DE2602070A1

DE2602070A1 - Verfahren zur regelung eines tunnelofens

Info

Publication number: DE2602070A1
Application number: DE19762602070
Authority: DE
Inventors: Rudolf Prof Dr Ing Jeschar; Gerd Ing Grad Raukohl; Harald Ing Grad Ritter
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1976-01-21
Filing date: 1976-01-21
Publication date: 1977-08-04

Description

Verfahren zur Regelung eines Tunnelofens
Verfahren zur Regelung eines Tunnelofens mit einem ersten Regelkreis, in dem die Temperatur in der Brennzone die Regelgröße ist und die der Brennzone des Tunnelofens zugeführte Brennstoffmenge als Stellgröße dient.
Ein Tunnelofen ist ein langgestreckter Ofen mit fest in der Mitte des Ofens angeordneter Brennzone. Der Tunnelofen wird rnit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen oder auch elektrisch beheizt. Die Ofensohle wird aus dichtufschließenden Wagen gebildet, auf denen das Brenngut den Ofen durchwandert. Über einen Begehungskanal unter den Wagen, der gleichzeitig zur Betriebsüberwachung dient, werden Gleise und Wagenunterteile gekühlt. Dieser Kanal ist gegen das Ofeninnere durch einen Sandrinnenverschluß abgeschlossen. Bevor das Brenngut in die eigentliche Brennzone gelangt, wird es von den heißen Abgasen vorgewärmt; nach dem Brennvorgang wird es im Gegenstrom von der Verbrennungsluft abgekühlt. In der Heizzone wird Energie zugeführt, so daß sich die beiden Temperaturverläufe für Gas und Brenngut kreuzen. Abhängig von der Menge der hier zugeführten Energie stellt sich auf der Linfahrseite ein bestimmter Abgasverlust und auf der Ausfahrseite ein entsprechender Ausfahrverlust ein.
Aus aer deutschen Offenlegungsschrift 1 508 491 ist ein Verfahren zur Regelung von Tunnelöfen bekannt, das unter anderem einen Regelkreis aufweist, in dem die Temperatur in der Brennzone die Regelgröße ist und die der Brennzone des Tunnelofens zugeführte Brennstoffmenge als Stellgröße dient. Bei dem bekannten Regelverfahren dient die Druckdifferenz zwischen Vorwärm- und Kühlzone als Regelgröße für einen zweiten Regelkreis und die Temperaturdifferenz zwischen Vorwärm- und Kühlzone als Führungsyröße für diesen-zweiten Regelkreis. Stellgröße des zweiten Regelkreises ist die Stellung einer Drosselklappe zwischen dem Ende der Vorwärmzone und dem Schornstein. Diesem Regelverfahren liegt die allgemein gehaltene Aufgabe zugrunde, die automatische Regelung eines Tunnelofens zu verbessern, über die Höhe des Brennstoffverbrauches ist jedoch nichts ausgesagt.
Der Erfinaung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tunnelofen so zu regeln, daß sich ein minimaler Brennstoffverbrauch bei konstanter, durch den Brennprozeß vorgegebener Temperatur in der Brennzone ergibt.
Diese Aufhabe wird ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren zur Regelung eines Tunnelofens dadurch gelöst, daß das Produkt aus dem Massenstrom der durch den Tunnelofen geführten Gase (Verbrennungsluft bzw. Abgas) und ihrer spezifischen Iärmekapazität so geregelt wird, daß es zumindest angenähert gleich dem Produkt aus dem tiassenstrom des Brenngutes und seiner spezifischen Wärmekapazität ist.
Wie sich einem Temperatur-Enthalpie-Diagramm für einen Tunnelofen entnehmen läßt, wird die in der Brennzone zugeführte Energie zum Teil zur Deckung der Abgasverluste, zum Teil zur Aufbringung der Reaktionsenergie und zum Teil zur Deckung der Ausfahrverluste sowie der Wandverluste und sonstiger Verluste aufgebracht. Jede unnötige Erhöhung der durch den Tunnelofen geführten Luft- bzw. Abgasmenge gegenüber derjenigen, die sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs ergibt, fiihrt zu einem erheblich vergrößerten Abgasverlust, verbunden mit einem erhöhten Energieverbrauch. In gleichem Sinne wirkt sich auch Falschluft in dem Brennkanal aus, da hierdurch ebenfalls das Produkt aus dem Massenstrom und der spezifischen arme des Luft- bzw. des Abgasstromes vergrößert wird. Jede Vcrm:indenlng der durch den Tunnelofen geführten Luft- bzw. Abgasmenge gegenüber derjenigen, die sich aus den kennzeichnenden jierkmalen des iiauptanspruchs ergibt, führt zwar zu einem vcrringerten Abgasverlust, jedoch ist diese Einsparung wesentlich geringer als die sich durch die Verringerung der Luft- bzw. Abgasmenge einstellende Erhöhung des lLusfahrverlustes. Diese Überlegungen zeigen, daß ein minimaler Energieverbrauch nur bei Gleichheit der Prodúkt-e aus Massenstrom und spezifischer Wärmekapazität der Gase und des Brenngutes möglich ist. Bei der praktischen Ausführung eines Punnelofens sind allerdings Verluste in Form von Wandverlusten und durch li'alschlufteinbrüche hervorgerufene Verluste zu berücksichtigen, die eine geringfügige Abweichung von der obengenannten Gleichheit der Produkte aus Massenstrom und spezifischer Wärmekapazität erfordern.
Vorteilhalfte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und anhand des Ausführungsbeispiels beschrieben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens als Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Zeichnung zeigt einen von der Seite gesehenen Tunnelofen, den Regelkreis für die Temperatur in der Brennzone und einen Regelkreis für die Menge der dem Tunnelofen zugeführten Luft.
