Способ и устройство управления давлением в печи отжига непрерывного действия
Изобретение относится к металлургии. Технический результат - повышение качества управления. Способ включает следующие стадии: определяют расход каменноугольного газа и расход воздуха в каждой секции с использованием датчика расхода каменноугольного газа и датчика расхода воздуха. Суммируют расходы каменноугольного газа и воздуха с получением их общего входного расхода. Вычисляют давление в печи до сгорания, исходя из общего входного расхода каменноугольного газа и общего входного расхода воздуха. Определяют составляющие каменноугольного газа и соотношение каменноугольного газа к воздуху, определяют температуру газа в печи перед сгоранием с использованием термопары. Прогнозируют составляющие газа после сгорания и общий объем газа, исходя из уравнений химической реакции горения и исходя из входных расходов каменноугольного газа воздуха, составляющих каменноугольного газа и соотношения каменноугольного газа к воздуху. Определяют температуру газа в печи после сгорания и вычисляют давление газа в печи после сгорания исходя из давления газа в печи до сгорания, температуры газа до сгорания и температуры газа после сгорания. Вычисляют степень открытия вентилятора отработанного газа исходя из давления газа в печи до сгорания и давления газа в печи после сгорания и используют указанную степень открытия для управления вентилятором отработанного газа. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области плавильных устройств, и в частности к способу и устройству управления давлением в печи отжига непрерывного действия.
Уровень техники
Давление в печи отжига является важным управляющим индикатором. Флуктуирующее давление в печи может оказывать сильное влияние на качество и характеристики продукции. Очень низкое давление в печи может привести к тому, что к оксидированной полосовой стали будет поступать воздух, а очень высокое давление в печи может привести к возникновению потока отработанного газа в следующую секцию печи, что может повредить атмосферу в печи. Вся нагревательная печь для непрерывного отжига разделена на несколько секций, и управление каждой секцией осуществляют независимо, например, относительно расхода каменноугольного газа, температуры и давления. Температурой в широко применяемых в настоящее время печах отжига, главным образом, управляют с применением способа двойного перекрестного ограничения амплитуды. И расход каменноугольного газа, и расход воздуха, поступающего в печь, изменяются в разной степени по мере надобности, что приводит к тому, что объем отработанного газа, получаемого при горении в печи, всегда меняется и, тем самым, приводит к флуктуации давления в печи. В настоящее время, в общем, для управления давлением в существующих печах отжига непрерывного действия обычно используют общепринятый пропорционально-интегрально-дифференциальный (PID) способ двойного перекрестного ограничения амплитуды. Схематичная диаграмма управляющей логики общепринятого PID способа двойного перекрестного ограничения амплитуды показана на фиг.3. Процесс управления заключается в следующем: измеряют температуру в печи с помощью двух термопар соответственно, большее из двух измерений принимают за значимое и отправляют для сравнения с заданным значением температуры в печи, разницу между измеренным и заданным значением принимают в качестве входа на PID-модуль управления; после выполнения операции PID-модуль управления выдает управляющий сигнал на управляющий модуль двойного перекрестного ограничения амплитуды, чтобы тот мог действовать; управляющий модуль двойного перекрестного ограничения амплитуды вычисляет новые установочные значения расхода каменноугольного газа и расхода воздуха и сравнивает новые установочные значения с действительными значениями и выявляет разности между новыми установочными значениями и действительными значениями соответственно, а затем отправляет значения разностей на PID-модуль каменноугольного газа и PID-модуль воздуха соответственно; после выполнения операции PID-модуль каменноугольного газа и PID-модуль воздуха отправляют сигнал, обозначающий необходимость регулирования вентиля управления каменноугольным газом, и сигнал, обозначающий необходимость регулирования вентиля управления воздухом, на их исполнительные механизмы соответственно; и, наконец, исполнительные механизмы вентиля управления каменноугольным газом и вентиля управления воздухом подстраивают вентили так, чтобы сделать текущие реальные значения расхода каменноугольного газа и расхода воздуха соответствующими новым установленным значениям соответственно. Во время регулировки расход каменноугольного газа и расход воздуха, поступающие в печь, все время изменяются. Печь отжига непрерывного действия оборудована множеством топок, загрузка каждой топки постоянно меняется, и объем каменноугольного газа и воздуха в печи постоянно меняется в относительно широком диапазоне, более того, передача давления в печи к точкам измерения занимает небольшое время, помимо этого, печь отжига обладает большой инертностью и естественным запаздыванием. По всем этим причинам обычное управление давлением в печах отжига непрерывного действия не может обеспечить стабильность давления в печи и высокую скорость регулирования.
