Способ управления импульсной подачей топлива в нагревательных и термических печах


 


Владельцы патента RU 2524296:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в разных отраслях промышленности, например металлургии, машиностроении, промышленности стройматериалов при нагреве и термообработке различных материалов и изделий. В предложенном изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности и качества нагрева различных материалов и изделий за счет создания равномерного температурного поля в рабочем пространстве печи с исключением скачков давления и мгновенного реагирования изменением последовательности включения горелок на изменение тепловой нагрузки. Указанный технический результат в предложенном изобретении достигается следующим образом. В способе управления импульсной подачей топлива в нагревательных и термических печах с частотно-широтно-импульсной модуляцией двухпозиционной подачи топлива в горелки, согласованной с текущим уровнем тепловой нагрузки, определяют текущий период следования импульсов подачи топлива из соотношения:

ΔT=K(T)·q·(1-q)·Tи,

где

ΔТ - заданная амплитуда колебания температур в рабочем пространстве печи, [°С],

К(Т) - коэффициент усиления линейной системы (печи) в зависимости от температуры, [°С/с],

q=τии - относительная длительность импульса (включения горелки),

τи - длительность импульса (включения горелки), [с],

Ти - текущий период следования импульсов подачи топлива, [с].

Текущую длительность интервала подачи топлива каждой горелки задают, разбивая текущий период следования импульсов подачи топлива на равные интервалы, количество которых равно числу горелок. Последовательность включения горелок осуществляют путем сравнения текущей длительности импульса включения каждой горелки с текущей длительностью интервала подачи топлива каждой горелки и следующих за ним интервалов до окончания текущего периода следования импульсов подачи топлива. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в разных отраслях промышленности, например металлургии, машиностроении, промышленности стройматериалов при нагреве и термообработке различных материалов и изделий.

Известен способ управления импульсной подачей топлива в пламенной печи, который предусматривает частотно-широтную импульсную модуляцию подачи теплоносителя в пламенную печь, при этом амплитуда колебаний температуры печи постоянна во всем диапазоне изменения тепловой нагрузки (см. Я.М.Гречишников, М.Л.Белов, В.В.Курносов. - Построение двухпозиционной системы с импульсной модуляцией для регулирования температуры пламенной печи. - Кузнечно-штамповочное производство. 1987, №10).

К недостаткам этого способа относится отсутствие согласования последовательности включения отдельных горелок и зон регулирования, что приводит при одновременном включении горелок к скачкам давления печи и связанным с ними дополнительным потерям теплоты за счет выбивания дымовых газов через неплотности теплоограждения печи, а также сокращение срока службы оборудования печи в связи с ее работой в более напряженных условиях.

Прототипом предложенного изобретения является устройство для управления включением групп горелок при регулировании температуры печи с импульсной подачей топлива (SU 1499328 А1, опубл. 08.04.1989), в котором предусмотрено последовательное включение групп горелок различных контуров регулирования друг за другом независимо от уровня управляющих воздействий и ограничение минимальных длительностей и пауз включения групп горелок.

К недостаткам этого способа относятся относительно узкий диапазон регулирования тепловой нагрузки, связанный с использованием широтно-импульсной модуляции, увеличенное перерегулирование (отклонение действительной температуры от заданной), связанное с перестройкой включения ведомых горелок по импульсу ведущей горелки во время переходных процессов при резком изменении тепловой нагрузки.

В предложенном изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности и качества нагрева различных материалов и изделий за счет создания равномерного температурного поля в рабочем пространстве печи с исключением скачков давления и мгновенного реагирования изменением последовательности включения горелок на изменение тепловой нагрузки.

Указанный технический результат в предложенном изобретении достигается следующим образом.

В способе управления импульсной подачей топлива в нагревательных и термических печах с частотно-широтно-импульсной модуляцией двухпозиционной подачи топлива в горелки, согласованной с текущим уровнем тепловой нагрузки, определяют текущий период следования импульсов подачи топлива из соотношения:

ΔT=K(T)·q·(1-q)·Tи,

где

ΔТ - заданная амплитуда колебания температур в рабочем пространстве печи, [°С],

К(Т) - коэффициент усиления линейной системы (печи) в зависимости от температуры, [°С/с],

q=τии - относительная длительность импульса (включения горелки),

τи - длительность импульса (включения горелки), [с],

Ти - текущий период следования импульсов подачи топлива, [с].

Текущую длительность интервала подачи топлива каждой горелки задают, разбивая текущий период следования импульсов подачи топлива на равные интервалы, количество которых равно числу горелок.