Dem Tunnelofen 1 wird über einen Ventilator 2 und eine Drosselklappe 3 luft zugeführt. Diese Luft dient als Medium der Wärmeübertrgung und als Verbrennungsluft. Sie fließt über die Kühlzone, die Brennzone und die Vorwärmzone in Gegenrichtung zu dem Brenngut und verläßt als Abgas den Tunnelofen 1 durch einen Eanjn !l.
Die in der Zeichnung nicht dargestellten Brennwagen mit dem Brenngut werden über ein Tor 5, das die Einfahröffnung verschließt, in den Tunnelofen 1 eingefahren. Die Brenngutwagen fahren als zusammenhängender Zug von der Vorwärmzone 1c über die Brennzone ib zur Kühlzone 1a und verlassen den Tunnelofen 1 an der Ausfahröffnung durch ein Tor 6.
Die von einem Thermoelement 7 gemessene und von einem Meßumformer 8 in ein Einheitssignal umgeformte Temperatur in der Brennzone ib ist einem Regler 9 mit PI-Verhalten als Regelgröße zugeführt. Ein Sollwertgeber 10 liefert den Sollwert für die Temperatur in der Brennzone 1b. Dieser Sollwert wird entsprechend den Erfordernissen des Brennprozesses eingestellt. Der Regler 9 steuert einen Stellmotor 11 an, der ein Ventil 12 in der Leitung 13, die der Brennzone ib den Brennstoff zuführt, verstellt. Bei Bedarf können mehrere derartige Temperatur-Regelkreise in der Brennzone angeordnet werden.
In der zu der Drosselklappe 3 führenden Luftleitung 14 ist eine Meßblende 15 angeordnet. Der sich an dieser Meßblende einstellende Differenzdruck ist ein Maß für das Betriebsvolumen der dem Tunnelofen 1 zugeführten Luft.
Aus dem durch die Blendenmessung erfaßten Betriebsvolumen bestialmt ein Rechenglied 16 unter Berücksichtigung der durch ein weiteres Thermoelement 17 gemessenen Temperatur und des durch einen Druckmeßfühler 18 gemessenen Druckes der zugeführten Luft das auf 0 OC und 760 mm Eg bezoyene Normvolunen der zugeführten Luft. Die spezifische Dichte und die spezifische Wärmekapazität der Verbrennungsluft sind dem Rechenglied 16 als konstante Werte aufgeschaltet. Das Ausgangssignal des Rechengliedes 16 dient als Istwert für einen Regler 19 mit PI-Verhalten.
Das Ausgangssignal des Reglers 19 ist einem Stellmotor 20 zugeführt, der die als Stellglied für den Regelkreis für die zugeführte Luft dienende Drosselklappe 3 verstellt.
Ein Sollwertgeber 21 liefert den Sollwert für den Regler 19. Der Sollwertgeber 21 ist unter Berücksichtigung der spezifischen Wärmekapazität des Brenngutes in Einheiten des Massenstromes skaliert. Der Massenstrom des Brenngutes ergibt sich entweder durch Messung der Masse des dem Tunnelofen in der Zeiteinheit zugeführten Brenngutes oder durch multiplikative Verknüpfung derçauf die Länge eines Brennwagens bezogene Masse des Brenngutes und der mittleren Geschwindigkeit der Brennwagen. Der so ermittelte Massenstrom des Brenngutes wird von dem Bedienungspersonal auf den Sollwertsteller 21 übertragen.
Das Massenstromsignal des Brenngutes kann den Sollwertsteller 21 jedoch auch über einen Nachlaufregelkreis verstellen.
Bei elektrischer Beheizung des Tunnelofens dient die zugeführte elektrische Leistung als Stellgröße für den Temperatur-Regelkreis der Brennzone.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Regelung eines Tunnelofens mit mindestens einem ersten Regelkreis, in dein die Temperatur in der Brennzone die Regelgröße ist und die der Brennzone des Tunnelofens zugeführte Brennstoffmenge als Stellgröße dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus dem Massenstrom der durch den Tunnelofen geführten Gase uNìd iehreTE spezifischen l;Järmekapazität so geregelt wird, daß es zumindest angenähert gleich dem Produkt aus dem Massenstrom des Brenngutes und seiner spezifischen Wärm:ekapazi.tät ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Massenstromes des den Tunnelofen durchlaufenden Brenngutes durch Messung der Masse des dem Tunnelofen in der Zeiteinheit zugeführten Brenngutes erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Massenstromes des den Tunnelofen durchlaufenden Brenngutes durch multiplikative Verknüpfung der auf die Länge eines Brennwagens bezogenen Masse des Brenngutes und der mittleren Geschwindigkeit der Brennwagen erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Massenstromes der durch den Tunnelofen geführten Gase durch eine Differenzdruckmessung an einem Drosselorgan erfolgt, die ein Maß für das Betriebsvolumen der durch den Tunnelofen geführten Gase ist, an die sich eine Meßwertumformung unter Berücksichtigung des Druckes und der Temperatur des Gases an der Meßstelle sowie der spezifischen Dichte und der spezifischen Wärmekapazität der durch den Tunnelofen geführten Luft anschließt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Tunnelofen zugeführte Luft durch einen Ventilator eingeblasen wird und die in der Zeiteinheit eingeblasene Luftmenge geregelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas des Tunnelofens abgesaugt wird und die in die Zeiteinheit abgesaugte Abgasmenge geregelt wird.