Управление сжиганием топлива с учетом его состава и кислородного потенциала печной атмосферы

Введение.

Эффективность работы методических печей во многом зависит от качества подготовки топлива и воздуха горения перед подачей их в печь Подготовка топлива осуществляется на заводских, цеховых станциях; на установках, обслуживающих группу печей, и для газообразного топлива состоит в стабилизации давления перед печами и обеспечения заданной теплоты сгорания. При отоплении смесью газа, (коксового и доменного, природного и доменного, природного, коксового и доменного) стабилизацию давления и заданную температуру сгорания обеспечивает автоматика газосмесительных станций (ГСС), представляющих собой систему газопроводов с регулирующими органами (обычно поворотными заслонками), расположенными по две в каждом газопроводе.

Наличие двух регулирующих органов (РО) на каждом газопроводе приводит к значительным потерям давления регулируемых потоков, что может оказаться недопустимым при работе в условиях, когда запас по давлению смешиваемых газов одного из них мал.

Все существующие системы автоматизации ГСС могут быть подразделены на два основных класса: системы, в которых стабилизация давления смеси осуществляется изменением расхода одного из газов (ведущего) с последующим изменением расхода другого (ведомого), и системы, в которых расходы обоих газов изменяются одновременно при изменении давления смеси.

Выбор класса диктуется параметрами смешиваемых газов. Если имеется достаточный запас по давлению и расходу того из газов, которого в смеси больше, то предпочтительнее реализовать систему, относящуюся к первому классу. Если запаса нет, или он очень мал, то – ко второму.

Очень небольшое распространение имеют системы, в которых расход одного из газов (как правило, коксового) поддерживается постоянным, а расходы двух других газов (доменного и природного) изменяют так, что бы обеспечить заданные давление и теплоту сгорания или при обеспечении заданного давления максимально возможно использовать доменный газ.

Различие в построении схем автоматизации ГСС связано со спецификой их работы в условиях конкретного потребителя. Весьма часто диаметры РО завышены и в результате их регулировочные характеристики неудовлетворительны. По мере подключения новых потребителей влияние этого дефекта уменьшается или исчезает полностью. Из-за близкого расположения РО не удается установить отборы давления так, чтобы обеспечить однозначную зависимость между измеряемыми перепадами на РО и расходами газов через них. Очень трудно обеспечить геометрическое подобие проходных сечений РО особенно на начальном участке из-за различной не плотности их при полном закрытии. В результате ни стабилизация, ни поддержание равенства перепадов на РО при их перемещении не обеспечивают качественного регулирования заданного соотношения. Относительное изменение перепадов при единичном регулирующем воздействии возрастает при уменьшении расходов, что ведет к уменьшению запаса устойчивости системы регулирования. Чтобы указанных недостатков, переходят к схеме регулирования соотношения по измеряемым расходам (перепад на диафрагмах). Однако при низких расходах чувствительность расходомеров становится недостаточной, а при больших расходах – реакция на единичное возмущение – слишком большой, что сужает диапазон качественного регулирования, а отсутствие оперативной информации о текущем значении соотношения и теплоты сгорания рабочей смеси не позволяет оператору своевременно вмешаться в работу системы.

Даже при удовлетворительной работе систем регулирования соотношения газов и стабилизации давления смеси ее теплота сгорания может существенно отличаться от расчетной из-за колебания теплоты сгорания каждого из смешиваемых газов, что требует введение в схему дополнительного корректирующего контура.

Практически на всех ГСС стремятся поддерживать теплоту сгорания смеси постоянной. Между тем в ряде случаев преднамеренное ее изменение как дополнительное регулирующее воздействие может обеспечить более рациональное использование высококалорийного газа, повысить производительность печей и улучшить их управляемость.

ГСС как объект автоматизации.

Основное назначение ГСС заключается в обеспечении стабилизации давления и заданной теплоты сгорания топлива. Для получения требуемого качества регулирования на технологических агрегатах (методических печах) необходимо поддерживать следующие параметры в пределах: теплота сгорания (калорийность) + 50 кКал./ м , давление + 5% от номинального, требуемый расход + 50 м /час. Система регулирования должна обеспечить безопасность работы , отключение агрегатов при падении давления входящих газов ниже 300мм водяного столба, автоматическое закрытие газовых трасс при отключении электропитания. Так как управление работой ГСС производится изменением расходов и давлений газов по ГСС, то ГСС представляет собой мало инерционный объект с параметрами запаздывания 0,5сек., постоянной времени 1сек.

Выполнение программ, входящих в перечисленные контуры, составляющие систему, осуществляется циклически. При этом цикл для определения параметров топлива, расчета B* и n*, запускается по времени, а циклы управления исполнительными механизмами – последовательно, от зоны к зоне. При управлении несколькими печами контуры, относящиеся к параметрам топлива, выносятся в отдельную задачу, передаваемую микро-ЭВМ ,осуществляющей управление газосмесительной станцией, общей для всех печей. Контуры, обеспечивающие управление температурой, расходом воздуха и давлением в печи объединяются в самостоятельную задачу и передаются микро-ЭВМ, управляющей этой печью.

При работе нескольких печей от одной газосмесительной станции изменение параметров топлива при изменении тепловой нагрузки всего печного участка должно производиться с учетом режима работы каждой из печей.

Основываясь на введенных характеристиках работы поставщиков и ранее полученных статических зависимостях между режимами работы этих поставщиков и качественными показателями поставляемых ими газов, программы Pr.qi и, Pr.r i и Pr.C i вырабатывают значения оценок qi , r i и C i , соответственно. На основе выбранных r i , измеренных DP i и t о.с программы Pr.I рассчитывают расходы i-тых газов. Далее определяется общий расход смеси программой Pr.T и доля i-го газа в топливе программами Pr.a i. На основе выработанных qi и рассчитанных a i вычисляется ожидаемое значение теплоты сгорания топлива q (p) , которое должно задаваться с учетом общей тепловой нагрузки, т.е. расхода топлива Т. Сравнение qт(ф) с q(p) позволяет установить наличие ошибок в вычислении i-тых расходов и долей при выработанных оценках r i и qi и произвести изменение значений этих оценок в нужную сторону. Этим же способом корректируется и прямая ошибка в измерении DPi, так как она сказывается на том же параметре, что и ошибка в r i. Сравнение долей доменного и природного газов a д и a п , полученных в результате измерения расходов, a*д и a*п , полученных из расчета по составам газов, теплоте сгорания топлива и доле в нем коксового газа a к , позволяет дополнительно уточнить изменение оценок состава, плотности и теплоты сгорания смешиваемых газов, т.е. осуществить адаптацию системы вычисления параметров топлива к текущим условиям работы поставщиков смешиваемых газов.

Получив на выходе из задачи контроля свойств топлива сигналы о теплоте его сгорания, о составе смешиваемых газов и доли каждого из них в топливе, программа

Pr.B* рассчитывает теоретически необходимое количество воздуха для сжигания единицы образовавшегося топлива или всего поступающего в зону топлива, если эта задача уже передана микро-ЭВМ, обслуживающей конкретную печь.

На основании статистических данных для каждой зоны каждой печи может быть определено количество кислорода в продуктах горения в зависимости от расхода топлива, сжигаемого при теоретически необходимом количестве воздуха. Эта характеристика зависит от конструкции газо - и воздухопроводов, качества монтажа и настройки горелок и сохраняется весь межремонтный период работы печи. Наличие такой зависимости позволяет проводить уточнение расчета В*.