RU2600607C2 - Device and method for optimising combustion in partition lines of multi-chamber kiln for firing carbon blocks - Google Patents
Device and method for optimising combustion in partition lines of multi-chamber kiln for firing carbon blocks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2600607C2 RU2600607C2 RU2014113484/02A RU2014113484A RU2600607C2 RU 2600607 C2 RU2600607 C2 RU 2600607C2 RU 2014113484/02 A RU2014113484/02 A RU 2014113484/02A RU 2014113484 A RU2014113484 A RU 2014113484A RU 2600607 C2 RU2600607 C2 RU 2600607C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzles
- heating
- ramp
- nozzle
- partitions
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D19/00—Arrangements of controlling devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B13/00—Furnaces with both stationary charge and progression of heating, e.g. of ring type, of type in which segmental kiln moves over stationary charge
- F27B13/06—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of this type
- F27B13/14—Arrangement of controlling, monitoring, alarm or like devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D19/00—Arrangements of controlling devices
- F27D2019/0028—Regulation
- F27D2019/0034—Regulation through control of a heating quantity such as fuel, oxidant or intensity of current
- F27D2019/004—Fuel quantity
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
- Furnace Details (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области многокамерных печей, называемых «печами с вращающимся пламенем», для обжига углеродистых блоков, в частности, анодов и катодов из углерода, предназначенных для электролизного производства алюминия. В частности, объектом изобретения являются способ и устройство оптимизации горения в линиях перегородок такой многокамерной печи.The invention relates to the field of multi-chamber furnaces, called “rotary flame furnaces”, for firing carbon blocks, in particular carbon anodes and cathodes, for the electrolysis of aluminum. In particular, an object of the invention is a method and apparatus for optimizing combustion in the partition lines of such a multi-chamber furnace.
Печи с вращающимся пламенем для обжига анодов описаны, в частности, в патентной заявке WO 2011/127042, к которой можно обратиться для получения более подробной информации по этому вопросу.Rotary flame furnaces for burning anodes are described, in particular, in patent application WO 2011/127042, which can be consulted for more information on this subject.
Вместе с тем, можно вкратце напомнить их конструкцию и принцип работы со ссылками на описанные ниже фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 представлен схематичный вид в плане конструкции печи с вращающимся пламенем и с открытыми камерами, в данном примере с двумя факелами пламени, а на фиг. 2 - частичный вид в перспективе в поперечном разрезе с вырезом внутренней конструкции такой печи.At the same time, we can briefly recall their design and principle of operation with reference to the FIGS. Described below. 1 and 2, where in FIG. 1 is a schematic plan view of a rotary flame furnace with open chambers, in this example with two flame torches, and FIG. 2 is a partial perspective view in cross section with a cutout of the internal structure of such a furnace.
Обжиговая печь (FAC) 1 содержит две параллельные шахты или галереи 1a и 1b, проходящие вдоль продольной оси XX по длине печи и содержащие, каждая, последовательный ряд поперечных камер 2 (перпендикулярных к оси XX), отделенных друг от друга поперечными стенами 3. По своей длине, то есть в поперечном направлении печи 1, каждая камера 2 образована чередованием расположенных рядом друг с другом ячеек 4, которые выполнены открытыми в своей верхней части для обеспечения загрузки предназначенных для обжига углеродистых блоков и выгрузки охлажденных обожженных блоков и в которые укладывают штабелем предназначенные для обжига углеродистые блоки 5, погруженные в углеродистую пыль, а также полыми нагревательными перегородками 6 с тонкими стенками, как правило, удерживаемыми на расстоянии друг от друга поперечными распорками 6a. Полые перегородки 6 камеры 2 находятся в продольном продолжении (параллельно большой оси XX печи 1) полых перегородок 6 других камер 3 этой же галереи 1a или 1b, и эти полые перегородки 6 сообщаются друг с другом через окна 7 в верхней части своих продольных стенок напротив продольных проходов, выполненных на этом уровне в поперечных стенах 3, при этом полые перегородки 6 образуют продольные линии перегородок, расположенные параллельно большой оси XX печи и предназначенные для циркуляции в них газообразных сред (окисляющий воздух, горючие газы и газообразные продукты горения и дымы), что позволяет обеспечивать предварительный нагрев и обжиг анодов 5 и их последующее охлаждение. Полые перегородки 6 дополнительно содержат переборки 8 для удлинения и более равномерного распределения пути газообразных продуктов горения или дымов, и в своей верхней части эти полые перегородки 6 оборудованы также отверстиями 9, закрываемыми съемными крышками и выполненными в венце печи. Две галереи 1a и 1b печи сообщаются на своих продольных концах через разворотные каналы 10, которые позволяют перемещать газообразные среды от одного конца каждой линии полых перегородок 6 одной галереи 1a или 1b до конца соответствующей линии полых перегородок 6 в другой галерее 1a или 1b, образуя, таким образом, по существу прямоугольные контуры линий полых перегородок 6.The kiln (FAC) 1 contains two parallel shafts or
Принцип использования печей с вращающимся пламенем, называемых также «печами с поступательным движением пламени», состоит в перемещении фронта пламени от одной камеры 2 к смежной с ней другой камере в ходе одного цикла, при этом каждая камера 2 последовательно проходит через стадии предварительного нагрева, принудительного нагрева, полного пламени, затем охлаждения (естественного и затем принудительного).The principle of using rotary flame furnaces, also called “progressive flame furnaces”, is to move the flame front from one
Обжиг анодов 5 осуществляют при помощи одного или нескольких факелов или групп факелов (на фиг. 2 показаны две группы факелов в положении, в котором одна группа проходит в данном примере через тринадцать камер 2 галереи 1а, а другая - через тринадцать камер 2 галереи 1b), которые перемещаются от одной камеры 2 к другой камере 2.
Каждый факел или группа факелов состоит из пяти последовательных зон A-E, которые, как показано на фиг. 1 для пламени галереи 1b, расположены от выхода к входу относительно направления потока газообразных сред в линиях полых перегородок 6 и в обратном направлении при циклических перемещениях от камеры к камере:Each torch or group of torches consists of five consecutive zones A-E, which, as shown in FIG. 1 for the flame of the
А) Зона предварительного нагрева, которая, если рассматривать пламя галереи 1a и с учетом направления вращения пламени, показанном стрелкой на уровне разворотного канала 10 на конце печи 1 в верхней части фиг. 1, содержит:A) A preheating zone, which, if we look at the flame of the
- всасывающую рампу 11, оборудованную для каждой полой перегородки 7 камеры 2, над которой расположена эта всасывающая рампа, системой измерения и регулирования расхода газов и дымов на каждую линию полых перегородок 6, причем в каждом всасывающем патрубке 11а, который неподвижно соединен с всасывающей рампой 11 и выходит в нее с одной стороны и с другой стороны заходит в отверстие 9 соответственно одной из полых перегородок 6 этой камеры 2, эта система может содержать регулируемую запорную заслонку, поворачиваемую приводом заслонки, для регулирования расхода, а также расходомер 12, расположенный немного ближе к входу в соответствующем патрубке 11, температурный датчик (термопару) 13 для измерения температуры дымовых газов на всасывании, и- a
- рампу 15 измерения предварительного нагрева, по существу параллельную всасывающей рампе 11 и расположенную на входе последней, как правило, над этой же камерой 2, и оборудованную температурными датчиками (термопарами) и датчиками давления для получения статического разрежения и температуры в каждой из полых перегородок 6 этой камеры 2, чтобы обеспечивать индикацию и регулирование этого разрежения и этой температуры зоны предварительного нагрева;- a
B) Зона нагрева, содержащая:B) A heating zone comprising:
- несколько идентичных нагревательных рамп 16, а именно две или предпочтительно три, как показано на фиг. 1, или больше в зависимости от продолжительности цикла; при этом каждая из них оборудована горелками или форсунками впрыска топлива (жидкого или газообразного) и температурными датчиками (термопарами), при этом каждая из рамп 16 расположена на одной из камер соответствующего числа смежных камер 2 таким образом, чтобы форсунки каждой нагревательной рампы 16 заходили в отверстия 9 полых перегородок 6 для впрыска в них топлива;- several
C) Зона продувки или естественного охлаждения, содержащая:C) A purge or free cooling zone comprising:
- так называемую «рампу нулевой точки» 17, расположенную над камерой 2 непосредственно на ее входе над наиболее ближней к входу нагревательной рампой 16 и оборудованную датчиками давления для измерения давления в каждой из полых перегородок 6 этой камеры 2 с целью обеспечения регулирования этого давления; и- the so-called "zero point ramp" 17, located above the
- нагнетательную рампу 18, оборудованную электрическими вентиляторами, оснащенными устройством, позволяющим регулировать расход окружающего воздуха, нагнетаемого в каждую из полых перегородок 6 камеры 2 на входе перегородки, находящейся под рампой нулевой точки 17 таким образом, чтобы расход потоков окружающего воздуха, нагнетаемого в эти полые перегородки 6, можно было регулировать для получения требуемого давления (с небольшим превышением давления или с небольшим разрежением) на уровне рампы нулевой точки 17;-
D) Зона принудительного охлаждения, простирающаяся на три камеры 2 на входе нагнетательной рампы 18 и содержащая в этом примере две параллельные рампы 19 охлаждения, каждая из которых оборудована электрическими вентиляторами и нагнетательными патрубками, нагнетающими окружающий воздух в полые перегородки 6 соответствующей камеры 2; иD) A forced cooling zone extending to three
E) Рабочая зона, расположенная на входе рамп 19 охлаждения и позволяющая производить загрузку и выгрузку анодов 5 в печь, а также обслуживание камер 2.E) The working area located at the inlet of the