Последовательность включения горелок осуществляют путем сравнения текущей длительности импульса включения каждой горелки с текущей длительностью интервала подачи топлива каждой горелки и следующих за ним интервалов до окончания текущего периода следования импульсов подачи топлива.

При этом при длительности интервалов подачи топлива, больших или равных текущей длительности импульса подачи топлива каждой горелки, включение и отключение горелок производят в заданных интервалах подачи топлива.

Также при длительности интервала подачи топлива каждой горелки, меньшей текущей длительности импульса включения каждой горелки, а суммарной длительности текущего интервала подачи топлива и следующих за ним интервалов, большей или равной длительности импульса включения каждой горелки, включение горелки производят в заданном интервале подачи топлива, а ее выключение - по окончании текущего импульса включения горелки

При этом при суммарной длительности текущего интервала и следующих за ним интервалов, меньшей длительности импульса включения каждой горелки, первое включение горелки производят в начале первого интервала подачи топлива в горелку, причем длительность ее включения определяется как разность между длительностью импульса включения каждой горелки и суммарной длительностью интервала данной горелки и следующих за ним интервалов, второе включение горелки производится в заданном интервале подачи топлива, а ее выключение - по окончании текущего периода следования включения импульсов подачи топлива.

Способ по предложенному изобретению осуществляется следующим образом.

Сигнал от регулятора управления тепловой нагрузкой поступает на вход частотно-широтно-импульсного модулятора, в котором по заданным значениям амплитуды колебаний температуры, коэффициенту усиления и уровню тепловой нагрузки (относительной длительности импульса) определяют текущий период следования импульсов подачи топлива из соотношения:

ΔT=K(T)·q·(1-q)·Tи,

где

ΔT - заданная амплитуда колебания температур в рабочем пространстве печи, [°С],

К(Т) - коэффициент усиления линейной системы (печи) в зависимости от температуры, [°С/с],

q=τии - относительная длительность импульса (включения горелки),

τи - длительность импульса (включения горелки), [с],

Ти - текущий период следования импульсов подачи топлива, [с].

При заданной максимально допускаемой по технологическим соображениям амплитуде колебаний температуры в рабочем пространстве печи минимальный период следования импульсов Ти определяется при пятидесятипроцентной тепловой нагрузке, соответствующей q=0,5, когда комплекс {q·(1-q)}=0,25. В случае повышения или понижения тепловой нагрузки относительно ее пятидесятипроцентной величины период следования импульсов Ти увеличивают на величину увеличения комплекса {q·(1-q)}. Так, например, при увеличении тепловой нагрузки до 95% (q=0,95) или ее снижении до 5% (q=0,05) период следования импульсов Ти увеличивают в 5,26 раза. При этом амплитуда колебаний температуры в рабочем пространстве печи остается неизменной во всем диапазоне изменения тепловой нагрузки.

Период следования импульсов подачи топлива, определенный по вышеуказанному соотношению, разбивается по значению уровня тепловой нагрузки в текущий момент времени на равные интервалы по числу горелок. Каждой горелке задается интервал, в начале которого происходит ее включение.

Последовательность включения горелок осуществляют путем сравнения текущей длительности импульса включения каждой горелки с текущей длительностью интервала подачи топлива каждой горелки и следующих за ним интервалов до окончания текущего периода следования импульсов подачи топлива.

При сравнении могут быть получены следующие результаты.

При длительности интервалов подачи топлива, большей или равной текущей длительности импульса подачи топлива каждой горелки, включение и отключение горелок производят в заданных интервалах подачи топлива.

При длительности интервала подачи топлива каждой горелки, меньшей текущей длительности импульса включения каждой горелки, а суммарной длительности текущего интервала подачи топлива и следующих за ним интервалов, большей или равной длительности импульса включения каждой горелки, включение горелки производят в заданном интервале подачи топлива, а ее выключение - по окончании текущего импульса включения горелки

При суммарной длительности текущего интервала и следующих за ним интервалов, меньшей длительности импульса включения каждой горелки, первое включение горелки производят в начале первого интервала подачи топлива в горелку, причем длительность ее включения определяется как разность между длительностью импульса включения каждой горелки и суммарной длительностью интервала данной горелки и следующих за ним интервалов, второе включение горелки производится в заданном интервале подачи топлива, а ее выключение - по окончании текущего периода следования включения импульсов подачи топлива.