Раскрытие изобретения
Цель изобретения - предложить способ и устройство для управления давлением в печи отжига непрерывного действия, принимая во внимание влияние теплового расширения газа на давление в печи.
Основная управляющая логика способа управления и управляющего устройства в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, чтобы взять все заданные значения температуры, мощности горелки, расхода каменноугольного газа и расхода воздуха, подаваемых в секции печи, и их действительные значения в качестве входных значений, вычислить текущую оптимальную скорость вращения вентилятора отработанного газа с применением многопараметрического алгоритма прогнозирования и осуществить управление давлением в печи, используя сочетание оптимальной скорости вращения вентилятора отработанного газа и степени открытия регулирующего вентиля. Вычисляя влияние изменения объема газа в печи до и после сгорания на давление в печи и принимая во внимание влияние теплового расширения газа в печи на давление в печи, способ управления и управляющее устройство могут улучшить точность управления и динамический отклик давления в печи.
В одном аспекте изобретения предложен способ управления давлением в печи отжига непрерывного действия, который содержит следующие стадии:
определяют расход каменноугольного газа и расход воздуха в каждой секции с использованием датчика расхода каменноугольного газа и датчика расхода воздуха, расположенных в каждой секции печи отжига непрерывного действия соответственно, складывают расход каменноугольного газа, определенного в каждой секции, чтобы получить общий входной расход каменноугольного газа, складывают расход воздуха, определенный в каждой секции, чтобы получить общий входной расход воздуха, и вычисляют давление в печи до сгорания, исходя из общего входного расхода каменноугольного газа и общего входного расхода воздуха;
определяют составляющие каменноугольного газа и соотношение каменноугольного газа к воздуху с использованием детектора составляющих;
определяют температуру газа в печи перед сгоранием с использованием термопары;
прогнозируют составляющие газа после сгорания и общий объем газа исходя из уравнений химической реакции горения и исходя из общего входного расхода каменноугольного газа, общего входного расхода воздуха, составляющих каменноугольного газа и соотношения каменноугольного газа к воздуху;
воспламеняют каменноугольный газ и воздух в печи и определяют температуру газа в печи после сгорания с использованием термопары;
вычисляют давление газа в печи после сгорания исходя из давления газа в печи до сгорания, температуры газа в печи до сгорания и температуры газа в печи после сгорания; и
вычисляют степень открытия вентилятора отработанного газа исходя из давления газа в печи до сгорания и давления газа в печи после сгорания, используя алгоритм прироста пропускания газа, и
используют указанную степень открытия для управления вентилятором отработанного газа.