На входе нагревательных рамп 16 нагнетательная рампа 18 и рампа или рампы 19 принудительного охлаждения содержит патрубки для нагнетания воздуха горения при помощи электрических вентиляторов, причем эти патрубки соединены через отверстия 9 с полыми перегородками 6 соответствующих камер 2. На выходе нагревательных рамп 16 расположена всасывающая рампа 11 для удаления газообразных продуктов горения и дымов, в совокупности обозначаемых термином «дымовые газы», которые циркулируют в линиях полых перегородок 6.At the entrance of the
Нагрев и обжиг анодов 5 обеспечиваются одновременно за счет сжигания топлива (газообразного или жидкого) с регулируемым впрыском через нагревательные рампы 16 и, по существу, в такой же степени за счет сжигания летучих веществ (таких как полициклические ароматические углеводороды), выделяемых смолами анодов 5, в ячейках 4 камер 2 в зонах предварительного нагрева и нагрева, причем эти летучие вещества, в основном являющиеся горючими и распространяющиеся в ячейках 4, могут проходить в две смежные полые перегородки 5 через проходы, выполненные в этих перегородках, при помощи остаточного окисляющего воздуха, присутствующего на этом уровне среди дымовых газов в этих полых перегородках 6.The heating and burning of the
Таким образом, циркуляция воздуха и дымовых газов происходит вдоль линий полых перегородок 6, и разрежение, создаваемое на выходе нагревательной зоны B всасывающей рампой 11 на выходном конце зоны A предварительного нагрева, позволяет контролировать расход дымовых газов внутри полых перегородок 6, тогда как воздух, поступающий из зон охлаждения C и D через рампы 19 охлаждения и особенно через нагнетательную рампу 18, предварительно нагревается в полых перегородках 6, охлаждая по пути аноды 5, обожженные в смежных ячейках 4, и служит окислителем, когда приходит в зону В нагрева.Thus, the circulation of air and flue gases occurs along the lines of the
В процессе обжига анодов 5 комплекс рамп 11-19 и связанных с ними контрольно-измерительных приборов и оборудования циклически (например, приблизительно каждые 24 часа) перемещают от камеры 2, при этом каждая камера 2 обеспечивает, таким образом, последовательно: в зоне A предварительного нагрева - функцию загрузки необработанных углеродистых блоков 5, затем в зоне A предварительного нагрева - функцию естественного предварительного нагрева дымовыми газами топлива и паров смол, которые выходят из ячеек 4, заходя в полые перегородки 6, с учетом разрежения в полых перегородках 6 камер 2 в зоне А предварительного нагрева, затем в зоне В нагрева или обжига - функцию нагрева блоков 5 примерно до 1100° и, наконец, в зонах С и D охлаждения - функцию охлаждения обожженных блоков 5 окружающим воздухом и соответственно нагрева этого воздуха, образующего окислитель для печи 1, при этом за зоной D принудительного охлаждения в направлении, противоположном направлению движения пламени и циркуляции дымовых газов, следует зона Е выгрузки охлажденных углеродистых блоков 5, затем, в случае необходимости, загрузки необработанных углеродистых блоков в ячейки 4.In the process of firing the
Способ регулирования печи FAC в основном включает в себя регулирование температуры и/или давления в зонах предварительного нагрева А, нагрева В и продувки или естественного охлаждения С печи 1 согласно заранее определенным правилам.The method of regulating the FAC furnace mainly involves controlling the temperature and / or pressure in the zones of preheating A, heating B and purging or free cooling C of
Дымовые газы, удаляемые из пламени через всасывающие рампы 11, поступают в дымоход 20, например цилиндрический дымоход, частично показанный на фиг. 2, с дымовым каналом 21, который может иметь в плане U-образную форму (на фиг. 1 показан пунктирной линией) или может проходить вокруг печи и выход 22 которого направляет всасываемые и собираемые дымовые газы в центр обработки дымов (CTF), который на чертежах не показан, так как не относится к изобретению.The flue gases removed from the flame through the
Чтобы придать анодам (углеродистым блокам) их оптимальные характеристики и, следовательно, в основном обеспечить достижение конечной температуры обжига, известная магистраль печей этого типа преимущественно предназначена для питания топливом нагревательных рамп 16 независимо от условий разрежения, тяги и от аэравлических условий в перегородках 6, в результате чего происходит неполное сжигание в значительном и даже большом числе линий полых перегородок 6. В свою очередь, это приводит к повышению эксплуатационных расходов не только по причине перерасхода топлива, но также по причине загрязнения всасывающих кожухов и каналов, в которых снижается напор из-за осаждения недожога, что также чревато потенциальным риском воспламенения и нарушения процесса обжига.In order to give the anodes (carbon blocks) their optimal characteristics and, therefore, basically ensure the achievement of the final firing temperature, the well-known furnace line of this type is mainly designed to supply fuel to the
Форсунки нагревательной рампы распределены парами, то есть по две форсунки на перегородку. Число форсунок в рампе равно, таким образом, двукратному числу перегородок, например, составляет четырнадцать форсунок на семь перегородок. Для нагревательной зоны, оборудованной тремя рампами, в сумме шесть форсунок впрыскивают топливо в одну перегородку.The nozzles of the heating ramp are distributed in pairs, that is, two nozzles per partition. The number of nozzles in the ramp is thus equal to twice the number of partitions, for example, is fourteen nozzles per seven partitions. For a heating zone equipped with three ramps, a total of six nozzles inject fuel into one partition.
Топливоподводящее оборудование нагревательной рампы 16 адаптировано к природе применяемого топлива, в частности, в зависимости от того, является ли оно газообразным, как природный газ, или жидким, как мазут. Для упрощения описания изобретения в дальнейшем будет считаться, что топливо является газообразным.The fuel supply equipment of the
На фиг. 3 схематично представлен пример известной нагревательной рампы 16 для газообразного топлива. На этой фигуре показаны 4 пары форсунок 23 с учетом того, что обычно рампа 16 оборудована 7-10 парами. Форсунки 23 соединены с одним топливным трубопроводом, установленном на нагревательной рампе 16 и подключенном к заводской сети через шланг 26 и быстрый патрубок 25. Перед каждой форсункой 23 находится электровентиль 37 включения/выключения для индивидуального управления каждой форсункой 23. Трубопровод питания рампы содержит быстрый соединитель 25, шланг 26, фильтр 27, общий предохранительный электровентиль 28, контур обхода этого общего предохранительного электровентиля, включающий в себя игольчатый клапан 29 и электровентиль, позволяющий контролировать герметичность трубопровода, орган 31 измерения расхода (факультативный), регулятор 32 давления (факультативный), реле 33 давления со срабатыванием при минимальном пороговом давлении, реле 34 давления со срабатыванием при максимальном пороговом давлении, датчик 35 давления. Этот главный контур питает все форсунки 23, перед каждой из которых находятся ручной вентиль 36, электровентиль 37 и шланг 38.In FIG. 3 schematically shows an example of a known
На фиг. 4 схематично представлена известная печь в вертикальном разрезе по продольной оси XX посередине полой перегородки 6. Этот пример включает в себя 3 последовательные нагревательные рампы 16a, 16b и 16c. Нагнетательная рампа 18 обеспечивает циркуляцию свежего воздуха для охлаждения обожженных анодов и приток кислорода для сжигания топлива, впрыскиваемого через нагревательные рампы 16a, 16b, 16c. Поток воздуха и затем дымовых газов в перегородке 6 схематично показан пунктирной линией. Отверстия 9 камер 2, находящиеся между нагнетательной рампой 18 и нагревательными рампами 16a, 16b, 16c, закрыты, чтобы ограничивать утечку нагнетаемого воздуха. На входе первой нагревательной рампы 16c находится рампа 17, называемая «рампой нулевой точки». Для этой перегородки 6 и этих нагревательных рамп 16a, 16b, 16c показаны пары форсунок 23a1, 23a2, 23b1, 23b2, 23c1, 23c2 и термопары 24a, 24b, 24 с для измерения температуры в перегородке. Для каждой нагревательной рампы 16a, 16b, 16c установлены соответствующие форсунки в двух отверстиях 9, разделенных отверстием 9, которое остается свободным и закрыто крышкой. Термопары 24 установлены на выходе форсунок в направлении потока газов. В конце пути пламени находится всасывающая рампа 11, перед которой установлена рампа 15 измерения предварительного нагрева.In FIG. 4 schematically shows a known furnace in a vertical section along the longitudinal axis XX in the middle of the
В среднем нагревательная рампа 16 работает примерно на 30% от своей общей мощности. Для ограничения стоимости, габаритов и веса рампы 16 ее трубопровод рассчитан на номинальный расход топлива, эквивалентный 30% расхода, который понадобился бы для одновременного питания всех форсунок 23 этой рампы 16 при их номинальной мощности. Если одновременно открыть большое количество форсунок 23, то пропускной способности рампы 16 оказывается недостаточно, и происходит неконтролируемое падение давления газов. Это падение давления приводит к уменьшению длины пламени и может выражаться ухудшением качества горения. Это явление особенно проявляется при газообразном топливе, поскольку в случае жидкого топлива оно компенсируется насосом, установленным на рампе 16, который поддерживает давление и заставляет непрерывно циркулировать в трубопроводе 3-5-кратный объем впрыскиваемого жидкого топлива.On average, the
Впрыск топлива является пульсирующим (в виде импульсов). Как правило, мощность впрыска модулируют путем изменения продолжительности закрывания автоматических вентилей 37 форсунок 23. Ее можно также модулировать, изменяя продолжительность открывания вентилей 37. Когда форсунка 23 открыта, происходит впрыск на 100% ее мощности и потребляется ее максимальный расход. Например, в случае природного газа продолжительность впрыска в основном колеблется от 0,5 до 4 с, тогда как в случае мазута продолжительность впрыска в основном колеблется от 30 до 150 мс.Fuel injection is pulsating (in the form of pulses). Typically, the injection power is modulated by changing the closing time of the
В варианте модулирование мощности впрыска можно также производить, меняя давление питания форсунок 23 топливом, например, при помощи регулятора 32 давления, установленного на трубопроводе питания каждой рампы 16. Это решение позволяет изменять длину пламени в зависимости от уровня давления, при этом слабое давление дает более короткое пламя, чем во время работы при номинальном давлении. Следовательно, оно влияет на распределение калорий в перегородках 6 и на температурный профиль по высоте каждой перегородки 6.In the embodiment, the injection power can also be modulated by changing the supply pressure of the
