SU1059354A1 - Система автоматического регулировани соотношени топливо- воздух нагревательного устройства - Google Patents

Abstract

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕ ryjmPQBAHHfl СООТНОШЕНИЯ ТОПЛИВО ВОЗДУХ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА, содержаща  датчик расхода воздуха, датчик расхода топлива с блоком извлечени  корн  и задатчик соотношени  топлива - воздух, св занные с регул тором, соединенна с исполнительным механизмом на линии подачи воздуха в .нагревательное устройство датчик и задатчик содержани  кислорода в отход щих продуктах горени , соединенные с корректирующим блоком св занным .с регул тором, о т л и ч ю щ а   с   тем, что, с целью повы шени  точности регулировани , она содержит датчики температуры, давле ни  воздуха, вычислительный блок и вторичный прибор приведенного расхо да воздуха, датчики температуры, да влени , плотности топлива, вычислительный блок и вторичный прибор приведенного расхода топлива п ть блоков умножени , три блока делени  и задатчик расчетной плотности топлива , причем датчики температуры, давлени  и расхода воздуха соединены с вычислительным блоком приведенного . расхода воздуха, соединенного через вторичный, прибор приведенного расхода воздуха с первым входом регул то .ра, первые выходы датчиков температуры и давлени  топлива соединены с вычислительным блоком приведенного расхода топлива, второй выход датчика температуры соединен вместе с выходом датчика плотност топлива с входами первого блока умножени , выход которого совместно с вторым выходом датчика давлени  топлива со4 единен с входами первого блока делени , первый выход которого вместе с первым выходом задатчика расчетной плотности топлива соединен с входами второго блока делени , выход которого соединен с вычислительным блоком приведенного расхода топлива., выход которого вместе с выходом блока извлечени  корн  соединен с входами второго блока умножени , соединеннопа со вторичным прибором приведенного расхода топлива, а вторые выходы пер вого блока делени  и задатчика расчетной плотности топлива соединены с входами третьего блока делени , выход которого вместе с вьосодом задатчика соотношени  топливо - воздух соединен о входом третьего блока умноженй , выход которого совместно с выходом корректирующего блока соединен с входами четвертого блокёъ умно1кени , выход которого вместе с выхоIOM вторичного прибора приведенного расхода топлива соединен с уходами п того блока умножени , выход которого соединен с вторым входом регул тора .

Description

Изобретение относитс  к области регулировани  процесса горени  газообразного топлива, сжигаемого в нагревательных устройствах, и может быть использовано вчерной и цветной металлургии, а также в других отрасл х промышленности.

Известна система автоматического регулировани  соотношени  топливо воздух нагревательного устройства, содержаща  датчик расхода воздуха, датчик расхода топлива с блоком из- влечени  корн  и датчик соотношени  топливо - воздух, св занные с регул  тором, соединенным с исполнительным механизмом на линии подачи воздуха в нагревательное устройство, датчик и задатчик содержани  кислорода в отвод щих продуктах горени , соединенные с корректирующим блоком, св занным с регул тором Г1.

Недостатком системы  вл етс  то, что при колебани х теплоты сгорани  топлива, вли ющих на стехиометрическое отношение топливо - воздух, она не обеспечивает высокую точность регулировани  процесса горени .

Кроме того, коррекци  соотношени  осуществл етс  только по отклонению выходного параметра процесса, причем параметра инерционного: содержани  кислорода. Из теории управлени  известно , что в этом случае запаздывание результата измерени  приводит к дополнительной динамической погрешности , понижающей качество регулировани  и затрудн ющей его практическую реализацию. Погрешность может быть уменьшена только за счет допол нительного ввода в систему опережающей информации о входных возмущени х (в данном-случае по отклонению состава или теплоты сгорани -топлива), вли ющих на соотношении топливо воздух , с последующей их компенсациг ейа При этом, об зательным условием  вл етс  то, что входные параметрыносители информации должны быть менее инерционны, чем выходной параметр .

Цель изобретени  - повышение точности регулировани .

Указанна  цель достигаетс  тем, что система автоматического регулировани  соотношени  топливо - воздух нагревательного устройства, содержаща  датчик расхода воздуха, датчик , расхода топлива с блоком извлечени  корн  и задатчик соотношени  топливо - воздух, св занные с регул тором , соединенным с исполнительным механизмом на линии подачи воздуха в нагревательное устройство, датчик к задатчик содержани  кислорода в : отход щих продуктах горени , соеди- ненные с корректирующим блоком, св занным с регул тором, содержит датчики температуры, давлени  воздуха, вычислительный блок и втоЕ ичный прибор приведенного расхода.воздуха, датчики температуры, давлени , плотности топлива, вычислительный блок и вто-ричный прибор приведенного расхода

топлива, п ть блоков умножени , три блока делени  и задатчик расчетной iплотности топлива, причем датчики температуры, давлени  и расхода воздуха соединены с вычислительным блоком

0 приведенного расхода воздуха, соединенного через вторичный прибор приведенного расхода воздуха с п.ервым входом регул тора, первые выходы датчика тепературы и давлени  топлива соед1Г5 нены с вычислительным блоком приведенного/ расхода топлива, второй выход датчика температуры соединен вместе с выходом датчика /плотности; топлива с входами первого бйока умножени ,

Q выход которого совместно с вторым выходом датчика давлени  топлива соединен с входами первого блока деле ,ни , первый выход которого вместе с первым выходом задатчика расчетной

5 плотности топлива соединен с вычислительным блоком приведенного расхода топлива, выход которого вместе с выходом блока извлечени  корн  соединен с входами второго блока умножени , соединенного с вторичным при0 бором приведенного расхода топлива, а вторые выходы первого блока делени  и задатчика расчетной плотности топлива соединены с входами третьего блока делени , выход которого вместе

5 с выходом задатчика соотношени  топливо - воздух соединен с входом третьего блока умножени , выход кототорого совместно с выходом корректирующего блока соединен с входами

0 четвертого блока умножени , выход

которого вместе с выходом вторичного прибора приведенного расхода топлива соединен с входами п того блока умно-, жени , выход которого соединен с

г вторым входом регул тора.

На чертеже изображена функциональна  схема системы автоматического регулировани  соотношени  топливо воздух нагревательного устройства. Нагревательное устройство 1 осна0

щено горелкой 2 и газопроводом 3.

Измерительна  диафрагма 4 соединена с датчиком 5 расхода топлива блоком 6 извлечени  корн ,блоком 7 умножени  (второй блок умножени  ) и вторичным

5 прибором 8 приведенного расхода топлива. .

Датчик 9 давлени  топлива через вторичный прибор 10 и датчик 11 температуры через вторичный прибор 12

0 соединены с вычислительным блоком 13 Приведенного расхода топлива.

Датчик 14 плотности топлива через вторичный прибор 15 соединен с первым блоком 16 умножени , к второму

5 входу которого подсоединен второй выход датчика температуры. Выход блока 16 умножени  вместе с вторым выходом датчика давлени  соединён с входами первого блока делени  17. Первый выход /блока 17 делени  вместе с первым вьйсодом задатчика 18 расчетной плотности топлива соединен с входами второго блока 19 делени ,. выход которого соединен с вычислительным блоком приведенного расхф1а топлива. Вторые выходы блока 17 делени  и задатчика 18 расчетной плотности топлива соединены с входами третьего блока 20 делени . Выход третьего блока делени  с выходом задатчика 21 соотношени  топливо воздух соединен с входами третьего блока 22 умножени . Выход третьего блока умножени  подсоединен к первому входу четвертого блока 23 умножени , выход которого вместе с выходом вторичного прибора 8 приведенного расхода топлива соединен с входами п того блока 24 умножени .., На воз духопроводе 25 ,подход щем к горелке 2 установлены исполнительный механизм 26 с регулирующей заслонкой 27, датчик 28 температуры воздуха, соединенный с вторичным прибором 29, измерительна  диафрагма 30, св занна с датчиком 31 расхода воздуха; датчи 32 давлени  воздуха с вторичным прибором 33. Выходы вторичный приборов 29 и 33 и датчика 31 воздуха соединены с вхо дами вычислительного блока 34 приведенного расхода воздуха, выход которого соединен через вторичный прибор 35 с входами регул тора 36. Второй вход регул тора 36 соединен с выходом блока 24 умножени . На выходе нагревательного устройства 1 установлен датчик 37 содержани  кислорода в отход щих продуктах горени  соединенный со вторичным прибором 38 подключенным к корректирующему блоку 39 кислорода. Другой вход блока 39 соединен с задатчиком 40 содержани  кислорода, а выход корректирующего блока соединен с вторым входом блока 23 умножени . Теоретически необходимое соотношёние (при коэффициенте избытка воз духа ot,i равном единице приведенных расходов воздуха и топлива VlJ равно стехиометрическому отношению , завис щему от теплоты сгорани  топлива, т.е. v . -ч где К - коэффициент стехиометрического отношени , определ емый по теплоте сгорани  топ лива прио1.1.i Действительный расход воздуха Vg приведенный к нормальному состо нию , учетом заданного коэффициента из- ытка воздуха cL равен ,, Тогда действительное соотношение опливо - воздух выражаетс  через их риведенные расходы в .зад liTr- регулировании соотношени  возожны два случа . Действительна  низша  теплота сгоани  топлива, поиведенна  к нормальому состо нию, посто нна 0„«const кал/нм (частный случай). Тогда сотношение расхода в уравнении (1) const ,и в уравнении (3) не измен етс  и регулирование осуществл етс  по измер емым приведенным асходам топлива и воздуха. Действительна  теплота сгорани  топлива измер етс  (r (общий случай I. При этом соотношение риведенных расходов в уравнени х (1 ) и (3) необходимо корректировать в зависимости от колебаний теплоты сгорани , так как (QJ, var при условии, что в уравнении (3) eL,3«A г const) В виде произведени  двух величин коэффициентК Р . к учетом указанных условий уравнение (.3) примет вид нскар о6 «АкРк°Р, (4) Г . .к скор где Vg - скорректированный -расход воздуха, приведенный к нормальному состо нию, К - расчетный схехиометрический коэффициент (определ етс  по расчетной теплоте сгорани  топлива при оС 1 и  вл етс  дл  данных условий величиной посто нной ); - коэффициент коррекции расчетного стехиометрического отношени  в зависимости от колебаний действительной теплоты сгорани  топлива. Величина может быть представлена отношением где «н расчетна  теплота сгорани  топлива определ етс  по расчетному составу топлива приведенна  к формальному состо нию, ккал/нм. Подставим значение в уравнение 4 ) -o/aaA lt H «н В Известные системы регулировани  не позвол ют осуществл ть автомати ческую коррекцию непосредственно по этому показателю, а ручна  коррекци невозможна из-за стохастического ха рактера возмущений. Поэтому перспективной  вл етс  система автоматического регулировани / основанна  на косвенном контроле Q 1 , определ емой по непрерывн измер емым параметрам топлива: давл нию, температуре и плотности, срайн ваемой с заданной (расчетной плотностью . I На основании свойств природного газа наиболее широко примен емого; газообразного топлива, зависимость между плотностью и теплотой сгорани можно представить в виде л А IX ,, НА lf, Т .1 fj л, где Р - действительна  плотносТА топлива, приведенна  к нормальному состо нию, кг/им ; 2 - посто нный коэффициент; Та же зависимость дл  заданной (расчетной (плотности топлива, приведенной к- нормальному состо нию Величина (2„ з уравнении (5/ отклон етс  от заданного (расчетного значени  в основном в результате ко лебаний составу топлива. При этом соот тственно измен етс  св занна  с ней ли нейной зависимостью действительна  плотность fр , измер   которую и сравнива  по соотношению с заданной (расчетной )плотностью кюжно непрерывно и практически безынерционно контролировать отклонени  теплоты сгорани  топлива, а значит и вводит автоматическую коррекцию в заданное соотношение топливо - воздух. На основании изложенного, а также с учетом уравнени  (5 ) и зависимостей (6 ) ч {71 выражение дл  скор ректированного .соотношени  топливо воздух примет вид в рабочих услови х с помощью дат чика плотности измер ют не уУ,а дей ствительное значение плотности топл ва р. Однако проста  замена в уравнении (8J первой на вторую приводит к дополнительной методической погрешности результата измерени , так как в отличие от зависимости (б действительна  плотность (с учетом уравнени  состо ни  газа/ зависит от давлени , температуры и теплоты сгорани , т.е.  вл етс  функ-цией трех параметров f .(, т. аГ).; в информационном смысле дл  сфор- мулироззаиной выше задачи контрол  теплоты сгорани / первые два из них помехи, а третий - полезна  информаци . Лл  формировани  сигнеша измерени  в видеоднопараметрической зависимост fj f J (fi ) идентичной уравнению (б |i, необходима автоматическа  компенсаци  методической погрешности, вызванной вли нием этих помех на плотность, что реализуетс  выражением fill Kj .- коэффициент пропорциональности Т - действительна  температура топлива в рабочих услови х ,К; рА действительное давление топлива в рабочих услови х , кгс/мл. Анализ действи  механизма компенсации по измер емьал -помехам --давлению н температуре. Например,при увеличении давлени  действительна  плотность топлива увеличиваетс , а так как они наход тс  срответствейно в знаменателе и числителе уравнени  (9), то взаимно компенсируютс , чем исключают погрешность . При увеличении температуры плотность уменьшаетс , а их произведение ие измен етс . Таким образом, права  часть уравнени  (9/ позвол ет непрерывно контролировать теплоту сгорани  топлива по величине р с автоматической компенсацией вли ни  давлени  и температуры на плот.иость, а значит и на результат измерени . По ставл   значение f уравнени  (9) в уравиеиие (8), получим выражение алгоритма автоматической коррекции соотношени  топливо - воздух по колебани м теплоты сгорани  топлива. -гЫ- Система корректирует соотношение топливо - воздух и по выходному пар метру - содержанию кислорода в отхо д щих продуктах горени . В сочетании с коррекцией по входны возму1це1Тй м этот показатель расшир  возможности алгоритма (10), который тогда принимает вид иск ар K,Pt О - об кРгде Q - заданное содержание кис лорода в отход щих продуктах горени ,%; 2 действительное содержание кислорода в отход щих продуктах горени ,% Примение показател  О в виде величин (а не разности, как в извес ных технических решени хJ обоснован следующим образом. При полном сгорании топлива коэф фициент избытка св зан с содержание в продуктах горени  известным уравнением где К - посто нный коэффициент. Экспериментально установлено, чт коэффициент избытка воздуха в рабочем пространстве агрегатов при любо способе сжигани  топлива измен етс  в пределах oi 1,05 -1,5. В этом Диапазоне-зависилюсть сС -f4( ) линейна и уравнение (13) можно аппроксимировать уравнением пр мой 1+КуОА 4j где Kj - посто нный коэффициент 1 - значение коэффициента из бытка (при стехиомет рическом соотношерНи . Из урмнени  (14) следует,что есл у.А otvi-r 1, -то О О .1 0 . Но это теоретический предел,кото fbifi по услови м сме14ени  недостижим Обычно при сжигании топлива (кроме специальных случаев) значение оС (дл  газообразного топлив of.3aA 1,05 : 1,1 , а содержание 61 О 2 О. Этим и определен нижн предел указанного диапазона изменени  В этом диапазоне значение cf. при известных ot и О. можно пре делить по измеренному значению 0 из пропорции оС Ot оСЭ«А - ЭОА а значит и более точно контролировать отклонение от заданного значени  . Алгоритм коррекции (11), реализованный в системе регулировани  соотношени  топливо - воздух, позвол ет поддерживать коэффициент избытка воздуха на заданном оптимальном уровне путем коррекции соотношени  по колебани м теплоты сгорани  топлива и по отклонению содержани  кислсн ода в продуктах горени . Система регулировани  соотношени  топливо - воздух работает следующим образом. Нагревательное устройство 1 оснащено горелкой 2, к которой по газопроводу 3 и воздухопроводу 25 поступает топливо и воздух в соотношении, установленном задатчиком 21 с учетом необходимого коэффициента избытка . воздуха, а также задатчиком 18, учитывающим расчетную теплоту сгорани  топлива. При отклонении теплоты сгорани  от заданного (расчетного) -значени  соответственно измен етс  действительна  плотность топлива, что приводит к разбалансу, сигналов датчика 14 и задатчика 18. Однако действительна  плотность зависит также от давлени  и температуры топлива, что вносит погрешность, котора  устран етс  за счет учета значени  этих параметров и вычислени  приведенной действительной плотности. При этом сигналы давлени  температуры и действительной плотности с выхода приборрв 1Q, 12, 14, поступают на блоки 16 и 17. Вычисленное значение приведенной действительной плотности дег литс  в блоке 19 на сигнал задатчика18 и поступает в вычислительный блок 13 и приведенного расхода топлива с сигнала задатчика 21 соотношени . Такой же результат, полученный в блоке 20, перемножаетс . Их произведение поступает на. один из входов блока 23 умножени , на другой вход которого подаетс  с выхода корректирующего блока 39 результат сравнени  действительного содержани  кислорода в продуктах горени , измер емого прибором 38 с заданным задатчиком 40. Сигнал блока 23 перемножаетс  в блоке 24 с приведенным расходом топлива ив результате вычисл етс  приведенный скорректированный по отклонению теплоты сгорани  и содер жани  кислорода в продуктах горени  расход воздуха. Сигнал скорректированного расхода воздуха в виде задани  на входе регул тора 36 сравниваетс  с сигналом приведенного расхода воздуха. В зависимости от знака и величины разбаланса регул тор через исполнительный механизм-26 воздействует на 15егулирующую заслонку 27 воздуха, измен   расход воздуха в соответствии с скорректированным заданием. ,