В другом аспекте изобретения предложено устройство управления давлением в печи отжига непрерывного действия, которое содержит следующие устройства:
датчики расхода каменноугольного газа, расположенные в каждой секции печи отжига непрерывного действия и выполненные таким образом, чтобы определять расход каменноугольного газа в каждой секции соответственно;
датчики расхода воздуха, расположенные в каждой секции печи отжига непрерывного действия и выполненные таким образом, чтобы определять расход воздуха в каждой секции соответственно;
вычислительный блок для вычисления общего объема газа в печи, который связан с датчиками расхода каменноугольного газа и датчиками расхода воздуха, при этом вычислительный блок для вычисления общего объема газа в печи выполнен таким образом, чтобы складывать расход каменноугольного газа в каждой секции, чтобы получить общий входной расход каменноугольного газа, и складывать расход воздуха в каждой секции, чтобы получить общий входной расход воздуха;
детектор составляющих, выполненный таким образом, чтобы определять составляющие каменноугольного газа и соотношение каменноугольного газа к воздуху;
термопару, выполненную таким образом, чтобы определять температуру газа в печи;
блок прогнозирования горения, связанный с вычислительным блоком для вычисления давления газа в печи и детектором составляющих, и выполненный таким образом, чтобы прогнозировать составляющие газа, получающегося после сгорания, и общий объем газа после сгорания, используя уравнения химических реакций горения и исходя из общего входного расхода каменноугольного газа, общего входного расхода воздуха, составляющих каменноугольного газа и соотношения каменноугольного газа к воздуху;
воспламенитель, выполненный таким образом, чтобы воспламенять каменноугольный газ и воздух в печи;
вычислительный блок для вычисления давления газа в печи, связанный с вычислительным блоком для вычисления общего расхода газа в печи и выполненный таким образом, чтобы вычислять давление газа в печи до сгорания исходя из общего входного расхода каменноугольного газа и общего входного расхода воздуха до сгорания, причем вычислительный блок для вычисления давления газа в печи дополнительно связан с термопарой и выполнен таким образом, чтобы вычислять давление газа в печи после сгорания исходя из давления газа в печи до сгорания, температуры газа в печи до сгорания и температуры газа в печи после сгорания;
регулятор степени открытия вентилятора отработанного газа, связанный с вычислительным блоком для вычисления давления газа в печи и вентилятором отработанного газа, и выполненный таким образом, чтобы вычислять степень открытия вентилятора отработанного газа исходя из давления газа в печи до сгорания и давления газа в печи после сгорания, используя алгоритм прироста пропускания газа, причем регулятор степени открытия вентилятора отработанного газа использует указанную степень открытия, чтобы управлять вентилятором отработанного газа.
В обычных решениях для управления печами отжига непрерывного действия приспособлен только PID-контроллер. В этом режиме управления регулирование поведения осуществляют на основании обратной связи, которая неизбежно приводит к недостаточному или к чрезмерному регулированию. В виду этого, предложенное в соответствии с настоящим изобретением устройство для управления давлением в печи отжига непрерывного действия содержит упреждающий элемент. С таким управляющим устройством исходя из расхода каменноугольного газа и расхода воздуха в секциях печи отжига непрерывного действия (расход каменноугольного газа и расход воздуха должны соответствовать химической реакции горения так, чтобы не оставалось избыточного кислорода, который может окислить объект, подвергаемый отжигу), можно вычислить расход отработанного газа, который будет выработан при сгорании, и оптимальную скорость вентилятора отработанного газа, необходимую, чтобы поддерживать заданное значение давления в печи. При регулировании давления в печи регулятор вентилятора отработанного газа непосредственно управляет вентилятором отработанного газа так, чтобы заставить его вращаться с оптимальной скоростью. При таких управляющих воздействиях можно заставить давление в печи быстро откликаться на управляющие воздействия и значительно снизить отклонения, поддерживая стабильное давление в печи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана блок-схема последовательности операций способа управления давлением в печи отжига непрерывного действия в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.2 показана технологическая схема устройства для управления давлением в печи отжига непрерывного действия в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.3 показана управляющая логика способа управления давлением в печи двойного перекрестного ограничения амплитуды для общепринятых PID-регуляторов для управления давлением в печи отжига непрерывного действия;
на фиг.4 показан график давления в печи в случае использования обычного способа управления; и
на фиг.5 показан график давления в печи в случае использования способа управления и управляющего устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Осуществление изобретения
Обращаясь к фиг.1, показан способ управления давлением в печи отжига непрерывного действия в соответствии с настоящим изобретением. Способ содержит следующие стадии:
S101: определяют расход каменноугольного газа и расход воздуха в каждой секции с использованием датчика расхода каменноугольного газа и датчика расхода воздуха, расположенных в каждой секции печи отжига непрерывного действия соответственно, складывают расход каменноугольного газа, определенного в каждой секции, чтобы получить общий входной расход каменноугольного газа, складывают расход воздуха, определенный в каждой секции, чтобы получить общий входной расход воздуха, и вычисляют давление в печи до сгорания, исходя из общего входного расхода каменноугольного газа и общего входного расхода воздуха.
