Устройство для регулирования температуры ваграночного дутья

 

Изобретение относится к регулированию температуры нагрева воздуха в ваграночном рекуператоре, оборудованном топочной камерой для сжигания ваграночного газа и дополнительного топлива. Цель изобретения уменьшение потерь тепла с горячим воздухом, удаляемым в атмосферу. Существо изоб (Л : ND

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (5D 4 В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 3948759/?2 — 02 (22) 05.09.85 (46) 30.05.87. Бюл. - 20 (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) Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей. M. Металлургия, 1975, с. 212-213, рис. 111. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ ВАГРАНОЧНОГО ДУТЬЯ (57) Изобретение относится к регулированию температуры нагрева воздуха в ваграночном рекуператоре, оборудованном топочной камерой для сжигания ваграночного газа и дополнительного топлива. Цель изобретения — уменьшение потерь тепла с горячим воздухом, удаляемым в атмосферу. Существо изоб1314213 ретения заключается в том„ что в установившемся р<.жиме температура ваграночного дутья равна заданному значению. Температура труб рекуператора в этом случае может быть равна предельному задаваемому значению или меньше его. В последнем случае на выходе регулятора 18 имеет место нулевой сигнал и регулирующий орган 23 в отводящем патрубке закрыт. Регулирующий орган 11 дополнительного топлива занимает промежуточное положение. Увеличение поступления тепла в топку, например за счет повышения теплоты сгорания газа, вызывает повышение температуры труб рекуператора, измеряемой датчиком 19„ Сигнал рассогласования с регулятсра 18 пос—

Изобретение относится к: управле-нию теплообменными аппаратами, а именно к регулированию температуры нагрева воздуха в ваграночных рекуператорах, оборудованных топочной камерой для сжигания ваграночного газа и дополнительного топлива.

Целью изобретения является умень-шение потерь тепла с горячим возду-хом, удаляемым í атмосферу.

На фиг. 1 приведена зависимость расхода воздуха через рекуператор (линии 1 и 2) и расхода воздуха :е-рез отводящий патрубок (линии 3 и 4) от расхода ваграночного дутья для двух различных значений А (А„ ) А ), на фиг. 2 — зависимости температуры нагрева воздуха (tg) в рекуператор= от расхода ваграночного дутья при функционировании устройства (ломанные линии 5 и б относятся соответственно к двум значениям минимального расхода воздуха через рекуператор и A ), íа фиг..3 — блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные датчик 7 температуры ваграночного дутья и первый (анало-. говый) регулятор 8, выход которого подключен к второму входу четвертого (пропорционального) регулятора 9. Выход регулятора 9 через первый исполнительный механизм 10 связан с регутупает на регулятор 20, который перемещает исполнительным механизмом 22 регулирующий орган 23 в сторону открытия. Количество воздуха через рекуператор увеличивается, что снижает температуру труб. При изменении расхода ваграночного дутья, измеряемого датчиком 17, изменяется сигнал на входе сумматора 13 блока 12 коррекции.

Сигнал через инвертор 14 поступает на вход регулятора 9„ Выбор знака и величины корректирующего воздействия осуществляется нуль-органом 16 и переключателем 15. Сигнал с выхода регулятора 9 через исполнительный механизм 10 изменяет положение регулирующего органа 11, изменяя расход дополнительного топлива. 3 ил. лирующим органом I 1 дополнительного топлива. Выход датчиков положения исполнительного механизма 10 (не показан) соединен с третьим входом регулятора 9. Первый вход регулятора 9 подсоединен к выходу блока 12 коррекции. Блок 12 коррекции содержит последовательно соединенные сумматор

13, инвертор 14 и двухпозиционный переключатель 15, выход которого является выходом блока 12 коррекции, при этом выход сумматора 13 дополнитель— но соединен с вторым коммутируемым входом переключателя 15, управляющий, 1 4, вход которого через нуль-орган 16 связан с выходом сумматора 13. Два входа сумматора 13, являющиеся входами блока 12 коррекции, соединены с выходами датчика 17 расхода ваграночного дутья и третьего (аналогового) регулятора 18, на вход которого подключен датчик 19 температуры труб рекуператора. Выход регулятора 18 подсоедипен также к второму входу

-,второго регулятора 20, к третьему вховходу которого подсоединен выход датчика Z 1 расхода воздуха, удаляемого в атмосферу, а к первому — выход датчика 17 расхода ваграночного дутья °

- " Выход регулятора 20 через второй исполнительный механизм 22 связан с регулирующим органом 23, установленным в отводящем патрубке, 1314213

-PL

N,s(Ð) = е

Коб — /

Т,Р+ 1 o2 инвертора.

