Система автоматического регулирования соотношения топливовоздух нагревательного устройства

. ООВЮАВЮЕСКИПРЕСПУБЛИК 6% (11)3 М 1/02 БРЕТЕНИЬСТВУ нов ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии(54) (57) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ ТОПЛИВО .ВОЗДУХ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА,содержащая датчик расхода воздуха,датчик расхода топлива с блоком извлечения корня и задатчик соотношения топлива - воздух, связанные срегулятором, соединейным с исполнктельным механизмом на линии подачивоздуха в .нагревательное устройство,датчик и задатчим содержания кислорода в отходящих продуктах горения,соединенные с корректирующим блоком,связанным с регулятором, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, онасодержит датчики температуры, давления воздуха, вычислительный блок ивторичный прибор приведенного расхода воздуха, датчики температуры, давления, плотности топлива, вычислительный блок и вторичный прибор приведенного расхода топлива, пять блоков умножения, три блока деления изадатчик расчетной плотности топлива, причем датчики температуры, дав-ления и расхода воздуха соединены с,вычислительным блоком приведенного расхода воздуха, соединенного через вторичный прибор приведенного расхо" да воздуха с первым входом регулятора, первые выходы датчиков температуры и давления топлива соединены с вычислительным блоком приведенного расхода топлива, второй выход датчика температуры соединен вместе с выходом датчика плотностИ топлива с входами первого блока умножения, выход которого совместно с вторым выходом датчика давления топлива соФ единен с входами первого блока деления, первый .выход которого вместе с первым выходом задатчика расчетной плотности топлива соединен с входами второго блока деления, выход которого соединен с вычислительньм блоком приведенного расхода топлива выход которого вместе с выходом блока извлечения корня соединен с входами второго блока умножения, соединенног со вторичным прибором приведенного расхода топлива, а вторые выходы пер вого блока деления и задатчика расчетной плотности топлива соединены с входами третьего блока деления, выход которого вместе с выходом задатчика соотношения топливо - воздух соединен о входом третьего блока умножения, выход которого совместно с выходом корректирующего блока соединен с входами четвертого блока умно.жения, выход .которого вместе с выхоком вторичнОго прибора приведенного расхода топлива соединен с входами пятого блока умножения, выход кото- рого соедине торьм входом регу.лятора.Изобретение относится к областирегулирования процесса горения газо-образного топлива, сжигаемого в нагревательных устройствах, и можетбыть использовано в черной и цветной металлургии, а также в другихотраслях промышленности,Известна система автоматическогорегулирования соотношения топливовоздух нагревательного устройства,содержащая датчик расхода воздуха,датчик расхода топлива с блоком извлечения корня и датчик соотношениятопливо - воздух, связанные с регуля 1 тором, соединенным с исполнительныммеханиэмом на линии подачи воздуха 15в нагревательное устройство, датчики эадатчик содержания кислорода вотводящих продуктах горения, соединенные с корректирующим блоком, свяэанньж с регулятором Г 1 . 20Недостатком системы является то,что при колебаниях теплоты сгораниятоплива, влияющих на стехиометрическое отношение топливо - воздух, онане обеспечивает высокую точность регулирования процесса горения,Кроме того, коррекция соотношенияосуществляется только по отклонениювыходного параметра процесса, причемпараметра инерционного: содержаниякислорода. Из теории управления известно, что в этом случае запаздывание результата измерения приводит кдополнительной динамической погрешности, понижающей качество регулиро.вания и затрудняющей его практическую реалиэацию, Погрешность можетбыть уменьшена только за счет допол"нительного ввода в систему опережающей информации о входных возмущениях1 в данном случае по отклонению состава или тЕплоты сгорания топлива,влияющих на соотношении топливовоздух, с последующей их компенсацией,. При этом, обязательным условиемявляется то, что входные параметрыносители информации должны быть менее инерционны, чем выходной параметр.