DE1501975B2

DE1501975B2 - Einrichtung zur Regelung der Energiezufuhr

Info

Publication number: DE1501975B2
Application number: DE1501975A
Authority: DE
Inventors: Jean Joseph Pierre Lehavre Olivier (Frankreich)
Original assignee: Compagnie Francaise de Raffinage SA
Current assignee: Compagnie Francaise de Raffinage SA
Priority date: 1964-03-02
Filing date: 1965-03-01
Publication date: 1974-11-07
Also published as: US3485606A; FR1398799A; BE660408A; DE1501975A1; GB1068425A; NL140613B; NL6502613A

Description

K eine Konstante, die von den Maßeinheiten, dem Leitungsdurchmesser, der Verengung, Reynoldsschen Zahl und der Kompressibilität des Gases abhängt,

P der absolute Druck in der Brennstoffzufuhrleitung,

T die absolute Temperatur des Brennstoffs und

M das durchschnittliche Molekulargewicht des Brennstoffs.

Wenn mit H der untere Heizwert des Gases bezeichnet wird, ist die Energiezufuhr gegeben durch die Gleichung ^.

>5 F = QH = K VIh JLl/-.

1/iV/ y T

In diese Gleichung wird üblicherweise die Wobbe-

H
zahl W = i/j" eingeführt, wobei d die auf Luft be-

zogene Gasdichte des Brennstoffs darstellt. Da sich das Gas normalerweise auf Umgebungstemperatur befindet, wird im folgenden die Temperatur T als konstant betrachtet. Die Dichtet ist dem durchschnittlichen Molekulargewicht M des Brennstoffs proportional. Für die Energiezufuhr gilt damit folgender Ausdruck:

= kfÄhWfP,

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Energiezufuhr zu mehreren mit einem aus einem Brenngasgemisch bestehenden Brennstoff beaufschlagten Industrieöfen, die in der Brennstoffzufuhrleitung ein von einem Druckregler gesteuertes Druckminderventil und ein an die Brennstoffzufuhrleitung angeschlossenes Kalorimeter zur Steuerung des Druckreglers aufweist.

Eine derartige Einrichtung ist bereits bekannt (deutsche Patentschrift 458 173). Dabei ist zur Regelung mehrerer parallel geschalteter öfen jedoch nur eine derartige Regeleinrichtung vorgesehen. Wichtige Betriebsgrößen, wie beispielsweise die bauliche Beschaffenheit der öfen, deren Ofenzug sowie die zur Verbrennung zugeführten Luftmengen, welche von Ofen zu Ofen unterschiedlich sind, bleiben bei dieser bekannten Einrichtung unberücksichtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche es ermöglicht, mehrere Industrieöfen auf einfache Weise mit der jeweils erforderlichen Brennstoffenergie zu versorgen.

Dabei wird von folgenden Überlegungen ausgegangen : Die einem Ofen zugeführte Brennstoffmenge läßt sich aus einer Druckdifferenz Δ h an einer geeichten Verengung oder. Blende bestimmen, welche in der Brennstoffzufuhrleitung eingeschaltet ist. Der Volumendurchsatz β des Brennstoffs pro Zeiteinheit und zurückgeführt auf Normaltemperatur und Normaldruck ist dann durch die Gleichung

gegeben.

wobei

ist.

k ⁼⁼

0,186 K

ff

Für einen konstanten Wert der Druckdifferenz Δ h an einer geeichten Verengung in der Brennstoff-■ zuführleitung ist demnach die Energiezufuhr proportional WfP~.

Unter Zugrundelegung dieser Überlegungen wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch eine Einrichtung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß zur Regelung der Energiezufuhr zwischen Brennstoffzuführleitung und Kalorimeter ein Regler angeordnet ist, welcher die durch eine Blende hervorgerufene Druckdifferenz konstant hält. Vorteilhafterweise besteht der Regler neben der Blende aus einem Druckminderventil in der von der Brennstoffzufuhrleitung zum Kalorimeter führenden Leitung sowie einem an diese Leitung angeschlossenen Differentialdruckregler zur Verstellung des Druckminderventils. Dabei ist die Blende vorzugsweise als einstellbares Nadelventil und der Differentialdruckregler als Membrandruckregler ausgebildet.

Mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung läßt

sich das Produkt W |/P und damit die Energiezufuhr F auf folgendem Wege bestimmen:

Wenn man dem Kalorimeter ein Brenngasgemisch zuführt, dessen Heizwert und Druck variieren, und wenn die Druckdifferenz Δ ρ in der Blende, welche in der zum Kalorimeter führenden Leitung angeordnet ist, konstant gehalten wird, mißt das Kalorimeter die Energiezufuhr F' = p' {}fJp)_const W][P. Die gemessene Energiezufuhr F' ist damit dem Produkt W]/P proportional. Es genügt, die Zufuhr F' in einem Kalorimeter zu messen. Um die Energiezufuhr F' konstant zu halten, wird der Meßwert einem Regler zugeführt, der ein Ventil in der Brennstoffzufuhrleitung betätigt, und zwar derart, daß das Produkt

W]/P konstant gehalten wird. Dieses Produkt wird anschließend mit der vor dem jeweiligen Ofen ermittelten Druckdifferenz A h an einer geeichten Verengung gemäß der.Gleichung

F = k]/Äh· W\[P

korrigiert, um die gewünschte Energiezufuhr zu dem jeweiligen Ofen zu erhalten.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Messen des Produktes W ]/P.

Gemäß F i g. 1 wird der in einem Druckminderventil 1 herabgesetzte Druck des Brenngasgemisches auf ein Manometer 2 gegeben, das den Druck in der Brennstoffzufuhrleitung bestimmt. Dieser Druck wird einem Druckregler 3 übermittelt. Eine Leitung 4 führt in ein Kalorimeter 5 über einen_Regler5u. Das Kalorimeter 5 mißt das Produkt W]/P und überträgt auf den Druckregler 3 direkt oder über ein Sicherheitsrelais 6 ein Signal, welches vom Unterschied zwischen dem festgesetzten Produkt W]/P~ und dem gemessenen Produkt W]/p abhängig ist. Da das Kalorimeter 5 einen mehrere Elemente umfassenden Regler darstellt, ist es nicht erforderlich, den Absolutdruck zu regeln, sondern nur den relativen, von dem Manometer 2 gemessenen Druck. Der Druckregler 3, der das Signal des Kalorimeters 5 einerseits und die Druckanzeige des Manometers 2 andererseits empfängt, verarbeitet diese beiden Messungen und steuert das Ventil 1 zum Regeln des Drucks in der Brennstoffzuführleitung so, daß das Produkt W |/P kon-Stant bleibt.

j Das bei 7 eintreffende Brenngasgemisch weist jsomit ein konstantes Produkt W |/P auf. Mit diesem 'Gemisch werden die öfen einer einheitlichen Anlage !beschickt, die stromabwärts der vorstehend beschriebenen Regeleinrichtung angeordnet sind.

Um die Energiezufuhr F zu regeln, welche bei dem durch die Leitung 8 versorgten Ofen eintrifft, regelt ein Regler 9 die Druckdifferenz A h in einer Blende 10. Die Druckdifferenz Δ h wird durch ein Manometerll ermittelt, welches auf den Regler 9 ein Signal überträgt. Gemäß diesem Signal sowie in Abhängigkeit von der Temperatur des aus dem Ofen austretenden heißen Produktes, welche durch eine Leitung 13 übermittelt wird, wirkt der Regler 9 auf ein Ventil 12 ein, um die gewünschte Druckdifferenz A h zu erhalten.

Die Energiezufuhr für den durch die Leitung 14 gespeisten Ofen kann in der gleichen Weise geregelt iverden, wie bei dem an der Leitung 8 liegenden Ofen, .veil das gleiche Gasgemisch verwendet wird, dessen Produkt W ]/P konstant ist.

In F i g. 2 ist die Beaufschlagung des Kalorimeters 5 nit Brenngas über den Regler 5 α gezeigt. Das Brenngas kommt in der Leitung 4 mit dem Druck P an. η der Leitung 4 ist eine Blende 15 angeordnet, die :ine Druckdifferenz A ρ hervorruft, welche einem als vlembrandruckregler ausgebildeten Differentialdruckegier 16 zugeführt wird. Bei wechselndem Differenzruck A ρ wirkt der Differentialdruckregler 16 auf in Druckminderventil 17 derart ein, daß die Druckdifferenz I ρ auf den festgelegten Wert zurückgeführt Wrd. Da die dem Kalorimeter 5 zugeführte Menge des Brennstoffs mit der die Blende 15 durchströmenden Menge identisch ist, verringert das Druckminderventil 17 den Druck zwischen der Leitung 4 und dem Kalorimeter 5.

Die am Kalorimeter 5 ankommende Energie wird in der üblichen Weise gemessen, d. h. durch Messung der Erhitzung einer mengenkonstant gehaltenen Luftströmung gegenüber der Umgebungstemperatur.

