Анализ изображений пламени для управления процессом горения в печи
Изобретение относится к области энергетики. Способ нагревания материала в печи включает этапы, на которых: нагревают материал, содержащий углеродсодержащее вещество, в печи, имеющей дымовую трубу, с использованием тепла, вырабатываемого при сжигании в печи топлива и газообразного окислителя, подаваемого в печь, таким образом образуя монооксид углерода, полученный из углеродсодержащего вещества, причем в печи образуется пламя, которое может выходить из печи через дымовую трубу; характеризуют концентрацию монооксида углерода в пламени на основании изображений пламени, полученных внутри печи или снаружи печи с помощью цифровой камеры, расположенной снаружи печи, путем представления в электронном виде по меньшей мере одного параметра, соответствующего интенсивности пламени и соответствующего концентрации монооксида углерода в пламени, и определяют характерную концентрацию монооксида углерода в пламени на основании предварительно заданных сопоставлений фактических концентраций монооксида углерода в пламени с представленными значениями по меньшей мере одного параметра; сравнивают характерную концентрацию монооксида углерода в пламени, согласно характеристике в соответствии с вышеуказанным этапом, с предварительно установленным пороговым значением концентрации для указанной концентрации; регулируют количество кислорода, количество топлива или как количество кислорода, так и топлива, подаваемого в печь, доступного для реагирования в печи, до их количества или количеств, которое является эффективным для снижения характерной концентрации монооксида углерода в пламени, чтобы оно равнялось или было меньше предварительно установленного порогового значения концентрации для предварительно заданного периода времени, при этом продолжая определять концентрацию монооксида углерода в пламени на основании изображений пламени, полученных с помощью цифровой камеры снаружи печи, когда характерная концентрация монооксида углерода в пламени превышает указанное предварительно установленное пороговое значение концентрации. Изображения пламени, выходящего из печи через дымовую трубу, получают с помощью цифровой камеры. Изобретение позволяет уменьшить выбросы монооксида углерода из печи. 13 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к эксплуатации системы регулирования процесса горения для печи (под которой подразумевается замкнутое пространство, такое как камера сгорания, в которой сжигают топливо и газообразный окислитель), в которой нагревают материал, причем нагревание может приводить к образованию монооксида углерода, для контроля и/или уменьшения выбросов из печи монооксида углерода.
Предпосылки создания изобретения
Операции, при которых материал нагревают в печи, могут привести к образованию в печи монооксида углерода. Механизмы, посредством которых может образовываться монооксид углерода, включают в себя: неполное сгорание топлива в печи; неполное сгорание горючего материала, когда материал, подлежащий нагреванию в печи, также предназначен для сжигания; и/или преобразование углеродсодержащего материала, присутствующего в материале или на материале, который подлежит нагреванию. Примеры такого преобразования включают в себя: пиролиз и/или неполное сжигание углеродсодержащего материала.
Когда в печи образуется монооксид углерода, выбросы монооксида углерода из печи обычно являются нежелательными. Существуют различные технологии удаления монооксида углерода из газообразного отходящего газа, выходящего из печи, такие как поглощение монооксида углерода в абсорбентах или добавление реагентов в отходящий газ, реагирующий с монооксидом углерода. Такие технологии имеют недостатки, такие как высокая стоимость и сложность осуществления и управления.
В настоящем изобретении предложен эффективный способ предотвращения выбросов монооксида углерода из печи. Кроме того, предложен эффективный способ управления работой печи с целью повышения эффективности и производительности.
