Устройство для регулирования температуры ваграночного дутья

СОЮЗ СОВЕТСКИХСООИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 80 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАН 1 ВАГРАНОЧНОГО ДУТЬЯ54) УС ЕМПЕРА наоия тики возд обор сжиг В.Н.И ельн уменьшеоздухом, тво изоб торы Металс. 111 3 СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Киевский институт автоим, ХХЧ съезда КПСС(57) Изобретение относитсярованию температуры нагревав ваграночном рекуператоре,ванном топочной камерой дляваграночного газа и дополнитоплива. Цель изобретенияние потерь тепла с горячимудаляемым в атмосферу. Суще1314213 ретения заключается в том что в установившемся рьжиме температура ваграночного дутья равна заданному значению. Температура труб рекуператорав этом случае может быть равна предельному задаваемому значению илименьше его. В последнем случае навыходе регулятора 18 имеет место нулевой сигнал и регулирующий орган 23в отводящем патрубке закрыт. Регулирующий орган 11 дополнительного топлива занимает промежуточное положение. Увеличение поступления тепла втопку, например за счет повышениятеплоты сгорания газа, вызывает повышение температуры труб рекуператора, измеряемой датчиком 19 Сигналрассогласования с регулятора 18 пос -Изобретение относится к управле-. нию теплообменными аппаратами, а имен.но к регулированию температуры нагрева воздуха в ваграночных рекуператорах оборудованных топочной камеройдля сжигания ваграночного газа и дополнительного топлива,Целью изобретения является умень-.шение потерь тепла с горячим возду-.хом, удаляемым в атмосферу.На фиг. 1 приведена зависимостьрасхода воздуха через рекуператор(линии 1 и 2) и расхода воздуха через отводящий патрубок (линии 3 и 4)от расхода ваграночного дутья длядвух различных значений А (А ) А ),на фиг. 2 - зависимости температурынагрева воздуха (д) в рекуператореот расхода ваграночного дутья прифункционировании устройства (ломанные линии 5 и б относятся соответственно к двум значениям минимального расхода воздуха через рекуператор А, и А ), на фиг 3 - блок-схема предлагаемого устройства,Устройство содержит последовательно соединенные датчик 7 температуры ваграночного дутья и первый (аналоговый) регулятор 8, выход которого подключен к второму входу четвертого (пропорционального) регулятора 9. Выход регулятора 9 через первый исполнительный механизм 10 связан с регутупает на регулятор О, который перемещает исполнительным механизмом 22регулирующий орган 23 в сторону открытия. Количество воздуха через рекуператор ув чичивается, что снижаеттемпературу труб. При изменении расхода ваграночного дутья, измеряемогодатчиком 17, изменяется сигнал на входе сумматора 13 блока 12 коррекции.Сигнал через инвертор 14 поступает навход регулятора 9 Выбор знака и величины корректирующего воздействияосуществляется нуль-органом 16 и переключателем 15, Сигнал с выхода регулятора 9 через исполнительный механизм 10 изменяет положение регулирующего органа 11, изменяя расход дополнительного топлива, 3 ил,лирующим органом 1 дополнительноготоплива. Выход датчиков положенияисполнительного механизма 10 (не показан) соединен с третьим входом регулятора 9, Первый вход регулятора 9подсоединен к выходу блока 12 коррекции. Блок 12 коррекции содержит последовательно соединенные сумматор13, инвертор 14 и двухпозиционный пе 1 О реключатель 15, выход которого является выходом блока 12 коррекции, приэтом выход сумматора 13 дополнитель -но соединен с вторым коммутируемымвходом переключателя 15, управляющий,1 4,вход которого через куль-орган 16связан с выходом сумматора 13. Двавхода сумматора 13, являющиеся входами блока 12 коррекции, соединены свыходами датчика 17 расхода ваграночного дутья и третьего (аналогового) регулятора 18, на вход которогоподключен датчик 19 температуры трубрекуператора. Выход регулятора 18подсоедипен также к второму входу",второго регулятора 20, к третьему вховходу которого подсоединен выход датчика 2 расхода воздуха, удаляемогов атмосферу, а к первому - выход датчика 17 расхода ваграночного дутья" Выход регулятора 20 через второй исполнительный механизм 22 связан срегулирующим органом 23, установленным в отводящем патрубке,-етИ, (Р) = е Ка 2ТР+1 инвертора. 3Устройство реализуется с помощью стандартной серийно выпускаемой аппаратуры. Измерение температур горячего дутья и труб рекуператора может осуществляться с помощью комплекта, состоящего из термопары и измерительного преобразователя с унифицированным выходным сигналом 0-5 мА, например преобразователя типа Ш 72 либо преобразователя Ф 7025. Для из мерения расходов могут быть применены преобразователи разности давления САПФИРДЦ или дийманометры из ГСП с унифицированным выходным сигналом 0-5 мА, например, типа ДМ-ЭР, Управляющие логические и преобразующие функции могут осуществляться с помощью соответствующих блоков системы АК ЭСР, КАСКАД либо средствами микропроцессорной техники, например, сис темы РЕМИКОНТ.