Устройство для управления тепловым режимом стекловаренной ванной печи

 

УСТРОЙСТВО для УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ СТЕКЛОВАРЕННОЙ ВАННОЙ ПЕЧИ, содержащее датчики температуры , расходов топлива и воздуха , задатчики температуры и коэффициента избытка воздуха, регуляторы расхода топлива и соотношения топливо-воздух, корректирующий регулятор температуры, корректор задания расхода топлива и исполнительные механизмы , связанные с регулирующими органами подачи топлива и воздуха, причем задатчик и датчик температуры подключены к соответствующим вхЪдам корректирующего регулятора температуры, датчкк расхода топлива подключен к одним входам регуляторов расхода топлива и соотношения топливо-воздух , к другому входу которого подключен датчик расхода воздуха, задатчик коэфф лциента избытка воз-, духа соединен с соответствующим входом регулятора соотношения топливо-воздух , выход которого соедийен с исполнительным механизмом подачи воздуха, а выход регулятора рас.хрда топлива соединен с исполнительным механизмом подачи топлива, о тличающееся тем, что, с целью экономии теплоэнергетических затрат , оно снабжено дифференциатором, блоком коррекции коэффициента избытка воздуха, корректором задания коэффициента избытка воздуха,задатчиком цикш ла коррекции и элементом задержки,причем датчик температуры через дифферен циатор соединен с одним входом блока коррекций коэффициента избытка воз-, духа, другой вход которого соединен с одним выходом задатчика цикла коррекции , другой выход которого соединен с входом элемента задержки, один О выход которого соединен с корректором задания расхода топлива, другой выход 00 а элемента задержки соединен с соответствующим входом блока коррекции коэффициента избытка воздуха, выход кото00 рого через корректор задания коэф- ,фициента избытка воздуха соединен с задатчиком коэффициента избытка воздуха .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ1у1СТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1008163

З0 С 03 В 5/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ит ч* е ° l, у, к ттфтз ф 1р.д.";Щ ф;и.

jf И" фе,j-тз .ар - (ЙЙВ "-. ; .,,д

° ° (21) 3321950/29-33 (22) 24 07.81 (46) 30 .03.83. Бюл. N 12 (72) А. А. Бялик и Л. М. Салаутина (71). Киевский Филиал Всесоюзного, научно-исследовательского и проектно. конструкторского института по автоматизации предприятий промышленности строительных материалов (53) 666.11(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 585128, кл. С 03 В 5/24, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР и 800142, кл. С 03 В 5/24, 1979 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ СТЕКЛОВАРЕННОЙ ВАННОЙ ПЕЧИ, содержащее датчики температуры, расходов топлива и воздуха, задатчики температуры и коэффициента избытка воздуха, регуляторы расхода топлива и соотношения топливо-воздух, корректирующий регулятор температуры, корректор задания расхода топлива и исполнительные механизмы, связанные с регулирующими органами подачи топлива и воздуха, причем задатчик и датчик температуры подключены к соответствующим входам корректирующего регулятора температуры, датчик расхода топлива подключен к одним входам регуляторов расхода топлива и соотношения топливо-воздух, к другому входу которого подключен датчик расхода воздуха, задатчик коэффициента избытка воз-. духа соединен с соответствующим входом регулятора соотношения топливо-воздух, выход которого соединен с исполнительным механизмом подачи воздуха, а выход регулятора рас.хода топлива соединен с исполнительным механизмом подачи топлива, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью экономии теплоэнергетических затрат, оно снабжено дифференциатором, Ьлоком коррекции коэффициента изЬытка воздуха, корректором задания коэффициента избытка воздуха,задатчиком цик- ла коррекции и элементом задержки,при- Е чеи датчик температуры через дифререн- Q) циатор соединен с одним входом блока коррекции коэффициента избытка воз- С духа, другой вход которого соединен с одним выходом задатчика цикла кор- Ц рекции, другой выход которого соеди- М нен с входом элемента задержки,.один выход которого соединен с корректором задания расхода топлива, другой выход,р элемента задержки соединен с соответствующим входом блока коррекции коэффициента избытка воздуха, выход которого через корректор задания коэф,фициента избытка воздуха соединен с задатчиком коэффициента избытка воздуха. 1 10081

Изобретение относится к производству стекла и предназначено для стекловаренных ванных печей с газопламенным нагревом атекломассы и может быть использовано как в регене- s р4тивных, так и в рекуперативных печах.