Мощность брутто впрыска вычисляют при помощи инкрементального ПИД-блока для каждой пары форсунок каждой рампы 16, то есть на каждую перегородку 6. В зависимости от отклонения между температурой, измеряемой термопарой 24 рампы 16 соответствующей перегородки 6, и заданным значением, устанавливаемым оператором, ПИД-блок вычисляет изменение общей команды брутто. Это изменение, добавленное к предыдущей команде брутто, дает общую команду брутто в пределах от 0 до 100%. При этом данную команду ограничивают в зависимости от нижних и верхних допустимых пределов, задаваемых оператором для рампы 16.The gross injection power is calculated using an incremental PID block for each pair of nozzles of each
Распределение этой мощности между двумя форсунками, например 23a1 и 23a2 для рампы 16, осуществляют, например, на основании параметра соотношения, задаваемого оператором. Соотношение должно всегда соблюдаться, для чего вычисляют допустимые верхние и нижние пределы для рампы 16. После этого система регулирует эту общую мощность для соблюдения максимального предела мощности, который был зафиксирован для перегородки 6. Этот максимальный предел устанавливает либо оператор, либо модуль мониторинга горения.The distribution of this power between two nozzles, for example 23a1 and 23a2 for the
Значение конечной общей мощности поступает в автомат контроля/управления рампой 16 вместе со значениями соотношения и продолжительности импульса. Автомат вычисляет время закрывания для входной форсунки (например, 23a2) и выходной форсунки (например, 23a1), чтобы мощность впрыска соответствовала соотношению и общей мощности. Вычисленные значения импульсов передаются на форсунки 23.The value of the final total power is supplied to the automatic control /
В известных решениях не существует очень точной синхронизации ритма с другими парами форсунок 23 других рамп 16, находящихся на этой же перегородке 6. Поскольку воздух горения в основном поступает от входа (нагнетается нагнетательной рампой 18), содержание в нем кислорода снижается между первой нагревательной рампой (такой как 16c) и последней (такой как 16a). В зависимости от цикла впрыска между форсунками 23, установленными на одной и той же перегородке 6, возникают ситуации, когда форсунки 23 производят впрыск в такой же объем воздуха, что и предшествующие им форсунки, при этом содержание кислорода в указанном объеме оказывается низким. Это приводит либо к сдвигу воспламенения относительно места впрыска, либо к неполному сгоранию впрыскиваемого топлива и к накапливанию недожога. Это явление проявляется больше при газообразном топливе, чем при жидком топливе, по причине более продолжительного времени впрыска.In the known solutions, there is no very accurate synchronization of the rhythm with other pairs of
Для ограничения колебаний давления топлива в нагревательной рампе 16 в лучшем случае производят первоначальное смещение при запуске разных пар форсунок 23, установленных на одной рампе 16, но это смещение не поддерживается.To limit fluctuations in fuel pressure in the
Ограничения связаны с тем, что форсунками 23 часто управляет независимое устройство, такое как электронная плата, специально разработанная для этого применения, которая генерирует импульсы в зависимости от значения частоты, передаваемого автоматом рампы 16, что не позволяет точно задавать ритм работы парам относительно друг друга. Часто форсунками 23 напрямую управляет автомат рампы 16. В этом случае задавание точного ритма на рампе 16 возможно, но вычислительная мощность и относительная медлительность обновления выходов автоматов ограничивают возможность точного задавания ритма. Относительно медленная связь между автоматами и разброс органов управления не позволяют производить точную синхронизацию между различными нагревательными рампами 16.Limitations are associated with the fact that the
На фиг. 5 схематично представлен пример известной системы контроля-управления вращающимся пламенем. Управление обеспечивают два избыточных центральных компьютера CCS-A 42a & CCS-B 42b, которые передают команды для исполнения на автоматы 45, находящиеся на каждой рампе 11, 15, 16, 17 и 18. Эти автоматы 45 напрямую управляют приводами, в частности заслонками на рампе 11, форсунками 23 на нагревательных рампах 16 и вентиляторами на рампе 18. Связь между различными управляющими устройствами осуществляется через сеть связи, которая может быть проводной или, например, типа WiFi. Центральные компьютеры вычисляют команды для каждого привода в зависимости от заданных значений, введенных ранее операторами, и от измерений, поступающих от автоматов 45 рамп. Затем эти команды поступают на каждый автомат 45, который их исполняет. Сеть связи Уровня 1 между центральными компьютерами 42a & 42b и автоматами 45 рамп включает в себя коммутаторы (switch) Ethernet 40 и точки доступа WiFi 43, которые распределены в здании цеха. Каждый автомат 45 подключен к сети WiFi через пользователя (44), при этом внутренняя сеть Ethernet рампы обеспечивает обмен данными через коммутатор (switch) Ethernet 46 между пользователем WiFi 44, локальным экраном 47 и регуляторами 48 скорости в случае нагнетательной рампы 18. Вспомогательный автомат 43 (находящийся, например, в зале электрооборудования) позволяет собирать данные, поступающие от элементов, обслуживающих печь, таких как центр обработки дымов.In FIG. 5 is a schematic representation of an example of a known rotating flame monitoring-control system. The control is provided by two redundant central computers CCS-
Компьютер DMS 41 обеспечивает архивирование данных процесса и связан с компьютерами CCS 42a & 42b через коммутатор (switch) 40, входящий в состав сети Ethernet Уровня 2. Эта сеть может быть связана с заводской сетью для извлечения и использования данных системами Уровня 3.The
Мониторинг процесса обеспечивают при помощи контрольных экранов 39, которые могут быть вынесены, например, в контрольный зал, в случае необходимости, через специально выделенную сеть (Сеть KVM). Эти экраны 39 показывают данные в реальном времени, поступающие от компьютеров CCS 42a & 42b, а также архивированные данные, поступающие от DMS 41.Monitoring of the process is provided by means of control screens 39, which can be taken out, for example, to the control room, if necessary, through a dedicated network (KVM network). These screens 39 show real-time data coming from
Для устранения вышеупомянутых недостатков изобретением предлагается способ оптимизации горения в линиях перегородок многокамерной печи, называемой «печью с вращающимся пламенем», для обжига углеродистых блоков. Печь содержит последовательный ряд камер предварительного нагрева, нагрева, естественного охлаждения и принудительного охлаждения, расположенных в ряд вдоль продольной оси XX печи. Каждая камера состоит из расположенных рядом друг с другом и поперечно к указанной продольной оси XX и чередующихся ячеек, в которых находятся предназначенные для обжига углеродистые блоки, и из полых нагревательных перегородок, сообщающихся и расположенных в линию с перегородками других камер параллельно продольной оси XX печи, в которых циркулируют охлаждающий и окисляющий воздух и газообразные продукты горения. Всасывающая рампа соединена во время предварительного нагрева с каждой из перегородок первой камеры соответственно одним из нагнетательных патрубков. Необходимый окисляющий воздух частично поступает через нагнетательную рампу зоны естественного охлаждения, связанную, по меньшей мере, с одним вентилятором, и частично просачивается за счет разрежения через линии перегородок. Топливо, необходимое для обжига углеродистых блоков, частично впрыскивается, по меньшей мере, через две нагревательные рампы, каждая из которых расположена, по меньшей мере, над одной из двух смежных камер зоны нагрева и которые выполнены с возможностью впрыска топлива в каждую из перегородок соответствующей камеры зоны нагрева. По меньшей мере, нагревательными рампами управляет напрямую управляющий контроллер посредством управления входами/выходами указанных рамп. При этом способ включает в себя автоматическую идентификацию управляющим контроллером относительного положения одной нагревательной рампы относительно других во время соединения указанной нагревательной рампы с сетью, и упорядочение работы форсунок нагревательных рамп осуществляют посредством индивидуального распределения во времени рабочих циклов форсунок.To address the aforementioned disadvantages, the invention provides a method for optimizing combustion in the partition lines of a multi-chamber furnace, called a “rotary flame furnace”, for burning carbon blocks. The furnace contains a series of chambers of preheating, heating, free cooling and forced cooling, located in a row along the longitudinal axis XX of the furnace. Each chamber consists of adjacent to each other and transversely to the specified longitudinal axis XX and alternating cells in which the carbon blocks are intended for firing, and of hollow heating partitions communicating and arranged in line with the walls of other chambers parallel to the longitudinal axis XX of the furnace, in which cooling and oxidizing air and gaseous combustion products circulate. The suction ramp is connected during preheating with each of the partitions of the first chamber, respectively, by one of the discharge pipes. The necessary oxidizing air partially enters through the discharge ramp of the free cooling zone, connected with at least one fan, and partially seeps due to vacuum through the partition lines. The fuel necessary for firing the carbon blocks is partially injected through at least two heating ramps, each of which is located at least over one of the two adjacent chambers of the heating zone and which are configured to inject fuel into each of the partitions of the corresponding chamber heating zones. At least the heating ramps are controlled directly by the control controller by controlling the inputs / outputs of said ramps. The method includes automatic identification by the control controller of the relative position of one heating ramp relative to the others during the connection of the indicated heating ramp to the network, and the operation of the nozzles of the heating ramps is ordered by individually distributing the nozzle operating cycles in time.
