Способ управления трубчатой печью

-44 .риапьный инсти Леай ВладимировичЛЕНИЯ ТРУБЧАТО вление технологическими Комитет Российской Федерацн по патентам н товарным знака ОПИСАН(71) Тюменский индустнинского Комсомола(1) Б РЗЗХЗ 00 печами с одной или несколькими камерами сгорания, отапливаемыми преимущественно газообразным видом топлива, а также управление процессом горения в котельных установках ТЭЦ. Сущность изобретения: измеряют содержание водорода в продуктах сгорания и в заданных ограничениях минимизируют значение функции Я=ХО +Н поспедог г вательно изменяя расход общего воздуха и его распределение по камерам. 1 ил.Изобретение относится к нефтеперерабатьгвающей и нефтехимической отрасли промышленности, Может быть использована для управления технологическими печами с одной или нескал 0 кими камерами сгорания, с общей дымовой трубой, воздухадувкей и ооздухападагревателями, дымосасами, отапливаемыми преимущественна гэзаабразньгм видом топлива. Оно может быть испал 0 завэно для управления процессам горения в котельных установках ТЭЦ и дрИзвестен способ управления трубчатой печью 11 путем регулирования температуры нагреваемага продукта изменением подачи топлива и расхода д 0 гмавьгх газов на выходе печи и с целью увеличения надежнасти при регулировании мнагасекциаиной печью путем исклочения локальных перегревов апределя ат расходы уходящих и образовавшихся в каждой секции газов; отношение этих расходов и разность между полученным отношением и средним по всем секциям печи значением этого отношения, одновременна апределя 1 от разрежение в каждой секции, среднее по всем секциям значение разрежения и определяют разность между полученным и заданньгм значениями, сигнал, пропорциональный полученной разности, алгебраически суммируат с сигналом, прапарцианал 0 ным указаннай разности, и по результирующему сигналу карректируат расход уходящих газов в каждой секции, а также измврват разрежение в характерных точках секций. определяют разность между полученными значениями рэзрекений и средним по всем секциям значением этих разрежений и по полученнай разности апределяат и изменяют аасхад нагреваемага продукта.Недостаток данного способа - неэкономичность процесса горения топлива. Горение па данному способу мажет быть как с бал 0 шим избытком воздуха, так и с недостатком воздуха. В.там и другом случае КОД печтл не будет оптимальным,Известен также спасаб регулирования установкой висбкрекингэ 2, обеспечивающий стабилизацию режима работы печи путем регулиравэния жесткости режима в нагревательной и реакционной секциях, регулиравание и контроль по ограничениям в секциях, регулирование распределения потоков сырья па змеевикам печи и кантрал 0 отложений кокса в змеевиках, регулирование и аптимизэцию процесса горения, регулирование переключения потоков сырья.Однако и этот способ недостаточна экономичен, поскольку оптимизация процесса горения достигается в печах с принудительнай тягой путем подачи воздуха в различныекамеры печи. Его основное назначение -обеспечение необходимого количества кислорода во всех камерах печи при одновре 5 ме ином соблюдении необходимыхограничений по тяге,Известны способы оптимизации сжигания топлива 31 путем управления подачейвоздуха в,камеру. сгорания, в котором для10 оптимизации соотношения "топливо-воздух" вырабатывают корректирующее действие по схеме "задание-воэдух" на основерезультатов дискретного анализа продуктов .сгорайия хроматографическим анализато 15 ром на водород и избыток азота,Однако данный способ не позволяет до-.статочно надежно вести процесс на уровне,близком к оптимальному. Возможные Флуктуации в работе горелок могут исказить ре 20 зультаты работы хроматографическогеанализа на водород. В ряде других изобретений, например а 4 предлагается для,управления процессом горения измерятьсодержание кислорода в дымовых газах и25 дополнительно содержание. продуктов недожега, в том числе и водорода Однако вданных изобретениях нет ни способа, ниблока для реализации оптимальныхэначейий содержания кислорода и водорода в30 дымовых газах.