Способ управления сжиганием колошникового газа и устройство для его осуществления

 

1. Способ управления сжиганием колошникового газа преимущественно коксовой вагранки с воздушным (воздушно-кислородным ) дутьем, основанный на поддержании постоянного избытка воздуха на сжигание пуг-в тем изменения подачи воздуха в зависимости от расхода колошникового газа и концентрации в нем горючего компонента, например окиси углерода (СО), отличающийся тем, что, с целью повышения качества сжигания газа, дополнительно контролируют концентрацию кислорода (О2) в колошниковом газе и изменяют расход воздуха на сжигание с учетом полученного значения О2, причем концентрацию СО в колошниковом газе рассчитывают в соответствии с выражением: СО 21М1 -4,)-1/в.. VKH 100, где КкI - объемный расход колошникового газа, м /c; 1/вд - объемный расход воздушного (воздушно-кислородного ) дутья, Oz - объемная концентрация кислорода в колошниковом газе, %. i 1(Л N3 N 4 4; СД СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1244455

Ai (51)4 F27Â! 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 384?100/22-02 (22) 28.01.85 (46) 15.07.86. Бюл. № 26 (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (72) В. А. Дикий, А. И. Тышко, В. Н. Иванов, Н. И. Кучмий и И. Я. Семенов (53) 660.189.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 510698, кл. G 05 D ll/00, 1974.

Патент ФРГ № 3145159, кл. F 27 В 1/00, 1981. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СЖИГАНИЕМ КОЛОШНИКОВОГО ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ управления сжиганием колошникового газа преимушественно коксовой вагранки с воздушным (воздушно-кислородным) дутьем, основанный на поддержании постоянного избытка воздуха на сжигание путем изменения подачи воздуха в зависимости от расхода колошникового газа и концентрации в нем горючего компонента, например окиси углерода (СО), отличающийся тем, что, с целью повышения качества сжигания газа, дополнительно контролируют концентрацию кислорода (О ) в колошниковом газе и изменяют расход воздуха на сжигание с учетом полученного значения О, причем концентрацию СО в колошниковом газе рассчитывают в соответствии с выражением:

О=

CO— 2 Ь "(1 — 4,76 -"-) — V.. 1 100, о о

КГ где V- — объемный расход колошникового газа, м /с;

V.. — объемный расход воздушного (воз- а

С> душно-кислородного) дутья, м /с:

0 — объемная концентрация кислорода в колошниковом газе, о .

1244455

2. Устройство управления сжиганием колошникового газа, содержащее последовательно соединенные датчик расхода колошникового газа, первый блок вычисления, регулятор соотношения газ — воздух, выход которого соединен с регул ирующи м органом расхода воздуха для сжигания, датчик расхода воздуха для сжигания колошникового газа, выход которого подсоединен к второму входу регулятора соотношения и датчик расхода дутья, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сжигания газа, оно снабжено датчиком концентрации кислорода в колошниковом газе, блоком умножения и вто1

Изобретение относится к технике управления сжиганием газообразного топлива с изменяющейся теплотой сгорания путем пропорционирования расходов топлива и воздуха на сжигание и может быть использовано для управления сжиганием колошникового газа коксовых вагранок с воздушным или воздушно-кислородным дутьем.

Цель изобретения — повышение качества сжигания газа.

На чертеже приведено устройство, реализующее способ управления.

Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 расхода колошникового газа, первый блок 2 вычисления, регулятор 3 соотношения газ — воздух, связанный с регулирующим органом 4 воздуха для сжигания колошникового газа. Второй вход регулятора 3 соединен с выходом датчика 5 расхода воздуха, идущего на сжигание колошникового газа. Второй вход регулятора 3 соединен с выходом датчика 5 расхода воздуха, идущего на сжигание колошникового газа. На два входа второго блока 6 вычисления подсоединены выход датчика 7 расхода воздушного (воздушно-кислородного) дутья, третий вход соединен с выходом датчика 8 концентрации кислорода, а его выход подсоединен к второму входу первого блока 2 вычисления. На два входа блока 9 умножения подсоединены выход датчика 1 расхода колошникового газа и выход датчика 8 концентрации кислорода в нем, а его выход подключен к третьему входу первого блока 2 вычисления.