Цель изобретения - повышение точности регулирования. 50Указанная цель достигается тем,что система автоматического регулирования соотношения топливо - воздухнагревательного устройства, соцержащая датчик расхода воздуха, датчикрасхода топлива с блоком извлечениякорня и эадатчик соотношения топливо - воздух, связанные с регулятором, соединенным с исполнительныммеханизмом на линии подачи воздухав нагревательное устройство, датчик 60и задатчик содержания кислорбда вотходящих продуктах горения, соединенные с корректирующим блоком, связанным с регулятором, содержит датчики температуры, давления воздуха, вычислительный блок и вторичный прибор приведенного расхода воздуха, датчики температуры, давления, плОтности топлива, вычислительный блок и вто-..ричный прибор приведенного расхода ,топлива, пять блоков умножения, три блока деления и задатчик расчетной плотности топлива, причем датчики температуры, давления и расхода воздуха соединены с вычислительным блокомприведенного расхода воздуха, соединЕнного через вторичный прибор приведенного расхода воздуха с первым входом ре гулятора,первые выходы датчика тепературы и давления топлива соединены с вычислительным блоком приведенного расхода топлива, второй выходдатчика температуры соединен вместес выходом датчика плотности; топливас входами первого блока умножения, выход которого совместно с вторым выходом датчика давления топлива соединен с входами первого блока деле,ния, первый выход которого вместе с первым выходом задатчика расчетнойплотности топлива соединен с вычислительным блоком приведенного расхода топлива, выход которого вместе с выходом блока извлечения корня соединен с входами второго блока умножения, соединенного с вторичным прибором приведенного расхода топлива,а вторые выходы первого блока деленияи задатчика расчетной плотности топ" лива соединены с входами третьего блока деления, выход которого вместе с выходом задатчика соотношения топливо - воздух соединен с входомтретьего блока умножения, выход кото .торого совместно с выходом корректирующего блока соединен с входами четвертого блока умножения, выход которого вместе с выходом вторичногоприбора приведенного расхода топлива соединен с входами пятого блока умно-. жения, выход которого соединен с вторым входом регулятора.На чертеже изображена функциональная схема системы автоматического регулирования соотношения топливо- воздух нагревательного устройства.Нагревательное устройство 1 оснащено горелкой 2 и газопроводом Э.Измерительная диафрагма 4 соединенас датчиком 5 расхода топлива блоком бизвлечения корня, блоком 7 умножениявторой блок умноженияи вторичнымприбором 8 приведенного расходатоплива,Датчик .9 давления топлива черезвторичный прибор 10 и датчик 11 температуры через вторичный прибор 12соединены с вычислительным блоком 13приведенного расхода топлива,Датчик 14 плотности топлива черезвторичный прибор 15 соединен с первым блоком 16 умножения, к второмувходу которого подсоединен второй вы1059354 25ти Рт т (9)Гт -рд5 тгде КВ - коэффициент пропорциональности)7 - действительная температураттоплива в рабочих условиях, К)Р - действительное давлениеттоплива в рабочих условиях, кгс/мАнализ действия механизма компен сации по измеряемым "помехам давлению ц температуре.Например,при аеличении давления действительная плотность топлива увеличивается, а так как они находятся соответственно в знаменателе и числителе уравнения (9 ), то взаимно компенсируются, чем исключают погреш ность. При увеличении температуры плотность уменьшается, а их произведение не изменяется.Таким образом, правая часть уравнения (9) позволяет непрерывно контролировать теплоту сгорания топлива по величине рдт с автоматической компенсацией влияния давления и температуры на плотность, а значит и на результат измерения.Подставляя значение р из уравнениенд (9) в уравнение (8), получим выражение алгоритма автоматической коррекции соотношения топливо - воздух по колебаниям теплоты сгорания топлива,9 т )тЧв за р в т)нп нрТ Т где р- действительная плотностьндТтоплива, приведенная кнормальному состоянию,кг/нм 3Кт - постоянный коэффициент)Та же зависимость для заданной(расчетной )плотности топлива, приведенной к нормальному состоянию З 5 ндвеличина Я и з уравнении (5) от" 40 клоняется от заданного (расчетного) значения в основном в результате ко. лебаннй состава топлива. При этом соответственно изменяется связанная с ней линейной з ависимостью действительная плотность ртнд, измеряя которую и сравнивая по соотношению с заданной (расчетной )плотностью можно непрерывно и практически беэынерционно контролировать отклонения теплоты сгорания топлива, а значит и вводить автоматическую коррекцию в заданное соотношение топливо - воздух.На основании изложенного, а также с учетом уравнения (5 ) и зависимостей (6 ) и (7 ) выражение для скор ректированнога соотношения топливо- воздух примет вид Подставим значение К"ОР в уран-; нение (4 )Н СОР,йРт н 5Известные системы регулирования не позволяют осуществлять автоматическую коррекцию непосредственно по этому показателю, а ручная коррекция невозможна из-за стохастического ха" рактера возмущений.Поэтому перспективной является система автоматического регулирова- ния, основанная на косвенном контроле й , определяемой по непрерывно,15 измеряемым параметрам топлива: давле- нию, температуре и плотности, сравниваемой с заданной (расчетной )плотностьюНа основании свойств природного 20 газа наиболее широко применяемого .газообразного топлива, зависимость между плотностью и тейлотой сгорания. можно представить в виде н скадар- дф"дк(т 60 Т 9 т В рабочих условиях с помощью дат-. .чика плотности измеряют не ) д,а действительное значение плотностй толлива р Однако простая замена в уравнении (8 ) первой на вторук приводит кдополнительной методической погрешности результата измерения, так какв отличие от зависимости (6 ) действительная плотность (с учетом уравнения состояния газа) зависит от гавления,температуры и теплоты сгорания,т,е. является Функцией трех параметрову":т (Рд, тд, а"д),ГВ инФормационном стволе для сФор-.мулированной выше задачи контролятеплоты сгорания, первые два из нихдпомехи, а третий -полезная информация.Для Формирования сигнала измеренияв виде однопараметрической зависимости р =У (я д)идентичной уравнению(6 ), необходима автоматическая компенсация методической погрешности,вызванной влиянием этих помех наплотность, что реализуется выражением,В 21 (11) 21- О или о(,(13)1 1-К 0 где 50 Система корректирует соотношение топливо - воздух и по выходному параметру - содержанию кислорода в отходящих продуктах горения.В сочетании с коррекцией по входным возмущеййям этот показатель расширяет 5 возможностй алгоритма (10), который тогда принимает видРТ теКэ Рэав РК нРгде Й- заданное содержание кисл ЗРДлорода в отходящих про- (5дуктах горения,Ъ;Й - действительное содержа 2ние кислорода в отходя-щих продуктах горения,Ъ;Примение показателя О в виде ;щ величин (а не разности, как в известных технических решениях) обосновано следующим образом.При полном сгорании топлива коэффициент избытка связан с содержанием Ог в продуктах горения известным уравнением где к 4 - постоянный коэффициент, 35Эксйериментально установлено, что коэффициент избытка воздуха в раба" чем пространстве агрегатов при любом способе сжигания топлива изменяется л в пределах Ф= 1,05: -1,5, 40В этом диапазоне, зависимость о =14 (эг) линейна и уравйение (131 можно аппроксимировать уравнением прямой45 о(= )+ К О, 14 К - постоянный коэФФициент1 - значение коэффициента из бытка о (при стехиометрическом соотношеиКи ). ФИз уравнения 14 следует,что если ,о - о - 1, то ОО г - О,Но это теоретический предел, который по условиям смещения недостижим. Обычно при сжигании топлива (кроме специальных случаев ) значение с фв то(" 11 (для газообразного топлива) с(эц= 1,05 : 1,1 , а содержание 60 ОЭга Ъ ОсгтО, Этим и определен нижниа предел указанного диапазона измене-. ния оСВ.В этом диапазоне значение оС при известных обэп и Од, можно апре; 65 делить по измеренному значению ОА изгпропорции оЗР эхВ( 1)2а значит и более точно.контролировать отклонение от заданного значения.Алгоритм коррекции (11), реализованный в системе регулирования соотношения топливо - воздух, позволяетподдерживать коэффициент избытка воздуха на заданном оптимальном уровне путем коррекции соотношения по колебаниям теплоты сгорания топлива ипо отклонению содержания кислорода впродуктах горения,Система регулирования соотношениятопливо - воздух работает следующимобразом.Нагревательное устройство 1 оснащено горелкой 2,к которой по газопроводу 3 и воздухопроводу 25 поступаеттопливо и воздух в соотношении, установленном задатчиком 21 с учетомнеобходимого коэффициента избытка,воздуха, а также задатчиком 18, учитывающим расчетную теплоту сгораниятоплива,При отклонении теплоты сгоранияот заданного (расчетного) значениясоответственно изменяется действительная плотность .топлива, что приводит к разбалансу.сигналов датчика 14и задатчика 18, Однако действительная плотность зависит также от давления и температуры топлива, чтовносит погрешность, которая устраняется за счет учета значения этихпараметров и вычисления приведеннойдействительной плотности. При этомсигналы давления температуры и действительной плотности с выхода приборов 19, 12, 14, поступают на блоки16 и 17, вычисленное значение приведенной действительной плотности делится в блоке 19 на сигнал задатчика.18 и поступает в вычислительный блок13 и приведенного расхода топлива ссигнала задатчика 21 соотношения.Такой же результат, полученный вблоке 20, перемножается, Их произведение поступает на один из входовблока 23 умножения, на другой вход1 которого подается с выхода корректи рующего блока 39 результат сравнениядействительного содержания кислородав продуктах горения, измеряемого прибором 38 с заданным задатчиком 40Сигнал блока 23 перемножается в блоке 24 с приведенным расходом топлива Ч" и в результате вычисляетсяприведенный скорректированный поотклонению теплоты сгорания и содержания кислорода в продуктах горениярасход воздуха. Сигнал скорректированного расхода воздуха в виде зада-ния на входе регулятора Зб сравнива10 1059354 Составитель И, Аксеноактор Н. джуган Техред М.1(уэьма Билак оррект сное 58 вен бре 804/42 Тир ВНИИПИ ГосУдаР по делам и 113035, Москвааказ го комитета СССРний и открытийРаушская наб, д. тная,г, ужгород, ул ПП "Пате илиа ется с сигналом приведенного расходавоздуха. В зависимости от знака и ве-личины разбаланса регулятор через исполнительный механизм 26 воздействуетна регулирующую заслонку 27 воздуха,изменяя. расход воздуха в соответствии 5с скорректированным заданием,Измерение расходов топливаи возду"ха проиэвоцится измерительными диафрагмами, рассчитанными на определенные параметры (давление, температу Ору, плотность), Однако в рабочих условиях эти параметры меняются в широких пределах что вызывает погрешностьв показании дифманометра.до 30, принаибольших отклонениях параметров.Устранение ошибки, измерения достигается в предлагаемой системе путемкоррекции выходного сигнала дифманометра по действительным значениям параметров, По топливу коррекция расхода осуществляется в вычислительном блоке 13 по измеренным параметрам с последующим перемножением в блоке 7 результата вычислительной обработки и выходного сигнала дифманометра 5 и блока 6. Приведенный расход топлива регистрируется прибором 8.По воздуху коррекция осуществляется в вычислительном блоке 34 по измеренным параметрам, вводимым с приборов 29 и 33 и показаниям датчика рас.- хода с отображением приведенного расхода воздуха на вторичном приборе 35. Осуществление автоматической коррекции с помощью системы регулирования соотношения топливо - воздух позволяет значительно улучшить тепловую работу технологинеских агрегатов и снизить удельный расход условного топлива.