Краткое изложение сущности изобретения
Один аспект настоящего изобретения представляет собой способ нагревания материала в печи, содержащий этапы, на которых:
(A) нагревают материал, содержащий углеродсодержащее вещество, в печи, имеющей дымовую трубу, с использованием тепла, вырабатываемого при сжигании в печи топлива и газообразного окислителя, подаваемого в печь, таким образом образуя монооксид углерода, полученный из углеродсодержащего вещества, причем в печи образуется пламя, которое может выходить из печи через дымовую трубу;
(B) характеризуют концентрацию монооксида углерода в пламени на основании изображений пламени, полученных внутри или снаружи печи с помощью цифровой камеры, расположенной снаружи печи, путем представления в электронном виде по меньшей мере одного параметра, соответствующего интенсивности пламени и соответствующего концентрации монооксида углерода в пламени, и определяют характерную концентрацию монооксида углерода в пламени на основании предварительно заданных сопоставлений фактических концентраций монооксида углерода в пламени с представленными значениями по меньшей мере одного параметра;
(C) сравнивают характерную концентрацию монооксида углерода в пламени, согласно характеристике в соответствии с этапом (B), с предварительно установленным пороговым значением концентрации для указанной концентрации;
(D) регулируют количество кислорода, количество топлива или как количество кислорода, так и топлива, подаваемого в печь, доступного для реагирования в печи, до их количества или количеств, которое является эффективным для снижения характерной концентрации монооксида углерода в пламени, чтобы оно равнялось или было меньше предварительно установленного порогового значения концентрации для предварительно заданного периода времени, при этом продолжая определять концентрацию монооксида углерода в пламени на основании изображений пламени, полученных с помощью цифровой камеры снаружи печи, когда характерная концентрация монооксида углерода в пламени превышает указанное предварительно установленное пороговое значение концентрации.
Другой аспект настоящего изобретения представляет собой способ нагревания материала в печи, содержащий этапы, на которых:
(A) нагревают материал, содержащий углеродсодержащее вещество, в печи, имеющей дымовую трубу, с использованием тепла, вырабатываемого при сжигании в печи топлива и газообразного окислителя, подаваемого в печь, таким образом образуя монооксид углерода, полученный из углеродсодержащего вещества, причем в печи образуется пламя, которое может выходить из печи через дымовую трубу;
(B) характеризуют концентрацию монооксида углерода в пламени на основании изображений пламени, полученных внутри печи или снаружи печи с помощью цифровой камеры, расположенной снаружи печи, путем представления в электронном виде по меньшей мере одного параметра, соответствующего интенсивности пламени и соответствующего концентрации монооксида углерода в пламени, и определяют характерную концентрацию монооксида углерода в пламени на основании предварительно заданных сопоставлений фактических концентраций монооксида углерода в пламени с представленными значениями по меньшей мере одного параметра;
(C) сравнивают характерную концентрацию монооксида углерода в пламени, согласно характеристике в соответствии с этапом (B), с предварительно установленным пороговым значением концентрации для указанной концентрации;
(D) регулируют количество кислорода, подаваемого в печь, доступного для реагирования с монооксидом углерода в печи, до количества, которое является эффективным для снижения характерной концентрации монооксида углерода в пламени, чтобы оно равнялось или было меньше предварительно установленного порогового значения концентрации для предварительно заданного периода времени, при этом продолжая определять концентрацию монооксида углерода в пламени на основании изображений пламени, полученных с помощью цифровой камеры снаружи печи, когда характерная концентрация монооксида углерода в пламени превышает указанное предварительно установленное пороговое значение концентрации.
Краткое описание графических материалов
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение, показывающее, как настоящее изобретение может быть осуществлено в устройстве печи.
На Фиг. 2 представлена схема, на которой показана последовательность этапов настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение можно использовать для нагревания любых материалов, которые можно нагревать в печи. Примеры таких материалов включают в себя черные металлы, такие как железо и сталь, включая готовые изделия, а также металлолом и железосодержащие руды и другие соединения. Дополнительные примеры включают в себя цветные металлы, такие как алюминий и медь, включая готовые изделия, а также металлолом и руды и другие соединения. Нагревание любых таких материалов используется для их подготовки для последующей химической и/или физической обработки.
Настоящее изобретение также используется для нагревания материалов, в которых расплавляется часть материала или весь материал. В таких операциях материалы могут включать в себя любой из перечисленных выше металлов, оксидов металлов и других металлсодержащих соединений. Другие примеры включают в себя продукты, которые плавятся вместе в стекловаренной печи с образованием расплавленного стекла; такие материалы включают в себя повторно используемые куски стекла, известные как стекольный бой, и сырьевые материалы, известные как шихта, которые плавят вместе для получения стекла, такие материалы включают в себя, как правило, оксид натрия, оксид калия и силикаты натрия и калия. Другим примером такой операции является печь для обжига цемента, в которой сырьевые материалы, как правило, включающие в себя известь или известняк, а также кремнезем и/или алюмосиликаты (глины) и другие требуемые добавки, нагревают вместе так, чтобы они плавились и реагировали друг с другом с образованием соединений, образующих цемент.