Устройство реализуется с помощью стандартной серийно выпускаемой ап1 паратуры. Измерение температур горячего дутья и труб рекуператора может осуществляться с помощью комплекта, состоящего из термопары и измерительного преобразователя с унифицированным выходным сигналом 0-5 мА, например преобразователя типа Ш 72 либо преобразователя Ф7025. Для измерения расходов могут быть применены преобразователи разности давления

САПФИР-22ДЦ или дифманометры из ГСП с унифицированным выходным сигналом

0-5 мА, например, типа ДМ-ЭР. Управляющие логические и преобразующие функции могут осуществляться с помощью соответствующих блоков системы

АК ЭСР, КАСКАД либо средствами микропроцессорной техники, например, сис- 20 темы РЕМИКОНТ.

В качестве аналоговых регуляторов

8 и 18 могут использоваться, например, регуляторы РБА, Р12 и т.п. Pe— гулятор 20 в зависимости от типа исполнительного механизма (электрический, пневматический) может быть импульсным типа РБИ либо аналоговым

РБА. В качестве пропорционального регулятора 9 может быть применен также импульсный регулятор типа РБИ с обратной связью по положению регулирующего органа. Блок 12 коррекции легко реализуется, например, с помощью одного многофункционального блока 35

БСГ системы АКЭСР имеющей в своем составе два сумматора входных сигналов "Нуль-орган" с гистерезисом и контактным выходом, который выполняет функцию двухпозиционного переключателя 8. Второй сумматор в блоке

БСГ можно использовать в качестве

Зависимости (фиг. 2) построены на .45 основании экспериментальных и расчетных материалов. На основании анализа этих зависимостей можно сделать вывод, что для компенсации возмущений, вызванных изменением расхода ваграночного дутья, требуется корректирующее звено со сложной передаточной функцией. В точке излома зависимостей коэффициент передачи передаточной функции звена должен изменяться как по абсолютному значению, так и по знаку воздействий.

Передаточная функция корректирующего звена должна имет вид

4 (P) = s ign (V -А) -2 -----, о2 где W., (Р) и И (P) — пер едаточные функции о2 по температуре дутья .

:при изменении соответственно расхода ваграночного дутья и расхода дополнительного топлива, например природного газа где Т,, Т2 — постоянные времени объекта (Т Т = 102

12 мин), запаздывания (с Т

1

1,2 — 1,5 мин) .

Выходной сигнал корректирующего звена должен подключаться не к входу регулятора температуры (как в извест— ном решении), а к входу регулятора, изменяющего расход природного газа.

В связи с тем, что величины запаздываний и постоянных времени объекта по двум приведенным каналам отличаются несущественно, передаточную функцию корректирующего звена можно представить в виде

W (P)=sign(V — А) †- -=sign(V — А)К

К,s к ß2 К к6 о2 где К и К вЂ” коэффициенты передааб о2 чи объекта при изменении соответственно расхода дутья и газа, причем положительное корректирующее воздействие при условии

V — А (О, а отрицательное — при Ч вЂ А, К вЂ” коэффициент передачи корректирующего зйена.

В -момент перехода статической характеристики через точку перелома должно изменяться также и численное значение коэффициента передачи.

Таким образом, передаточная функция корректирующего звена, обеспечивающая инвариантность температуры ваграночного дутья от изменений его расхода, аппроксимируется усилитель4213 6 вая тем самым изменение его выходной величины. При этом возникает сигнал рассогласования на входе пропорцио- нального регулятора 9, который с помощью исполнительного механизма 20 перемещает регулирующий орган 11 дополнительного топлива на величину, пропорциональную рассогласованию.

Изменение выходной величины регуля-!

О -ора 8, а следовательно и перемещение регулирующего органа 11 происходит до тех пор, пока не исчезнет сигнал рассогласования на входе регулятора

8, т.е. при равенстве текущей и за15 данной температуры дутья. Параметры настроек регуляторов 8 и 18 устанавливают с учетом динамических свойств регулируемых параметров. При этом регулятор 18 как более быстродействую20 пий эффективно компенсирует все возмущения, вызванные изменением теплоты сгорания ваграночного газа, чем способствует стабилизации температуры ваграночного дутья.

25 Рассмотрим реакцию системы на второе характерное возмущение-изменение расхода ваграночного дутья. При изменении расхода дутья, например, в меньшую сторону изменяется сигнал на

30 входе блока 12 коррекции (входе сумматора 13). Выходная величина сумматора 13, пропорциональная корректирующему воздействию, непосредственно или через инвертор 14 поступает

35 на вход пропорционального регулятора

9. Выбор знака и величины корректирующего воздействия (установление нахождения объекта на правой или левой ветви статической характеристики)

40 осуществляется с помощью нуль-органа 16 и двухпозиционного переключателя 15. Выходное реле нуль-органа

16 срабатывает, например при Ч -МО и находится в обесточенном состоянии

45 при U „ — А - О. На входе регулятора .9 суммируются сигналы в соответствии с выражением

131 лива занимает некоторое промежуточное положение. Пусть в этом состоянии в топку поступает ваграночный газ с низкой теплотой сгорания.

