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Verfahren zum Betreiben einer Gruppe von
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Hochofenwinderhitzern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben
einer Gruppe von vier regenerativ arbeitenden Hochofenwinderhitzern, die zur Erzeugung
des vom Hochofen bentitigten Heißwindes wechselweise in festen Zeitabständen aufgehei@t
und kaltgeblasen werden, wobei jeweils ein in der Mitte der Blasperiode befindlicher
Winderhitzer ungedrosselt bläst, während gleichzeitig ein am Anfang oder am Ende
der Blasperiode befindlicher Winderhitzer gedrosselt bläst, und die zum Aufheizen
der Winderhitzer erforderliche Heizgasmenge nach der ihnen während der Blasperiode
entnommenen Wärmemenge geregelt wird.
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Beim Betreiben der Winderhitzergruppe im sogenannten parallel versetzten
Betrieb werden Jeweils zwei Winderhitzer auf Heizen und zwei Winderhitzer auf Blasen
zeitversetzt geschaltet. Hierbei wird die Temperatur des dem Hochofen zugeführten
Heißwindes in der Weise geregelt, daß die heißwindströme der beiden Jeweils blasenden
Winderhitzer miteinander gemischt werden. Die beiden Winderhitzer sind dabei so
geschaltet, daß gleichzeitig ein Winderhitzer ungedrosselt und ein Winderhitzer
gedrosselt bläst, wobei die Drosselung am Anfang der Blasen periode von 0 auf 100
% ansteigend bzw. am Ende der Blasperioe von 100 Ir auf Q absinirend variiert.
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An Anfang und am Ende der Blasporiodo fließen aus dos jeweils gedrosselt
blasenden Winderhitzer zeitweise ao geringe Heißwindmengen, daß man dies praktisch
nicht mehr messen kann. Andererseits sind aber aufgrund der am Anfang relativ hohen
bzw. am Ende relativ niedrigen Heißwindtemperaturen die entsprechenden Wärmemengen
so beträchtlich, daß sie in erheblichem Maße die während der Blasperiode abgegebene
Gesamtwärmemenge beeinflussen. FUr eine zuverlässige Regelung der Heizgasmenge,
die zum Aufheizen der Winderhitzer benötigt wird, ist es also unbedingt erforderlich,
die am Anfang und am Ende der Blasperiode abgegebene Wärmemenge zu berücksichtigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Gruppe von vier
im parallel versetzten Betrieb arbeitenden Winderhitzern ein Verfahren zur Ermittlung
des Wärmebedarfs der einzelnen Winderhitzer in der Heizperiode unter Berücksichtigung
der am Anfang und am Ende der Blasperiode abgegebenen Wärmemenge zuverlässig und
mit möglichst einfachen Mitteln ru entwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man a) die
der Winderhitzergruppe entnommene Gesamtwärmemenge QG aus dem Gesamtvolumen VKWG'
der Temperatur TKW und der Feuchtigkeit FKW des ihr zugeführten Kaltwindes sowie
der Temperatur TMW des ihr entnommenen Heißwindes laufend ermittelt,
b)
die dem jeweils ungedrosselt blasenden Winderhitzer entnommene Wärmemenge QC aus
dem Volumen VKWC, der Temperatur TKW und der Feuchtigkeit FKW des ihm zugeführten
Kaltwindes sowie der Temperatur des aes ihm entnommenen Heißwindes laufend ermittelt,
o) die dem Jeweils gedrosselt blasenden Winderhitzer entnommene Wärmemenge Q1 als
Differenz QQ -zwischen der der Winderhitzergruppe entnommenen Gesamtwärmemenga QG
und der dem Jeweils ungedrosselt blasenden Winderhitzer entnommenen Wärmemenge QC
ermittelt, d) die fUr Jeden Winderhitzer während der Blasperiode ermittelten Wärmemengen
QC und QX laufend integriert.
