Спосіб регулювання процесу спалювання газоподібного палива у полум’яних печах

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб регулювання процесу спалювання газоподібного палива у полум'яних печах шляхом підтримання у робочому пальнику оптимального співвідношення газ-повітря, заснований на використанні у ролі керуючого сигналу струму іонізації полум'я і екстремальному управлінні його величиною, який відрізняється тим, що у ролі джерела керуючого сигналу використовують полум'я додаткового мікропальника, який підключають до підвідних ліній подачі газу і повітря паралельно робочому пальнику.

Текст

Винахід стосується регулювання співвідношення витрат газу і повітря при спалюванні газоподібного палива і може бути застосований, зокрема, для регулювання співвідношення газ-повітря у промислових термічних та нагрівальних полум'яних печах. Відомий спосіб регулювання співвідношення витрат газу і повітря засновано на Застосуванні витратомірів і регуляторів співвідношення з задатчиками. При регулюванні коріння співвідношення газ-повітря коефіцієнт надлишку повітря α встановлюється у відповідності з технологічною інструкцією. [1. Аксельруд Л.Г и др. Нагревательные колодцы. Μ:, Гос. научно-техническое изд. литературы по чёрной и цветной металлургии, 1962, - С. 138 - 141]. Відомий спосіб регулювання має істотні недоліки. Він не враховує зміни тяго-дуттєвих режимів, коливання теплоти згоряння палива (яка може змінюватись на 10-20%), похибок вимірювальних приладів, що різко збільшуються при витратах нижче 30% від номінального і приводить до практично некерованого процесу горіння при низькій продуктивності печей. Відомий іонізаційний спосіб регулювання горіння палива, який використовує вимірювання кількості кисню у відхідних продуктах згоряння [2. Черный А.Н.. Ионизационный способ регулирования горения топлива. М:, "Металлургия", 1969. - С. 26-30]. Цей спосіб полягає у тому, що надлишок кисню визначають за ступенем іонізації газів у місцевому осередку горіння, який створюється в наслідок подачі струменю газоподібного палива у поток продуктів згоряння, які мають вільний кисень. При цьому ступінь іонізації полум'я визначають за зміною струму провідності між двох електродів, розташованих в осередку горіння поблизу місця надходження газоподібного палива у потоці продуктів згоряння. Регулювання горіння палива здійснюється за підтримуванням витрат повітря з коригуванням по вмісту вільного кисню у відхідних продуктах згоряння. У цьому разі на регулятор витрат повітря діють датчик кількості подаваемого повітря, задатчик кількості повітря і датчик кількості кисню. Недоліком цього способу є залежність електричної провідності місцевого осередку горіння від кількості газу, що подається для його створення. З цієї причини доводиться автоматично підтримувати оптимальну кількість подаваемого газу, що ускладнює реалізацію цього способу. Іншим важливим недоліком способу є нестійкість горіння газу, що подається, у продуктах згоряння. Як показали проведені експерименти, при кількості кисню у продуктах згоряння менш ніж 5% горіння у місцевому осередку не виникає. Ця обставина суттєво звужує галузь застосування способу и робить його практично непрацездатним у реальних умовах, коли кількість кисню у продуктах згоряння рідко перевищує 5%. За прототип прийнято спосіб автоматичного регулювання процесу горіння, у якому як побічний параметр використовують величину вирівняного струму у полум'ї. За допомогою електродного датчика вимірюється величина вирівняного струму у факелі і фіксується екстремальним регулятором, який визначає напрям зміни екстремуму, здійснюючи постійний пошук максимуму шляхом зміни витрати повітря, що подається у піч. [3. Авторское свидетельство СССР № 603807, Мкл5 F23N5/12. Заявлено 20.10.72, опубликовано 20.04.78. Бюл. № 15 - прототип]. Недоліком прототипу є те, що графік залежності керуючого сигналу від співвідношення газ-повітря має дуже пологу форму (практично відсутня екстремальна точка при α ~ 1). Відсутність на графіку залежності ступеню іонізації від співвідношення газ-повітря (який і є основою для регулювання процесу) явно виявленого максимуму керуюючого сигналу при зміні співвідношення газ-повітря (коефіцієнту надлишку повітря а) не дозволяє використовувати цей спосіб в умовах промислової печі для регулювання процесу горіння. Для перевірки прототипу були проведені дослідження на щілинній печі для напайки і термічної обробки різців термічного цеху Нижньодніпровського трубопрокатного заводу ім. К. Лібкнехта (Дніпропетровськ). При проведенні досліджень здійснювалось змінення співвідношення газ-повітря і проводився контроль ступеню