Наиболее близким способом. управления.к предлагаемому является способ управления, описанный в Я, Общая структурауправления эакл 1 очается в регулировании35 температуры на выходе печного змеевикапутем изменения подачи топливного газа .и/или жидкого топлива. В режиме прямогоуправления (по возмущению) рассчитываются и стабилизируются температура на вы 40 ходе змеевика, глоток сырья в печь,молекулярная масса топливного газа, плотность жидкого топлива и температура посту- .пающего подогретого воздуха.Производится контроль за ограничениями,45 который не позволяет увеличивать нагрузкуна печь, когда показатели режима приближаются к предельным. Контролируются следующие ограниче ния; температура предельной стенки, температура стенки трубы, содержание кислорода в дымовых газах, поток воздуха, разрежение и др, Па данному способу регулируется разрежение в печи, распределяет-55 ся из одного воздухападогревателя покамерам печи воздух, предусмотрен контроль за регуляторами отдельных потоков воздуха и поддержание давления воздуха на достаточно высоком уровне для снабжения всех камер печи.10 15 20 25 30 35 50 Однако данный способ не позволяет достаточно точно проводить оптимизациюпроцесса горения по той причине, что онадостигается изменением потока воздуха иположением дымовой заслонки, следя за ограничениями по содержанию кислорода.Последний в результате возможных присосов и других факторов возмущения можетизменяться независимо от режима горения. топлива, Кроме того, при избытках кислорода, превышающих некоторый минимальныйпредел, начинают интенсивно обраэовыватъся окислы азота, которые ухудшают экологическую обстановку окружающей среды.Данный; как и все вышеописанные способы управления, не дает никаких гарантий,что в процессе управления эбытак кислорода в дымовых газах будет минимально. необходимым.Цель изобретения заключается в повышении точности оптимизации режима горения топлива,Цель достигается тем, что согласно, предлагаемому способу управления трубчатой печью путем регулирования производительности подачей топливного газа вкамеры сгорания, регулировацил разрежения удалением дымовых газов и оптимизацией процесса сгорания на основе данныхизмерения содержания кислорода в дымовых газах и управлеил потоками воздуха покамерам, дополнительно измеряют содержание водорода либо продуктов недожега вдымовых газах и о заданных ограничен"лхминимизируют значение функции:В = Н 2+Л 021(1)где Н 2, 02 - значения измененных концентраций водорода (продуктов недожога),кислорода в дымовых газах; А, - коэффициент,изменяя сначала общую подачу воздуха, за тем распределение по камерам,Значение.коэффициента А зависит Оттого, в каких единицах газоацализатордмиизмеряется содержание водорода и кислорода. Если указанные параметры измеряются вмассовых единицах, например вмассовых процентах, то значение , берется в интервале 0,0760,106. Данные значения Я. получены цд основе следующихрассуждений, Теплотоорность газообразного молекулярного водорода составляет142324 кДж/кг, теплотоорность водорода,входящего в состао соединений топлива,равна 125580 кДж/кг. Теплотворность водорода в расчете низшей теплотворпой способности топлива, т.е. с учетом тепла,расходуемого на испарение воды, образующейся при сгорании водорода, равна102828 кДж/кг. Снижение теплотворности топлива вследствие сгорания при содержании в горючей массе топлива кислорода по подсчетам Д.и, Менделеева приблизительно составляет 10883,6 кДж/кг. Для уравновешивания вкладов водорода и кислорода, содержащегося в продуктах сгорания, показания кислородомера должны быть уменьшаны в 142324/10883,6,102828/10883,6, т,в. в13,0779,462 раза (Л -0,076., А = 0,106).Если оба гаэоанализатора выдают содержание в обьемных единицах, например обьемных процентах, то при одинаковых обаемах водорода и кислорода количество кислорода будет превышать по массе в 8 раз,ТаКИМ Образок, З дЧЕИИЕ КозффицИЕцтд 1 следует еще уменьшить о 8 рдз, и тогда его значение сос та вит 0,0108,0,0132.