Известно устройство для управления тепловым режимом стекловаренной ванной печи, содержащее термопару, >0 регуляторы расхода топлива и воздуха с исполнительными механизмами, датчики расхода топлива и воздуха, задатчики и корректоры 1 1 1.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления тепловым режимом стекловаренной ванной печи, содержащее датчики температуры, расходов топлива и. воздуха, задатчики температуры и коэф- 20 фициента изЬытка воздуха, регуляторы расхода топлива и соотношения топлива-воздух, корректирующий регулятор температуры, корректор задания расхода топлива и исполнительные ме- 2$ ханизмы, связанные с регулирующими органами подачи топлива и воздуха, причеь задатчик и датчик температуры подключены к соответствующим входам корректирующего регулятора тем- З0 пературы, датчик расхода топлива подключен к одним входам регуляторов расхода топлива и соотношения топливо-воздух, к другому входу которого подключен датчик, расхода воздуха, задатчик коэффициента избытка воздуха соединен с соотвествующим входом регулятора соотношения топливо-воздух, выход которого соединен с исполнительным механизмом подачи воздуха, а выход регулятора расхода топлива соединен с исполнительным механизмом подачи топлива 2 ).

Недостатком этих устройств является значительный расход топлива, поскольку при использовании устройства информация о температуре пламенного пространства не является достаточной дпя управления режимом горения, так квк одну и ту же температуру можно достичь при различных cw отношениях топливо-воздух °

Дополнительная информация о составе продуктов сгорания также не является достаточной для обеспечения оптимальных условий режима горения

55 ввиду невозможности отЬора представительной пробы газов непосредственно из печи, непостоянст ва под63 2 сосов и потерь воздуха, выделения газов при плавлении шихты и т.д.

Цель изобретения — экономия теплоэнергетических затрат.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления тепловым режимом стекловарвнной ванной печи, содержащее датчики температуры, расходов топлива и воздуха, задатчики температуры и коэффициента избытка воздуха, регуляторы расхода топлива и соотношения топливо"воздух, корректирующий регулятор температуры, корректор задания расхода топлива и исполнительные механизмы, связанные с регулирующими органами топлива и воздуха, причем задатчик и датчик температуры, подключены к соответствующим входам корректирующего регулятора температуры, датчик расхода топлива подключен к одними входам регуляторов расхода топлива и соотношения топливо-воздух, к другому входу которого подключен датчик расхода воздуха, задатчик коэффициента избытка воздуха соединен с соответствующим входом регулятора соотношения топливо-воздух, выход которого соединен с исполнительным механизмом подачи воздуха, а выход регулятора расхода топлива соединен с исполнительным механизмом подачи топлива, снабжено дифференциатором, блоком коррекции коэффициента избытка воздуха, корректором задания коэффициента избытка воздуха, задатчиком .цикла коррекции и элементом задержки, причем датчик температуры через дифференциатор соединен с одним входом Ьлока коррекции коэффициента изЬытка.воздуха, другой вход которого соединен с одним выходом задатчика цикла коррекции, другой выход которого соединен с входом элемента . задержки, один выход которого соединен с корректором задания расхода топлива, другой выход элемента задержки соединен с соответствующим входом блока коррекции коэффициента избытка воздуха, выход которого через .корректор задания коэффициента избытка воздуха соединен с задатчиком коэффициента избытка воздуха.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 — функциональная схема блока коррекции коэффициента избытка воздуха; на фиг. 3 — временная диаграмма работы элементов системы; на

3 10081 фиг. 4 - зависимость температуры пламенного пространства от коэффициента избытка воздуха.

Устройство для управления тепловым режимом содержит датчик I, pery" пятор 2, и задатчик 3 расхода топлива, исполнительный механизм 4, регулирующий орган (заслонку) 5, уста" новленный в трубопроводе топлива, датчик 6 расхода воздуха, регулятор Io

7 соотношения топливо-воздух, задатчик 8 коэффициента избытка воздуха, исполнительный механизм 9, регулирующий орган (заслонку) 10, установленный в трубопроводе воздуха, датчик 1

11 и задатчик 12 температуры пламенного пространства печи, корректирующий регулятор 13 корректор 14 задания расхода топлива, дифференциатор

15, блок 16 коррекции коэффициента избытка воздуха, корректор 17 коэффициента избытка воздуха, задатчик

18 цикла коррекции и элемент 19 задержки. Блок .16 коррекции содержит электронные ключи 20 и 21, пороговые элементы 22 и 23, схемы 24 и

25 совпадения, логический элемент

ИЛИ 26, инвертор 27, схемы 28 и

29 памяти и выходные электронные ключи 30 и 31. На Фиг. 3 позиции

32-40 - сигналы элементов устройства-," на Фиг. 4 позиции 41-44 — точки кривой зависимости температуры от коэффициента избы1ка воздуха.