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Der vorgeschlagenen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß im parallel
versetzten Betrieb Jeweils zwei Winderhitzer glelchzeitig auf Blasen geschaltet
sind, von denen jeweils nur einer gedrosselt bläst. Der andere Winderhitzer bläst
dagegen ungedrosselt. Es fließen somit aus ihm relativ große Heißwindmengen und
es ist daher möglich, die ihm entnommene Wärinemenge QC mit verhältnismäßig einfachen
Mitteln exakt zu messen.
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Dasselbe trifft auch für die Gesamtwärmemenge QG zu, die insgesamt
aus den beiden Jeweils auf Blasen geschalteten Winderhitzern entnommen wird.
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Die Wärmemenge Q1, die dem Jeweils gedrosselt blasenden Winderhitzer
entnommen wird, resultiert dann aus der ebenfalls leicht zu ermittelnden Differenz
zwischen den beiden Werten QG und Qnr
Die Ermittlung der tum Aufheizen
des Winderhitzers erforderlichen Heizleistung erfolgt in herkömmlicher Weise durch
Integrieren der Wärmemenge Q1= QG - QC während der Phase, in welcher der Winderhitzer
gedrosselt bläst bzw. der Wärmemenge QC während der Phase, in welcher der Winderhitzer
ungedrosselt bläst, und durch Ermitteln des Quotienten zwischen dem daraus resultierenden
Wert der Wärmemenge und dem Heizwert des verwendeten Heißgases.
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Das vorgeschlagene Verfahren erfordert verhältnismäßig einfache Meß-
und Rechenglieder, da diese nur große Heißwindmengen messen bzw. nur einfache Operationen
durchführen müssen. DarUber hinaus ist auch die Schaltung zum Zuführen der Meßwerte
zu dem Rechner sehr einfach, da seine Funktion praktisch nur von der Steuerung der
Drosselklappen der einzelnen Winderhitzer abhängig ißt.
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Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme
auf die Zeichnungnäher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 einen vereinfachten Regelplan für eine Hochofenanlage
mit vier im parallel versetzten Betrieb arbeitenden Winderhitzern, Fig 2 ein Diagramm,
darstellend den Temperaturverlauf und Stellung der Kaltwinddrosselklappen der Jeweils
auf Blasen geschalteten Winderhitzer, Fig. 3 einen Wärmebedarfsrechner für die Anlage
nach Fig. 1, vereinfacht und schematisch dargestellt.
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In der Figur 1 ist mit 1 ein Hochofen bezeichnet, der durch Winderhitzer
2a, 2b, 2c und 2d mit Heißwind verorgt wird. Die Winderhitzer 2a bis 2d werden durch
eine Kaltwindleitung 3 und Zuleitungen 4a, 4b, 4c und 4d mit Kaltwind gespeist.
In der Leitung 3 ist ein Mengenregler 5 angeordnet, welcher die durchströmende Kaltwindmenge
konstant hält. Der in den Winderhitzern 2a bis 2d erzeugte Heißwind kann durch Ableitungen
6a, 6b, 6c bzw. 6d in eine Heißwindleitung 7 strUmen. Dem Heißwind kann über eine
von der Leitung 3 abgezweigte Kaltwindzumischleitung 8 kaltwind zugemischt werden.
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Der nach der Mischung entstehende Heißwindstrom gelangt über eine
weitere Heißwindleitung 9 in die Ringleitung des Hochofen.
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Die Regeleinrichtung weist einen Temperaturregler 10 zum Vorregeln
der Heißwindtemperatur am Ausgang der Heißwindleitung 7 und einen Temperaturregler
11 zum Feinregeln der Heißwindtemperatur am Ausgang der Heinz windleitung 9 auf.
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Durch eine in der Kaltwindleitung 3 angeordnete Regelklappe 12 bzw.
durch in den Abzweigungen 4a, 4b, 4c und 4d angeordnete Kaltwinddrosselklappen 13a,
13b, 13c bzw. 13d kann der Winddurchfluß durch die einzelnen Winderhitzer 2a bis
2d gedrosselt bzw. abgesperrt werden.