іонізації полум'я. Ступінь іонізації, вимірювався через струм провідності (або через напругу на навантаженні, яка створюється цим струмом). При цьому фіксувалось значення витрат повітря та газу і здійснювався відбір газу з печі для хімічного аналізу його складу. У результаті досліджень одержано графік залежності ступеню іонізації від співвідношення газ-повітря, на якому видно, що залежність керуючого сигналу від співвідношення газ-повітря має дуже пологу характеристику (практично відсутня екстремальна точка при α ~ 1). Така залежність не може бути використана в умовах промислової печі для екстремального регулювання процесом горіння. Іншим недоліком способу є недовговічність застосованих електродів. При використанні вольфрамових та металокерамічних електродів плавлення матеріалу не спостерігалось, але спостерігалось їх швидке руйнування за рахунок знесення частинок матеріалу сильним струмом Продуктів горіння. Таким чином, відомий спосіб (прототип) на підставі зазначених недоліків, не може бути реалізованим на практиці, так як не забезпечує необхідну точність регулювання і не забезпечує довговічність електродів і надійність вимірювальних засобів. В основу винаходу поставлена задача, яка полягає у розробці способу регулювання процесу спалювання газоподібного палива, який дозволяє підвищити точність і надійність регулювання процесу спалювання палива та підвищити довговічність датчиків, і тим самим забезпечити реалізацію енергозберігаючих технологій нагріву і термообробки металу у полум'яних печах. Технічний результат, що досягається винаходом, заснований на використанні у ролі джерела керуючого сигналу струму іонізації полум'я і екстремальному керуванні його величиною. Технічний результат проявляється в автоматичній підтримці у робочому пальнику оптимального співвідношення газ-повітря. Рішення поставленої задачі полягає у тому, що у ролі джерела керуючого сигналу використовують струм іонізації полум'я додаткового мікропальника, який підключають до підвідних ліній подачі газу і повітря полум'яної печі паралельно робочому пальнику. Порівняння з прототипом показує, що спосіб регулювання процесу спалювання газоподібного палива в полум'яних печах, що заявляється, відрізняється тим, що у ролі джерела керуючого сигналу використовують полум'я додаткового мікропальника, який підключають до підвідних ліній подачі газу й повітря полум'яної печі паралельно робочому пальнику. Суть способу, що заявляється, полягає у тому, що, завдяки паралельному підключенню додаткового мікропальника до підвідних ліній подачі газу і повітря робочого пальника і спалюванню газоподібного палива у незначних кількостях, вдається досягти ретельного його перемішування з поданим повітрям, за рахунок чого одержують стабільне полум'я, близьке до ламінарного, ступінь іонізації якого різко залежить від витрати повітря. На кривій, яка віддзеркалює залежність ступеню іонізації полум'я від надлишку повітря, має місце чітко виражений максимум, який характеризує точку оптимального співвідношення паливо - повітря (а - 1), коли відбувається повне спалювання палива з мінімальним надлишком повітря. Екстремальний регулятор, на вхід якого подається керуючий сигнал з двохелектродного зонду, розміщеного у полум'ї мікропальника безперервно визначає напрям зміни екстремуму, здійснюючи шляхом змінення витрати повітря, що подається у піч, постійний пошук максимуму. Екстремальне регулювання за способом, що заявляється, дозволяє з високим ступенем точності досягти оптимізації процесу горіння палива у всьому діапазоні змінення теплової потужності печі, у тому числі і у неробочій для серійних витратомірів газу і повітря зоні. Питання про стійкість і довговічність застосованих електродів у способі, що заявляється, знімається повністю - за рахунок переносу місця їх установки із зони факелу робочого пальника з потужним струменем продуктів горіння, який зносить частинки матеріалу електродів і спричиняє їх повне руйнування, у зону спокійного полум'я невеликої потужності. У цьому разі можуть використовуватись електроди з нержавіючої сталі діаметром 0,5 мм, довговічність яких у цих умовах складає декілька тисяч годин безперервної роботи. Винахід пояснюється кресленнями, де: на Фіг. 1 приведено графіки залежності вихідного сигналу (ступеню іонізації, який вимірювали через струм провідності або через напругу на навантаженні, яка створюється ц)м струмом), від співвідношення газ-повітря (від коефіцієнту надлишку повітря а)- для прототипу; Ці графіки одержано в наслідок досліджень, проведених на щілинній печі для напайки і термічної обробки різців термічного цеху Нижньодніпровського трубопрокатного заводу ім. К. Лібкнехта (Дніпропетровськ). При проведенні досліджень здійснювали змінення співвідношення газ-повітря і проводили контроль ступеню іонізації полум'я. При цьому фіксували значення витрат повітря та газу і здійснювали відбір газу з печі для хімічного аналізу його складу.