Устройство работает следующим об35 разом. Расход топлива, поступающего в горелки, измеряется датчиком 1.

Информация о текущем расходе топлива поступает на вход регулятора 2, о где сцавнивается с сигналом задатчика 3. При отклонении текущего расхода топлива от заданного значения регулятор 2 при помощи исполнительного механизма 4 перемещает ре45 гупирующую заслонку 5, изменяя тем самым текущий расход топлива в сторону восстановления равновесия.

Одновременно сигнал, пропорциональный текущему расходу топлива, поступает на один из входов регулятора 7 соотношения топливо-воздух. На другие входы регулятора 7 поступают выходные сигналы датчика 6 расхода воздуха и задатчика 8 коэффициента избытка воздуха. Регулятор 7 управляет при помощи исполнительного механизма 9 положением регулирующей заслонки 10. При этом расход воздуха устанавливается регу63 ф лятором / пропорционально произведеwe выходных сигналов датчика 1 расхода топлива и задатчика 8 коэффициента избытка воздуха. Температура пламенного пространства печи измеряется датчиком II, в качестве которого может быть использована термопара.

Сигнал 34, пропорциональный температуре пламенного пространства печи, с выхода датчика 11 поступает на вход корректирующего регулятора 13, где сравнивается с сигналом .задатчика 12 температуры. При отклонении температуры от заданного значе-. ния корректирующий регулятор 13 при г помощи корректора 14 задания изменяет уставку задания эадатчика 3 расхода топлива. При этом регулятор 2 изменяет расход топлива в печи до достижения заданного значения температуры пламенного пространства.

Одновременно сигнал 34 с выхода датчика 11 температуры поступает на вход дифференциатора 15. Выходной сигнал 35 дифференциатора 15>, пропорциональный производной темпе" ратуре, поступает в блок 16 коррекции коэффициента избытка воздуха, который при помощи корректора 17 по сигналам задатчика 18 цикла коррекции осуществляет периодическую кор" рекцию коэффициента избытка воздуха, меняя тем самым соотношение топливовоздух. При этом направление. изменения (увеличение или уменьшение коэффициента Ы.) . определяется в бдо", ке 16 коррекции на каждый последующий цикл в зависимости от знака прог изводной температуры в момент непосредственно после произведенной коррекции коэффициента избытка воздуха.

По сигналам 32 задатчика 18 цикла коррекции, поступающим с заданным пе-. риодом, через электронные ключи 30 и

31 на входы корректора 17, последний осуществляет скачкообразное изменение уставки задания коэффициента избытка воздуха. Выходной сигнал 40 задатчика 8 при этом также скачкообразно изменяется на определенную ве личину. Так как зависимость температуры пламенного пространства от коэффициента избытка воздуха имеет экстремальный характер (фиг. 4), то в зависимости от начального значения коэффициента избытка воздуха и направления произведенного изменения задания температура в печи будет или повышаться или понижаться

1ОО81

Так если первоначальное значение коэффициента Ос меньше оптимального, соответствующего максимальной температуре (точки 4 1 и 42),то увеличение коэффициента с(. вызывает повышение температуры, а уменьшение - понижение. Аналогично, если первоначальное значение коэффициента о больше опти" мального (точка 44), то увеличение его влечет за собой понижение, а 10 уменьшение - повышение температуры.

Для исключения воздействия корректирующего регулятора 13 температуры на расход топлива во время определения знака производной элемент 19 задержки формирует сигнал 33, блокирующий корректор.14 задания на время, заведомо превышающее длительность выхода температурь1 печи на новое установившееся значение. 20

В рассматриваемый начальный момент времени система находится в точке 41, т.е. коэффициент избытка воздуха значительно меньша оптимального (точка 43).

В результате произведенной первой кор- 5 рекции коэффициент .oL увеличился на величину д д (сигнал 40) и система перешЛа в точку 42, Выходной сигнал

35 дифференциатора 1 в блоке 16 коррекции поступает через электронные Зф ключи 20 и 21 на входы пороговых элементов 22 и 23. Один из пороговых элементов (22) настроен на определенный уровень положительного сигнала, а другой — на определенный уровень от35 рицательного сигнала дифференциатора

15. Клянчи 20 и 21 пропускают сигнал дифференциатора в интервал времени, задаваемый элементом 19 задержки (сигнал 33), осуществляя тем самым выделения участка крйвой изменения температуры, вызванного скачкообразным изменением коэффициента сС, а не последующего участка, вызванного воздействием корректирующего регулятора 13 на расход топлива по окончании действия сигнала 33 блокировки.