Технология ядра реального времени и сети реального времени делает возможным задавание ритма, так как ядро реального времени имеет время с абсолютно определенным циклом и с постоянной продолжительностью.The technology of the real-time core and the real-time network makes it possible to set the rhythm, since the real-time core has time with an absolutely defined cycle and with a constant duration.
Управляющий контроллер производит вычисление команд, считывая данные непосредственно на входах, и самостоятельно обеспечивает управление выходами, связанными с приводами. Таким образом, в нагревательных рампах исключены, по меньшей мере, автоматы.The control controller performs the calculation of commands, reading data directly at the inputs, and independently provides control of the outputs associated with the drives. Thus, at least automatic devices are excluded in the heating ramps.
В ходе каждого цикла управляющий контроллер собирает все входные данные, прежде чем начать вычисление, и затем позиционирует все выходы, прежде чем начать новый цикл.During each cycle, the control controller collects all the input data before starting the calculation, and then positions all the outputs before starting a new cycle.
Таким образом, всеми выходами, управляющими форсунками, распределенными на различных нагревательных рампах, управляет только один контроллер, причем с высокой скоростью и с точной и надежной ритмичностью, которая стала возможной благодаря использованию ядра реального времени и сети реального времени.Thus, all the outputs that control the nozzles distributed on different heating ramps are controlled by only one controller, and with high speed and accurate and reliable rhythm, which is made possible by using the real-time core and real-time network.
Выбор действий и соответствующее позиционирование выходов осуществляют в порядке приоритета задач.The choice of actions and the corresponding positioning of the outputs are carried out in order of priority tasks.
Сеть реального времени является фундаментальной, так как позволяет обеспечивать действительное считывание всех входов и запись всех выходов на каждой стадии цикла.The real-time network is fundamental, as it allows for the real reading of all inputs and recording of all outputs at each stage of the cycle.
Согласно примеру выполнения изобретения, функции контроля/управления рамп программируют в программном автомате.According to an exemplary embodiment of the invention, the ramp monitoring / control functions are programmed in a software machine.
Согласно примеру выполнения изобретения, управляющий контроллер является персональным компьютером.According to an example embodiment of the invention, the control controller is a personal computer.
Сеть реального времени, связывающая, в частности, управляющий контроллер и входы/выходы рамп, является, например, сетью Ethernet.A real-time network connecting, in particular, a control controller and input / output ramps, is, for example, an Ethernet network.
Согласно другому примеру выполнения изобретения, ядро реального времени Twincat связано с сетью реального времени Ethernet.According to another exemplary embodiment of the invention, the Twincat real-time core is connected to a real-time Ethernet network.
Кроме того, способ в соответствии с изобретением отличается тем, что временное распределение рабочих циклов форсунок осуществляют таким образом, чтобы форсунка работала, только когда объем газа, находящийся под указанной форсункой, имеет достаточное содержание кислорода для обеспечения горения впрыскиваемого топлива.In addition, the method in accordance with the invention is characterized in that the time distribution of the operating cycles of the nozzles is carried out in such a way that the nozzle only works when the volume of gas under the nozzle has a sufficient oxygen content to allow combustion of the injected fuel.
Таким образом, способ в соответствии с изобретением отличается тем, что временное распределение рабочих циклов форсунок осуществляют таким образом, чтобы ограничить образование недожога, в частности, CO.Thus, the method in accordance with the invention is characterized in that the temporary distribution of the operating cycles of the nozzles is carried out in such a way as to limit the formation of underburning, in particular, CO.
Общий алгоритм позволяет оптимизировать ритм впрысков, чтобы обеспечивать одновременно оптимизацию наличия воздуха в перегородках, а также поддержание контролируемого расхода топлива в трубопроводах каждой нагревательной рампы для сохранения гомогенных характеристик впрыска. Таким образом, временное распределение рабочих циклов форсунок осуществляют таким образом, чтобы ограничить колебания расхода топлива в каждой нагревательной рампе. Кроме того, временное распределение осуществляют, ограничивая число одновременно работающих форсунок максимальным числом, при этом указанное максимальное число является числом, которое приводит к номинальному расходу топлива в указанной рампе.The general algorithm allows optimizing the injection rhythm in order to simultaneously optimize the presence of air in the partitions, as well as maintaining a controlled fuel consumption in the pipelines of each heating ramp to maintain homogeneous injection characteristics. Thus, the temporary distribution of the operating cycles of the nozzles is carried out in such a way as to limit fluctuations in fuel consumption in each heating ramp. In addition, a temporary distribution is carried out by limiting the number of simultaneously operating nozzles to a maximum number, the specified maximum number being the number that leads to the nominal fuel consumption in the specified ramp.
Согласно частному варианту изобретения, способ предполагает также оптимизацию горения в топливных форсунках в течение времени, обозначаемого D, в печи, содержащей число N форсунок, распределенных по перегородкам и нагревательным рампам печи. Форсунки работают импульсами по принципу «все или ничего» и с модуляцией продолжительности. Для каждой из N форсунок определяют продолжительность работы Δi, меньшую или равную D, при этом значения продолжительности работы Δi выводят в зависимости от энергетических нужд печи, и их выдает система контроля-управления печи. При этом, согласно способу:According to a particular embodiment of the invention, the method also involves optimizing combustion in fuel nozzles during the time indicated by D in a furnace containing the number N of nozzles distributed over the baffles and heating ramps of the furnace. Nozzles operate by pulses on the principle of "all or nothing" and with modulation of duration. For each of the N nozzles, the operating time Δi is determined, less than or equal to D, while the values of the operating time Δi are derived depending on the energy needs of the furnace, and they are issued by the furnace control-control system. Moreover, according to the method:
- продолжительность работы Δi форсунки делят на ряд импульсов, при этом сумма значений продолжительности импульсов равна продолжительности работы Δi указанной форсунки;- the duration of the operation Δi of the nozzle is divided into a number of pulses, while the sum of the values of the duration of the pulses is equal to the duration of the Δi of the specified nozzle;
- порядок работы определяют по временному распределению импульсов для каждой из N форсунок индивидуально и кодируют в виде двоичной временной функции pi, которая соответствует 1, когда форсунка с порядковым номером i производит импульс в момент s, и в противном случае соответствует 0;- the operating procedure is determined by the temporal distribution of pulses for each of the N nozzles individually and encoded in the form of a binary time function pi, which corresponds to 1 when the nozzle with serial number i produces a pulse at time s, and otherwise corresponds to 0;
- порядок работы вычисляют в момент Т вычисления с учетом требуемых значений продолжительности работы Δi форсунок, при этом импульсы форсунки происходят не раньше первоначального момента ti, следующего за моментом T, и не позже момента ti+D;- the operating procedure is calculated at the time T of the calculation, taking into account the required values of the operating time Δi of the nozzles, while the pulses of the nozzle occur no earlier than the initial moment ti following the moment T, and no later than the time ti + D;
- первоначальные моменты ti каждой форсунки зависят от относительного положения форсунок одной перегородки и от скорости Vk потока газообразных продуктов горения в этой перегородке.- the initial moments ti of each nozzle depend on the relative position of the nozzles of one partition and on the flow rate Vk of the gaseous products of combustion in this partition.
