Автоматическое управление сжиганием топлива с учетом его состава и кислородного потенциала

Рефераты по технологии » Автоматическое управление сжиганием топлива с учетом его состава и кислородного потенциала

Министерство Науки Высшего Образования и Технической

Политики Российской Федерации

Московский Государственный Вечерний Металлургический

Институт

Кафедра АТП в М и М
Утверждаю

Заведующий кафедрой

____________________

Пояснительная записка

К курсовой работе по предмету:”Автоматизация машиностроения”

На тему:”Управление сжиганием топлива с учетом его состава и

кислородного потенциала печной атмосферы”

Автор работы: Рогачёв Е.В.

Группа: АМ – 93

Специальность: 210200

Руководитель работы: Климовицкий М.Д.

Работа защищена                                         Оценка

Члены комиссии _____________              __________

_____________             __________

_____________             __________

Москва 1998

        

 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*.

Расчет количества топлива поступающего в зону производится по измеренному перепаду на диафрагме и по температуре топлива если оно подогревается перед подачей в печь. Плотность топлива определяется по его составу. Устранение блока извлечения квадратного корня из перепада значительно повышает быстродействие и точность работы контура.

На основании данных о том как зависит устойчивость работы горелок т.е. степень перемешивания воздуха и топлива и качество его сжигания от расхода топлива в программе Pr.Dn формируется сигнал на увеличение  n  по сравнению с  n*. Здесь же формируется сигнал обеспечивающий уменьшение количества вредных выбросов которое зависит от нагрузки печи и нагрузки конкретной зоны.

Сформированный таким образом коэффициент расхода воздуха используется  для расчета заданного значения расхода воздуха в зону В(з) в которую поступает количество топлива Т(ф). При подаче в зону В(з) и Т(ф)  в продуктах горения в зоне должно содержаться кислорода в количестве О2(р).

Фактическое количество кислорода О2(ф) непрерывно измеряется и циклически рассчитывается программой Pr.О2(ф). О2(р) и О2(ф) могут быть равны при отсутствии подсосов в печь холодного воздуха или поступления кислорода с продуктами сгорания предыдущих зон. С учетом последнего обстоятельства в программе Pr.О2(р) на основе статически определенной зависимости количества дополнительно поступающего в зону с холодным воздухом кислорода от давления в печи определяется разность между О2(р) и О2(ф) вызванная ошибкой в расчете В(з).

Эта ошибка учитывается в программе Pr.УВ(ф) при расчете управляющего воздействия на изменение расхода воздуха УВ(ф) которое формируется как результат сравнения заданного расхода В(з) с фактическим В(ф). К программе Pr.УВ(ф) подключена программа УТ для соответствующей синхронизации изменения расходов воздуха и топлива еще до появления сигнала об изменении Т(ф) а также для обеспечения необходимого опережения изменения расходов при их увеличении и уменьшении.

Рассчитанное изменение расхода воздуха пересчитывается в программе Pr.Ув в требуемое перемещение регулирующего органа с учетом его расходной характеристики вблизи данной точки.

С учетом скорости перемещения исполнительного механизма и времени необходимого на выбирание люфтов в сочленении при движении в выбранную сторону рассчитывается время включения и с учетом соотношения скоростей исполнительных механизмов на газо- и воздухопроводах и заданного времени опережения производится обработка команды. После окончания переходного процесса по фактическому изменению расхода и положения регулирующего органа адаптируется расходная характеристика и скорость перемещения. Периодически уточняется время люфта путем включения исполнительного механизма на это время и фиксации полученного в результате изменения расхода воздуха.

Фактический расход воздуха рассчитывается при каждом обращении к данной зоне перед началом регулирующего воздействия и после если оно имело место. Расчет производится по результатам непрерывного измерения перепада на диафрагме температуры и давления воздуха в программе Pr.В(ф). Результаты расчета передаются в программу Pr.УВ(ф).     

 

Выбор локальных систем регулирования.

 

 Существенное влияние правильного выбора и точного поддержания коэффициента расхода воздуха на эффективность использования топлива и на теплотехнические характеристики работы нагревательной печи обусловило разработку большого числа способов и систем регулирования этого важнейшего параметра.

Традиционная схема регулирования коэффициента расхода воздуха базируется на измерении расходов топлива и воздуха вычислении их отношения сравнении его с заданным и изменении расхода либо воздуха либо газа при отклонении рассчитанного отношения от заданного. Основным недостатком этой схемы является то что измеряется не то количество воздуха которое поступает в печь.

Часть горячего воздуха теряется при движении от измерительной диафрагмы до горелок одновременно в печь поступает холодный воздух в неконтролируемых количествах. За счет устранения только этого недостатка при реконструкции нагревательной печи с шаговыми балками универсально-балочного стана удалось значительно снизить коэффициент расхода воздуха по составу печных газов что привело к сокращению потерь с уходящими газами на 13%.