Предложенный в изобретении способ позволяет существенно расширить диапазон управления тепловой нагрузкой пламенных печей без отключения горелок при значительном снижении тепловых нагрузок в печах в период выдержки и при проведении низкотемпературной тепловой обработки изделий и материалов в термических печах.

Организованная последовательность включения горелок в каждом текущем цикле, согласованная с длительностью текущего периода следования импульсов и относительной длительностью текущего импульса, позволяет существенно повысить точность регулирования температуры в печах при переходных режимах.

Существенное расширение диапазона управления тепловой нагрузкой за счет многократного увеличения периода следования импульсов позволяет работать в импульсном режиме «большого-малого огня» без отключения горелок, что существенно улучшает экологичность сжигания топлива, так как исключает образование всплеска вредных выбросов в момент включения горелок и выхода на стационарный режим.

1. Способ управления импульсной подачей топлива в нагревательных и термических печах с частотно-широтно-импульсной модуляцией двухпозиционной подачи топлива в горелки, согласованной с текущим уровнем тепловой нагрузки, в котором определяют текущий период следования импульсов подачи топлива из соотношения:
ΔT=K(T)·q·(1-q)·Tи,
где
ΔТ - заданная амплитуда колебания температур в рабочем пространстве печи, [°С],
К(Т) - коэффициент усиления линейной системы (печи) в зависимости от температуры, [°С/с],
q=τии - относительная длительность импульса (включения горелки),
τи - длительность импульса (включения горелки), [с],
Ти - текущий период следования импульсов подачи топлива, [с], после чего задают текущую длительность интервала подачи топлива каждой горелки, разбивая текущий период следования импульсов подачи топлива на равные интервалы, количество которых равно числу горелок, при этом последовательность включения горелок осуществляют путем сравнения текущей длительности импульса включения каждой горелки с текущей длительностью интервала подачи топлива каждой горелки и следующих за ним интервалов до окончания текущего периода следования импульсов подачи топлива.

2. Способ по п.1, в котором при длительности интервалов подачи топлива, большей или равной текущей длительности импульса подачи топлива каждой горелки, включение и отключение горелок производят в заданных интервалах подачи топлива.

3. Способ по п.1, в котором при длительности интервала подачи топлива каждой горелки, меньшей текущей длительности импульса включения каждой горелки, а суммарной длительности текущего интервала подачи топлива и следующих за ним интервалов, большей или равной длительности импульса включения каждой горелки, включение горелки производят в заданном интервале подачи топлива, а ее выключение - по окончании текущего импульса включения горелки.

4. Способ по п.1, в котором при суммарной длительности текущего интервала и следующих за ним интервалов, меньшей длительности импульса включения каждой горелки, первое включение горелки производят в начале первого интервала подачи топлива в горелку, причем длительность ее включения определяется как разность между длительностью импульса включения каждой горелки и суммарной длительностью интервала данной горелки и следующих за ним интервалов, второе включение горелки производится в заданном интервале подачи топлива, а ее выключение - по окончании текущего периода следования включения импульсов подачи топлива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится способу и устройству управления расплавлением в печи исходного материала, в частности стального лома. Расплавляют исходный материал посредством нагрева, по меньшей мере, одной горелкой, снабжаемой топливом и окислителем.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обработки и определения свойств жидкого или полужидкого металла. Устройство содержит тигель, который, по меньшей мере, частично окружен, по меньшей мере, одной индукционной катушкой, измерительное средство для непосредственного измерения, косвенного измерения и их комбинации, по меньшей мере, одного электрического параметра, выбранного из группы, состоящей из тока, напряжения, потребляемой мощности и частоты, при этом, по меньшей мере, один электрический параметр используется для частичного определения сопротивления нагрузки в области, по меньшей мере, частично окруженной индукционной катушкой, удельного сопротивления материала, температуры материала, доли твердой фазы материала, доли жидкой фазы материала и их комбинации.

Изобретение относится к средствам управления руднотермическими печами, предназначенными, например, для получения ферросплавов. Устройство для управления руднотермической печью содержит трансформатор с переключателем ступеней напряжения, каждая фаза вторичной обмотки которого подключена к электроду, перемещаемому внутри ванны печи с помощью своего привода, подключенного входом к выходу элемента сравнения, вход которого связан с выходом датчика тока электрода, блок задания тока, не менее двух дополнительных датчиков температуры, блок вычисления теплового потока, датчик активной мощности печи, блок деления, датчик напряжения печи, нелинейный элемент, подключенный входом к выходу датчика напряжения, и блок умножения.