В одном варианте осуществления общий входной расход Vgas каменноугольного газа и общий входной расход Vair воздуха вычисляют по следующим выражениям:
Vgas=Vg1+Vg2+…+Vgn;
Vair=Va1+Va2+…+Van
где:
Vgas обозначает общий входной расход каменноугольного газа;
Vgn обозначает расход каменноугольного газа, определенный в n-й секции;
Vair обозначает общий входной расход воздуха;
Van обозначает расход воздуха, определенный в n-й секции.
После получения общего входного расхода Vgas каменноугольного газа и общего входного расхода Vair воздуха измеряют внутренний объем печи отжига непрерывного действия. Общий объем V1 каменноугольного газа и воздуха вычисляют исходя из общего входного расхода Vgas каменноугольного газа и общего входного расхода Vair воздуха так, чтобы получить давление P1 в печи перед сгоранием.
S102: определяют составляющие каменноугольного газа и соотношение каменноугольного газа к воздуху с использованием детекторов составляющих. Например, в одном варианте осуществления определенные составляющее каменноугольного газа включают в себя: H2: 57,78%, O2: 0,61%, N2: 4,54%, CH4: 24,80%, CO: 6,47%, CO2: 2,87%, C2H4: 0,68%, C3H6: 0,2%. Соотношение каменноугольного газа к воздуху равно 1:4. Обычно соотношение каменноугольного газа к воздуху заранее задают равным 1:4 или около того в зависимости от потребностей процесса отжига. На этой стадии соотношение каменноугольного газа к воздуху снова проверяют с помощью детектора составляющих.
S103: определяют и получают температуру T1 газа в печи перед сгоранием с использованием термопар.
S104: прогнозируют составляющие газа после сгорания и общий объем V2 газа, выработанного при горении, с использованием уравнений химической реакции горения и исходя из общего входного расхода каменноугольного газа, общего входного расхода воздуха, составляющих каменноугольного газа и соотношения каменноугольного газа к воздуху.
В одном варианте осуществления уравнения химической реакции горения включают в себя:
2H2+O2=2H2O;
CH4+2O2=2H2O+CO2;
2СО+O2=2CO2;
C2H4+3O2=2CO2+2H2O;
2C2H6+7O2=4CO2+6H2O;
2C3H6+9O2=6CO2+6H2O.
Используя вышеприведенные химические реакции горения и исходя из общего входного расхода каменноугольного газа, общего входного расхода воздуха, составляющих каменноугольного газа и соотношения каменноугольного газа к воздуху, можно точно спрогнозировать составляющие газа после сгорания и общий объем V2 газа после сгорания.
S105: воспламеняют смесь каменноугольного газа и воздуха в печи и определяют температуру T2 газа в печи после сгорания с использованием термопары.
S106: вычисляют давление газа в печи после сгорания, исходя из давления газа в печи до сгорания, температуры газа в печи до сгорания и температуры газа в печи после сгорания.
Тепло, выделяемое при горении, повышает температуру отработанного газа в печи, и одновременно отработанный газ нагревается температурой, получаемой от печи, и расширяется. Давление в печи после сгорания можно вычислить с использованием уравнения термодинамики P1V1/T1=P2V2/T2, где P1 - давление газа в печи перед сгоранием; V1 - объем газа в печи перед сгоранием; T1 - температура газа в печи перед сгоранием; P2 - давление газа в печи после сгорания; V2 - объем газа в печи после сгорания; T2 - температура газа в печи после сгорания. Из них P1 и VI получают на стадии S101, T1 получают на стадии S103, V2 получают на стадии S104, T2 получают на стадии S105, а давление P2 газа в печи после сгорания вычисляют на стадии S106.
S107: вычисляют степень открытия вентилятора отработанного газа исходя из давления P1 газа в печи до сгорания и давления P2 газа в печи после сгорания и с использованием алгоритма прироста поступления газа, и используют указанную степень открытия для управления вентилятором отработанного газа.