В качестве аналоговых регуляторов 8 и 18 могут использоваться, например, регуляторы РБА, Р 12 и т.п. Ре - гулятор 20 в зависимости от типа исполнительного механизма (электрический, пневматический) может быть импульсным типа РБИ либо аналоговым РБА. В качестве пропорционального регулятора 9 может быть применен также импульсный регулятор типа РБИ с обратной связью по положению регулирующего органа, Блок 12 коррекции легко реализуется, например, с помощью одного многофункционального блока 35 БСГ системы АКЭСР, имеющей в своем составе два сумматора входных сигналов "Нуль-орган" с гистерезисом и контактным выходом, который выполняет функцию двухпозиционного переклю чателя 8. Второй сумматор в балоке БСГ можно использовать в качестве Зависимости (фиг. 2) построены на .45 основании экспериментальных и расчетных материалов. На основании анализа этих зависимостей можно сделать вывод, что для компенсации возмущений, вызванных изменением расхода ваграночного дутья, требуется корректирующее звено со сложной передаточной функцией. В точке излома зависимостей коэффициент передачи передаточной функции звена должен изменяться как по абсолютному значению, так и по знаку воздействий.Передаточная функция корректирующего звена должна имет вид 41,1 (р): з 1 дп(Ч -А)-дв-( ) эоЯ где И (Р)и И (Р) - пер едаточные функциио 2по температуре дутья при изменении соответ ственно расхода ваграночного дутья и расхода дополнительного топлива, например природного газа где Т Т 2 - постоянные времени объекта (ТТ = 10212 мин),с, - запаздывания ( с Т1,2 - 1,5 мин) .Выходной сигнал корректирующегозвена должен подключаться не к входурегулятора температуры (как в известном решении), а к входу регулятора,изменяющего расход природного газа,В связи с тем, что величины запаздываний и постоянных времени объекта по двум приведенным каналам отличаются несущественно, передаточнуюфункцию корректирующего звена можнопредставить в виде Я (Р)=з 1 яп(Ч - А) в =зхдп(Ч - А)К К об К вг К Э 2 кВф а 2где К и К - коэйфициенты передааб а 2чи объекта при изменении соответственно расхода дутья и газа, причем положительное корректирующее воздействие при условии Ч - А ( О, а отрицательное - при Ч в А, К - коэффициент передачикорректирующего зйена. В момент перехода статической характеристики через точку перелома должно изменяться также и численное значение коэффициента передачи.Таким образом, передаточная функция корректирующего звена, обеспечивающая инвариантность температуры ваграночного дутья от изменений его расхода, аппроксимируется усилитель4213 6вая тем самым изменение его выходнойвеличины. При этом возникает сигналрассогласования на входе пропорцио-нального регулятора 9, который с помощью исполнительного механизма 20перемещает регулирующий орган 11 дополнительного топлива на величину,пропорциональную рассогласованию.Изменение выходной величины регуля- О тора 8, а следовательно и перемещениерегулирующего органа 11 происходитдо тех пор, пока не исчезнет сигналрассогласования на входе регулятора8, т.е. при равенстве текущей и за данной температуры дутья, Параметрынастроек регуляторов 8 и 18 устанавливают с учетом динамических свойстврегулируемых параметровПри этом регулятор 18 как более быстродействую рий эффективно компенсирует все возмущения, вызванные изменением теплоты сгорания ваграночного газа, чемспособствует стабилизации температуры ваграночного дутья.25 Рассмотрим реакцию системы на второе характерное возмущение-изменениерасхода ваграночного дутья, При изменении расхода дутья, например, вменьшую сторону изменяется сигнал на 30 входе блока 12 коррекции (входе сумматора 13), Выходная величина сумматора 13, пропорциональная корректирующему воздействию, непосредственно или через инвертор 14 поступает 35 на вход пропорционального регулятора9. Выбор знака и величины корректирующего воздействия (установление нахождения объекта на правой или левойветви статической характеристики) 40 осуществляется с помощью нуль-органа 16 и двухпозиционного переключателя 15. Выходное реле нуль-органа1 б срабатывает, например при Ч -МОи находится в обесточенном состоянии 45 при Ч- А - О. На входе регулятора,9 суммируются сигналы в соответствиис выражением 131 лива занимает некоторое промежуточное положение. Пусть в этом состоянии в топку поступает ваграночный газ с низкой теплотой сгорания.