Изобретение относится к металлургическому производству. .

Изобретение относится к области охлаждения отработанных печных газов. .

Изобретение относится к черной металлургии. .

Изобретение относится к области управления процессами при обжиге материалов во вращающихся печах с колосниковыми холодильниками и может найти применение в промышленности строительных материалов.

Изобретение относится к электрометаллургии, в частности к способам получения слоистых слитков импульсно-электрошлаковым переплавом. .

Изобретение относится к способу работы пирометаллургической печи, в частности дуговой печи, при работе которой несколько рабочих параметров удерживают внутри заданных пределов.

Изобретение относится к области многокамерных печей для обжига углеродистых блоков. Способ регулирования печи (1) заключается в том, что зона естественного предварительного нагревания разделена на по меньшей мере одну первую зону (Z1) естественного предварительного нагревания, располагающуюся на некотором первом расстоянии от устройства нагревания, и одну вторую зону (Z2) естественного предварительного нагревания, располагающуюся на некотором втором расстоянии от устройства нагревания, причем упомянутое первое расстояние превышает упомянутое второе расстояние, и в котором изменяют потоки газов, циркулирующих в полых перегородках, таким образом, чтобы контролировать газовые потоки (30, 31), проходящие через первую зону (Z1) естественного предварительного нагревания, на основе газовых потоков (31), выходящих из второй зоны (Z2) естественного предварительного нагревания, для того, чтобы регулировать повышение температуры перегородок и анодов в первой зоне (Z1) естественного предварительного нагревания и контролировать положение фронта дегазации. Изобретение позволяет повысить качество сжигания топлива. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в регуляторах электрической энергии прецизионного технологического оборудования, например в установках выращивания сапфира. Техническим результатом является снижение пульсаций температуры в зонах регулирования электропечи. Устройство содержит n регуляторов напряжения, подключенных первыми силовыми выводами к выводам для подключения сети, вторыми силовыми выводами к выводам для подключения n нагрузок, формирователь синхроимпульсов, вход которого соединен с выводами для подключения сети, а выходы - с входом распределителя импульсов, а также n формирователей импульсов управления, выполненных на основе реверсивного двоичного счетчика и имеющих импульсные информационные входы, подключенные к выходам распределителя импульсов, импульсные синхронизирующие входы, управляющие входы, управляющие выходы, подключенные через логическую схему к импульсным синхронизирующим входам, причем в качестве логической схемы используется конъюнктор, а в формирователи импульсов управления введены импульсные управляющие информационные выходы, соединенные с управляющими входами регуляторов напряжения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к металлургии. Технический результат - повышение точности поддержания температуры в печи. Измеряют температуру в печи для получения значений обратной связи температуры в печи. Рассчитывают разность между значениями установки температуры в печи и значениями обратной связи температуры в печи как значение DV1 несоответствия. В соответствии со значениями температуры обратной связи температуры в печи и значением установки температуры в печи рассчитывают разности между значениями установки температуры в печи и значениями обратной связи температуры в печи за единицу времени (градиент). Устанавливают градиент значений изменения температуры в печи как значение DV2 несоответствия. Определяют скорость V перемещения материала в печи из регулятора скорости и получают первое множество выходных компонентов FFV прямой подачи в соответствии со скоростью V. Получают второе множество выходных компонентов FFT прямой подачи в соответствии с разностью между значениями установки температуры в печи и значениями обратной связи температуры в печи, то есть значениями DV1 несоответствия. Выполняют поиск параметров управления PID в соответствии со значениями DV1 и DV2 несоответствия на основе правила управления с нечеткой логикой и формируют регулирующий параметр OP1 управления в соответствии с параметром управления PID. Управляют клапаном для регулирования потока каменноугольного газа и клапаном для регулирования потока воздуха путем комбинирования регулирующего параметра OP1 управления с первым множеством компонентов FFV прямой подачи и вторым множеством компонентов FFT прямой подачи. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для пирометаллургических установок. Загрузочная область установки закрыта сверху и с боковых сторон колпаком с верхними вытяжными отверстиями, через которые скапливающиеся в колпаке отходящие газы и пыль вытягиваются, шахта для помещения и предварительного нагрева металлического лома имеет в направлении загрузочной области верхний затворный элемент, который выполнен с возможностью открываться для подачи металлического лома в шахту и после закрываться, причем к верхним вытяжным отверстиям колпака подсоединена вытяжная система, выполненная с возможностью управления ее активированием, которое координируют с открытием и закрытием верхнего затворного элемента и/или состоянием загрузки шахты. Изобретение позволяет управлять загрузкой лома и вытяжной системой и предотвращать выход выбросов дыма и пыли в технологическое пространство цеха и окружающую среду. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электрометаллургии, в частности к способам получения многослойных стальных слитков импульсно-электрошлаковым переплавом. Осуществляют импульсно-электрошлаковый переплав с изменением частоты импульсов комбинированного расходуемого электрода, выполненного с участками, имеющими различный химический состав в зависимости от требуемого химического состава стали на заданном участке слитка, при этом импульсно-электрошлаковую выплавку нижнего и верхнего слоев слитка осуществляют с модуляцией теплового потока шлаковой и металлической ванн, направленного из шлаковой ванны через фронт кристаллизации в тело слитка, с периодом времени, равным постоянной времени теплового процесса шлаковой ванны, и скважностью, равной двум, при этом осуществляют выплавку среднего слоя слитка на частоте резонансных колебаний поверхности жидкой металлической ванны. Изобретение позволяет повысить качество металла многослойного слитка за счет сокращения протяженности приграничных областей с повышенным градиентом концентраций элементов смежных слоев вдоль оси слитка и снижения в них градиента концентраций элементов по сечению слитка без уменьшения производительности ЭШП, а также улучшить усвоения легирующего элемента и равномерное его распределение по объему среднего слоя и приграничных областей слоев слитка. 2 пр., 6 ил.