Предпочтительно порядок работы вычисляют следующим образом:Preferably, the operation order is calculated as follows:
/a/ выбирают любой первоначальный порядок,/ a / choose any initial order,
/b/ каждой форсунке присваивают порядковый номер i от 1 до N,/ b / each nozzle is assigned a serial number i from 1 to N,
/c/ для форсунки с порядковым номером i, равным 1, выбирают распределение рабочих импульсов этой форсунки, которые позволяют максимизировать функцию Uk, характеризующую содержание кислорода в газообразных продуктах горения после последней форсунки одной перегородки за интервал времени между моментами tk и tk+D, где tk является моментом, соответствующим последней форсунке этой перегородки, при этом импульсы других форсунок сохраняют положения первоначального порядка, и в результате получают порядок работы с оптимальным распределением импульсов для форсунки с порядковым номером i, равным 1,/ c / for the nozzle with serial number i equal to 1, choose the distribution of the working pulses of this nozzle, which allow to maximize the function Uk, which characterizes the oxygen content in the gaseous products of combustion after the last nozzle of one partition during the time interval between the moments tk and tk + D, where tk is the moment corresponding to the last nozzle of this partition, while the pulses of the other nozzles preserve the positions of the original order, and as a result get the order of operation with the optimal distribution of the pulse owls for nozzle with serial number i equal to 1,
/d/ этап /c/ повторяют на основании итогового порядка этапа /c/, последовательно рассматривая форсунки с порядковым номером i, превышающим 1, до форсунки с порядковым номером N./ d / step / c / is repeated based on the final order of step / c /, sequentially examining nozzles with a serial number i exceeding 1, to a nozzle with a serial number N.
Способ может содержать следующие дополнительные этапы:The method may include the following additional steps:
/e/ используя в качестве первоначального порядка порядок работы, определенный на этапе /d/, каждой форсунке присваивают новый порядковый номер i от 1 до N и повторяют этапы /c/ и /d/, /f/ полученный порядок работы сравнивают с первоначальным порядком и в качестве порядка работы выбирают наилучший из двух./ e / using the operating procedure defined in step / d / as the initial order, each nozzle is assigned a new serial number i from 1 to N and steps / c / and / d /, / f / are repeated, the resulting operating procedure is compared with the original order and the best of the two is selected as the order of work.
/g/ этапы /e/ и /f/ повторяют многократно с количеством раз, совместимым с временем вычисления между моментом Т вычисления и первым из первоначальных моментов ti форсунок одной перегородки./ g / steps / e / and / f / are repeated many times with the number of times compatible with the calculation time between the calculation moment T and the first of the initial moments ti of nozzles of one partition.
При помощи этих дополнительных этапов определяют наилучший из порядков работы этапа /f/, при котором общий расход топлива в каждой рампе, получаемый в результате распределения работы форсунок рампы, не превышает максимальный возможный расход топлива в указанной рампе.Using these additional steps, the best operation order of the step / f / is determined, in which the total fuel consumption in each ramp obtained as a result of the distribution of the work of the ram nozzles does not exceed the maximum possible fuel consumption in the specified ramp.
В зависимости от заданных значений температуры, устанавливаемых оператором, и от считываемых значений температуры для каждой перегородки в сочетании с вспомогательными измерениями, такими как измерение CO или расхода воздуха в перегородках, вычисляют матрицу впрыска, используя вычислительную мощность управляющего контроллера. Затем ее передают на вынесенные выходы на каждой из нагревательных рамп для управления форсунками.Depending on the temperature setpoints set by the operator and the readable temperature values for each partition, in combination with auxiliary measurements such as CO or air flow in the partitions, the injection matrix is calculated using the computing power of the control controller. Then it is transferred to the remote outputs on each of the heating ramps to control the nozzles.
Объектом изобретения является также устройство оптимизации горения в линиях перегородок.A subject of the invention is also a combustion optimization device in partition lines.
Кроме описанных выше отличительных признаков, изобретение имеет также другие отличительные признаки, более подробно рассмотренные ниже в связи с не ограничительными примерами выполнения, описанными со ссылками на прилагаемые чертежи.In addition to the distinguishing features described above, the invention also has other distinctive features, discussed in more detail below in connection with non-limiting examples of execution, described with reference to the accompanying drawings.
Пять первых фигур были описаны выше для известных технических решений, а именно:The first five figures have been described above for known technical solutions, namely:
на фиг. 1 схематично показана конструкция печи с двумя вращающимися факелами и с открытыми камерами, вид в плане;in FIG. 1 schematically shows the design of a furnace with two rotating torches and with open chambers, a plan view;
на фиг. 2 схематично показана внутренняя конструкция печи, изображенной на фиг. 1, частичный вид в перспективе и в поперечном разрезе с вырезом;in FIG. 2 schematically shows the internal structure of the furnace of FIG. 1 is a partial perspective and cross-sectional view with a cutaway;
на фиг. 3 показана жидкостная схема, иллюстрирующая пример нагревательной рампы;in FIG. 3 is a liquid diagram illustrating an example of a heating ramp;
на фиг. 4 показан частичный схематичный вид в продольном разрезе, иллюстрирующий расположение рамп на линии перегородок;in FIG. 4 is a partial schematic longitudinal sectional view illustrating the location of ramps on the partition line;
на фиг. 5 схематично показана известная система контроля-управления;in FIG. 5 schematically shows a known control-control system;
на фиг. 6 схематично показана система контроля-управления в соответствии с изобретением;in FIG. 6 schematically shows a control-control system in accordance with the invention;
на фиг. 7 показана хронограмма, иллюстрирующая работу форсунки за определенное время.in FIG. 7 is a chronogram illustrating the operation of a nozzle over a given time.
Как показано на фиг. 6, система контроля-управления в соответствии с изобретением содержит, например, компьютер архивирования данных DMS 41 и, по меньшей мере, два контроллера CCS 42a & 42b. Эти машины связаны между собой при помощи коммутатора (switch) Ethernet 40, что образует сеть Ethernet Уровня 2. Каждый из контроллеров 42a и 42b содержит автомат реального времени, который управляет через сеть Ethernet реального времени Уровня 1 блоками вынесенных входов/выходов 52, которыми оборудованы рампы 11, 15, 16, 17 и 18, а также вспомогательный автомат 43.As shown in FIG. 6, the control-control system according to the invention comprises, for example, a data
Рампы 11, 15, 16, 17 и 18 соединены с сетью реального времени при помощи провода, который подключен к соединительным коробкам 51, установленным напротив каждой камеры 2 печи 1.The
Мониторинг способа обеспечивают при помощи контрольных экранов 39, которые могут быть вынесенными при помощи специально выделенной, в случае необходимости, сети (сеть KVM). На этих экранах 39 в реальном времени выводятся данные, поступающие от контроллеров CCS 42a & 42b, а также архивированные данные, поступающие от DMS 41. В здании цеха установлены дополнительные экраны 50 для обеспечения мониторинга способа. На этих экранах 50 в реальном времени выводятся данные, поступающие от контроллеров CCS 42a & 42b. Они связаны с сетью реального времени через специально выделенные группы входов/выходов 52.Method monitoring is provided using control screens 39, which can be displayed using a dedicated network, if necessary, (KVM network). On these screens 39, data coming from
Управляющий контроллер 42a, 42b автоматически идентифицирует относительное положение рамы по отношению к другим рампам в момент соединения указанной рампы с сетью.The
Для этого, согласно варианту выполнения, во время запуска системы в нее вводят теоретическую продолжительность цикла обжига, первоначальное положение пламени и теоретическую конфигурацию каждого факела пламени.For this, according to an embodiment, during the start-up of the system, the theoretical duration of the firing cycle, the initial position of the flame and the theoretical configuration of each flame are introduced into it.
Под «теоретической конфигурацией каждого факела пламени» следует понимать относительное положение рамп внутри одного факела.By “theoretical configuration of each flame” should be understood the relative position of the ramps inside one flame.
