RU2003928C1 - Способ управлени трубчатой печью - Google Patents

Description

Однако данный способ не позвол ет достаточно точно проводить оптимизацию процесса горени  по той причине, что она достигаетс  изменением потока воздуха и положением дымовой заслонки, след  за ограничени ми по содержанию кислорода. Последний в результате возможных присо- сов и других факторов возмущени  может измен тьс  независимо от режима горени  топлива. Кроме того, при избытках кислорода , превышающих некоторый минимальный предел, начинают интенсивно образовыватьс  окислы азота, которые ухудшают экологическую обстановку окружающей среды.

Данный, как все вышеописанные способы управлени , не дает никаких гарантий, что в процессе управлени  избыток кислорода в дымовых газах будет минимально необходимым.

Цель изобретени  заключаетс  в повышении точности оптимизации режима горени  топлива.

Цель достигаетс  тем, что согласно предлагаемому способу управлени  трубчатой печью путем регулировани  производительности подачей топливного газа в камеры сгорани , регулировани  разрежени  удалением дымовых газов и оптимизацией процесса сгорани  на основе данных измерени  содержани  кислорода в дымовых газах и управлени  потоками воздуха по камерам, дополнительно измер ют содержание водорода либо продуктов недожега в дымовых газах и в заданных ограничени х минимизируют значение функции:

R H2+102,(1)

где Н2, 02 - знамени  измененных концентраций водорода (продуктов недожога), кислорода в дымовых газах; Я - коэффициент, измен   сначала общую подачу воздуха, затем распределение по камерам.

Значение коэффициента Я зависит от того, в каких единицах газоанализаторами измер етс  содержание иодородэ и кислорода . Если указанные параметры измер ютс  в массовых единицах, например в массовых процентах, то значение Я беретс  в интервале 0,076...0,106. Данные значени  Я получены на основе следующих рассуждений. Теплотворность газообразного молекул рного водорода составл ет 142324 кДж/кг, теплотворность водорода, вход щего в состав соединений топлива, равна 125580 кДж/кг. Теплотворность водорода в расчете низшей теплотворной способности топлива, т.е. с учетом тепла, расходуемого на испарение воды, образующейс  при сгорании водорода, равна 102828 кДж/кг.

Снижение теплотворности топлива вследствие сгорани  при содержании в горючей массе топлива кислорода по подсчетам Д.И. Менделеева приблизительно 5 составл ет 10883,6 кДж/кг. Дл  уравновешивани  вкладов водорода и кислорода, содержащегос  в продуктах сгорани , показани  кислородомера должны быть уменьшены в 142324/10883,6...102828/10883,6, т.е. в

0 13,077...9,462раза(Я -0.076....Я 0,106). Если оба газоанализатора выдают содержание в объемных единицах, например обьемных процентах, то при одинаковых объемах водорода и кислорода количество

5 кислорода будет превышать по массе в 8 раз.

Таким обрагом, значение коэффициента Я следует еще1 уменьшить в 8 паз, и тогда его значение сое га вит 0,0108....0,0132,

0 Существенным признаком предпз зо- мого способа следует считать введение функции (I) в способ регулировани  режимом горени  и подачи т камеры воздуха. Именно этот признак придаст способу существсн5 ную новизну и р д новых ссойств.

Основные реакции, протекающие при завершении процесса сюрани  газообразного топлива, описш аютс  стехмометриче- скими уравненнлл i:

0Н2 (- 0,502 НоО(2)

СО ч- 0,5 0л С02

В тепловом соотношении обе реакции окислени  примерно равнозначны

Так как горение происходит за счет кис5 лорода воздуха, то в обо части реакции (2) добавл етс  азог, вносимый с воздухом

79

N2 - от 02. Да  пилкою завершени  реакции (2) необходим значительный избыток

0 воздуха, но при згом КПД процесса будет уменьшатьс , так как дл  его нагрева необходимо будет дополнительно тепло. Наоборот , при недостатке ссздуха о результате сдвига равновеси  реакции (2) клево КПД

5 уменьшаетс  за счет npv-сутстеи- з продукта/сгорани  знач.лельныл копичеств водорода и окиси углерода. Следовательно, дл  ведени  процесса г; о ттимальном режиме с точки зрени  КПД присутствие кислорода,

0 водорода и окиси углерода п некоторых ми- нимз.юНо х ко/нпестзз ч об зательно. Минимизаци  функции (1) позвол ет добитьс  наисисшего КПД, например, путем определени  в продукта сюрзни  недочете) и

5 одновременной мини,; мации кислорода S данном BSGiiatre солерод  в петсм и индикатором одновременного существовани  и OKHCV углерода

Реализаци  процесса по предлзгаомо- му способу не дает развиватьс  иежелател ным реакци м образовани  оксидов азота, поскольку содержание водорода (хот  и в небольшом количестве) как более активного компонента по отношению к кислороду подавл ет процессы окислени  азота воздуха. Даже при нулевом содержании водорода система, реализующа  способ, будет уменьшать содержание кислорода, что также спо- собствует подавлению реакций образовани  оксидов. Подобного эффекта нельз  достичь с помощью прежних способов регулировани  процесса горени , как только, не анализиру  отдельно окислы азота и не управл   процессом по их минимизации .

Реализацию способа можно осуществить при ручном управлении, вычисл й по показани м анализатороо функцию (1) и провод  перестановку регулирующего органа подачи воздуха.

Однако эффективность способа намного возрастает, если применить специальную систему автоматического управлени . Пример такой системы приведен на чертеже.