В одном варианте осуществления алгоритм прироста пропускания газа включает в себя вычисление прироста газа FAN DISV посредством следующего уравнения:
FAN_DISV=((Flow_air+Flow_air/(Flow_gas*Gas_air))*Burn_Parameter+(Flow_gas-Flow_air/(Flow_gas*Gas_air))+Nflow_1)*(temp_pv+273.15)/(Fan_Flow_Max*273.15)*100;
где Flow_air - расход воздуха, FIow_gas - расход каменноугольного газа, Burn_Parameter - параметр горелок, Gas_air - соотношение каменноугольного газа к воздуху, Fan_Flow_Max - максимальный поток, создаваемый вентилятором, temp_pv - фактическая температура в печи, a Nflow_1 - заданный эталонный расход.
Степень открытия вентилятора отработанного газа, полученная на стадии S107, может оказывать предшествующее управлению влияние на давление в печи. При регулировании давления в печи степень открытия вентилятора отработанного газа непосредственно передают на вентилятор отработанного газа, так чтобы вентилятор отработанного газа мог достичь требуемой степени открытия, а затем PID-регулятор вентиля отработанного газа проводит точную регулировку, при этом объединяют действие по регулировке оптимальной скорости вращения и действие по точной регулировке вентиля отработанного газа, и их сочетание принимают в качестве конечного значения, установленного для вентилятора отработанного газа. При всех таких управляющих воздействиях можно заставить давление в печи быстро откликаться на управляющие воздействия и значительно снизить отклонения так, чтобы поддерживать стабильное давление в печи.
В изобретении также предложено устройство управления давлением в печи отжига непрерывного действия, как показано на фиг.2. Система содержит датчики 201 расхода каменноугольного газа, датчики 202 расхода воздуха, вычислительный блок 203 для вычисления общего объема газа в печи, детектор 204 составляющих, термопару 205, блок 206 прогнозирования горения, воспламенитель 207, вычислительный блок 208 для вычисления давления газа в печи, регулятор 209 степени открытия вентилятора отработанного газа и вентилятор 210 отработанного газа.
Датчики 201 расхода каменноугольного газа расположены в каждой секции печи отжига непрерывного действия и используются для определения расхода каменноугольного газа в каждой секции соответственно.
Датчики 202 расхода воздуха расположены в каждой секции печи отжига непрерывного действия и используются для определения расхода воздуха в каждой секции соответственно.
Вычислительный блок 203 для вычисления общего объема газа в печи соединен и с датчиками 201 расхода каменноугольного газа, и с датчиками 202 расхода воздуха. Вычислительный бок 203 суммирует значения расхода каменноугольного газа, определенные в каждой секции, и получает общий входной расход каменноугольного газа, а также суммирует значения расхода воздуха, определенные в каждой секции, и получает общий входной расход воздуха. В одном варианте осуществления общий входной расход Vgas каменноугольного газа и общий входной расход Vair воздуха вычисляют по следующим выражениям:
Vgas=Vg1+Vg2+…+Vgn;
Vair=Va1+Va2+…+Van,
где
Vgas обозначает общий входной расход каменноугольного газа;
Vgn обозначает расход каменноугольного газа, определенный в n-й секции;
Vair обозначает общий входной расход воздуха;
Van обозначает расход воздуха, определенный в n-й секции;
После получения общего входного расхода Vgas каменноугольного газа и общего входного расхода Vair воздуха измеряют внутренний объем печи отжига непрерывного действия. Общий объем VI каменноугольного газа и воздуха вычисляют, исходя из общего входного расхода Vgas каменноугольного газа и общего входного расхода Vair воздуха так, чтобы получить давление P1 в печи перед сгоранием.
Детектор 204 составляющих используют, чтобы определять составляющие каменноугольного газа и соотношение каменноугольного газа к воздуху. В одном варианте осуществления полученные составляющие каменноугольного газа включают в себя H2: 57,78%, O2: 0,61%, N2: 4,54%, CH4: 24,80%, CO: 6,47%, CO2: 2,87%, C2H4: 0,68%, C3H6: 0,2%. Соотношение каменноугольного газа к воздуху равно 1:4. Обычно, соотношение каменноугольного газа к воздуху задают заранее в зависимости от потребностей процесса отжига. Соотношение каменноугольного газа к воздуху еще раз проверяют посредством детектора 204 составляющих.
Термопару 205 используют, чтобы определить температуру газа в печи.
Блок 206 прогнозирования горения соединен с вычислительным блоком 203 и детектором 204 составляющих. Составляющие газа после сгорания и общий объем V2 газа после сгорания могут быть спрогнозированы с использованием уравнений химической реакции горения и исходя из общего входного расхода каменноугольного газа, общего входного расхода воздуха, составляющих каменноугольного газа и соотношения каменноугольного газа к воздуху.
В одном варианте осуществления уравнения химической реакции горения включают в себя:
2H2+O2=2H2O;
CH4+2O2=2H2O+CO2;
2СО+O2=2CO2;
C2H4+3O2=2CO2+2H2O;
2C2H6+7O2=4CO2+6H2O;
2C3H6+9O2=6CO2+6H2O.
Используя вышеприведенные химические реакции горения и исходя из общего входного расхода каменноугольного газа, общего входного расхода воздуха, составляющих каменноугольного газа и соотношения каменноугольного газа к воздуху, можно точно спрогнозировать составляющие газа после сгорания и общий объем V2 газа после сгорания.
Воспламенитель 207, расположенный в печи, используют, чтобы воспламенять каменноугольный газ и воздух в печи.
Вычислительный блок 208 для вычисления давления газа в печи соединен с вычислительным блоком 203 для вычисления общего объема газа в печи и используется для вычисления давления газа в печи перед сгоранием, исходя из общего входного расхода каменноугольного газа и общего входного расхода воздуха. Вычислительный блок 208 также соединен с термопарой 205 и блоком 206 прогнозирования горения и используется для вычисления давления газа в печи после сгорания, исходя из давления газа в печи перед сгоранием, температуры газа в печи перед сгоранием и температуры газа в печи после сгорания. Тепло, выделяемое при горении, повышает температуру отработанного газа, и одновременно отработанный газ нагревается температурой, получаемой от печи, и расширяется. Давление в печи после сгорания каменноугольного газа и воздуха можно вычислить с использованием уравнения термодинамики P1V1/T1=P2V2/T2, где P1 - давление газа в печи перед сгоранием; V1 - объем газа в печи перед сгоранием; T1 - температура газа в печи перед сгоранием; P2 - давление газа в печи после сгорания; V2 - объем газа в печи после сгорания; T2 - температура газа в печи после сгорания. Причем P1 и V1 получают с помощью вычислительного блока 203 для вычисления общего объема газа в печи. T1 получают с помощью термопары 205. V2 получают с помощью блока 206 прогнозирования сгорания. T2 также получают с помощью термопары 205. Давление P2 газа в печи после сгорания вычисляют и получают с помощью вычислительного блока 208 для вычисления давления газа в печи.
Регулятор 209 степени открытия вентилятора отработанного газа связан с вычислительным блоком 208 для вычисления давления газа в печи и вентилятором 210 отработанного газа и используется для вычисления степени открытия для вентилятора отработанного газа исходя из давления P1 газа в печи перед сгоранием и давления P2 газа в печи после сгорания на основе алгоритма прироста поступления газа. Степень открытия используют для управления вентилятором 210 отработанного газа.
В одном варианте осуществления алгоритм прироста поступления газа включает в себя вычисление прироста газа FAN DISV исходя из следующего уравнения:
FAN_DISV=((Flow_air+Flow_air/(Flow_gas*Gas_air))*Burn_Parameter+(Flow_gas-Flow_air/(Flow_gas*Gas_air))+Nflow_1)*(temp_pv+273.15)/(Fan_Flow_Max*273.15)*100,
где Flow_air - расход воздуха, Flow_gas - расход каменноугольного газа, Burn_Parameter - параметр горелок, Gas_air - отношение каменноугольного газа к воздуху, Fan_Flow_Max - максимальный поток, создаваемый вентилятором, temp_pv - фактическая температура в печи, a Nflow_1 - заданный эталонный расход.