На основании теоретической продолжительности цикла, относительного положения, теоретической конфигурации пламени и текущих даты и времени управляющий контроллер 42a, 42b непрерывно вычисляет для каждого факела теоретические положения, распознаваемые, например, по номеру, указывающему на секцию в печи 1 для разных типов рамп 11, 15, 16, 17, 18, которые потребуются ему для управления способом обжига при помощи пламени.Based on the theoretical cycle time, relative position, theoretical flame configuration and current date and time, the
С точки зрения оборудования каждая рампа 11, 15, 16, 17, 18 содержит головную часть, идентифицированную единым номером, и входы/выходы. Управляющий контроллер 42a, 42b использует таблицу соответствия, которая на основании этого номера позволяет ему идентифицировать рампу, а также ее тип (всасывающая, нагревательная и т.д.).From the point of view of equipment, each
Проводная сеть вокруг печи 1 включает в себя последовательный ряд коммутаторов сети.The wired network around the
Каждая секция печи 1 оборудована единым сетевым разъемом, к которому подключают рампу, находящуюся в этой секции. Этот разъем во время установки соединяют с входом, идентифицированным номером, одного из коммутаторов, входящих в состав местной сети. Пара, образованная номером секции и номером входа коммутатора, является единственной и внесена во время установки местной сети в таблицу соответствия, которую будет использовать управляющий контроллер 42a, 42b.Each section of the
Управляющий контроллер 42a, 42b непрерывно отслеживает различные входы коммутаторов для обнаружения любых изменений, таких как подключение или отключение рампы 11, 15, 16, 17, 18. При обнаружении подключения рампы управляющий контроллер 42a, 42b определяет номер головной части данной рампы, который он комбинирует с номером входа коммутатора, что позволяет ему связать номер секции с этой рампой. Таким образом, управляющий контроллер 42a, 42b идентифицирует положение каждой рампы в печи 1 относительно других рамп в момент подключения.The
Затем, на основании идентификации положения каждой рампы 11, 15, 16, 17, 18 управляющий контроллер 42a, 42b может сравнить реальное положение с теоретическим положением, которое он вычислил, и принять решение о подтверждении или не подтверждении подключения рамы и, следовательно, о ее управлении.Then, based on the identification of the position of each
Согласно изобретению, шесть форсунок 23, находящихся на одной линии перегородок 6, управляются в зависимости друг от друга, а также в зависимости от форсунок 23, находящихся на других линиях перегородок 6. Порядок открывания форсунок 23 и выбор продолжительности импульса позволяют оптимизировать работу каждой нагревательной рампы 16 и работу всего пламени.According to the invention, six
В частности, чтобы оптимизировать горение топлива в форсунках 23, рассмотрим продолжительность времени оптимизации D печи 1, оборудованной форсунками 23. Пометим индексами i параметры, связанные с форсункой 23 порядкового номера i, где i составляет от 1 до N, при этом N является общим числом форсунок 23 печи 1, распределенных среди числа R нагревательных рамп 16 и числа М перегородок 6 печи 1. Например, в случае, когда печь 1 содержит две галереи 1a и 1b, три нагревательные рампы 16 на каждую галерею, при этом каждая нагревательная рампа содержит четыре пары форсунок 23, то есть связана с четырьмя перегородками 6 в каждой галерее, как показано на фиг. 2 и 3, общее число N форсунок в печи 1 будет равно сорока восьми.In particular, in order to optimize the combustion of fuel in the
В дальнейшем термины «первый» и «последний» будут применяться относительно направления прохождения пламени, при этом подразумевается, что первой форсункой для данной перегородки является та, которая первой получает воздух, нагнетаемый нагнетательной рампой 18.Hereinafter, the terms “first” and “last” will be used with respect to the direction of flame propagation, it being understood that the first nozzle for this partition is the one that receives air first, which is injected by
Форсунки 23 работают импульсами по принципу «все или ничего» и с модуляцией продолжительности.The
Продолжительность работы Δi, меньшая или равная продолжительности D оптимизации, связана с форсункой 23 с порядковым номером i. Продолжительность работы Δi каждой форсунки 23 определяют в соответствии с энергетическими потребностями печи 1. Ее выдает система контроля-управления 42a, 42b печи 1.The duration Δi, less than or equal to the duration D optimization, is associated with the
Продолжительность работы Δi форсунки 23 с порядковым номером i делят на ряд числа импульсов, обозначенный Ki, таким образом, чтобы сумма значений продолжительности Ki импульсов была равна продолжительности работы Δi.The duration Δi of the
При этом порядок работы определяют по временному распределению Ki импульсов для каждой форсунки 23 индивидуально и кодируют в виде двоичной временной функции pi(s), где s обозначает время, которая равна 1, если форсунка 23 с порядковым номером i производит импульс, в противном случае она равна 0. Функция pi(s) показана на фиг. 7.In this case, the operation procedure is determined by the time distribution Ki of pulses for each
Порядок работы вычисляют в момент Т вычисления с учетом требуемой продолжительности работы Δi форсунок 23.The operating procedure is calculated at the time T of the calculation, taking into account the required operating time Δi of the
Ki импульсов форсунки 23 с порядковым номером i происходят не раньше первоначального момента ti, следующего за моментом вычисления Т, и не позже момента ti+D. Иначе говоря, первый импульс форсунки 23 с порядковым номером i начинается не раньше первоначального момента ti, а последний импульс заканчивается не позже момента ti+D.Ki pulses of the
Первоначальные моменты ti каждой форсунки 23 зависят от относительного положения форсунок 23 одной перегородки 6 и от скорости Vk потока газообразных продуктов горения в данной перегородке 6. В дальнейшем индекс к будет показывать, что речь идет о параметре, связанном с перегородкой с порядковым номером k, где k составляет от 1 до M.The initial moments ti of each
При этом порядок работы форсунок 23 для данной перегородки 6 c порядковым номером k вычисляют путем осуществления следующих этапов:In this case, the operation order of the
/a/ выбирают любой первоначальный порядок форсунок 23 в перегородке 6 c порядковым номером k,/ a / choose any initial order of the
/b/ каждой форсунке 23 присваивают порядковый номер i от 1 до N, например, в зависимости от относительного положения форсунок 23 в направлении движения пламени в данной перегородке 6 c порядковым номером k,/ b / each
/с/ для первой форсунки, которой присвоен порядковый номер 1, выбирают распределение Ki рабочих импульсов этой форсунки 23, которые позволяют максимизировать функцию Uk(s), характеризующую содержание кислорода в газообразных продуктах горения после последней форсунки перегородки 6 с порядковым номером k за интервал времени между моментами tk и tk+D, где tk является моментом первого импульса последней форсунки рассматриваемой перегородки 6 c порядковым номером k, при этом импульсы других форсунок с порядковым номером i, превышающим 1, сохраняют положения первоначального порядка, и в результате получают порядок работы с оптимальным распределением импульсов для каждой форсунки с порядковым номером 1,/ s / for the first nozzle, which is assigned
/d/ этап /c/ повторяют на основании итогового порядка этапа /c/, последовательно рассматривая форсунки с более высоким порядковым номером до форсунки с порядковым номером N./ d / step / c / is repeated based on the final order of step / c /, sequentially examining nozzles with a higher serial number up to the nozzle with serial number N.
Предпочтительно способ оптимизации горения содержит следующие дополнительные этапы:Preferably, the combustion optimization method comprises the following additional steps:
/e/ используя в качестве первоначального порядка порядок работы, определенный на этапе /d/, каждой форсунке присваивают новый порядковый номер i от 1 до N и повторяют этапы /c/ и /d/,/ e / using the operating procedure defined in step / d / as the initial order, assign a new serial number i from 1 to N to each nozzle and repeat steps / c / and / d /,
/f/ полученный порядок работы сравнивают с первоначальным порядком и в качестве порядка работы выбирают наилучший из двух./ f / the resulting work order is compared with the original order and the best of the two is selected as the work order.