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Weitere Regelklappen 14 und 15 sind ferner in der Kaltwindzumischleitung
8 bzw. in einer Bypassleitung 16 angeordnet. Mit Hilfe dieser Klappen kann man die
dem Heißwind zugeführte Kaltwindmenge grob bzw. fein dosieren.
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Die Kaltwinddrosselklappen 13a bis 13d werden durch den Temperaturregler
10 über eine Relaisstation 17 gesteuert. Die Steuerung der Regelklappen 12, 14 und
15 erfolgt durch den Temperaturregler 11 über Split-Range-Geräte 18, 19 und 20.
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Ein Kaltwindmengenmesser 21, ein Kaltwindtemperaturmesser 22 und ein
Kaltwindfeuchtigkeitsmesser 23 sind in der Kaltwindleitung 3 bzw. in der Kaltwindzumischleitung
8 angeordnet. Weitere Kaltwindmengenmesser 40a, 40b, 40¢ und 40d sind in den Leitungen
4a, 4b, 4c und 4d angeordnet.
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In den Abzweigleitungen zu den Temperaturreglern 10 und 11 befindet
sich Je ein Heißwindtemperaturmesser 24 und 25. Weitere Heißwindtemperaturmesser
26a, 26b, 26c und 26d sind in den Leitungen 6a bis 6d angeordnet.
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Jedem Winderhitzer ist ferner ein Endschalter 27a, 27b 27c bzw. 27d
zugeordnet, der von der dazugehörigen Kaltwinddrosselklappe 13a, 13b, 13c bzw. 13d
betätigt wird.
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Im oberen Feld der Figur 2 zeigen die vereinfachten Kurven THWC1,
THWC2, THWC3 und THWC4 den zeitlichen Verlauf der Heißwindtemperatur an den einzelnen
Winderhitzern 2a bis 2d.
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Mit tb und th sind die Blas- bzw. Heizzeiten für den Winderhitzer
2a bezeichnet. Die dazwischenliegende Schaltzeit kann; zum leichteren Verständnis
vernachlässigt werden und ist daher nicht eingetragen. Die Blas- und Heizzeiten
sind für alle Winderhitzer gleich und auch konstant.
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Im unteren Feld der Figur 2 zeigen die Kurven KC1, KC2, KC3 und KC4
den Öffnungsgrad der einzelnen Kaltwinddrosselklappen 13a bis 13d über der Zeit.
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Wie aus der Figur 2 ersichtlich, sind bei Betreiben der Winderhitzergruppe
im parallel versetzten Betrieb Jeweils zwei Winderhitzer auf Blasen geschaltet,
ton denen der eine gedrosselt und der andere ungedrosselt bläst (KC-Kurve von 0
auf 100 % ansteigend oder von 100 % auf 0 absinkend für den gedrosselt blasenden
Winderhitzer bzw. bei 100 % gleichbleibend für den ungedrosselt blasenden Winderhitzer).
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Die Heißwindtemperatur wird in zwei Stufen durch die Temperaturregler
10 und 11 geregelt. Die Regelung erfolgt durch Mischen der Heißwindströme aus den
beiden gleichzeitig auf Blasen geschalteten Winderhitzern mittels der Heißwinddrosselklappen
13a bis 13d bzw.
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durch Zumischen von Kaltwind zu dem torgeregolten Heißwind mittels
der Regelklappen 12, 14 und 15. Diese Regelung ist aber nicht Gegenstand der vorliegenden
Erfindung und wird daher nicht näher erläutert.
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Der in der Figur 3 dargestellte Wärmebedarfsr@chner weist ein Reohenglied
28 auf, welches die Gesamtwärmemenge QG = VKWG # [TMW - TKW + (FKW # TMW)] ermittelt,
die der Winderhitzergruppe entnommen wird. Hierbei sind VKWG, TKW und FKW das Gesamtvolumen,
die Temperatur und die Feuchtigkeit des der Winderhitzergruppe zugeführten Kaltwindes
und TMW die Temperatur des ihr entnommenen Heißwindes. Diese Werte werden vom Kaltwindmengenmesser
21, dem Kaltwindtemperaturmesser 22, dem Kaltwindfeuchtigkeitsmesser 23 bzw. dem
Heißwindtemperaturmesser 25 gemessen und dem Rechenglied 28 zugeführt.