Устройство может быть реализовано на базе стандартной серийно выпускаемой аппаратуры. Для измерения объемных расходов дутья, колошникового газа и воздуха на сжигание можно применить измерительный комплект, состоящий из сужающегося

35 рым блоком вычисления, причем два входа второго блока вычисления соединены с выходами датчиков расхода колошникового газа и расхода дутья, третий вход соединен с датчиком концентрации кислорода в колошниковом газе, а выход подсоединен к второму входу первого блока вычисления, а на два входа блока умножения подсоединены выходы датчиков расхода колошникового газа и концентрации кислорода в колошниковом газе, а выход блока умножения подсоединен к третьему входу первого блока вычисления.

2 устройства и дифманометра из ГСП с унифицированным выходным сигналом 0 — 5 МА, например типа ДМ вЂ” ЭР.

Объемную концентрацию кислорода в колошниковом газе можно измерять с помощью стандартного комплекта магнитного газоанализатора на 0 типа МН.

Преобразующие и вычислительные операции в устройстве реализованы с помощью аналоговых блоков системы АКЭСР, КАСКАД, СУПС, а также средств микропроцессорной техники. Например, первый блок 2 вычисления и блок 9 умножения реализуется с помощью одного блока БВО системы

АКЭСР, второй блок 6 вычисления с помощью двух блоков БВО.

В газообразном топливе, которое используется для отопления промышленных агрегатов, обычно не содержится свободный кислород или доля его незначительна (0,2—

О,ЗО). Поэтому при сжигании этих газов стехиометрический коэффициент расхода воздуха определяют в зависимости от содержания горючих компонентов газа (СО, Н СН4, CÄH).

В колошниковом газе на выходе из вагранки также содержится незначительное количество свободного кислорода 0 — 0,3(05) /ц.

В трубопроводе колошникового газа непосредственно перед горелкой топочной камеры может содержаться свободный кислород, количество которого зависит от параметров гидравлического режима и неплотностей коммуникации на участке колошник — топочная камера.

Управление сжиганием колошникового газа без учета кислорода в нем сопровождается отклонениями фактического избытка воздуха от требуемого уровня и, как следствие, приводит к существенным экономическим потерям.

Окисление углерода кокса в вагранке при продувке необогащенным воздухом проис1244455 (12) 50

ЛV

0,21 V (8) ходит в соответствии со следующими химическими реакциями:

2С+ О + 3,76Л4 = 2 СО+ 3,76Л4; (1)

С+ 02+ 3,76N g — — СОз+ 3,76%, (2)

СО + С = 2СО. (3)

Из анализа уравнений (1) — (3) следует, что при расходовании единицы количества кислорода, например 1 м воздушного дутья, образуется при окислении углерода до СО

5,76 м продуктов реакции (2 м СО и 3,76 м

N ), а при окислении до СО 4,76 м продуктов реакции (1 мз COi и 3,76 мз N ).

Количество воздуха, израсходованное на образование колошникового газа, в обоих случаях равно 4,76 м (1 м 02 и 3,76 м Л4).

Таким образом, горение углерода кокса до

СО сопровождается увеличением объема образовавшихся газов по сравнению с объемом воздушного дутья, в то время как при окислении до СОо объем газообразных продуктов горения равен объему израсходованного воздуха.

Приращение объемного расхода колошникового газа в сравнении с объемным расходом воздушного дутья может служить мерой степени окисления кокса в вагранке, а следовательно, и количества окиси углерода в колошниковом газе.

Степень окисления кокса может быть охарактеризована величиной разности 1 — р, причем — + г i (4 где 1 „и 1 „ — объемные расходы СО и СОо в колошниковом газе, соответственно.

В соответствии с уравнениями (1) и (2) и выражением (4) при продувке вагранки воздухом с объемным расходом Гкд объем колошникового газа

Укг=(Ксо P+Ксо (1 P)) V»a 0,21, (5) где К„и ʄ— количество СО и СОз в колошниковом газе при использовании единицы количества кислородного дутья (4,76 единиц количества воздуха)

Разность объемных расходов колошникового газа и воздушного дутья можно представить в виде:

V»г — к д= =(Ксо р+Ксо, (1 — P)) 1г кдХ

>< 0,21 — Увд. (6)

Из выражения (6) определяем р:

+4,76 — К„, В связи с тем, что необогащенного воздушного дутья К„= 4,76 м /мз; К, =

= 5,76 мз/мз

При обогащении воздушного дутья кислородом ао (9)

5 где ао, — степень обогащения воздуха.

Из выражения (9)

ЛР= 4кгкд ао.- (10)

Исходя из выражения (10) следует, что при повышении степени обогащения воздуха

ip разность объемных расходов колошникового газа и воздушного дутья также увеличивается. При продувке чистым кислородом (ао, = 1) и окислении углерода до СО(р=1) количество колошникового газа (окиси углерода) в два раза превышает количество

15 дутья.

Объемный расход СО в колошниковом газе на основании выражений (!) и (10) V,.=Ê„ I1 Vw 0,21=К„Л1, 20 со где ʄ— количество окиси углерода, образующейся при расходовании единицы объема кислорода, К„=2 м

/ 3

Таким образом

25 V„= 25, V= 2(Vêã 1» вд) (I 1)

Объемная доля окиси углерода в колошниковом газе

2ЛР 2 V. — Ркд

1 кг 1гкr кг

С учетом подсоса воздуха в трубопровод колошникового газа выражение (12) сводится к виду:

2(Ркг(1 476 аО )

ЛСО= (13)

35 где 02 — объемная концентрация кислорода в колошниковом газе, о .

Пропорционально ЛСО изменяется также теплота сгорания колошникового газа, а следовательно, и стехиометрический коэффициент расхода воздуха на его сжигание. Количество воздуха, необходимое для сжигания колошникового газа, определяется в соответствии с выражением:

Гь = У 4ACO 2,38 ио — 4,76 — ), (14 ) где 2,38 — стехиометрический коэффициент расхода воздуха для чистой окиси углерода, ао — задаваемый коэффициент избытка (расхода) воздуха.

Исходя из выражений (13) и (14) устанавливается последовательность операций по управлению сжиганием колошникового газа вагранки: — определение (контроль) концентрации кислорода в колошниковом газе; — определение путем расчета объемной концентрации окиси углерода в колошниковом газе;

1244455

Составитель А. Абросимов

Техред И. Верес Корректор М. Шароши

Тираж 56! Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Л. Пчелинская

Заказ 3901/4 — Вычисление необходимого количества воздуха на сжигание; — установление расхода воздуха на сжигание в соответствии с рассчитанным значением.

Устройство функционирует следующим образом.

На входы первого блока 2 вычисления поступают сигналы, пропорциональные текущим расходам колошникового газа, воздушного дутья и концентрации 02 в колошниковом газе. В блоке 2 вычисления выполняется операция расчета объемной концентрации СО в колошниковом газе в соответствии с выражением (13) . Выходной сигнал блока 2 вычисления поступает на второй вход блока 6 вычисления, на первый вход этого блока поступает сигнал, пропорциональный расходу колошникового газа, на третий вход — сигнал с выхода блока 9 умножения, пропорциональный объемному расходу кислорода в колошниковом газе.

В блоке 6 вычисления осуществляется операция расчета необходимого (заданного) расхода воздуха для сжигания в соответствии с выражением (14). Выходной сигнал блока

6 вычисления, пропорциональный необходимому (заданному) расходу воздуха, поступает на первый вход регулятора 3 соотношения. В измерительном блоке регулятора 3 осуществляется операция сравнения заданного и текущего расхода воздуха на сжигание колошникового газа. В этом же блоке задается предусмотренный выражением (14) необходимый избыток воздуха по.

При появлении рассогласования на выходе измерительного блока регулятор 3 осуществляет перемещение регулирующего органа 4, установленного в трубопроводе воздуха, и приводит в соответствие текущий расход воздуха с необходимым его значением.

Использование способа и устройства для управления сжиганием колошникового газа приводит к повышению качества сжигания колошникового газа в топке рекуператора, вследствие чего снижается расход дополнительного топлива, например природного газа, в топку рекуператора и расход колеса, 20 загружаемого в вагранку, повышается стойкость труб верхней секции рекуператора.

Реализация способа и устройства приводит также к существенным уменьшениям выбросов вреднего газа (окиси углерода) в атмосферу.