/g/ этапы /e/ и /f/ повторяют многократно с количеством раз, совместимым с временем вычисления между моментом Т вычисления и первым из моментов ti начала первого импульса форсунок 23./ g / steps / e / and / f / are repeated many times with the number of times compatible with the calculation time between the moment T of the calculation and the first of the times ti of the beginning of the first pulse of the
Согласно дополнительному отличительному признаку изобретения, для лучшего из двух порядков работы этапа III убеждаются, что общий расход топлива каждой из R рамп 16 в результате распределения импульсов работы форсунок 23 рампы 16 не превышает максимальный возможный расход указанной рампы 16.According to an additional distinguishing feature of the invention, for the best of the two orders of operation of stage III, make sure that the total fuel consumption of each of the R ramps 16 as a result of the distribution of the pulses of the
Действительно, как правило, из предыдущего вычисления порядка на перегородках 6 вытекает, что форсунки 23 одной нагревательной рампы 16 имеют не одинаковое распределение импульсов, поэтому необходимо проверять, чтобы вычисление порядка работы, основанного на оптимизации в зависимости от содержания кислорода в каждой перегородке 6, соответствовало также оптимальной работе каждой рампы 16.Indeed, as a rule, from the previous calculation of the order on the
Таким образом, вычисление порядка работы позволяет оптимизировать временное распределение импульсов форсунки 23 на каждой перегородке 6 и для каждой нагревательной рампы 16 во всей печи 1.Thus, the calculation of the operating procedure allows you to optimize the temporal distribution of the pulses of the
Время δti, необходимое, чтобы газообразные продукты горения могли пройти со скоростью Vk расстояние di между форсункой 23 с порядковым номером i перегородки 6 с порядковым номером k и последней форсункой 23 этой перегородки 6 с порядковым номером k, равно:The time δti necessary for the gaseous products of combustion to pass with the speed Vk the distance di between the
Согласно изобретению, промежуток между моментом ti, соответствующим форсунке 23 с порядковым номером i перегородки 6 с порядковым номером k, и моментом tk, соответствующим последней форсунке этой же перегородки с порядковым номером k, равен времени, необходимому газообразным продуктам горения, чтобы пройти расстояние между двумя форсунками 23, то есть:According to the invention, the interval between the moment ti corresponding to the
Предпочтительно время между моментом Т вычисления порядка работы и моментами ti первых форсунок 23 каждой перегородки 6 имеет значение меньше одной секунды.Preferably, the time between the moment T of calculating the operation order and the moments ti of the
Согласно изобретению, функция Uk(s), характеризующая содержание кислорода в контрольном объеме τ в момент s после последней форсунки перегородки к, равна содержанию кислорода Ck в контрольном объеме τ перед первой форсункой 23 перегородки 6 с порядковым номером k за вычетом суммы содержания кислорода qi, необходимого для полного сжигания работающей форсункой 23 с порядковым номером i, когда контрольный объем τ проходит под форсункой 23 с порядковым номером i в момент s - δti:According to the invention, the function Uk (s) characterizing the oxygen content in the control volume τ at time s after the last nozzle of the septum k is equal to the oxygen content Ck in the control volume τ before the
Иначе говоря, необходимо убедиться, что контрольный объем τ имеет достаточное содержание кислорода относительно количества топлива, впрыскиваемого форсункой 23 с порядковым номером i перегородки 6 с порядковым номером k, когда этот контрольный объем х проходит под этой форсункой 23 с порядковым номером i. Действительно, кислород расходуется при сжигании под форсунками 23 с порядковым номером ниже i перегородки 6 с порядковым номером k. Таким образом, когда контрольный объем τ проходит под последней форсункой 23 перегородки 6 с порядковым номером k, содержание кислорода в контрольном объеме τ должно быть достаточным, чтобы обеспечивать реакцию горения и, следовательно, чтобы ограничивать образование недожога.In other words, you need to make sure that the control volume τ has a sufficient oxygen content relative to the amount of fuel injected by the
Согласно примеру выполнения изобретения, максимизация функции Uk для форсунки i состоит в максимизации общей продолжительности, когда функция Uk(s) является положительной для моментов s интервала According to an example embodiment of the invention, maximizing the function Uk for the nozzle i consists in maximizing the total duration when the function Uk (s) is positive for the moments s of the interval
Согласно другому примеру выполнения изобретения, максимизация функции Uk для форсунки i состоит в максимизации суммы S положительных значений Uk(s) за интервал According to another embodiment of the invention, maximizing the function Uk for the nozzle i consists in maximizing the sum S of positive values Uk (s) over the interval
Например, продолжительность импульсов форсунок 23 составляет от ½ секунды до 5 секунд, и время между двумя последовательными импульсами одной форсунки 23 составляет от ½ секунды до 5 секунд.For example, the pulse duration of the
Далее рассмотрим фиг. 7, на которой представлена функция pi(s), характеризующая временное распределение импульсов форсунки 23 с порядковым номером i во время работы по принципу «все или ничего».Next, consider FIG. 7, which shows the function pi (s) characterizing the temporal distribution of the pulses of the
Для каждой форсунки 23 с порядковым номером i функцию pi(s) определяют для моментов s интервала времени между моментами ti и ti+D.For each
Согласно примеру выполнения, определяют двоичную функцию pi как ряд импульсов идентичной продолжительности а с промежутком времени b между импульсами, происходящими между моментами ti+c и ti+D-c.According to an exemplary embodiment, the binary function pi is determined as a series of pulses of identical duration a and with a time interval b between pulses occurring between the moments ti + c and ti + Dc.
Промежуток времени b между импульсами может принимать одно из десяти следующих значений: {0.5 с, 1 с, 1.5 с, 2 с, 2.5 с, 3 с, 3.5 с, 4 с, 4.5 с, 5 с}.The time interval b between pulses can take one of ten of the following values: {0.5 s, 1 s, 1.5 s, 2 s, 2.5 s, 3 s, 3.5 s, 4 s, 4.5 s, 5 s}.
Значения времени a, b и c связаны между собой следующими отношениями:The time values a, b and c are interconnected by the following relationships:
Ki*a=ΔiKi * a = Δi
иand
Ki*a+(Ki-1)*b+2*c=DKi * a + (Ki-1) * b + 2 * c = D
Функция pi полностью определяется продолжительностью работы Δi и выбором промежутка времени b между импульсами.The function pi is completely determined by the duration Δi and the choice of the time interval b between pulses.
Для продолжительности работы Δi и в зависимости от выбора значения b, а также с учетом того, что общая продолжительность импульсов равна Δi, число импульсов Ki равно целой части (Δi+D)/b, увеличенной на 1:For the duration of work Δi and depending on the choice of the value of b, and also taking into account the fact that the total duration of the pulses is Δi, the number of pulses Ki is equal to the integer part (Δi + D) / b, increased by 1:
Отсюда напрямую получаем значения с и а From here we directly obtain the values of c and a
иand
Выбор значения b допустим, только если результирующая продолжительность а составляет от 0.5 до 5 с.The choice of b is permissible only if the resulting duration a is from 0.5 to 5 s.
Таким образом, выбирая допустимое значение для b, при этом продолжительность работы Δi устанавливается в зависимости от оборудования, полностью определяют функцию pi(s). Таким образом, определяют функцию UK(s), после чего можно осуществлять вычисление порядка работы.Thus, choosing an acceptable value for b, while the duration Δi is set depending on the equipment, the function pi (s) is completely determined. Thus, the function UK (s) is determined, after which the operation order can be calculated.
Claims (10)
- продолжительность работы (Δi) форсунки (23) делят на ряд импульсов, при этом сумма значений продолжительности импульсов равна продолжительности работы (Δi) указанной форсунки (23),
- порядок работы определяют по временному распределению импульсов для каждой из N форсунок (23) индивидуально и кодируют в виде двоичной временной функции (pi), которая соответствует 1, когда форсунка (23) с порядковым номером i производит импульс в момент s, и в противном случае - соответствует 0,
- порядок работы вычисляют в момент (Т) вычисления с учетом требуемых значений продолжительности работы (Δi) форсунок (23), при этом импульсы форсунки (23) происходят не раньше первоначального момента (ti), следующего за моментом (Т), и не позже момента ti+D,
- первоначальные моменты (ti) каждой форсунки зависят от относительного положения форсунок (23) одной перегородки (6) и от скорости (Vk) потока газообразных продуктов горения в этой перегородке (6).6. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that during the time D in the furnace (1) containing the number N of nozzles (23) distributed over the partitions (6) and the heating ramps (16) of the furnace (1), the nozzles (23) operate in pulses the principle is completely on or completely off and with modulation of the duration, while for each of the N nozzles (23), the operating time (Δi) is determined, less than or equal to D, while the values of the operating time (Δi) are derived depending on the energy needs of the furnace (1 ), which gives the controller (42A, 42b) of the furnace (1), and
- the duration (Δi) of the nozzle (23) is divided into a number of pulses, while the sum of the duration of the pulses is equal to the duration (Δi) of the specified nozzle (23),
- the operating procedure is determined by the temporal distribution of pulses for each of the N nozzles (23) individually and encoded in the form of a binary time function (pi), which corresponds to 1 when the nozzle (23) with serial number i produces a pulse at time s, and otherwise case - corresponds to 0,
- the operating procedure is calculated at the time (T) of the calculation taking into account the required values of the operating time (Δi) of the nozzles (23), while the pulses of the nozzle (23) occur no earlier than the initial moment (ti) following the moment (T), and no later moment ti + D,
- the initial moments (ti) of each nozzle depend on the relative position of the nozzles (23) of one partition (6) and on the speed (Vk) of the flow of gaseous products of combustion in this partition (6).
