Способ автоматического регулирования соотношения топливо - воздух в многозонной печи

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАР СТ В Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4827424/06 (22) 21.05.90 (46) 07.07.92. Бюл. ¹ 25 (71) Нижнеднепровский трубопрокатный завод им.КарлаЛибкнехта (72) А. В. Буряк, А. С. Вавилин, А. К, Ващенко, В. И. Гуданец, И. И. Иванов, С. П, Кодак, А, Г. Парасюк, В. И. Терентьев и В, Д, Яременко (53) 621,182.26(088.8) (56) Коганов В. Ю., Блинов О. М., Беленький

А, М, Автоматизация управления металлургическими процессами. — M,: Металлургия, 1974, с, 319.

Авторское свидетельство СССР

N- 918690, кл, F 23 N 1/02, 1980.

Изобретение -огносится к методам управления сжиганием топлива в пламенных печах и может быть использовано в металлургии и машиностроении.

Известен способ автоматического регулирования соотношения топливо-воздух в проходной печи, включающий измерение расходов воздуха и топлива в зонах, определение отношения расходов воздуха и топлива в каждой зоне-и изменение расхода воздуха при отклонении указанного отношения от заданного значения.

В способе не учитывается избыточный воздух или продукты неполного сгорания топлива, поступающие в зону иэ предшествующих зон, Изменение соотношения тепловых мощностей эон приводит к отклонению суммарного коэффициента расхода воздуха от оптимального и увеличению. Ж 1746143 А1 (я)з F 23 и 1/02, G 21 D 9 /00 (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 подачи избытка воздуха.

Согласно способу автоматического регулирования соотношения топливо †возд в многозонной печи измеряюi 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.

Применение 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 них

1746143 соотношение газ-воздух в данной зоне значительно отклоняется от стехиометрического. Так, если заданный коэффициент расхода воздуха в предшествующей зоне больше, чем в данной. коэффициент расхо- 5 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- 10 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- 15 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- 20 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, 25

Целью изобретения является повышение точности регулирования, сокращение удельных расходов топлива. предотвращение недожога. и нарушения стабильности горения. 30

Сущность 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- 40 ха и топлива в смежной предшествуюшей зоне путем перераспределения суммарного расхода воздуха между данной и смежной предшествующей зонами, При этом подачу воздуха уменьшают в зону с большим за- 45 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 этим неплановых простоев печей также позволяет сократить удельные расходы топлива, Способ осуществляется следующим образом. Зональным системам регулирования устанавливают заданные отношения расхозн .зн. дов воздуха и топлива й1 „... а

Измеряют расходы газа и воздуха в каждую зону, оценивают отношения расходов воздуха и топлива в каждой зоне после первой по сумме расходов в данной зоне и предшествующих ей зонах.

При отклонениях этих отношений от заданных значений изменяют подачу воздуха в зоны до устранения отклонений.

Одновременно сравнивают отношение расходов воздуха и топлива в горелки каждой зоны после первой а "2,.„, а "I co стехиометрическим соотношением и при отклонении до предельного расхода воздуха изменяют отношения расходов воздуха и топлива в смежной предшествующей зоне.

3, зн.

При его повышении в условиях а > а максимально допустимого гх макс увели ,пред чивают заданное отношение расходов воздуха и топлива в смежной предшествующей зоне, увеличивают расход воздуха в нее и уменьшают на ту же величину в данную зону, стабилизируя а " на уровне пред гх 1мако

При снижении отношения тепловых мощностей предшествующей и данной зон величину коррекции 03" уменьшают постепенно до О поддерживая в дальнейшем заданные с 1 и a i-1 в зонах. При

5Н зн, уменьшении а до минимально допустимого а пР мин К вЂ” заданное отношение а -1 в смежной предшествующей зоне уменьшают, на одинаковую величину уменьшают расход воздуха в предшествующую зону и увеличивают в данной до обеспечеи. пред. и ия Q i (X !мин.

При уменьшении тепловой мощности предшествующей зоны или увеличении ее в данной отношение расходов воздуха и топлива в предшествующей зоне уменьшают до г3 -1, поддерживая в дальнейшем заданзн зн. ные отношения значения cx I и а

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство включает зональные расходомеры 1(16 и т. д, по количеству отапливаемых зон) газа, сумматоры 2(17),.задатчики

3(18) газ — воздух, блоки 4(19) умножен ия, расходомеры 5(20) воздуха, сумматоры

6(21), блоки 7(22) сравнения, блоки 8(23) переключения, регуляторы с усилителями

9(24), исполнительные механизмы 10(25), исполнительные органы 11(26) расхода возду1746143

20

30 ха в данной зоне, что снижает с датчика на входе сумматора 6. Регулятор прекращает работу при балансе сигналов с блоков 4 и 6.

Расход воздуха на данную зону уменьшает35 ся на ту же величину, на которую увеличива- . ется на смежную предшествующую зону.

Одновремечно снижается сигнал от расходомера 5 на входе блока 14. При балансе сигналов от блоков 5 и 13 на входе

40 блока 14 (при расходе воздуха в данную зону, равном максимально допустимому) регуляторы 24 и 9 прекращают изменение подачи воздуха в зоны. При превышении сигналом от блока 13 сигнала от расходоме45 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 коэффициенте расхода воздуха а " ли меняется на обратный знак коррекции расхода воздуха в. предшествующей зоне и работа системы осуществляется аналогично.