Настоящее изобретение также можно использовать для нагрева материалов, в которых необходимо сжечь часть или весь материал, таких как печи для сжигания отходов. Материалы, которые можно нагревать, на практике в соответствии с данным аспектом настоящего изобретения, включают в себя все горючие продукты, такие как углеродистые топлива и твердые отходы.
Любой из материалов, обработанных в соответствии с настоящим изобретением, имеет характеристику того, что они содержат некоторое количество углеродсодержащего вещества так, что нагревание материала может приводить к образованию монооксида углерода в печи из углеродсодержащего вещества. Имеющееся в наличии углеродсодержащее вещество может представлять собой органические соединения, присутствующие в нагреваемом материале, и/или может содержать часть или весь материал, который нагревают, а затем сжигают в печи. Например, металлолом, который содержит алюминий, медь, железо и/или сталь, может нести на себе углеродсодержащее вещество, такое как краска или другие органические покрытия, органические пищевые продукты и/или выделения организма человека, и т. п. Стекольный бой, присутствующий в стекловаренных материалах, может содержать на себе органический материал, который представляет собой остатки пищевых продуктов или другого органического вещества, присутствующего на стекольном бое до его повторного использования в качестве стекольного боя.
Монооксид углерода, который образуется в печи, может быть получен в результате любого одного или более из нескольких возможных механизмов, таких как: неполное сжигание топлива в печи; неполное сгорание горючего материала, когда материал, подлежащий нагреванию в печи, также предназначен для сжигания; и/или преобразования углеродсодержащего материала, находящегося в нагреваемом материале или на нем, примеры такого преобразования включают пиролиз или неполное сжигание углеродсодержащего материала. Подобно тому, как выбросы монооксида углерода в печах являются нежелательными, независимо от источника монооксида углерода, настоящее изобретение может быть полезным независимо от источника или механизма, в результате которого образуется монооксид углерода, вследствие которого существует вероятность выбросов из печи.
На Фиг. 1 представлено поперечное сечение печи 1. Хотя показанная печь имеет форму, обычную для печи, которая может вращаться вокруг оси, которая будет горизонтальной в варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, настоящее изобретение также можно применять на практике с любым другим типом и формой печи. В печи 1 материал, подлежащий нагреву представлен как 2. Материал 2 нагревается теплом от пламени 4, образованного в печи путем сжигания топлива 13 с окислителем 12 в горелке 11. Подходящее топливо 13 может представлять собой любое горючее углеродсодержащее вещество, предпочтительные примеры которого включают в себя: метан, природный газ и распыляемое горючее масло. Подходящие окислители, подаваемые в 12, включают в себя любой газообразный продукт, который содержит кислород, такой как воздух, обогащенный кислородом воздух и потоки с содержанием кислорода по меньшей мере 50% об., предпочтительно по меньшей мере 90% об. Потоки, имеющие такое повышенное содержание кислорода, доступны для приобретения от любого из нескольких поставщиков атмосферных газов. Несмотря на то, что показано одно пламя 4, печь, с помощью которой может быть реализовано настоящее изобретение, может содержать более одной горелки 11 и более одного пламени 4.
Печь 1 содержит по меньшей мере одну дымовую трубу 6, через которую из печи 1 могут выходить газообразные продукты. Газообразные продукты, которые выходят из дымовой трубы 6, включают в себя газообразные продукты сгорания между окислителем 12 и топливом 13, такие как диоксид углерода и водяной пар, и могут содержать летучие органические соединения (ЛОС) и могут содержать монооксид углерода. При практическом применении настоящего изобретения, если присутствует только одна дымовая труба 6, пламя 15 может выходить из выпускного отверстия 7 дымовой трубы 6. При наличии двух или более дымовых труб 6 может присутствовать пламя 15, выходящее из по меньшей мере одного выпускного отверстия 7 по меньшей мере одной дымовой трубы 6. Монооксид углерода может присутствовать в пламени 15 и может полностью или не полностью сгореть в пламени 15.
Печь 1 может содержать смотровое окно 10 в стенке печи, через которое можно наблюдать за пламенем 4 внутри печи 1, находясь снаружи печи 1.
В соответствии с настоящим изобретением камера 21 расположена снаружи печи 1. Камера 21 содержит отверстие 22, через которое камера 21 получает изображение. В одном варианте осуществления изобретения камера 21 расположена относительно печи 1 таким образом, что отверстие 22 камеры 21 направлено в сторону пламени 15. В другом варианте осуществления изобретения камера 21 расположена относительно печи 1 таким образом, что отверстие 22 камеры 21 выровнено со смотровым окном 10 так, что камера 21 может получать изображение пламени 4 внутри печи 1.
Камера 21 представляет собой цифровую камеру, то есть камера 21 определяет одну или более характеристик объекта (в данном случае определенные характеристики включают по меньшей мере интенсивность пламени, на которое направлена камера 21) и представляет в электронном виде в цифровой форме изображение, соответствующее определенным характеристикам. Цифровые камеры с этой возможностью доступны для приобретения на рынке. Они могут представлять собой автономное устройство или также быть элементом оборудования, обладающего дополнительными функциональными возможностями (такими как телефония, хронометрирование и т. п.).
Как показано на Фиг. 1, элементы управления 25 управляют скоростью потока окислителя 12 и топлива 13 к горелке 11 (или ко множеству горелок, при наличии более одной горелки 11). Необязательно, но предпочтительно, предусмотрена трубка 27 для выпуска дополнительного окислителя в печь 1, когда в печь 1 нужно вводить дополнительный окислитель. Управление потоком окислителя через трубку 27 осуществляют с помощью элементов 29 управления. Окислитель, который может проходить через трубку 27 в печь 1, может представлять собой воздух, обогащенный кислородом воздух или окислитель высокой чистоты, имеющий содержание кислорода по меньшей мере 50% об. и даже по меньшей мере 90% об. Содержание кислорода в окислителе, который подается через трубку 27 в печь 1, может быть таким же или отличным по сравнению с содержанием кислорода в окислителе 12, который подается в печь 1.
На Фиг. 1 блок 23 относится к полной системе, которая выполняет последовательность этапов, представленных на Фиг. 2 как 31, 33 и 35. Система может быть представлена в одном выполненном как единое целое устройстве, или компоненты, которые выполняют определенные этапы, могут быть физически отделены от других компонентов и соединены друг с другом посредством подходящих кабелей или беспроводного соединения. Некоторые или все из компонентов могут быть включены в состав камеры 21. Однако для удобства работы и в связи с возможностью размещения камеры 21 в среде, которая может быть горячей и запыленной и, следовательно, потенциально агрессивной для таких компонентов, как процессоры, предпочтительно, чтобы камера 21 была физически отделена от других компонентов, причем чтобы камера 21 была подключена посредством кабеля или беспроводного соединения по меньшей мере к компоненту, который выполняет этап 31, который является следующим за получением изображений камерой 21. Как показано на Фиг. 1, система 23 соединена с камерой 21 для приема входного сигнала от камеры 21, причем система 23 соединена с элементами 25 управления и (при наличии) с элементами 29 управления для подачи сигналов на элементы 25 и 29 управления.
При эксплуатации сжигание осуществляется внутри печи 1 в присутствии материала 2 в печи 1. В печи образуется пламя, которое может быть представлено в виде пламени 15, выходящего из отверстия 7 дымовой трубы 6. В одном варианте осуществления изобретения камера 21 направлена на пламя 15 таким образом, что изображения пламени 15 принимают через отверстие 22. В другом варианте осуществления изобретения камера 21 направлена в сторону печи 1 таким образом, что изображение пламени 4 внутри печи 1 принимают в отверстии 22 через смотровое окно 10. Пламя 15 или 4 может быть очень ярким, поэтому отверстие 22 и время экспонирования должны регулироваться для предотвращения расплывания изображения. В некоторых случаях может быть желательно иметь возможность динамического регулирования времени экспонирования изображения, чтобы обеспечить адекватное разрешение при очень темном изображении. В большинстве случаев такая динамическая регулировка не требуется. Коэффициент видимости и разрешение изображения камеры должны быть такими, чтобы размер изображения составлял по меньшей мере 50 на 50 пикселов, предпочтительно по меньшей мере 300 на 300 пикселов. Специалист в данной области может легко определить соответствующее разрешение изображения и коэффициент видимости изображения для заданного расстояния камеры 21 от пламени 15 или 4 и для заданного размера пламени 15 или 4. Камера 21 создает цифровое электронное изображение пламени 15 или пламени 4 на основе по меньшей мере одного параметра пламени, такого как интенсивность пламени 15 или пламени 4. Электронное изображение передается в электронном виде камерой 21 к устройству, которое выполняет этап 31.
На этапе 31 сигнал, соответствующий изображению пламени 15 или 4, преобразуется в одно или более значений, которые представляют собой интенсивность или разнообразие интенсивностей пламени, и может содержать диапазон значений над областью пламени, которая находится в поле зрения камеры 21. Интенсивности определяют и представляют в цифровом виде для создания массива значений, которые соответствуют определенной интенсивности. Определенный параметр интенсивности соответствует также концентрации монооксида углерода, присутствующего в пламени.
На этапе 33 определенный параметр интенсивности сравнивают с предварительно установленными сопоставлениями параметра интенсивности с фактическими концентрациями монооксида углерода в пламени. Предварительно установленные сопоставления могут быть установлены путем одновременного измерения концентрации монооксида углерода в пламени с помощью установленной методики, такой как отбор газа с использованием зонда отбора газа, с последующим анализом отобранного газа или непрерывного мониторинга выбросов и наблюдения значения представленного параметра, полученного на этапе 31, из значения, основанного на интенсивности, определяемой камерой 21, и регистрации измеренной концентрации и значения параметра вместе в тех случаях, когда они могут считываться вместе, например в компьютере или в рукописном каталоге. Таким образом, каждый параметр интенсивности, который представляется системой, соответствует фактическому значению концентрации монооксида углерода в пламени. Определение ранее существовавших сопоставлений между представленным параметром и измеренной концентрацией монооксида углерода может быть уже выполнено во время первоначальной установки системы в печи и, как правило, его не требуется повторять в данной печи каждый раз при эксплуатации печи. Однако для оператора может быть предпочтительно установить новый набор сопоставлений для различных печей, а также в данной печи в ситуациях, в которых условия, при которых будет работать данная печь, значительно различаются.
Описанную в настоящем документе систему можно использовать для реализации любого из нескольких способов управления работой печи. Один из таких способов заключается в управлении выбросами монооксида углерода путем управления подачей кислорода в печь, которая описана ниже:
В эксплуатации печи будет предварительно задано значение концентрации монооксида углерода в пламени, так чтобы значения концентрации монооксида углерода, превышающие это значение, считались неприемлемыми и подлежали уменьшению. Типичные значения избытка монооксида углерода могут находиться в диапазоне от 3% об. до 30% об., хотя значения могут варьироваться в зависимости от расположения, природы материала 2, нагреваемого в печи 1, или других условий. Предварительно установленное значение основывается на любом факторе или группе факторов, имеющих важное значение для оператора, таких, как значения, которые представляют чрезмерный риск причинения вреда окружающей среде, или которые могут нарушить соответствующие экологические нормы или которые указывают на нежелательный дисбаланс экономических и термодинамических состояний в печи.
На этапе 33 сохраняют предварительно установленное значение концентрации монооксида углерода в пламени (которое также может называться пороговым значением или заданным значением), и сравнивают определенный параметр интенсивности, соответствующий концентрации монооксида углерода в пламени в момент времени с предварительно установленным пороговым значением. Сравнение можно выполнять с любой требуемой скоростью, но предпочтительно, чтобы сравнение выполнялось с частотой один раз каждые 2–5 секунд. Предпочтительно сравнение выполняют автоматически с помощью соответствующим образом запрограммированного контроллера.
Если обнаруженный и обработанный параметр интенсивности соответствует фактической концентрации монооксида углерода в пламени, которая превышает предварительно установленное пороговое значение, то система выполняет действие, которое приводит к подаче дополнительного кислорода в печь 1. На Фиг. 2 это действие представлено как генерирующее на этапе 33 сигнал, который активирует систему 35 регулирования процесса горения для обеспечения присутствия дополнительного кислорода внутри печи 1. Дополнительный кислород предназначен для реагирования с монооксидом углерода, присутствующим в печи, таким образом, чтобы меньше монооксида углерода покидало печь 1 через дымовую трубу 6 в пламени 15 или иным образом. В печь 1 можно ввести дополнительный кислород для реагирования с обнаруженным избытком монооксида углерода с помощью любого из нескольких режимов. Например, одним из таких режимов является то, что система 35 управления может увеличивать количество кислорода 12, подаваемого в печь 1 через горелку 11, не увеличивая скорости потока топлива 13 в печь 1. Другой возможный способ заключается в подаче дополнительного окислителя или повышенного количества дополнительного кислорода через дополнительный питающий 29 трубопровод (показан на Фиг. 1), также не увеличивая скорости потока топлива 13 в печь 1. Еще одним возможным способом является уменьшение количества топлива 13, подаваемого в печь 1, не уменьшая количества кислорода 12 или дополнительного кислорода 27, подаваемого в печь 1. Или же любая комбинация этих режимов может быть реализована в одно и то же время.
Предпочтительный вариант осуществления предусматривает подачу дополнительного кислорода 27, так что оператору не нужно регулировать стехиометрическое соотношение окислителя и топлива, которое подается через одну или более горелок 11. Дополнительный питающий 27 трубопровод предпочтительно должен быть расположена таким образом, чтобы он подавал окислитель в области внутри печи, в которых может присутствовать относительно большее количество монооксида углерода, или в области, в которых монооксид углерода особенно нежелателен, например вблизи области, в которой внутренняя часть печи 1 соединена с расположенным выше по потоку концом дымовой трубы 6.
Подача дополнительного количества кислорода продолжается до тех пор, пока определенное и обработанное значение, представляющее концентрацию монооксида углерода в пламени, не снизится до значения, равного или меньшего, чем вышеуказанное предварительно установленное пороговое значение. При необходимости дополнительный кислород должен подаваться до тех пор, пока определенное и обработанное значение не будет меньше предварительно установленного порогового значения, например, от 0,5% до 2% ниже предварительно установленного порогового значения, чтобы свести к минимуму число случаев, когда должна быть начата, а затем прекращена подача дополнительного кислорода.
Этапы 31, 33 и 35 могут выполняться в соответствующим образом запрограммированных контроллерах, соединенных друг с другом подходящими кабелями или беспроводными соединениями. В качестве альтернативы, все они могут присутствовать в одном фрагменте оборудования.
Как указано, система, описанная в настоящем документе, также может использоваться для осуществления других способов управления работой печи путем регулирования подачи кислорода (окислителя), топлива, или как кислорода, так и топлива, для достижения требуемых характеристик горения внутри печи или для осуществления управления работой печи при запуске. В данном варианте осуществления настоящего изобретения в контроллере предварительно устанавливают одно заданное значение или более одного заданного значения (как правило, от 3 до 10 заданных значений), которые соответствуют скоростям потока топлива и скоростям потока кислорода, подаваемых в печь (в одной горелке или в каждой из нескольких горелок, если печь содержит множество горелок).
В этих вариантах осуществления параметры анализа изображения принимают на этапе 33 и сравнивают с заданными пользователем значениями уровней управления, которые также задают значения скорости потока для применения в горелке и трубке окислителя для каждого уровня. Эта последняя часть взаимодействует с ПЛК регулирования процесса горения в печи. Пользователь может также выбрать другие параметры процесса, например таймеры, чтобы активировать/деактивировать уровни управления. На этом этапе пользователь может также выбрать язык, который будет отображаться на панелях управления, которые будет видеть оператор, а также выбрать другие переменные для управления. Контроллер 33 собирает данные от камеры и связанного с ней программного обеспечения, обрабатывает эти данные вместе с данными пользовательского ввода (пределы, заданное значение потока кислорода, заданное значение потока природного газа, время задержки) и динамически регулирует процесс для уменьшения выбросов CO и увеличения производительности печи.
Пользователь выбирает управляющую переменную и устанавливает предельные значения пуска, предельные значения остановки и значения задержки выключения (в любом количестве требуемых значений, как правило, от 1 до 10 каждого) и количество (обычно от 1 до 5) значений задержки на включение. Пользователь также устанавливает заданное значение потока кислорода и устанавливает заданное значение природного газа на горелке для каждого соответствующего предела. Если было превышено первое предельное значение пуска в течение времени, превышающего время задержки, программное обеспечение устанавливает соответствующее заданное значение потока кислорода и соответствующее значение потока природного газа. Заданные значения обрабатываются по мере превышения предельных значений. Как только управляющая переменная опускается ниже предельного значения остановки, а таймер задержки выключения завершен, устанавливается предыдущий уровень.
Когда управляющая переменная опускается ниже всех предельных значений остановки и конечная задержка выключения завершена, заданное значение кислорода устанавливают на ноль, а заданное значение топлива на горелке возвращается к нормальному управлению.
При открытии дверцы печи заданное значение кислорода устанавливается равным нулю, а заданное значение топлива на горелке возвращается к нормальному управлению.
Система и способ, описанные в настоящем документе, позволяют оператору реализовать преимущества в работе печи, такие как более эффективная работа с точки зрения потребления топлива и уменьшения времени цикла. Путем мониторинга содержания монооксида углерода в пламени (и выполнения этого в режиме реального времени, то есть способа использования настоящего изобретения) оператор может регулировать скорости подачи кислорода и/или топлива в печь так, чтобы тепло от сжигания монооксида углерода можно было сохранить в печи и использовать для получения преимуществ, таким образом позволяя оператору достичь такой же степени нагрева и/или плавления материала внутри печи в течение более короткого цикла времени, и позволить оператору достичь нагрева и/или плавления при меньшем потреблении топлива на единицу нагреваемого материала.
По ряду причин настоящее изобретение представляет собой преимущественный способ контроля за выбросами монооксида углерода из печей и для контроля эксплуатации печи в целом. Одна из причин заключается в том, что реализация способа настоящего изобретения в действующей печи не требует постоянного непосредственного измерения концентрации монооксида углерода в пламени. Другая причина заключается в том, что с помощью настоящего изобретения измеряют параметры, определяющие содержание монооксида углерода в пламени, а не в дымовых газах или в отработанных газах, где измерение может быть более непостоянными и менее надежными. Кроме того, способ настоящего изобретения не измеряет температур пламени и не основывается на измерении различий в температуре пламени и, таким образом, является более надежным и менее подверженным колебаниям температуры в пламени. Напротив, способ настоящего изобретения основан на сопоставлениях параметров изображения, которые соответствуют концентрации монооксида углерода в пламени, что, как считается, является новым и эффективным способом работы.
Другие преимущества будут включать в себя снижение потребности в техническом обслуживании используемого оборудования; снижение стоимости установки и незначительное время простоя или отсутствие простоя печи для установки системы, составляющей предмет настоящего изобретения; и более быстрое время отклика для регулирования подачи кислорода, подачи топлива или как для подачи кислорода, так и для подачи топлива, когда система обнаруживает состояние, требующее увеличения или иного изменения количества кислорода и/или количества топлива, подаваемого в печь.
1. Способ нагревания материала в печи, содержащий этапы, на которых:
(A) нагревают материал, содержащий углеродсодержащее вещество, в печи, имеющей дымовую трубу, с использованием тепла, вырабатываемого при сжигании в печи топлива и газообразного окислителя, подаваемого в печь, таким образом образуя монооксид углерода, полученный из углеродсодержащего вещества, причем в печи образуется пламя, которое может выходить из печи через дымовую трубу;
(B) характеризуют концентрацию монооксида углерода в пламени на основании изображений пламени, полученных внутри печи или снаружи печи с помощью цифровой камеры, расположенной снаружи печи, путем представления в электронном виде по меньшей мере одного параметра, соответствующего интенсивности пламени и соответствующего концентрации монооксида углерода в пламени, и определяют характерную концентрацию монооксида углерода в пламени на основании предварительно заданных сопоставлений фактических концентраций монооксида углерода в пламени с представленными значениями по меньшей мере одного параметра;
(C) сравнивают характерную концентрацию монооксида углерода в пламени, согласно характеристике в соответствии с этапом (B), с предварительно установленным пороговым значением концентрации для указанной концентрации;
(D) регулируют количество кислорода, количество топлива или как количество кислорода, так и топлива, подаваемого в печь, доступного для реагирования в печи, до их количества или количеств, которое является эффективным для снижения характерной концентрации монооксида углерода в пламени, чтобы оно равнялось или было меньше предварительно установленного порогового значения концентрации для предварительно заданного периода времени, при этом продолжая определять концентрацию монооксида углерода в пламени на основании изображений пламени, полученных с помощью цифровой камеры снаружи печи, когда характерная концентрация монооксида углерода в пламени превышает указанное предварительно установленное пороговое значение концентрации.
2. Способ по п. 1, в котором указанный материал содержит металл.
3. Способ по п. 1, в котором на этапе (A) сжигают по меньшей мере часть указанного нагреваемого материала.
4. Способ по п. 1, в котором на этапе (A) расплавляют по меньшей мере часть указанного нагреваемого материала.
5. Способ по п. 1, в котором на этапе (D) регулирование количества кислорода в печи, доступного для реагирования в печи, включает в себя увеличение количества кислорода, подаваемого в указанную печь, по отношению к количеству указанного топлива, которое подается в указанную печь.
6. Способ по п. 1, в котором на этапе (D) регулирование количества кислорода в печи, доступного для реагирования в печи, включает в себя уменьшение количества указанного топлива, подаваемого в указанную печь, по отношению к количеству кислорода, которое подается в указанную печь.
7. Способ по п. 1, в котором пламя выходит из печи через дымовую трубу, причем изображения пламени, выходящего из печи через дымовую трубу, получают с помощью цифровой камеры.
8. Способ по п. 1, в котором изображения пламени получают с помощью цифровой камеры внутри печи.
9. Способ по п. 1, включающий в себя регулирование количества кислорода, подаваемого в печь, когда характерная концентрация монооксида углерода в пламени превышает указанное предварительно установленное значение концентрации.
10. Способ по п. 1, включающий в себя регулирование количества топлива, подаваемого в печь, когда характерная концентрация монооксида углерода в пламени превышает указанное предварительно установленное значение концентрации.
11. Способ по п. 1, включающий в себя регулирование количества кислорода и количества топлива, подаваемого в печь, когда характерная концентрация монооксида углерода в пламени превышает указанное предварительно установленное значение концентрации.
12. Способ нагревания материала в печи по п. 1, содержащий этапы, на которых:
(A) нагревают материал, содержащий углеродсодержащее вещество, в печи, имеющей дымовую трубу, с использованием тепла, вырабатываемого при сжигании в печи топлива и газообразного окислителя, подаваемого в печь, таким образом образуя монооксид углерода, полученный из углеродсодержащего вещества, причем в печи образуется пламя, которое может выходить из печи через дымовую трубу;
(B) характеризуют концентрацию монооксида углерода в пламени на основании изображений пламени, полученных внутри печи или снаружи печи с помощью цифровой камеры, расположенной снаружи печи, путем представления в электронном виде по меньшей мере одного параметра, соответствующего интенсивности пламени и соответствующего концентрации монооксида углерода в пламени, и определяют характерную концентрацию монооксида углерода в пламени на основании предварительно заданных сопоставлений фактических концентраций монооксида углерода в пламени с представленными значениями по меньшей мере одного параметра;
(C) сравнивают характерную концентрацию монооксида углерода в пламени, согласно характеристике в соответствии с этапом (B), с предварительно установленным пороговым значением концентрации для указанной концентрации;
(D) регулируют количество кислорода, подаваемого в печь, доступного для реагирования с монооксидом углерода в печи, до количества, которое является эффективным для снижения характерной концентрации монооксида углерода в пламени, чтобы оно равнялось или было меньше предварительно установленного порогового значения концентрации для предварительно заданного периода времени, при этом продолжая определять концентрацию монооксида углерода в пламени на основании изображений пламени, полученных с помощью цифровой камеры снаружи печи, когда характерная концентрация монооксида углерода в пламени превышает указанное предварительно установленное пороговое значение концентрации.
13. Способ по п. 12, в котором на этапе (D) регулирование количества кислорода в печи, доступного для реагирования с монооксидом углерода в печи, включает в себя увеличение количества кислорода, подаваемого в указанную печь, по отношению к количеству указанного топлива, которое подается в указанную печь.
14. Способ по п. 12, в котором на этапе (D) регулирование количества кислорода в печи, доступного для реагирования с монооксидом углерода в печи, включает в себя уменьшение количества указанного топлива, подаваемого в указанную печь, по отношению к количеству кислорода, которое подается в указанную печь.