Рассмотрим реакцию системы на повышение теплоты сгорания ваграночного газа. Предполагается, что ваграночный газ полностью дожигается в топочной камере в результате функционирования соответствующей системы управления, Увеличение поступления тепла в топку приводит к возрастанию теплосодержания продуктов горения на выходе из нее, что вызывает также повышение температуры труб рекуператора. На входе аналогового регулятора 18 возникает сигнал рассогласования и выходной сигнал на выходе эгого регулятора начинает увеличиваться. При этом появляется сигнал рассогласования на входе регулятора 20, который с помощью исполнительного механизма 22 начинает перемещать регулирующий орган 23 в сторону открытия, Количество воздуха, проходящее через рекуператор, увеличивается вызывая тем самым снижение температуры труб рекуператора. Регулятор 20 перемещает регулирующий орган 23 до тех пор, ,пока не устранит сигнал рассогласования на входе регулятора 18.В связи с большой инерционностью (Т = 10-12 мин) и запаздыванием ( Т = 1,2-1,5 мин) температура ваграночного дутья в результате функционирования регуляторов 18 и 20 может вообще не отклониться от задания или это отклонение будет незначительным. При возникновении этого отклонения появляется сигнал рассогласования на входе аналогового регулятора 8, вызыным звеном с изменяющимся коэффициентом усиления по знаку и величине взависимости от теплового состояниятруб рекуператора,Устройство функционирует следуюв щим образом.В установившемся режиме (статика) температура ваграночного дутья равна заданному значению (Сц = К ); температура труб рекуператора в этом случае может быть равна предельному задаваемому значению или меньше его, В последнем случае выходная величина регулятора 18 равна О, а это означает, что регулирующий орган 23 в отводящем патрубке закрыт. Регулирующий орган 11 дополнительного топ,) Е = К (Ч, -А)+К Е -КдЧт50 при условии, что Ч -А ) 0 и Е = -К (Ч -А)+К Е -К Ч кб 1 вых 2 Ч при условии, что Ч - А С 0 где Е , - выходной сигнал аналогового регулятора 8,К, К - коэффициенты пропорциональности.Различные значения коэффициентов пропорциональности Ки К объясняюткб кВся различием наклона статической характеристики до и после ее перелома (фиг. 2) .5Включение параметра А в уравнение статики обеспечивает безударное прохождение точки перелома статической характеристики объекта регулирования. Из анализа уравнения статики ясен О физический смысл компенсации возмущений, вызванных изменением расхода ваграночного дутья. При любых изменениях расхода дутья пропорциональный регулятор 9 практически мгновенно 15 изменяет расход дополнительного топлива в топочную камеру, в результате чего температура дутья сохраняется практически неизменной.Таким образом, введение блока кор рекции в состав устройства обеспечивает инвариантность регулируемой температуры ваграночного дутья от изменений его расхода,Высокое качество регулирования температуры дутья с помощью устройства приводит к улучшению технико-экономических показателей ваграночного производства, а именно снижению расхода дополнительного топлива, сниже- ЗО нию удельного расхода кокса, увеличению срока службы труб рекуператораи др.Формула изобретения 35 Устройство для регулирования температуры ваграночного дутья преимущественно в рекуператоре с топочной камерой для сжигания колошникового 3 газа и дополнительного топлива, содержащее последовательно соединенныедатчик температуры дутья и первыйрегулятор, первый исполнительный ме-.ханизм, соединенный с регулирующиморганом на трубопроводе дополнительного топлива, последовательно соединенные датчик расхода ваграночногодутья, второй регулятор, второй исполнительный механизм, регулирующийорган в отводящем патрубке, соединяющем трубопровод горячего дутья сатмосферой, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью уменьшения потерьтепла с горячим воздухом, удаляемымв атмосферу, оно снабжено датчикомтемпературы труб рекуператора, третьим и четвертым регулятора 1 я, датчиком расхода горячего воздуха, удаляемого в атмосферу, блоком коррекции, датчиком положения исполнительного механизма, причем датчик температуры труб рекуператора соединенс третьим регулятором, выход которого подсоединен к второму входу второго регулятора, датчик расхода горячего воздуха, удаляемого в атмосферчподсоединен к третьему входу второгорегулятора, два входа блока коррекции соединены с выходами третьегорегулятора и датчика расхода вагра -ночного дутья, выход блока коррекциисоединен с первым входом четвертогорегулятора, причем второй вход четвертого регулятора соединен с выходом первого регулятора, его выход .соединен с первым исполнительным механизмом, а выход датчика положенияэтого механизма соединен с третьимвходом четвертого регулятора,