Существеныь признаком предлагаемого способа следует считать введеие функциио способ регулировдцил режимом горения и подачи о камеры воздуха. Именно этот признак придает способу существанную новизну и рлд новых свойств.Основные реакции, протекдющие при зааершеСии процесса сгорания газообразного топлива, описыодОтсл стехиометрическими уравненияии;Н 2+ 0,5 О 2 = Н 20 Р) СО + 0,5 О 2 = СО 2В тепловом состцошеции Обе реакции окислецил примерно рдоцазцдчны,Так как горение происходит за счет кислорода воздуха, то о Обе част 1 редкц (2)добавляется азот, оцосимьй с гоздухом79К 2 = - 02. Длл пслцого здоершенил реакции (2) цеобходисл значительный избытоквоздуха, ИО при этом КПД процесса будетуменьшдтьсл, тдк кдк длл его нагрева необходимо будет доловительцо тепло, Ндоборот, при недостатке ооэдуха о результате сдвига рдоооесил реакции (2) влево кПД умецьшдатсл эа счет прису 1 стол о гродуктдх сгорания зцдч:тельных количе" тв водорода и окиси углерода. Следовательно, длл ведецил процесса о опюгальног рожме с точки зрения КПД грисутствие кислорода, оодородд и Окиси углерОдд о цокотсрьх мицимдю 1 ьцьх количествах Облздтельцо. 1 Ьипи.миэдцил функции (1) позволяет добитьсл наивысшего КПД, например, путем ОпредеЛОЦИЛ О ПРОДУКТДХ СОРДЦИЛ "НЕДОХСОГД" 1 однсврсмсн О 1 г ьциь",иэдц"кислородд", Я ддццОл одг;дцто оО Ород лелле гсл и иц- дикдторО:л ОдцоороОнного сущестговэ:1 ич и Окиси углсродд.Реализация процесса пО предлэгдолому способу не дает рдзоивдтьсл цежалдтель 2003928ным реакциям образования оксидов азота, поскольку содержание водорода (хатя и в небольшом количестве) как более активного компонента па отношению к кислороду подавляет процессы окисления азота воздуха.Даже при нулевом содержании. водородасистема, реализующая способ, будет уменьшать содержание кислорода, что также способствует подавлению реакцийобразования оксидов, Подобного эффекта нельзя достичь с помощью прежних способов регулирования процесса горения, как только; не анализируя отдельно окислы азота и не управлял процессам по их минимизации.Реализациа способа можно Осуществить при ручном управлении, вычисляя по показаниям анализаторов функцию (1) и проводя перестановку регулирующего органа подачи воздухаОднако эффективность способа намного возрастает, если применить специальную систему автоматического управления, Пример такой системы приведен на чертеже.Па своему существу эта система является модификацией и развитием системы прототипа Я, Система мажет быть реализована на базе управляющей микрОЭВЛ. Однако длл уяснения принципа взаимодействия вычислительныхблоков приведена функциональнал блочная схема.Трубчатая печь П имеет две камеры. в каждой из которых нагревается продукт в процессе циркуляции по змеевику. В камерах сгорает газообразное топливо. Воздух подаетсл из общего ваэдухоправода воздуходувкой В, Каждая из камер снабжена эксгаустером 3, работающим на общую дымовую трубу Т, Необходимая величина разрежения в каждой из камер поддерживается индивидуальной системой автоматического регулирования, состоящей из датчика 1 давления, элемента 2 сравнения измеренного давления с заданным Р, регулятора 3 и исполнительнога механизма 4 с воздействием на систему отвода дымавь 1 х газов, В принциге, если камеры между собой имеют хорошее сообщение, то можно обойтись и одним регулятором с выбором одной характерной точки отбора давления. Подвод топливного газа в каждую из камер Осуществляетсл в зависимости От теплапроизводительнасти, Последняя может быть определена путем измерения расхода продукта по змеевику датчикам 5, температуры продукта на входе в печь датчиком б и выходе из печи датчиком 7. Задание в элемент 8 сравнения может паступаь, например, в виде требуемой температуры ( на выходе сырья из печи. Регулятор 9 через исполни 15 20 25 30 35 40 45 50 тельный механизм 10 устанавливает необходимую величину подачи газа в камеру, Подача воздуха в камеры осуществляется иэ общего воздуховода в