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Der Wärmebedarfsrechner weist ferner vier Rechenglieder 29s, 29b,
29e und 29d auf, welche die Wärmemenge QC = VKWC # [THWC - TKW + (FKW # THWC)] ermitteln,
die dem Jeweils ungedrosselt blasenden Winderhitzer entnommen wird. Hierbei sind
VKWC, TKW und FKW das Volumen, die Temperatur und die Feuchtigkeit des dem Winderhitzer
zugeführten Kaltwindes sowie THWC die Temperatur des ihm entnommenen Heißwindes.
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Diese Werte werden von den Kaltwindmengenmessern 40a bis 40d, dem
Kaltwindtemperaturmesser 22, dem Xaltwindfeuchtigkeitsmesser 23 bzw. den Heißwindtemperaturmessern
26a bis 26d gemessen und den Rechengliedern 29a bis 29d zugeführt. Da sowohl die
Heißwindmenge VKWC aus dem ungedrosselt blasenden Winderhitzer als auch die gesamte
Heißwindmenge VKWG aus den- beiden gleichzeitig blasenden Winderhitzern beträchtlich
sind, kann man beide Größen mit verhältnismäßig einfachen Mitteln exakt messen.
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Im Wärmebedarfsrechner ist ferner ein Rechenglied 30 angeordnet, welches
den Differenzwert Q1 = QG - QC ermittelt.
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Der Rechner weist außerdem vier Integrierglieder 31a, 31b, 31c und
31d sowie vier Rechenglieder 32a, 32b,32 c und 32d auf, durch welche die Wärmemengenwerte
#QC und SQ1 errechnet werden bzw. die zum Aufheizen der Winderhitzer erforderliche
Heizgasmenge VGas aus dem Quotient VGas = # QC/Hu oder # Q1/Hu ermittelt wird (Hu
= Heizwert des verwendeten Heizgases).
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Zwischen den Rechengliedern 28 und 30 ist ein Schalter 33 angeordnet,
der bei Betreiben der Winderhitzergruppe im parallel versetzten Betrieb geschlossen
ist.
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Zwischen den Rechengliedexn 29s bis 29d und den Integriergliedern
31a bis 31d sind Schalter 34a bis 34d und Relais 35a bis 35d angeordnet.
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nie Schalter 34a bia 34d sind bei den Jeweils auf Blasen geschalteten
Winderhitzern geschlossen.
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Die Relais 35a bis 35d werden durch die Endschalter 27£ bis 27d in
Abhängigkeit von der Stellung der Ksltwinddrosselklappen 13a bis 13d geschaltet,
derart, daß sie die in der Figur 3 dargestellte Schaltstellung einnehmen, solange
der entsprechende Winderhitzer ungedrosselt bläst (Endschalter 27a bis 27d in Schaltstellung
100 %) oder auf Heizen geschaltet ist (Endschalter 27a bis 27d in Schaltstellung
0 %). Bläst der Winderhitzer dagegen gedrosselt (Kaltwinddrosselklappe 13a bis 13d
im Drosselbereich O bis 100 % bzw. 100 bis 0 %), nimmt das entsprechende Relais
35a bis 35d seine zweite Schaltstellung ein, die in der Figur 3 gestrichelt dargestellt
ist.
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Zwischen den Integriergliedern 31a bis 31d und den Rechengliedern
32a bia 32d sind Schalter 36a bis 36d angeordnet, welche bei auf Heizen geschaltetem
Winderhitzer geschlossen sind.
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Die Arbeitsweise des Wärmebedarfsreglers wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf die Figuren 1 bis 3 beschrieben.