55 Испытания выполнялись на кольцевой печи 18,2 м кольцепрокатной линии для нагрева заготовок из углеродистых и легированных сталей до 1150 — 1260 С. Печь имеет 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).

Расходомеры 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 6 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 t3. 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 рабо ает 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 Q 4ин, а в противпред ном случае — максимально допустимое

d р д е с. 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 16, после чего в блоке 7 сравниваются сигналы с блоков 6 и 4..При коэффициенте расхода воздуха в горелки пред смежной последующей зоны а мин а "i+1< а "Р д е е 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 газа и воздуха в предшествующие зоны. Блоки

16-30 базовой системы в смежной предшествующей зоне работают аналогично.

Произведение сигналов расходомера 1 и задатчика 12 пос1упает 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 "Р дме„ 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 возду1746143 емых зон принята по ходу металла. Заданный коэффициент расхода воздуха а =1,0; сг2=1,2; гх з= а 4=0,8, Предварительно были определены значения максимально и миним ально допустимого коэффициента расхода воздуха на горелки и " ди =0,6 и а " дмдк =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 I — 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 и

lll зоны: 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;: "+320+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 в III зоне повышением расхода воздуха в нее на 7170-6950=220 м/ч и поддерживали расходы воздуха в III зоне на уровне: 2510+220=2730 м /ч, а во !! зоне—

6950 м /ч. Затем определяли требуемый расход воздуха в зону:(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 во II зоне, снижая подачу воздуха в нее на

1530-2060= — 530 м /ч и поддерживая в I зоне. расход воздуха 2060 м /ч, При расходе воздуха во II зону 6950 — 530=6420 м /ч коэффициент расхода воздуха по подаче в ней составлял а "z =1,5, что ниже максимально допустимого, Поэтому уменьшали соотношение расходов воздуха и газа в III зону до требуемого а з=0,8 путем снижения расхода воздуха в нее с 2730 до 2510 м /ч, а во il зону 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 z =1,15, а з=0,8 и коэффициентах расхода воздуха по подаче а"!= 0,6; а " = 1,6; а "з= а "а= 0,8.

Температура уходящих продуктов сгорания в дымопаде составила 930-940 С, образования коптящего факела в I зоне и догорания топлива в методической зоне не наблюдалось. Во !! зоне 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; з

1,2; 0,8; 0 8). Расходы воздуха e — И зоны поддерживались 1530, 7170, 2510, 1725 м /ч.

При этом в !-й зоне коэффициент расхода воздуха по подаче составил 0,45, вслед20 ствие образования коптящих факелов от горелок зоны наблюдались выбивания недогоревшего топлива через неплотности I u методической зон, следы СО обнаружены в борове после дымопада. Периодическое по25, гасание,горелок !! зоны по причине большо-, го коэффициента расхода воздуха на них { а2 " = 1,7 потребовало оперативного вмещательства нагревальщиков. При указанных расходах .топлива по зонам и

30 производительности 40 заготовок в час температура их на выдаче составила 1220—

1230" С; перепад по сечению — 40 — 50 С. Кондиционный нагрев металла был достигнут при расходах топлива на — IV зоны 470, 450, 210 м /ч соответственно и расходах воздуха

2670, 7400, 2590, 1650 м /ч. При этом продуктов неполного горения в дымопаде и боровах не обнаружено. Наблюдалось интенсивное догорание топлива примерно до середины методической зоны и периодические срывы факелов с горелок II зоны.

Температура продуктов сгорания в дымопаде составила 1070-1100 С, Удельный расход топлива 123,8 кг у,т./т.

Применение способа позволяет повысить точность ре.гулирования, снизить удельный расход топлива на 10-11%, предотвратить недожог топлива и обеспечить условия устойчивого его горения.

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования соотношения топливо — воздух в многозонной печи, включающий измерение s каждой зоне расходов топлива и воздуха, определе55 ние отношения расходов воздуха и топлива в каждой зоне после первой по сумме расходов в данной зоне и предшествующих ей зонах, изменение расхода воздуха при отклонении указанного отношения от задан1746143

Гневная иредшесп буюя и я (f)3 ф

Составитель А.B.Áóðÿê

Техред М.Моргентал

Редактор О,Хрипта

Корректор А. Ворович

Заказ 2384 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,.101 ного значения, отл ича ю щи йся тем.. что, с цепью повышения точности регулирования, сокращения удельных расходов топлива, предотвращения недожога и нарушения стабильности горения, при отклонении отно- 5 шения расходов воздуха и топлива в каждой .. зоне после первой от стехиометрического соотношения до предельного расхода воздуха в смежной предшествующей зоне изо о ,П,аниеN (i- ая) Зона щ1

И

Ъ Ю ь.

«

Ф

% я

Ь

° %

И меняют отношение расходов воздуха и топлива путем перераспределения суммарного расхода воздуха между данной и смежной предшествующей зонами, причем подачу воздуха умень шают в зону с большим заданным отношением расходов воздуха и топлива и увеличивают в зону с меньшим заданным отношением, 9

«/1

9 z ро

° ФФф

Е

< eJ

Ch («3

С9

Ж