Изобретение относится к электрометаллургии стали с подачей металлизованных окатышей через полые электроды в зону электрических дуг и на поверхность менисков при контакте электрических дуг с жидким металлом под шлаком. Дуговая печь содержит систему загрузки металлизованных окатышей через трубчатые электроды и компьютерную систему управления ходом плавки, которая снабжена выполненными с возможностью подачи сигналов в микроЭВМ датчиком веса лома, датчиком веса сыпучих материалов, датчиком веса металлизованных окатышей, датчиком потребления активной мощности, датчиком потребления мощности, системой контроля температуры металла, датчиками тока и напряжения, программным блоком расчета параметров процесса плавки металлизованных окатышей, при этом микроЭВМ выполнена с возможностью выдачи сигнала в исполнительный механизм системы загрузки металлизованных окатышей. Изобретение позволяет повысить эффективность процессов плавки металлизованных окатышей в ванне дуговой печи за счет подачи окатышей в зону высоких температур в приэлектродном пространстве дуговой печи в управляемом режиме с помощью компьютерной системы сталеплавильного агрегата. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано в конструкциях устройств для контроля параметров процесса литья. С целью гарантии безаварийного функционирования входящей в устройство электронной системы (4) она размещена в модуле (3), который может быть прикреплен к металлургическому сосуду, задвижке его замка, его запорному устройству или механизму замены литниковой трубки. Указанный модуль имеет тепловую изоляцию (8) и снабжен воздушной системой охлаждения (10), которая используется с очищенным охлажденным воздухом и может быть приведена в действие источником энергии (15) отработанного тепла от металлургического сосуда или внешним источником энергии. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области подачи шихты к металлургическим печам. Технический результат - повышение точности отслеживания порций шихты. Способ заключается в определении (101) типа и веса материала первой порции шихты для загрузки на первую станцию (200) загрузки в зависимости от заранее заданного рецепта шихты (100), подаче (102) на первую станцию (200) загрузки первой порции шихты, определении (103) веса первой порции шихты. Выгружают (104) первую порцию (C1) шихты на конвейер (2) непрерывного действия, маркируют (105) первую порцию (C1) шихты с помощью средств (M1, M1', M1'') для идентификации. Устанавливают (106) общие размеры первой порции (C1) шихты, выгруженной на конвейер (2) непрерывного действия. Оценивают (107, 108) скорость продвижения первой порции (C1) шихты вдоль участка (2A) загрузки конвейера (2) непрерывного действия и время прибытия первой порции (C1) шихты на последующую станцию (200n) загрузки при ее наличии для загрузки последующей порции шихты или на участок (2B) предварительного подогрева. Около входа к участку (2A) предварительного подогрева распознают (115) в шихтовом материале, выгруженном на конвейер (2) непрерывного действия, первую порцию (C1) шихты и последующие порции (Cn) шихты при их наличии, впоследствии выгруженные на конвейер (2) непрерывного действия с помощью соответствующих средств (M1, M1', M1'') для идентификации. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх