р 23 И 1/02, 1980. Изобретение относится к мат равления сжиганием топлива в пл печах и может быть использовано лургии и машиностроении.Известен способ автоматического лирования соотношения топливо - воз проходной печи, включающий изме расходов воздуха и топлива в зонах, оп ление отношения расходов воздуха и т ва в каждой зоне и изменение ра воздуха при отклонении указанного шения от заданного значения.(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ ТОПЛИВО - ВОЗДУХ В МНОГОЗОННОЙ ПЕЧИ (57) Использование: в колесопрокатном и трубном производстве при сжигании топлива в кольцевых нагревательных печах, Сущность, изобретения заключается в изменении отношения расходов воздуха и топлива в предшествующей зоне печи при отклонении до предельного расхода воздуха в данную зону от стехиометрического значения 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. 1 ил,теплопотерь эа счет недожога или подачиизбытка воздуха.еайСогласно способу автоматического регулирования соотношения топливо - воздух в многозонной печи измеряю расходы топлива и воздуха в каждой зоне, определяют отношения расходов воздуха и топлива в каждой зоне после первой по сумме расходов в данной зоне и предшествующих ей зонах и изменяют расход воздуха по отклонению указанного отношения от заданного значения, 1Применение способа характеризуется низким качеством регулирования процесса сжигания, повышенным удельным расходом топлива, недожогом и нарушением стабильности горения. При повышении тепловой мощности предшествующих зон относительно данной и существенном различии коэффициентов расхода воздуха в нихсоотношение газ-воздух в данной зоне значительно отклоняется от стехиометрического. 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 О,б 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, 25Целью изобретения является повышение точности регулирования, сокращение удельных расходов топлива, предотвращение недожога. и нарушения стабильности горения. 30Сущность способа заключается в регулировании подачи топлива и воздуха в каждую зону печи после первой в рабочем диапазоне соотношений одновременно с поддержанием требуемого баланса топлива 35 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 50 допустимого предупреждает образование коптящего факела и ухудшение условий теплообмена. Топливо, поступающее в зоны, сжигается в их пределах, повышается степень утилизации тепла уходящего дыма в 55 методической зоне и исключается недожог, что способствует экономии топлива, Подача в Горелки воздуха в количествах не выше максимально допустимого предотвращает аварийные остановки печей вследствие срывов факелов, Уменьшение в связи с этимнеплановых простоев печей также позволяет сократить удельные расходы топлива,Способ осуществляется следующим образом. Зональным системам регулированияустанавливают заданные отношения расхоЗн ,Зн.дов воздуха и топлива а 1аИзмеряют расходы газа и воздуха в каждую зону, оценивают отношения расходоввоздуха и топлива в каждой зоне после первой по сумме расходов в данной зоне ипредшествующих ей зонах.При отклонениях этих отношений от заданных значений изменяют подачу воздухав зоны до устранения отклонений.Одновременно сравнивают отношениерасходов воздуха и топлива в горелки каждой зоны после первой а "2, а " состехиометрическим соотношением и при отклонении до предельного расхода воздухаизменяют отношения расходов воздуха итоплива в смежной предшествующей зоне,Зн, Зн.При его повышении в условиях аа -1,МдКСИМдЛЬНО ДОПуСтИМОГО (Х макс УВЕЛИ,предчивают заданное отношение расходов воздуха и топлива в смежной предшествующейзоне, увеличивают расход воздуха в нее иуменьшают на ту же величину в данную зону, стабилизируя а "1 на уровнепредГХ 1 максПри снижении отношения тепловыхмощностей предшествующей и данной зонвеличину коррекции а" уменьшают постепенно до О поддерживая в дальнейшемзаданные а; и . а -1 в зонах, Прин Зн,уменьшении адо минимально допустиМОГО ГХпР мин К - ЗаДаННОЕ ОТНОШЕНИЕа;-1 в смежной предшествующей зонеуменьшают, на одинаковую величину уменьшают расход воздуха в предшествующуюзону и увеличивают в данной до обеспечеи, пред,НИЯ И 1= О 1 минПри уменьшении тепловой мощностипредшествующей зоны или увеличении ее вданной отношение расходов воздуха и топлива в предшествующей зоне уменьшают дос."-1, поддерживая в дальнейшем заданЗн Зн,ные отношения значения аи а;-1.На чертеже представлена блок-схемаустройства, реализующего способ.Устройство включает зональные расходомеры 1(16 и т. д, по количеству отапливаемых зон) газа, сумматоры 2(17),.задатчики3(18) газ - воздух, блоки 4(19) умножения,расходомеры 5(20) воздуха, сумматоры6(21), блоки 7(22) сравнения, блоки 8(23) переключения, регуляторы с усилителями9(24), исполнительные механизмы 10(25), исполнительные органы 11(26) расхода возду10 15 20 25 30 ха в данной зоне, что снижает с датчика на входе сумматора б. Регулятор прекращает работу при балансе сигналов с блоков 4 и 6, Расход воздуха на данную зону уменьшает ся на ту же величину, на которую увеличивается на смежную предшествующую зону,Одновремечно снижается сигнал отрасходомера 5 на входе блока 14. При балансе сигналов от блоков 5 и 13 на входе 40 блока 14 (при расходе воздуха в даннуюзону, равном максимально допустимому) регуляторы 24 и 9 прекращают изменение подачи воздуха в зоны. При превышении сигналом от блока 13 сигнала от расходоме 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.50 При заданном в блоке 12 коэффициентеРасхода воздУха а Рдмин менЯетсЯ на обратный знак коррекции расхода воздуха в, предшествующей зоне и работа системыосуществляется аналогично.55 Испытания выполнялись на кольцевойпечи 18,2 м кольцепрокатной линии для нагрева заготовок из углеродистых и легированныхсталейдо 1150 - 1260 С, Печьимеет четыре отапливаемые природным газом зоны и методическую, нумерация отапливаха, задатчики 12(27) предельного соотношения газ-воздух на зону, блоки 13(28) умножения, блоки 14(29) сравнения, пороговые элементы 15(30),Расходолеры 1(16 и т. д.) подключены к сумматору 2. Выходы сумматора 2 и задатчика 3 соединены с блоком 4, Расходомеры 5 (20 и т. д,) подключены к сумматору 6. Выходы блоков 4 и б соединены с входами блока 7, который через блок 8 переключения подключен к входу регулятора 9, Выход регулятора 9 соединен через исполнительный механизм 10 с 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 эоны, как и других зон, соединены аналогично.Устройство работает следующим образом, Задатчиками 3 и 18 устанавливаюттребуемые соотношения расходов газа и воздуха в данной и смежной предшествующей зонах печи, а задатчиками 12 и 27 - предельные соотношения, Если задатчиком 18 установлено а больше, чем задатчиком 3, то задатчиком 12 устанавливается минимально допустимое а мин, а в противпредном случае - максимально допустимое (Рмакс. Аналогично настраивают задатчик 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 блок 1 6, после чего в блоке 7 сравниваются сигналы с блоков б и 4, При коэффициенте расхода воздуха в горелкипред смежной последующей зоны а мин а "+1 аРдеке блок 7 подключен череэ 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 испол- нительный 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 газаи воздуха в предшествующие зоны, Блоки16-30 базовой системы в смежной предшествующей зоне работают аналогично. Произведение сигналов расходомера 1и задатчика 12 пос 1 упает с выхода блока 13 на блок 14, где сравнивается с сигналом расходомера 5. При отклонении расхода 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,Если задатчиком,12 задано а рдмакс 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 исполнительного механизма 25 открывает исполнительный орган 26 на воздухопроводе смежной предшествующей зоны. Повышение расхода воздуха в ней приводит к увеличению сигнала с расходомера 20, Сигнал 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 исполнительного орган 11 уменьшает расход воздуемых зон принята по ходу металла. Заданный коэффициент расхода воздуха а 1=1,0; с 2=1,2; а з= а =0,8, Предварительно были определены значения максимально и минимальнодопустимого коэффициента расхода воздуха на горелки а "щ=0,6 и а "мак=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 профилеразмера.