Пристрій для регулювання співвідношення газів в суміші

Винахід відноситься до галузі регулювання співвідношення компонентів газової суміші і може використовува тися на металургійних заводах при автоматизації газозмішувальних станцій, на яких готується паливо для нагрівальних і термічних печей. Відома система керування процесом газозмішання (див. а.с. СРСР №1790778 МКВ G05D11/13, заявл. 18.05.90р.), у якій регулювання і стабілізація теплоти згоряння суміші здійснюється по відхиленню від заданого фактичного значення цього параметра, обмірюваного датчиком. Недоліком системи є інерційність і ненадійність датчика теплоти згоряння змішаного газу, що приводять до значних коливань фактичного значення параметра. Відома система керування роботою газозмішувальних станцій (див. а.с. СРСР №1115025, МКВ G05D11/00, заявл. 01.11.82p.), що містить датчики витрати, установлені відповідно на потоках першого, другого і третього газів, блок обчислення теплоти згоряння першої суміші, вихід якого зв'язаний через блок керування (регулятор) першої суміші з входом першого виконавчого механізму, установленого на потоці другого газу, що містить задатчики теплоти згоряння першої і другої суміші, три суматора, блок множення, два подільники, блок обчислення теплоти згоряння другої суміші з урахуванням теплоти згоряння першої суміші, вихід якого зв'язаний через блок керування (регулятор) другої суміші з входом другого виконавчого механізму, встановленого на потоці третього газу. Недоліком такої системи є те, що вона може успішно працювати тільки при змішуванні чистих газів, що мають стабільну чи мало мінливу теплоту згоряння. Підтримуючи задане співвідношення газів, що змішуються, система не забезпечує підтримку заданої теплоти згоряння першої суміші, а, отже, і другої, якщо в якості одного з компонентів буде надходити газ з перемінною теплотою згоряння. Така ситуація виникає, коли на газозмішувальних станціях змішують доменний газ зі значними коливаннями теплоти згоряння (близько 10%) з коксовим і природним газами, теплота згоряння яких практично стабільна (коливання близько 1%). В основу винаходу поставлено задачу удосконалення пристрою для регулювання співвідношення газів у суміші, у якому підвищується точність готування як першої, так і другої суміші і за рахунок цього зменшуються коливання теплоти згоряння змішаного газу, що дозволяє з меншими коливаннями надлишку повітря спалювати газ у печах, а це підвищує якість нагрівання заготівель, скорочує витрату палива на нагрівання металу і зменшує кількість шкідливих викидів в атмосферу. Поставлена задача вирішується тим, що заявлений пристрій для регулювання співвідношення газів у суміші, що містить датчики витрати, установлені відповідно на потоках першого, другого і третього газів, блок обчислення теплоти згоряння першої суміші, ви хід якого зв'язаний через блок керування першої суміші з входом першого виконавчого механізму, установленого на потоці другого газу, блок обчислення теплоти згоряння другої суміші з урахуванням теплоти згоряння першої суміші, ви хід якого зв'язаний через блок керування другої суміші з входом другого виконавчого механізму, установленого на потоці третього газу, задатчики теплоти згоряння другого і третього газу, першої і др угої суміші, відповідно до винаходу містить датчик складу чистого газу, теплота згоряння якого має найбільші коливання, а вихід з'єднаний із входом блоку обчислення теплоти згоряння першої суміші, містить перший блок обчислення часу затримки керуючих впливів t1з ад, вхід якого з'єднаний з виходом блоку обчислення теплоти згоряння першої суміші, а вихід з'єднаний із входом блоку керування першої суміші, і містить другий блок обчислення часу затримки керуючих впливів t2зад вхід якого з'єднаний з виходом блоку обчислення теплоти згоряння другої суміші, а ви хід з'єднаний із входом блоку керування другої суміші. Причому датчик складу чистого газу підключений до трубопроводу на відстані L від місця змішання, що визначають з умови L ³ tзд × w макс г (1) 1 де tзд - час запізнювання пристрою регулювання співвідношення газів у суміші, с; wмакс - максимальна швидкість переміщення чистого газу по трубопроводу при робочих умовах, м/с. г 1 При цьому в першому блоці обчислення часу затримки керуючих впливів t 1зад визначають по формулі t1за д = tзт - tзд (2) де tзт - час руху газу від місця відбору для датчика складу чистого газу до місця змішання (транспортне запізнювання), с, що визначають по формулі L tзт = (3) ф wг 1 де wф г1 - фактична швидкість переміщення чистого газу по тр убопроводу, м/с, а в другомублоці обчислення часу затримки керуючих впливів t 2зад визначають по формулі t2зад = t1зад + tзтсм (4) де tзтсм - час руху першої суміші від місця змішання першого і другого газів до місця