Степень открытия вентилятора отработанного газа, полученная регулятором 209 степени открытия вентилятора отработанного газа, может оказывать предшествующее управлению влияние на давление в печи. При регулировании давления в печи степень открытия вентилятора отработанного газа непосредственно передают на вентилятор отработанного газа, так чтобы вентилятор отработанного газа мог достичь требуемой степени открытия, а затем, PID-регулятор вентиля отработанного газа проводит точную регулировку, при этом объединяют действие по регулировке оптимальной скорости вращения и действие по точной регулировке вентиля отработанного газа, и их сочетание принимают в качестве конечного значения, установленного для вентилятора отработанного газа. При всех таких управляющих воздействиях можно заставить давление в печи быстро откликаться на управляющие воздействия и значительно снизить отклонения так, чтобы поддерживать стабильное давление в печи.
На фиг.4 и фиг.5 показаны графики изменения давления газа в печи, полученные при различных способах управления. Причем на фиг.4 показан график изменения давления в печи, полученный при использовании обычного способа управления, а на фиг.5 показан график изменения давления в печи, полученный при использовании способа управления и управляющего устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Кривая 1 на фиг.4 показывает расход воздуха. Тенденция изменения расхода каменноугольного газа в основном одна и та же, потому что соотношение каменноугольного газа и воздуха, по сути, является постоянным. Когда расход и каменноугольного газа и воздуха снижают, то давление в печи (кривая 2) одновременно снижается, так как действия по управлению и регулированию не производят достаточно быстро, и, наконец, при чрезмерно закрученном вентиле отработанного газа возникает эффект, при котором давление в печи подскакивает до 70 Па и затем появляются флуктуации давления в печи.
На фиг.5, при регулировании, осуществляемом с помощью упреждающего модуля, предложенного в настоящем изобретении, давление в печи (кривая 2) слегка флуктуирует в пределах 20 Па, не приводя к отрицательному давлению, даже если расход воздуха (кривая 1) значительно изменяется.
В обычных решениях для управления печами отжига непрерывного действия приспособлен только PID-контроллер. Этот режим управления для осуществления регулирования на основании обратной связи неизбежно приводит к недостаточному или к чрезмерному регулированию. В виду этого, в соответствии с настоящим изобретением предложено устройство для управления давлением в печи отжига непрерывного действия с упреждающим элементом. С таким управляющим устройством, исходя из расхода каменноугольного газа и расхода воздуха в секциях печи отжига непрерывного действия (расход каменноугольного газа и расход воздуха должны соответствовать химической реакции горения так, чтобы не оставалось избыточного кислорода, который может окислить объект, подвергаемый отжигу), можно вычислить объем отработанного газа и степень открытия вентилятора отработанного газа, необходимую, чтобы поддерживать заданное значение давления в печи. При регулировании давления в печи непосредственно на вентиль выводят степень открытия для вентилятора отработанного газа так, чтобы вентиль мог достичь требуемой степени открытия. Затем для точного регулирования используют PID-регулирование. При таких управляющих воздействиях можно заставить давление в печи быстро откликаться на управляющие воздействия и значительно снизить отклонения, поддерживая стабильное давление в печи.