a) выбирают любой первоначальный порядок,
b) каждой форсунке (23) присваивают порядковый номер (i) от 1 до N,
c) для форсунки с порядковым номером (i), равным 1, выбирают распределение рабочих импульсов этой форсунки (23), которые позволяют максимизировать функцию (Uk), характеризующую содержание кислорода в газообразных продуктах горения после последней форсунки одной перегородки (6) за интервал времени между моментами tk и tk+D, где tk является моментом, соответствующим последней форсунке (23) этой перегородки (6), при этом импульсы других форсунок (23) сохраняют положения первоначального порядка и получают порядок работы с оптимальным распределением импульсов для форсунки (23) с порядковым номером (i), равным 1,
d) повторяют этап с) на основании итогового порядка этапа с), последовательно рассматривая форсунки (23) с порядковым номером (i), превышающим 1, до форсунки с порядковым номером N.7. The method according to p. 6, characterized in that the operating procedure is calculated as follows:
a) choose any initial order,
b) each nozzle (23) is assigned a serial number (i) from 1 to N,
c) for the nozzle with a serial number (i) equal to 1, choose the distribution of the working pulses of this nozzle (23), which allow to maximize the function (Uk) characterizing the oxygen content in the gaseous products of combustion after the last nozzle of one partition (6) for a time interval between the moments tk and tk + D, where tk is the moment corresponding to the last nozzle (23) of this partition (6), while the pulses of the other nozzles (23) preserve the initial position and get the order of operation with the optimal distribution of impulses cos for nozzles (23) with sequence number (i), equal to 1,
d) repeat step c) based on the final order of step c), sequentially examining the nozzles (23) with a serial number (i) greater than 1, to the nozzle with a serial number N.
e) используя в качестве первоначального порядка порядок работы, определенный на этапе d), каждой форсунке (23) присваивают новый порядковый номер (i) от 1 до N и повторяют этапы с) и d),
f) полученный порядок работы сравнивают с первоначальным порядком и в качестве порядка работы выбирают наилучший из двух,
g) этапы е) и f) повторяют многократно с количеством раз, совместимым с временем вычисления между моментом (Т) вычисления и первым из первоначальных моментов (ti) форсунок (23) одной перегородки (6).8. The method according to p. 7, characterized in that it further includes stages in which:
e) using the operating procedure defined in step d) as the initial order, each nozzle (23) is assigned a new serial number (i) from 1 to N and steps c) and d) are repeated,
f) the resulting work order is compared with the original order and the best of the two is selected as the work order,
g) steps e) and f) are repeated many times with the number of times compatible with the calculation time between the moment (T) of the calculation and the first of the initial moments (ti) of the nozzles (23) of one partition (6).
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1157976 | 2011-09-08 | ||
FR1157976 | 2011-09-08 | ||
PCT/FR2012/051970 WO2013034840A1 (en) | 2011-09-08 | 2012-09-03 | Device and method for optimising combustion in partition lines of a chamber kiln for firing carbon blocks |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014113484A RU2014113484A (en) | 2015-10-20 |
RU2600607C2 true RU2600607C2 (en) | 2016-10-27 |
Family
ID=47022946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014113484/02A RU2600607C2 (en) | 2011-09-08 | 2012-09-03 | Device and method for optimising combustion in partition lines of multi-chamber kiln for firing carbon blocks |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2753889B1 (en) |
CN (1) | CN103930741B (en) |
AU (1) | AU2012306185B2 (en) |
CA (1) | CA2847822A1 (en) |
RU (1) | RU2600607C2 (en) |
WO (1) | WO2013034840A1 (en) |
ZA (1) | ZA201401258B (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110186285B (en) * | 2019-05-23 | 2024-03-05 | 滕州市志远机械厂 | Vertical and horizontal machine for carbon block |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4284404A (en) * | 1979-02-05 | 1981-08-18 | Genevois Jean L | Continuous ring baking furnaces of the Hoffmann type |
FR2600152A1 (en) * | 1986-06-17 | 1987-12-18 | Pechiney Aluminium | Device and method for optimising combustion in batch furnaces for firing carbon blocks |
RU2099661C1 (en) * | 1996-01-18 | 1997-12-20 | Акционерное общество открытого типа "Боровичский комбинат огнеупоров" | Method of burning of natural gas in high-temperature industrial furnace |
US6027339A (en) * | 1998-06-11 | 2000-02-22 | Aluminium Pechiney | Ring furnace with central tubular flow |
WO2011027042A1 (en) * | 2009-09-07 | 2011-03-10 | Solios Carbone | Method for characterizing the combustion in lines of partitions of a furnace having rotary firing chamber(s) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4253823A (en) * | 1979-05-17 | 1981-03-03 | Alcan Research & Development Limited | Procedure and apparatus for baking carbon bodies |
FR2600151B1 (en) * | 1986-06-17 | 1988-08-26 | Pechiney Aluminium | ADJUSTABLE NIPPLE PIPES FOR CARBON BLOCK COOKING OVENS |
AU594480B2 (en) * | 1986-06-17 | 1990-03-08 | Aluminium Pechiney | Optimizing combustion in open chamber furnaces for firing carbon blocks |
FR2616525B1 (en) * | 1987-06-09 | 1989-09-08 | Pechiney Aluminium | DEVICE AND METHOD FOR SEALING THE PARTITIONS OF A ROTATING FIRE CHAMBER OVEN FOR COOKING CARBON BLOCKS |
FR2917818B1 (en) * | 2007-06-21 | 2009-09-25 | Solios Environnement Sa | METHOD FOR OPTIMIZING THE CONTROL OF A FUME TREATMENT CENTER OF A CARBON BLOCK COOKING ROTATING FIRE OVEN |
-
2012
- 2012-09-03 RU RU2014113484/02A patent/RU2600607C2/en not_active IP Right Cessation
- 2012-09-03 AU AU2012306185A patent/AU2012306185B2/en not_active Ceased
- 2012-09-03 CN CN201280044731.5A patent/CN103930741B/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-09-03 WO PCT/FR2012/051970 patent/WO2013034840A1/en active Application Filing
- 2012-09-03 EP EP12773012.5A patent/EP2753889B1/en active Active
- 2012-09-03 CA CA2847822A patent/CA2847822A1/en not_active Abandoned
-
2014
- 2014-02-19 ZA ZA2014/01258A patent/ZA201401258B/en unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4284404A (en) * | 1979-02-05 | 1981-08-18 | Genevois Jean L | Continuous ring baking furnaces of the Hoffmann type |
FR2600152A1 (en) * | 1986-06-17 | 1987-12-18 | Pechiney Aluminium | Device and method for optimising combustion in batch furnaces for firing carbon blocks |
RU2099661C1 (en) * | 1996-01-18 | 1997-12-20 | Акционерное общество открытого типа "Боровичский комбинат огнеупоров" | Method of burning of natural gas in high-temperature industrial furnace |
US6027339A (en) * | 1998-06-11 | 2000-02-22 | Aluminium Pechiney | Ring furnace with central tubular flow |
WO2011027042A1 (en) * | 2009-09-07 | 2011-03-10 | Solios Carbone | Method for characterizing the combustion in lines of partitions of a furnace having rotary firing chamber(s) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014113484A (en) | 2015-10-20 |
CN103930741A (en) | 2014-07-16 |
AU2012306185B2 (en) | 2017-01-12 |
CA2847822A1 (en) | 2013-03-14 |
AU2012306185A1 (en) | 2014-03-13 |
EP2753889A1 (en) | 2014-07-16 |
EP2753889B1 (en) | 2015-11-18 |
CN103930741B (en) | 2016-02-10 |
WO2013034840A1 (en) | 2013-03-14 |
ZA201401258B (en) | 2015-10-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8419422B2 (en) | Method of monitoring an exhaust fumes main linking a carbon block baking furnace to a fume treatment | |
EP3077643B1 (en) | Gas turbine combustor diagnostic system and method | |
EP2914905B1 (en) | Gas turbine combustor control system | |
CN105241239B (en) | A kind of baked brick tunnel kiln roasting process intelligent optimized control method and device | |
BR112015003226B1 (en) | method of operating a coke production facility | |
PL158244B1 (en) | Method and device for optimizing combustion in chamber furnaces for firing coal blocks | |
RU2600607C2 (en) | Device and method for optimising combustion in partition lines of multi-chamber kiln for firing carbon blocks | |
US6339729B1 (en) | Process and regulation device for ring furnaces | |
KR20140011214A (en) | Flow control apparatus and the method thereof | |
KR20090029804A (en) | Combustion control unit for stoker-fired combustion furnace | |
US20220381512A1 (en) | Furnace and method for operating a furnace | |
AU2009224502B2 (en) | Method for detecting an at least partially clogged partition in a chamber oven | |
RU2473031C2 (en) | Method of detecting at least partially sealed partition wall for multichamber furnace | |
RU2682077C2 (en) | Method for regulating rotating-fire multiple-chamber furnace for baking carbonaceous blocks | |
US20240027133A1 (en) | Furnace and method for operating a furnace | |
CN118530738B (en) | Four-linkage-hole segmented complete combustion process and device for heat recovery coke oven | |
KR101079476B1 (en) | Discharging apparatus for exhausting gas of coke oven | |
US20230400254A1 (en) | Furnace and method for operating a furnace | |
Li et al. | Coke oven production process hybrid intelligent control | |
JPS6327591A (en) | Method for controlling feed of fuel gas in charging coal to coke oven |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HC9A | Changing information about author(s) | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190904 |