По своему существу эта система  вл етс  модификацией и развитием системы прототипа 5. Система может быть реализована на базе управл ющей микроЭВМ. Однако дл  у снени  принципа взаимодействи  вычислительных блоков приведена функциональна  блочна  схема.

Трубчата  печь П имеет две камеры, в каждой из которых нагреваетс  продукт s процессе циркул ции по змеевику. & камерах сгорает газообразное топливо. Воздух подаетс  из общего воздухопровода воздуходувкой В. Кажда  из камер снабжена эксгаустером Э, работающим на общую дымовую трубу Т, Необходима  величина разрежени  в каждой из камер поддерживаетс  индивидуальной системой автоматического регулировани , состо щей из датчика 1 давлени , элемента 2 сравнени  измеренного давлени  с заданным Р, регул тора 3 и исполнительного механизма 4 с ооздейст- вием на систему отвода дымовых газов. В принципе, если камеры между собой имеют хорошее сообщение, то можно обойтись и одним регул тором с выбором одной характерной точки отбора давлени . Подвод топ- ливиого газа в каждую из камер осуществл етс  в зависимости от теплопро изводительности. Последн   может быть определена путем измерени  расхода продукта по змеевику датчиком 5, температуры продукта на входе в печь датчиком б и выходе из печи датчиком 7. Задание в элемент 8 сравнени  может поступать, например, в виде требуемой температуры t на выходе сырь  из печи. Регул тор 9 через исполнительный механизм 10 устанавливает необходимую величину подачи газа в камеру. Подача воздуха в камеры осуществл етс  из общего воздуховода в зависимости от

измеренных расходов газа с помощью датчика 11 и воздуха с помощью датчика 12. Сигналы с последних поступают в элементы 13 сравнени  и через регул торы 14 воздействуют на исполнительные механизмы 15

0 подачи воздуха по камерам. Давление воздуха в общей магистрали поддерживаетс  на требуемом уровне системой, состо щей из датчика 16 давлени , элемента 17 сравнений , регул тора 18 и исполнительного ме5 ханизма 19 с воздействием, как правило, на направл ющий аппарат воздуходувок. Система коррекции подачи воздуха по способу включает датчик 20 содержани  кислорода в дымовых газах, датчик 21 содержани  ао0 дорода (продуктов недожега) в дымовых газах . Сигналы с последних подаютс  на вход логического блока 22, на него и подаетс  установочное значение коэффициента А . Выходы логического блока 22 соединены с

5 входами звеньев 17 и 13 и через них периодически управл ют работой регул торов подачи воздуха, как общей так и по камерам. Система реализует способ следующим образом. На основе измеренных значений

0 датчиком 20 и 21 кислорода и водорода (продуктов недожега) в логическом блоке формируетс  по уравнению (1) функци  цели R. В пам ти блока хранитс  некоторое начальное значение функции цели Rw. Подключа5  сь периодически к элементам 13 и 17, логический блок может варьировать в некоторых пределах расходом воздуха по камерам и общим расходом, В этом режиме варьировани  происходит сравнение теку0 щего значени  функции R с записанным в пам ти RH. Если в последующем значение функции R стало меньше, формируетс  шаг изменени  (шаг коррекции) подачи воздуха и текущее значение функции R записывэет5 с  в пам ти вместо RH. После достижени  минимума с помощью воздействи , например , на элементы 13 сравнени  система подключаетс  к другому элементу 13 управл ющей подачей воздуха в другую камеру.

0 Если после воздействи  на вторую камеру достигнут еще более глубокий минимум, логический блок подключаетс  к элементу 17 и так периодически управл ет подачей воздуха как по камерам, так и общей. Миними-

5 заци  функции может быть зафиксирована последовательным реверсированием воздействий на элементы 13 и 17.

Технико-экономическа  эффективность предлагаемого способа по сравнению с прототипом обеспечиваетс  не только поддержанием параметров процесса в заданных ограничени х, но и поиском оптимального режима минимизации непрореагировавших продуктов. В результате эконом тс  топливно-энергетические ресурсы за счет минимизации кислородной составл ющей . Присутствие водородной составл ющей подавл ет процесс окислени  азота, и, таким образом, достигаетс  экологическа  целесообразность внедрени  способа и его преимуществ по сравнению с прототипом.

o

(56) Авторское свидетельство СССР N 1038726.кл. F 23 N 3/00. 1983.

Нефть, газ и нефтехими  за рубежом, N: 3. Переводное издание журналов США, 1987, с. 124.

Авторское свидетельство СССР № 1312326. кл. F 23 N 3/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 939870, кл. F 23 N 3/00, 1982.

Нефть, газ и нефтехими  за рубежом. № 3. Переводное издание журналов США, 1987. с. 103-104.

Ф о р м у л а и з о б ре тен и  15

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРУБЧАТОЙ ПЕЧЬЮ путем регулировани  по ограничени м производительности, разрежени , сбдержани  кислорода в продуктах сгорани , распределени  воздуха по камерам и расхода общего воздуха, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, дополнительно измер ют содержание водорода а продуктах сгорани  и в заданных «с

.20

Я

ограничени х минимизируют значение функции ft АОа + Н2„ где Ог, На - значени  измеренных концентраций кислорода и водорода в продуктах сгорани , А - коэффициент , равный 0,076 - 0,106, если значени  Ог, Н2 измерены в мас.%, и равный 0,0108 - 0,0132. если значени  Оа. На измерены в об.%, последовательно измен   расход общего воздуха и его распределение по камерам.

Возду