Графіки збудовані для витрат повітря Q1=14,2м3/год, та Q2=17,2м3/год. Коефіцієнт співвідношення паливо-повітря визначали шляхом хімічного аналізу газового середовища у печі та розрахунковим шляхом за формулою: a = Qb/QгL0 де: Qb, QГ - відповідно витрата повітря і газу, м3/год; Lo - теоретична витрата повітря (для природного газу Lo - 9,6м3/год.). Як електрод використано вольфрамовий стрижень діаметром 3мм. Як видно з графіка залежність має дуже пологу характеристику (практично відсутня екстремальна точка при α ~ 1). Таку залежність не може бути використана в умовах промислової печі для екстремального регулювання процесу горіння. на Фіг.2. приведено графік залежності вихідного сигналу (ступеню іонізації, який вимірювався через струм провідності або через напругу на навантаженні, яка створюється цім струмом) від коефіцієнту надлишку повітря, а, одержаний у результаті випробування способу, що заявляється. На графіку має місце чітко виражений максимум, який характеризує точку оптимального співвідношення паливо - повітря (α ~ 1), коли відбувається повне спалювання палива з мінімальним надлишком повітря, що дозволяє регулювати процес спалювання по цьому параметру. Тут Q1, Q2, Q3, Q4 - графіки збудовані для різних витрат повітря. на Фіг.3 показана принципова схема пристрою, що реалізує спосіб що заявляється. Пристрій містить у собі додатковий мікропальник 1, який підключають до ліній подачі газу 2 і повітря 3 у полум'яну піч 4 паралельно робочому пальнику 5. У полум'ї 6 мікропальника 1 розміщено двоелектродний зонд 7, електричний сигнал якого через підсилювач - формувач 8 надходить на екстремальний регулятор 9, що керує виконуючим механізмом 10 з регулювальним органом 11, встановленим у лінії подачі повітря 3. Спосіб, що заявляється, може бути використано у відділенні нагрівальних колодязів обтискного цеху Запорізького металургійного комбінату на полум'яній печі для нагріву зливків під прокатку. Пристрій для регулювання процесу нагріву зливків містить у собі додатковий мікропальник, який підключають до ліній подачі газу і повітря до пальника колодязя, паралельно робочому пальнику. У полум'ї мікропальника розміщено зонд, виготовлений з двох електродів діаметром 0,5 мм з нержавіючої сталі, електричний сигнал якого через підсилювач - формувач надходить на екстремальний регулятор, що керує виконуючим механізмом типу МЕУ з регулювальним органом, встановленим у лінії подачі повітря. Змінення ступеню іонізації полум'я перетворюється підсилювачем-формувачем у струм провідності полум'я або у пропорційну йому величину - напругу. Вихідний сигнал із підсилювача-формувача надходить на екстремальний регулятор, який визначає напрям змінення екстремуму, здійснюючи за допомогою регулюючого органу виконавчого механізму постійний пошук максимуму вихідного сигналу. Максимальне значення вихідного сигналу настає при оптимальному режимі горіння, тобто за такою витратою повітря, коли коефіцієнт надлишку повітря α ~ 1. Спосіб, що заявляється, може бути застосований у будь яких промислових нагрівальних та термічних полум'яних печах. Джерела інформації, прийняті до уваги при складанні заявки: 1. Аксельруд Л.Г. и др. Нагревательные колодцы. М:, Гос. научно-техническое изд. литературы по чёрной и цветной металлургии, 1962, - С. 138-141. 2. Черный А.Н.. Ионизационный способ регулирования горения топлива. М:, "Металлургия", 1969. - С. 2630. 3. Авторское свидетельство СССР № 603807, Мкл5 F23N5/12. Заявлено 20.10.72, опубликовано 20.04.78. Бюл. № 15 - прототип.

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for controlling the process of gaseous fuel burning in flame furnaces

Автори англійською

Bolshakov Vadym Ivanovych, Poliovyi Heorhii Anatoliiovych, Zhylka Oleksandr Ivanovych

Назва патенту російською

Способ регулировки процесса сжигания газообразного топлива в пламенных печах

Автори російською

Большаков Вадим Иванович, Полевой Георгий Анатольевич, Жилка Александр Иванович

МПК / Мітки

МПК: F23N 5/12

Мітки: процесу, полум'яних, регулювання, палива, спосіб, печах, спалювання, газоподібного

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/3-72318-sposib-regulyuvannya-procesu-spalyuvannya-gazopodibnogo-paliva-u-polumyanikh-pechakh.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб регулювання процесу спалювання газоподібного палива у полум’яних печах</a>

Подібні патенти