Der Luftstrom wird von einem Gebläse 18 erzeugt und in einer Düse 19 gemessen. Zur Bestimmung der Erhitzung dient ein Thermoelement, dessen kalte Lötstellen 20 im ankommenden Luftstrom 21 und deren warme Lötstellen 22 in den Abgasen des im Brenner 23 verbrannten Brennstoffs liegen. Die Erwärmung der Luft ist proportional der dem Brenner 23 zugeführten Brennstoffenergie, welche ihrerseits proportional zu dem Produkt W]/P ist, wenn der Unterdruck A ρ konstant gehalten wird. Die Einrichtung zur Messung des Produktes W ]/P~ kann folglich aus einem Kalorimeter 5 zur Bestimmung der Energiezufuhr, Organen zur übertragung der durch das Kalorimeter 5 ermittelten Werte auf den Druckregler 3 der Brennstoffzufuhrleitung, einer Blende 15, die als Nadelventil ausgebildet sein kann, um die Apparatur zu eichen, und einem Differentialdruckregler 16, dem der an der Blende 15 herrschende Druck zugeleitet wird und der den Unterdruck ■ I ρ konstant hält, indem er das Druckminderventil 17 in der Brennstoffzufuhrleitung zum Kalorimeter 5 beeinflußt, bestehen.

Neben ihrer Einfachheit ermöglicht die erfindungsgemäße Einrichtung die genaue Regelung mehrerer öfen einer Anlage. Ferner ist der Brennstoffdurchsatz ebenso einfach wie bei einer Regelung mit konstant gehaltenem Druck zu ermitteln. Durch Kenntnis der Druckdifferenz I h läßt sich darüber hinaus die EnergiezufuhrF nach der FormelF = const Ah und damit der Normverbrauch (10 000 kcal/to) an Heizgas in der Anlage berechnen. Wenn der Wasserstoffgehalt des Brennstoffs konstant ist, bleibt, weil der Heizwert je Masseneinheit der Kohlenwasserstoffe praktisch konstant ist, auch der Heizwert je Kilogramm konstant, und infolgedessen gibt die Messung des Kaloriendurchsatzes ein Maß für den Massendurchsatz. Ebenso erleichtert wird durch die erfindungsgemäße Einrichtung die Luftregelung im Ofen, wenn man den Erfahrungswert zugrunde legt, daß 1 cbm Luft unter Normalbedingungen für etwa 950 kcal, die durch Kohlenwasserstoffe geliefert werden, erforderlich ist.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand eines Beispiels näher erläutert:

Versorgt man öfen einer katalytischen Reforminganlage, die täglich 500 to Material verarbeiten, mit einem Raffineriegas, dessen Wobbezahl zwischen 11000 und 15 000kcal/Nm³ schwankt und dessen Höchstdruck 2,5 Bar relativ beträgt, so wird das Produkt WfP so festgesetzt, daß beim Höchstdruck von 2,5 Bar die Wobbezahl 11 000 kcal/Nm³ und für ein Starkgas mit einer Wobbezahl von 15 000 kcal/Nm³ der Druck 0,9 Bar beträgt.

Der Zuführungsdruck am Kalorimeter wird im Mittel bei 0,030 Bar relativ gehalten mittels des vorstehend beschriebenen Reglers. Es ist festzustellen, daß das Produkt W]fP mit einer Genauigkeit von etwa 1 % und die Übertragungstemperatur, d. h. die Temperatur des aus dem Ofen austretenden heißen Produktes, mit einer Genauigkeit von ± 1°C konstant gehalten wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Energiezufuhr zu mehreren mit einem aus einem Brenngasgemisch bestehenden Brennstoff beaufschlagten Industrieöfen, die in der Brennstoffzufuhrleitung ein von einem Druckregler gesteuertes Druckminderventil und ein an der Brennstoffzuführleitung angeschlossenes Kalorimeter zur Steuerung des Druckreglers aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Brennstoffzufuhrleitung und Kalorimeter (5) ein Regler (5«) angeordnet ist, welcher die durch eine Blende (15) hervorgerufene Druckdifferenz konstant hält.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (5ci) aus der Blende (15) und einem Druckminderventil (17) in der von der Brennstoffzufuhrleitung zum Kalorimeter (5) führenden Leitung (4) sowie einem an diese Leitung (4) angeschlossenen Differentialdruckregler (16) zur Verstellung des Druckminderventils (17) besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (15) als einstellbares Nadelventil ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialdruckregler (16) als Membrandruckregler ausgebildet ist.

Darin ist