Рассмотрим реакцию системы на повышение теплоты сгорания ваграночного газа. Предполагается, что ваграночный газ полностью дожигается в топочной камере в результате функционирования соответствующей системы управления, Увеличение поступления тепла в топку приводит к возрастанию теплосодержания продуктов горения на выходе из нее, что вызывает также повышение температуры труб рекуператора. На входе аналогового регулятора 18 возникает сигнал рассогласования и выходной сигнал на выходе э гого регулятора начинает увеличиваться. При этом появляется сигнал рассогласования на входе регулятора

20, который с помощью исполнительного механизма ?2 начинает перемещать регулирующий орган 23 в сторону открытия. Количество воздуха, проходящее через рекуператор, увеличивается вызывая тем самым снижение температуры труб рекуператора. Регулятор 20 перемещает регулирующий орган 23 до тех пор, .пока не устранит сигнал рассогласования на входе регулятора 18.

В связи с большой инерционностью (Т = 10-12 мин) и запаздьп анием (= 1,2-1,5 мин) температура ваграночного дутья в результате функционирования регуляторов 18 и 20 может вообще не отклониться от задания или это отклонение будет незначительным.

При возникновении этого отклонения появляется сигнал рассогласования на входе аналогового регулятора 8, вызыным звеном с изменяющимся коэффициентом усиления по знаку и величине в зависимости от теплового состояния труб рекуператора.

Устройство функционирует следую9 щим образом.

В установившемся режиме (статика) температура ваграночного дутья равна заданному значению (@ = tg ); температура труб рекуператора в этом случае может быть равна предельному задаваемому значению или меньше его.

В последнем случае выходная величина регулятора 18 равна О, а это означает, что регулирующий орган 23 в отводящем патрубке закрыт. Регулирующий орган 11 »ного топе = к (U,-А)+к е -к ч, 50 при условии, что V> -А ) 0 и Е = -К (V -А)+К Е -K V

К Г 1 алых 2 Г,5 при условии, что V — А С 0 где Е „,„ — выходной сигнал аналогового регулятора 8, К„, K — коэффициенты пропорциональности.

1314713

Различные значения коэффициентов

I пропорциональности К „ и К „объясняютк»» к»» ся различием наклона статической характеристики до и после ее перелома (фиг. ?.) .

Включение параметра А в уравнение статики обеспечивает безударное прохождение точки перелома статической характеристики объекта регулирования.

Из анализа уравнения статики ясен !О физический смысл компенсации возмущений, вызванных изменением расхода ваграночного дутья. При любых изме— нениях расхода дутья пропорциональный регулятор 9 практически мгновенно 15 изменяет расход дополнительного топлива в топочную камеру, в результате чего температура дутья сохраняется практически неизменной.

Таким образом, введение блока кор- 20 рекции в состав устройства обеспечивает инвариантность регулируемой температуры ваграночного дутья от изменений его расхода.

Высокое качество регулирования тем-25 пературы дутья с помощью устройства приводит к улучшению технико-экономических показателей ваграночного производства, а именно снижению расхода дополнительного топлива, сниже- ЗО нию удельного расхода кокса, увеличению срока службы труб рекуператора и др.

Формула из обр ет ения

Устройство для регулирования температуры ваграночного дутья преимущественно в рекуператоре с топочной камерой для сжигания колошникового

I газа и дополнительного топлива, содержащее последовательно соединенные датчик температуры дутья и первый регулятор, первый исполнительный ме-. ханизм, соединенный с регулирующим органом на трубопроводе дополнительного топлива, последовательно соединенные датчик расхода ваграночного дутья, второй регулятор, второй исполнительный механизм, регулирующий орган в отводящем патрубке, соединяющем трубопровод горячего дутья с атмосферой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения потерь тепла с горячим воздухом, удаляемым в атмосферу, оно снабжено датчиком температуры труб рекуператора, третьим и четвертым регуляторами, датчиком расхода горячего воздуха, удаляемого в атмосферу, блоком коррекции, датчиком положения исполнительного механизма, причем датчик температуры труб рекуператора соединен с третьим регулятором, выход которого подсоединен K второму входу второго регулятора, датчик расхода горячего воздуха, удаляемого в атмосфер т подсоединен к третьему входу второго регулятора, два входа блока коррекции соединены с выходами третьего регулятора и датчика расхода вагра— ночного дутья, выход блока коррекции соединен с первым входом четвертого регулятора, причем второй вход четвертого регулятора соединен с выходом первого регулятора, его выходсоединен с первым исполнительным механизмом, а выход датчика положения этого механизма соединен с третьим входом четвертого регулятора.

1314213

Расход Рагрожжю го фея (, %

9Риг. 2

Составитель Л.Абросимов

Редактор H.Øâbäêàÿ Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

Заказ 2203/43 Тираж 544 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4