Измерение расходов топлива и воздуха производитс  измерительными диафрагмами , рассчитанными на определенные параметры (давление, температуру , плотность;. Однако в рабочих услови х эти параметры мен ют с  а широких пределах,,что вызывает погрешность в показании дйфманометра. до 30%, при наибольших отклонени х параметров. Устранение ошибки, измерени  достигаетс  в предлагаемой системе путем коррекции выходного сигнала дйфманометра по действительным значени м параметров . По топливу коррекци  расхода осуществл етс  в вычислительном блоке 13 по измеренным параметрам с последующим перемножением в блоке 7 результата вычислительной обработки и выходного сигнала дйфманометра 5 и блока 6. Приведенный расход топлива регистрируетс  прибором 8.

По воздуху коррекци  осуществл етс  в вычислительном блоке 34 по измеренным параметрам, вводимым с приборов 29 и 33 и показани м датчика расхода с отображением приведенного расхода воздуха на вторичном приборе 35.

Осуществление автоматической коррекции с помощью системы регулировани  сротноиюни  топливо - воздух позвол ет значительно улучшить тепловую работу технологических arpefaTOB и снизить удельный расход условного топлива.

pvftofMt/S tffi ffflO yttmtt}

Claims (1)

1. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ ТОПЛИВО ВОЗДУХ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА, содержащая датчик расхода воздуха, датчик расхода топлива с блоком извлечения корня и задатчик соотношения топлива - воздух, связанные с регулятором, соединенней с исполнительным механизмом на линии подачи воздуха в нагревательное устройство, датчик и задатчик содержания кислорода в отходящих продуктах горения, соединенные с корректирующим блоком, связанным с регулятором, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности регулирования, она содержит датчики температуры, давления воздуха, вычислительный блок и вторичный прибор приведенного расхода воздуха, датчики температуры, давления, плотности топлива, вычислительный блок и вторичный прибор приведенного расхода топлива, пять блоков умножения, три блока деления и задатчик расчетной плотности топлива, причем датчики температуры, давления и расхода воздуха соединены с {вычислительным блоком приведенного, -расхода воздуха, соединенного через вторичный, прибор приведенного расхода воздуха с первым входом регулятора, первые выходы датчиков температуры и давления топлива соединены с · вычислительным блоком приведенного расхода топлива, второй выход датчика температуры соединен вместе с · выходом датчика плотности топлива с входами первого блока умножения, выход которого совместно с вторым выходом датчика давления топлива со·¹ единен с входами первого блока деления, первый выход которого вместе с первым выходом задатчика расчетной плотности топлива соединен с входами второго блока деления, выход которого соединен с вычислительным блоком приведенного расхода топлива., выход которого вместе с выходом блока извлечения корня соединен с входами второго блока умножения, соединенного со вторичным прибором приведенного расхода топлива, а вторые выходы пер вого блока деления и задатчика расчетной плотности топлива соединены с входами третьего блока деления, выход которого вместе с выходом задатчика соотношения топливо - воздух соединен о входом третьего блока умножения, выход которого совместно с выходом корректирующего блока соединен с входами четвертого блокА умножения, выход которого вместе с выходом вторичного прибора приведенного расхода топлива соединен с входами пятого блока умножения, выход кото-* рого соединен с вторым входом регу'лятора.