При производительности печи 40 заготовок в час нагрев металла до 1240 - 1260 С обеспечивался при температуре в- И зонах 1180, 1240, 1280, 1290 С и расходах топлива в них 350, 430, 320, 220 м /ч. Учитывая стехиометрическое количество воздуха 9,8 м /М устанавливали расход воздуха в И изоны: 220 0,8 9,8=1725 м /ч и(220+320) 0,8 9,8 - 1725=2510 м /ч, Затем определяли требуемый расход воздуха во вторую зону: (2;: "+32 0+430) 9,8 1,2 - 1725 - 2510=7170 м /ч и максимально допустимый: 430 1,65 9,8=6950 м /ч. Поскольку требуемый расход воздуха превышал максимально допустимый, увеличивали соотношение расходов воздуха и газа взоне повышением расхода воздуха в нее на 7170-6950=220 м/ч и поддерживали расходы воздуха взоне на уровне: 2510+220=2730 м /ч, а возоне - 6950 мз/ч, Затем определяли требуемый расход воздуха взону:(350+430+320+220) 1,0 9,8-1725-2730-6959= 1530 м /ч и предельную его величину: 350 0,6 9,8= 2060 м /ч.Поскольку требуемый расход воздуха меньше предельного, уменьшали соотношение расходов воздуха и газа возоне, снижая подачу воздуха в нее на 1530-2060= - 530 м /ч и поддерживая взоне.расход воздуха 2060 м /ч, При расходе воздуха возону 6950 - 530=6420 м /ч коэффициент расхода воздуха по подаче в ней составлял а "2 =1,5, что ниже максимально допустимого, Поэтому уменьшали соотношение расходов воздуха й газа взону до требуемого а з=0,8 путем снижения расхода воздуха в нее с 2730 до 2510 м /ч, а возону устанавливали расход воздуха 6640 м /ч, что меньше предельно допустимого (6950 м /ч), и регулирование прекращали при коэффициентах расхода воздуха (по балансу) а 1=1,0; а 2=1,15,а з=0,8 и коэффициентах расхода воздуха по подаче а "= 0,6; а "2= 1,6; а "з= а "а= 0,8, 5 10 15 Температура уходящих продуктов сгорания в дымопаде составила 930-940 С, образования коптящего факела взоне и догорания топлива в методической зоне не наблюдалось, Возоне обеспечивалось устойчивое горение без вибраций и срыва факелов. Удельный расход топлива составил 111,9 кг ут/т.Сравнительные испытания при управлении сжиганием по известному способу выполнялись при том же распределении расходов газа по зонам (350, 430, 320, 220 м /ч) и коэффициента расхода воздуха (1,0; з1,2; 0,8; 0,8;). Расходы воздуха в- И зоны поддерживались 1530, 7170, 2510, 1725 м /ч. При этом в -й зоне коэффициент расхода воздуха по подаче составил 0,45, вслед 20 ствие образования коптящих факелов отгорелокзоны наблюдались выбивания недогоревшего топлива через неплотностииметодической зон, следы СО обнаружены вборове после дымопада. Периодическое по 2, гасание,горелокзоны по причине большо-, го коэффициента расхода воздуха на них (а 2 = 1,7 потребовало оперативного вмещательства нагревальщиков. При указанных расходах топлива по зонам и30 производительности 40 заготовок в час температура их на выдаче составила 1220 -1230" С, перепад по сечению - 40 - 50 С. Кондиционный нагрев металла был достигнутпри расходах топлива на- И зоны 470, 450,210 м /ч соответственно и расходахвоздуха2670, 7400, 2590, 1650 м /ч. При этом продуктов неполного горения в дымопаде и боровах не обнаружено. Наблюдалосьинтенсивное догорание топлива примернодо середины методической зоны и периодические срывы факелов с горелокзоны.Температура продуктов сгорания в дымопаде составила 1070-1100 С, Удельный расход топлива 123,8 кг у,т./т,Применение способа позволяет повысить точность регулирования, снизитьудельный расходтоплива на 10-11, предотвратить недожог топлива и обеспечить условия устойчивого его горения.Формула изобретенияСпособ автоматического регулированиясоотношения топливо - воздух в многозонной печи, включающий измерение в каждойзоне расходов топлива и воздуха, определе 55 ние отношения расходов воздуха и топливав каждой зоне после первой по сумме расходов в данной зоне и предшествующих ейзонах, изменение расхода воздуха при отклонении указанного отношения от задан