змішання з третім газом, що визначають по формулі L t зтсм = см (5) wф см де Lсм - відстань між першим і другим змішуванням газів, м; wф - фактична швидкість переміщення першої суміші по тр убопроводу, м/с. см Використання у винаході датчика складу чистого газу також дозволить підвищити точність визначення його витрати через трубопровід і ціну, що перераховується в залежності від теплоти згоряння (калорійності). Для доменного газу встановлена ціна на газ, калорійність якого дорівнює 4190кдж/м 3 чи 1000ккал/м 3. Використання винаходу також дозволить скоротити перевитрати висококалорійного газу, одна калорія якого коштує в кілька разів дорожче калорії низькокалорійного газу. Причино-слідчий зв'язок між істотними ознаками і технічним результатом полягає в наступному. Точність готування суміші збільшується як у статиці, за рахунок використання датчика складу чистого газу, теплота згоряння якого має найбільші коливання, так і в динаміці, за рахунок підключення датчика складу чистого газу на визначеній відстані від місця змішання, що дозволяє компенсувати запізнювання в датчику складу газу і системі керування часом від моменту добору проби до моменту змішання газів. На схемі (див. фіг.) показаний пристрій для регулювання співвідношення газів у суміші. Пристрій містить перший, другий і третій датчики витрати газів 1-3, датчик складу чистого газу 4, блоки обчислення теплоти згоряння першої 5 і другої 6 суміші, блоки обчислення часу затримки керуючих впливів першої 7 і другої 8 суміші, блоки керування першої 9 і другої 10 суміші газів, ручні задатчики теплоти згоряння другого 11 і третього 12 газу, першої 13 і другої 14 суміші, перший 15 і другий 16 виконавчі механізми. Пристрій працює в такий спосіб Першими змішуються чисті гази: газ 1 і газ 2. Отримана суміш 1 далі змішується при необхідності з газом 3 і виходить суміш 2. Теплота згоряння газу 2 і газу 3 досить стабільна, а газу 1 - ні. Тому на потоці газу 1 г установлений датчик його складу 4. Теплоту згоряння газу 1 Q 1 визначають по його складу, використовуючи відому формулу Д.І. Менделєєва. Теплоту згоряння суміші 1 Qсм визначають по формулі 1 см Q1 = г г г г Q1 × V1 + Q 2 × V2 (6) г г V1 + V2 г де Q1 , Q г - теплота згоряння газу 1 і 2 відповідно; 2 г г V1 , V2 - витрата газу 1 і газу 2 відповідно. г г Теплоту згоряння газу 2 Q г установлюють за допомогою задатчика Q г 11, а витрати газу 1 V1 і 2 V2 2 2 г см вимірюють за допомогою датчиків 1 і 2 відповідно. Обчислення Q1 і Q1 виконує блок 5. см г Отримане на виході блоку 5 значення теплоти згоряння суміші 1 Q1 і V1 надходять на перший блок 7 обчислення часу затримки керуючих впливів t 1зад, що визначають по формулах (2) і (3). Через t1зад сигнал із блоку 7 надходить на вхід блоку керування першої суміші 9. На вхід блоку 9 також надходить сигнал від задатчика ( ) зад см Q1 теплоти згоряння першої суміші 13. Блок 9 порівнює розраховану і задану теплоту згоряння суміші 1 і відповідно до обраного закону регулювання керує першим виконавчим механізмом 15, установленим на потоці см другого газу, забезпечуючи рівність Q1 заданому значенню. см Теплоту згоряння суміші 2 Q2 розраховують по формулі подібній до формули (6) Q см = 2 г де Q3 г г г г г V1 г + V2 г + V3 г Q1 × ( V1 + V2 ) + Q3 × V3 (7) г , V3 - теплота згоряння і витрата газу 3 відповідно. см г Сигнали Q1 , V1 і см г V2 надходять із блоку 5 на вхід блоку обчислення теплоти згоряння другої суміші куди також надходять сигнали задатчика 12, a г V3 г Q3 г V3 і . г Q3 Q2 6, - теплота згоряння третього газу, що встановлюють за допомогою - вимірюють за допомогою датчика витрати 3. см г Q V г Отримане на виході блоку 6 значення теплоти згоряння суміші 2 2 , V1 і 2 надходять на другий блок 8 обчислення часу затримки керуючих впливів t 2зад, що визначають по формулах (4) і (5). Через t2зад сигнал із блоку 8 надходить на вхід блоку керування другої суміші 10. На вхід блоку 10 також надходить сигнал від задатчика ( ) зад см Q2 теплоти згоряння другої суміші 14. Блок 10 порівнює розраховану і задану теплоту згоряння суміші 2 і відповідно до обраного закону регулювання керує другим виконавчим механізмом 16, установленим на потоці см Q третього газу, забезпечуючи рівність 2 заданому значенню. Можливі різні варіанти використання пристрою для регулювання співвідношення газів у суміші Перший варіант, коли перша суміш 1 і друга суміш 2 газів використовуються незалежно з різними значеннями теплоти згоряння як описано в заявці. Другий варіант використання можливий, коли необхідна суміш газів однієї теплоти згоряння, але маються обмеження по витраті чистого газу 2. При виході на максимальну витрату газу 2 і недостатній теплоті згоряння суміші, необхідне значення теплоти згоряння одержують за рахунок добавки і змішання з газом 3.