зависимости от измеренных расходов газа с помощью датчика 11 и:воздуха с помощье датчика 12. Сигналы с последних поступают в элементы 13 сравнения и через регуляторы 14 воздействуот на исполнительные механизмы 15 подачи воздуха по камерам, Давление воздуха в общей магистрали поддерживается на требуемом уровне системой, состоящей из датчика 16 давления, элемента 17 сравнения, регулятора 18 и исполнительного механизма 19 с воздействием, как правило, на . направляющий аппарат воздуходувок. Система коррекции подачи воздуха по спОСОбу включает датчик 20 содержания кислорода в дымовых газах, датчик 2.1 содержания водорода (продуктов недажега) в дымовых газах. Сигналы с последних подаются на вход логического блока 22, на него и подается установочное значение коэффициента А , Выходы логического блока 22 соединены с входами звеньев 17 и 13 и через них периодически управляют работой регуляторов подачи воздуха, как общей так и по камерам.Система реализует способ следующим образом. На основе измеренных значений датчиком 20 и 21 кислорода и водорода (продуктов недожега) в логическом блоке формируется по уравнению (1) функция цели В, В памяти блока хранится некоторое начальное значение функции цели йл. Подключаясь периодически к элементам 13 и 17,. логический блок может варьировать в некоторых пределах расходом воздуха по камерам и общим расходом, В этом режиме варьирования происходит сравнение текущего значения функции В с записанным в памяти Ъ. Если в последующем значение функции й стало меньше, формируется шаг изменения (шаг коррекции) подачи воздуха и текущее значение функции й записывается в памяти вместо й, После достижения минимума с пОмОщью воздействия, например, на элементы 13 сравнения система подключается к другому элементу 13 управляющей подачей воздуха в другую камеру. Если после воздействия на вторую камеру достигнут еще более глубокий минимум, логический блок подключается к элементу 17 и так периодически управляет подачей воздуха как по камерам, так и общей. Минимизация функции может быть зафиксирована последовательным реверсированием воздействий на элементы 13 и 17.Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с прототипом обеспечивается не только поддер10 2003928 Формула изобретения 15, . еограничениях минимизируют значение. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРУБЧАТОЙ функции Й102+ Н 2 где 02, Н 2 - значеПЕЧЬЮ путем регулирования поограниче- ния измеренных концентраций кислорода виям производительиости, разрежения, и водорода е продуктах сгорания, А - козф.содержания кислорода в продуктах сгорафициент, равный 0,076 - 0,106, если значения, распределения воздуха по камерам и ния Ог, Н 2 измерены в мас 4, и равный - расхода общего воздуха, отличающийся, 0;0108-0,0132,еслизначения 02, Н 2 изметем, что, с целью повышения точности, до- рены в об., последовательно изменяя , полнительно измеряют содержание водо- расход общего воздуха и его распределерода в продуктах сгорания и в эаданных 25 ниепо камерам. Составитель Н, Подборнова Техред М.Моргентал Корректор М, Самборск Редактор Т, Лошка Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 аказ оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 жанием параметров процесса в заданных ограничениях, но и поиском оптимального режима минимизации непрореагировавших продуктов. В результате экономятся топливно-энергетические ресурсы за счет минимизации кислородной составляющей. Присутствие водородной составляющей подавляет процесс окисления азота, и, таким образом, достигается экологиче.ская целесообразность внедрения способа и его преимуществ по сравнению с прототипом,(56) Авторское свидетельство СССРМ 1038726, кл. Р 23 й 3/00, 1983,"Нефть, газ и нефтехимия за рубем ом,М 3. Переводное издание журналов США,5 1987, с,.124.Авторское свидетельство СССРМ 1312326, кл. Р 23 И 3/00, 1981.Авторское свидетельство СССРВ 939870, кл, Р 23 И 3/00, 1982.10 "Нефть, газ и нефтехимия за рубежом",М 3, Переводное издание журналов США,