Вторым недостатком этой схемы является то что изменение расхода воздуха начинается после изменения расхода топлива через время равное времени запаздывания средств измерения и регулирования. При протяженных импульсных линиях малых скоростях исполнительных механизмов и плавной настройки регуляторов потери топлива особенно в условиях частых срабатываний регулятора температуры и колебаний давления воздуха могут быть весьма ощутимы. Отсюда стремление решить возникшую задачу механическим путем создав спаренную вентильную систему в которой газовый и воздушный вентиль перемещались бы одновременно а их сечения изменялись бы так чтобы обеспечивалось оптимальное соотношение во всем диапазоне изменения нагрузки агрегата.

При отсутствии горелок с широким диапазоном регулирования поддерживают коэффициент расхода воздуха вблизи заданного значения при изменении тепловой нагрузки путем изменения числа включенных горелок каждая из которых настроена на nопт и работает при неменяющихся и оптимальных для нее расходах топлива и воздуха. В этом случае никакого запаздывания в изменении расходов газа и воздуха не происходит.

При работе с обычными горелками и регулирующими органами функции управления топливом и воздухом передают одному регулятору созданному на базе микропроцессора. Рассчитывая необходимое изменение расхода топлива при отклонении температуры от заданного значения регулятор одновременно рассчитывает необходимое изменение расхода воздуха а затем одновременно подает сигналы на оба исполнительных механизма. В этом случае динамическая ошибка поддержания nзад. Зависит от работы исполнительных механизмов точности расчета их перемещения регулятором и главным образом от стабильности давления топлива и воздуха и возникающих в результате их колебаний самопроизвольных изменений расходов сообщение о которых поступит регулятору только через время запаздывания системы измерения. При совпадении периода изменений со временем запаздывания регулятор будет выдавать только неправильные команды.

Для нагревательных печей со стабильным давлением и малыми расходами газа и воздуха т. е. Сравнительно малыми проходными сечениями регулирующих органов обеспечивающими хорошую воспроизводимость расходных характеристик довольно часто используется простая кинематическая связь регулирующих органов с помощью рычагов или лекал с приводом от одного исполнительного механизма управляемого регулятором температуры.

При невозможности реализовать механическую связь обеспечивающую эквивалентное изменение расходов газа и воздуха выход регулятора газа связывают со входом регулятора воздуха через последовательно соединенные фильтр низкой частоты и динамическое звено эквивалентное звену естественной связи между регулятором топлива и регулятором воздуха. Этим достигается практически одновременное изменение расходов топлива и воздуха при этом расход воздуха изменяется на величину близкую к требуемой. Оставшуюся часть изменения реализует регулятор расхода воздуха после поступления от системы измерения сигналов о фактических расходах.

Однако синхронное изменение сигналов на перемещение исполнительных механизмов еще не означает синхронного изменения поступления воздуха и топлива к горелкам. Обычно исполнительный механизм при регулирующем органе на трубопроводе топлива более быстроходный и люфт в сочлинениях его с регулирующим органом меньше чем на трубопроводе воздуха. В результате при команде на открытие наблюдается в начальный момент снижение n и недожог топлива а при команде на закрытие - повышение n и снижение температуры факела. Для устранения этих недостатков в системе прямого цифрового управления с рассредоточенными функциями на базе микро-Эвм предусматривается различное опережение в срабатывании исполнительных механизмов в случае уменьшения или увеличении расходов. При необходимости уменьшить расходы при снижении тепловой нагрузки сигнала на изменение расхода воздуха подается с минимальным запаздыванием и большей чем требуется величины. Это предотвращает работу в первый момент с большим n а затем обычная схема не допустит излишнего расхода воздуха и уменьшения n ниже nопт. При необходимости увеличить расходы первым сигнал подается на изменение расхода воздуха но меньший чем требуется. Это предотвращает работу в первый момент а затем обычная схема добавит необходимое количество воздуха. Такая различная крутизна воздействия при изменении его направления обеспечивает устойчивую работу системы предотвращает появление недожога или снижения температуры факела из-за большого избытка воздуха.

Обеспечение оптимального по времени изменении расходов еще не означает поддержание заданного соотношения топливо-воздух так как их параметры непрерывно изменяются. Меняются состав топлива а следовательно его плотность и теплота сгорания. Вместе с изменением его давления и температуры получается значительная ошибка в измерении расхода и следовательно в расчете требуемого количества воздуха. При изменении температуры и давления воздуха появляется ошибка в измерении его расхода что влечет за собой ошибку в отработке рассчитанного количества. В результате  n может далеко отклониться от  n опт.

Для устранения этого явления создают систему в которой измеряются все параметры топлива и воздуха на подводе к горелке. Измеренные значения расходов с использованием набора соответствующих функциональных блоков приводятся к нормальным условиям рассчитывается из отношения и сравнивается с заданным. Имеющаяся разность отрабатывается изменением расхода воздуха. Заданное значение уточняется по результатам контроля содержания кислорода в отходящих газах. Такая всеохватывающая система в комбинации с вышеописанной исключающей запаздывание может обеспечить практически идеальное регулирование  n  для объекта с сосредоточенными параметрами например нагревательного колодца с одной горелкой.

Страницы: 1 2 3 4