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Voraussetzung für die Funktionsbereitschaft des Rechners ist, daß
der Schalter 33 geschlossen ist, d.h. daß der parallel versetzte Betrieb vorgewählt
ist, und ferner daß die Relaissteuerung 17 für den Temperaturregler 10 voll einsatzbereit
ist.
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Wie au. Figur 2 ersichtlich, wird im Ausführungsbeispiel angenommen,
daß zunächst der Winderhitzer 2a (Kurven THWC1 und KC1) und der Winderhitzer 2d
(Kurven THWC4 und KC4) gleichzeitig blasen, wobei der in der Mitte der Blasp6riode
befindliche Winderhitzer ?d uagedrosselt und der am Anfang der Blasperiode befindliche
Winderhitzer 2a gedrosselt bläat.
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Das dem Winderhitzer 2d zugeordnete Relais 35d befindet sich dementsprechend
in der dargestellten Schaltstellung.
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Der vom Rechenglied 29d errechnete Wärmemengenwert QC für den Winderhitzer
2d wird einerseits dem Integrierglied 31d, andererseits dem Rechenglied 30 zugeführt.
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Durch letzteres wird der Differenzwert Q1 æ QG - QC ermittelt. Dieser
Wert entspricht genau der Wärmemenge, die dem gleichzeitig gedrosselt blasenden
Winderhitzer 2a entnommen wird.
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Das dem Winderhitzer 2e zugeordnete Relais 35a befindet sich dagegen
in der gestrichelt dargestellten Schaltstellung. Somit iet die Verbindung zwischen
dem ihm zugeordneten Rechenglied 29a und dem Integrierglied 31a bzw. dem Rechenglied
30 unterbrochen. Gleichzeitig wird aber durch das Relais 35a eine Verbindung vom
Rechenglied 30 zum Integrierglied 31e hergestellt, wodurch letzterem der vom Rechenglied
30 errechnete Wärmemengenwert Q1 QG - QC zugeführt wird.
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In der nächsten Phase der Blasperiode verläuft der Vorgang umgekehrt.
Nunmehr bläst der Winderhitzer 2a ungedrosselt, während der Winderhitzer 2d gedrosselt
bläst, Dementsprechend werden die ihnen zugeordneten Relais 35a und 35d in die jeweils
andere Schaltstellung umgeschaltet. Dem Rechenglied 30 wird slso nunmehr der' vom
Rechenglied 29a
errechnete Wärmemengenwert QC für den Winderhitzer
2a zugeführt, während der vom Rechenglied 30 errechnete Wärmemengenwert Q1 dem Integrierglied
31d für den Winderhitzer 2 d zugeführt wird.
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Den Integriergliedern 31a bii 31d wird also Je nach Schaltstellung
der Relaia 35a bis 35d der Wärmemengenwert QC bei ungedrosselt blasenden Winderhitzer
bzw.
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der Wärmemengenwert Q1 bei gedrosselt blasendem Winderhitzer zugeführt.
Das von ihnen ermittelte Integral von QC und Q1 ergibt somit genau die Wärmemenge,
die dem Jeweiligen Winderhitzer während der gesamten Blasperiode entnommen wird.
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Bei Schalten des Winderhitzers auf Heizen wird dann der entsprechende
Schalter 36a bis 36d geschlossen und der Wärmemengenwert # QC bzw. # Q1 dem entsprechenden
Rechenglied 32a bis 32d zugeführt. Andererseits wird in die Rechenglieder 32a bis
32d der Heizwert des verwendeten Heizgases eingegeben. Das Rechenglied 32£ bis 32d
ermittelt dann die zum Heizen des Winderhitzere erforderliche Heizgasmenge durch
den Quotient VGas = # QC bzw. #Q1 in Abhängigkeit von dem Heizwert Hu Hu des verwendeten
Heizgases. Anhand des Wertes VGas kann dann die Heizgaszufuhr zu den Brennern der
einzelnen Winderhitzer geregelt werden.