Так как производная температура положительна, то срабатывает пороговый элемент 22 и сигнал 36 пбступаИ ет на один из входов схемы 24 совпадения, на втором входе которой присутствует единичный сигнал 38 схемы 28 памяти. С выхода схемы 24 совпадения единичный сигнал посту55 пает на вход логического элемента ИЛИ 26, который формирует единичный выходной сигнал при наличии на его входах хотя бы одного единичного сигнала. Этот сигнал поступает в схему 28 памяти и после сброса опять устанавливает ее в единичный уровень (сигнал 38), что соответствует положительному значению приращения Д d-в следующем цикле.

По истечении заданного промежутка времени задатчик 18 цикла коррек ции формирует разрешающий сигнал 32, поступающий на выходные электронные ключи 30 и 31. При этом единичный сигнал поступает с выхода схемы 28 на вход корректора 17 задания, осуществляющего изменение коэффициента

3. в сторону увеличения. При этом в соответствии с фиг. 4 (переход иэ точки 42 в точку 43) температура начинает возрастать (сигнал 34), что вызывает появление положительного сигнала 35 на выходе дифференциатора 15. Через определенное время, зависящее от инерционных свойств печи, гемпература выходит на новое установившееся значение. После окончания блокирующего сигнала 33 корректирующий регулятор 13, воздействуя на задатчик 3 расхода топлива, возвращает температуру в печи к прежнему установившемуся значению, определяемому уставкой задания эадатчика 12 температуры. Так как и приращение коэффифиента с - было положител ьным (сигнал

39 имеет единичный уровень) и производная температуры также положительна (единичный уровень сигнала 36) срабатывает схема 24 совпадения и на выходе логического элемента ИЛИ 26, опять появляется сигнал единичного уровня, поступающий на вход схемы

28 памяти.. Тем самым блок 16 коррекции задает положительное значение приращения коэффициента до .в последующем цикле.

При следующем срабатывании задатчика 18 цикла корректор 17 задания; вновь увеличивает значение коэффициента избытка воздуха на величину д К, осуществляй переход системы из точки 43 в точку 44. При этом температура понижается (сигнал 34},а производная ее отрицательна (сигнал

35), Срабатывает пороГовый элемент

23, подавая единичный сигнал на один из входов схемы 25 совпадения, Однако на втором входе схемы 25 присутствует нулевой уровень сигнала 39 схемы 29 памяти. Аналогично на входах схемы 24 совпадения присутствует только один единичный сигнал — г

7 10081 выхода схемы 20 памяти. Поэтому нэ входах и выходах логического элемента

ИЛИ 26 формируются си - налы нулевого уровня, а на выходе инвертора 27— сигнал единичного уровня, поступающий на вход схемы 29 памяти. Таким образом, блок 16 коррекции задает отрицательное значение приращения коэф. фициента Ьс(в последующем цикле (сигнал 39), что в следующем цикле 10 вызовет переход системы из точки 44 обратно в точку 43.

В случае если выходной сигнал дифференциатора меньше установленного порога срабатывания пороговых элементов (объект находится в районе максимума температуры и производная температуры близка к нулю), сигнал единичного уровня формируется на выходе инвертора 27 и блок коррекции 10 подготавливает систему к уменьшению коэффициента избытка воздуха в следующем цикле.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает выход печи на 25 оптимальный режим горения топлива, 4 I поиск и поддержание оптимального значения коэффициента избытка воз63 духа с небольшими периодическими отклонениями от оптимальнЬго значения.

В зависимости .от состава топлива, его калорийности и других факторов, влияющих на режим горения, систеМа управления в каждый момент времени с.заданной периодичностью определяет оптимальное значение коэффициента избытка воздуха. В связи с тем, что поиск оптимального значения избытка воздуха вносит дополнительные возмущения в объект регулирования, целесообразно устанавливать периодичность коррекции на чаше 1-2 раза в час. Изменение длительности цикла и величины приращения коэффициента осуществляется путем перестройки задатчика 18 цикла к коррекции (частоты срабатывания и длительности импульса) .

Использование предлагаемого устройства позволяет добиться снижения удельного расхода топлива при работе печи на природном газе на 4-6 ь за счет поддержания оптимального режима горения, Потенциальный эффект от широкого внедрения устройства составит 800 тыс. руб.

1008163

1008163

1008163

Составитель А. Кузнецов

Техред С,Иигунова Корректор И. Шулла

Редактор Ю. Середа

Филиал ППЛ "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ. 2259/31 Тираж 484 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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