1. Способ управления давлением газа в печи отжига непрерывного действия, включающий следующие стадии:
определяют расход каменноугольного газа и расход воздуха в каждой секции с использованием датчика расхода каменноугольного газа и датчика расхода воздуха, расположенных в каждой секции печи отжига непрерывного действия соответственно, суммируют расход каменноугольного газа, определенный в каждой секции, для получения общего входного расхода каменноугольного газа, суммируют расход воздуха, определенный в каждой секции, для получения общего входного расхода воздуха, и вычисляют давление в печи до сгорания, исходя из общего входного расхода каменноугольного газа и общего входного расхода воздуха;
определяют составляющие каменноугольного газа и соотношение каменноугольного газа к воздуху с использованием детектора составляющих;
определяют температуру газа в печи перед сгоранием с использованием термопары;
прогнозируют составляющие газа после сгорания и общий объем газа с использованием уравнений химической реакции горения и общего входного расхода каменноугольного газа, общего входного расхода воздуха, составляющих каменноугольного газа и соотношения каменноугольного газа к воздуху;
воспламеняют каменноугольный газ и воздух в печи и определяют температуру газа в печи после сгорания с использованием термопары;
вычисляют давление газа в печи после сгорания с учетом давления газа в печи до сгорания, температуры газа в печи до сгорания и температуры газа в печи после сгорания; и
вычисляют степень открытия вентилятора отработанного газа с учетом давления газа в печи до сгорания и давления газа в печи после сгорания, и используют указанную степень открытия для управления вентилятором отработанного газа.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что
составляющие каменноугольного газа содержат 57,78% Н2, 0,61% O2, 4,54% N2, 24,80% СН4, 6,47% СО, 2,87% CO2, 0,68% С2Н4, 0,2% С3Н6.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что
уравнения химической реакции горения включают в себя:
2Н2+O2=2H2O;
СН4+2O2=2H2O+CO2;
2СО+O2=2CO2;
С2Н4+3O2=2CO2+2H2O;
2С2Н6+7O2=4CO2+6H2O;
2С3Н6+9O2=6CO2+6H2O.
4. Устройство для управления давлением газа в печи отжига непрерывного действия, содержащее:
датчики расхода каменноугольного газа, расположенные в каждой секции печи отжига непрерывного действия, выполненные с возможностью определения расхода каменноугольного газа в каждой секции соответственно;
датчики расхода воздуха, расположенные в каждой секции печи отжига непрерывного действия, выполненные с возможностью определения расхода воздуха в каждой секции соответственно;
вычислительный блок для вычисления общего объема газа в печи, который связан с датчиками расхода каменноугольного газа и датчиками расхода воздуха, при этом вычислительный блок выполнен с возможностью суммирования расхода каменноугольного газа в каждой секции для получения общего входного расхода каменноугольного газа и возможностью суммирования расхода воздуха в каждой секции для получения общего входного расхода воздуха;
детектор составляющих, выполненный с возможностью определения составляющих каменноугольного газа и соотношения каменноугольного газа к воздуху;
термопару, выполненную с возможностью определения температуры газа в печи;
блок прогнозирования горения, связанный с вычислительным блоком для вычисления давления газа в печи и детектором составляющих, и выполненный с возможностью прогнозирования составляющих газа, полученного после сгорания, и общего объема газа после сгорания с использованием уравнений химических реакций горения, данных об общем входном расходе каменноугольного газа, общем входном расходе воздуха, составляющих каменноугольного газа и соотношении каменноугольного газа к воздуху;
воспламенитель, выполненный с возможностью воспламенять каменноугольный газ и воздух в печи;
вычислительный блок для вычисления давления газа в печи, связанный с вычислительным блоком для вычисления общего расхода газа в печи и выполненный с возможностью вычисления давления газа в печи до сгорания на основании данных об общем входном расходе каменноугольного газа и общем входном расходе воздуха до сгорания, причем вычислительный блок для вычисления давления газа в печи связан с
термопарой и выполнен с возможностью вычисления давления газа в печи после сгорания на основании давления газа в печи до сгорания, температуры газа в печи до сгорания и температуры газа в печи после сгорания; и
регулятор степени открытия вентилятора отработанного газа, связанный с вычислительным блоком для вычисления давления газа в печи и вентилятором отработанного газа, и используемый для вычисления степени открытия вентилятора отработанного газа на основании давления газа в печи до сгорания и давления газа в печи после сгорания, причем регулятор степени открытия вентилятора отработанного газа использует степень открытия для управления вентилятором отработанного газа.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что
составляющие каменноугольного газа содержат 57,78% Н2, 0,61% O2, 4,54% N2, 24,80% СН4, 6,47% СО, 2,87% CO2, 0,68% С2Н4, 0,2% С3Н6.
6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что уравнения химической реакции горения включают в себя:
2Н2+O2=2H2O;
СН4+2O2=2H2O+CO2;
2СО+O2=2CO2;
С2Н4+3O2=2CO2+2H2O;
2С2Н6+7O2=4CO2+6H2O;
2C3H6+9O2=6CO2+6H2O.
