Спосіб регулювання процесу спалювання газоподібного палива в полум’яних печах

Спосіб регулювання процесу спалювання газоподібного палива в полум'яних печах шляхом підтримання в робочому пальнику оптимального співвідношення газ-повітря, заснований на використанні в ролі джерела керуючого сигналу струму іонізації полум'я додаткового мікропальника, підключеного до підвідних ліній подачі газу і повітря в полум'яну піч паралельно робочому пальнику, який відрізняється тим, що змінюють витрати повітря, що подається в мікропальник, знаходять максимум керуючого сигналу, фіксують відповідні цьому максимуму витрати газу Q г (max) і повітря Q в(max) , Винахід має відношення до паливного обладнання, точніше до регулювання співвідношення витрат газу і повітря при спалюванні газоподібного палива і може бути використаним, зокрема, для регулювання співвідношення газ-повітря в промислових термічних і нагрівальних полум'яних печах. Відомий спосіб регулювання процесів спалювання газоподібного палива в полум'яних печах оснований на застосуванні витратомірів і регуляторів співвідношення з задатчиками. При регулюванні горіння співвідношення газ-повітря встановлюється відповідно до технологічної інструкції [1]. Відомий спосіб регулювання має наступні недоліки. Він не враховує зміни тяго-дуттєвих режимів, коливання теплоти згоряння палива (яка може змінюватися до 10-20%), хибок вимірювальних приладів, що різко зростають при витратах нижче 30% від номінального і приводить до практично некерованого процесу горіння при низькій продуктивності печей. Відомий іонізаційний спосіб регулювання процесів спалювання газоподібного палива в полум'яних печах, що використовує вимір вмісту кисню у відхідних продуктах згоряння [2]. Цей спосіб полягає у тому, що надлишок кисню визначають за ступенем іонізації газів у місцевому осередку горіння, що утвориться в результаті подачі струменю газоподібного палива в потік продуктів згоряння, які мають вільний киснень. При цьому ступінь іонізації полум'я визначають за зміною струму провідності між двома електродами, розташованими в зоні осередка горіння поблизу місця надходження газоподібного палива в потік продуктів згоряння. Регулювання горіння газоподібного палива здійснюється за підтримуванням розрахункової витрати повітря з корекцією за вмістом вільного кисню у відхідних продуктах згоряння. У цьому випадку на регулятор витрати повітря впливають сигнали датчика кількості подаваного повітря, задатчика кількості повітря і датчика вмісту кисню. Недоліком цього способу є залежність ступеня іонізації в осередку горіння від кількості подаваного газу. Тому треба автоматично підтримувати оптимальне значення кількості подаваного газу, що ускладнює реалізацію способу. обчислюють співвідношення Q в(max) Q г(max) і (19) UA (11) 80998 (13) C2 використовують його величину в стандартній системі регулювання співвідношення газ-повітря. 3 Іншим недоліком є нестійкість горіння подаваного газу в продуктах згоряння. Як показали проведені досліди, при вмісті кисню в продуктах згоряння менш 5% горіння в місцевому осередку не виникає. Ця обставина істотно звужує галузь застосування способу і робить його практично непрацездатним у реальних умовах, коли вміст кисню в продуктах згоряння рідко перевищує 5%. Відомий спосіб спосіб регулювання процесів спалювання газоподібного палива в полум'яних печах, у якому як непрямий параметр оцінки ступеня іонізації використовують величину випрямленого струму в полум'ї. За допомогою електродного датчика вимірюється величина випрямленого струму в факелі і фіксується екстремальним регулятором, що визначає напрямок зміни екстремуму, здійснюючи постійний пошук максимуму шляхом зміни витрати повітря, подаваного в піч [3]. Недоліком цього способу є те, що графік залежності керуючого сигналу від витрати повітря має дуже пологу характеристику (практично відсутня екстремальна точка при a=1). Відсутність на графіку залежності ступеня іонізації від витрати повітря, (яка є основою для регулювання процесу), явно вираженого максимуму керуючого сигналу при зміні витрати повітря (коефіцієнта надлишку повітря a) не дозволяє використовувати цей спосіб в умовах промислової печі для регулювання процесу горіння. Для перевірки цього способу були проведені дослідження на щілинній печі для напайки і термічної обробки різців термічного цеху Нижньодніпровського трубопрокатного заводу ім. К. Лібкнехта (Дніпропетровськ). При проведенні досліджень здійснювали: змінення витрати повітря і контролювали ступень іонізації полум'я. Ступінь іонізації вимірювали через струм провідності у вигляді спадання напруги на каліброваному навантаженні, створюваного цим струмом. При цьому фіксували значення витрат повітря і газу, а також одночасно здійснювали відбір газового середовища з печі для хімічного аналізу його складу. У результаті проведених досліджень отриманий графік залежності ступеня іонізації від витрати повітря, на якому видно, що залежність керуючого сигналу від витрати повітря має дуже пологу характеристику (практично відсутня екстремальна точка при коефіцієнті надлишку повітря a=1). Така залежність не може бути використана в умовах промислової печі для екстремального регулювання процесом горіння. Іншим недоліком способу є недовговічність застосовуваних електродів. При використанні вольфрамових і металокерамічних електродів плавлення матеріалу не спостерігалося, однак спостерігалося їхнє швидке руйнування за рахунок знесення часток матеріалу сильним потоком продуктів горіння. Таким чином, відомий спосіб у силу зазначених недоліків, не може бути реалізований на практиці, як такий, що не забезпечує необхідну точність регулювання, довговічність електродів і надійність вимірювальних пристроїв. 80998 4 За прототип прийнято спосіб регулювання процесів спалювання газоподібного палива в полум'яних печах шляхом підтримки в робочому пальнику оптимального співвідношення газповітря, оснований на використанні в ролі джерела керуючого сигналу струму іонізації полум'я й екстремального керування його величиною, у якому як джерело керуючого сигналу використовують полум'я мікропальника, що підключають до підвідних ліній подачі газу і повітря паралельно робочому пальнику. На кривій, що відображує залежність ступеня іонізації полум'я від коефіцієнта надлишку повітря а, має місце чітко виражений максимум, що характеризує точку оптимального співвідношення паливо-повітря (a=1), при якому відбувається повне спалювання палива. Екстремальний регулятор, на вхід якого подається керуючий сигнал із двоелектродного зонда, поміщеного в полум'я мікропальника, безупинно визначає напрямок змінення екстремуму, здійснюючи шляхом змінення витрат повітря, подаваного в піч, постійний пошук максимуму [4]. Недоліком прототипу є те, що через використання в якості палива газових сумішів, що складаються найчастіше з природного, доменного і коксового газів, добірна трубка, що підводить газ до мікропальника, засмічується пиловими частками і парафінами, які містяться в коксовому газі. В результаті цього переріз її поступово зменшується, що приводить до зниження точності регулювання. У даному випадку екстремальна точка оптимального співвідношення паливоповітря (a=1), подаваних у мікропальник уже не буде точно відповідати екстремальній точці оптимального співвідношення паливо-повітря, подаваних у робочий пальник. Необхідно робити періодичне очищення газової добірної трубки, що зв'язано з практичними незручностями і втратою точності регулювання. Завдання винаходу - підвищення точності і надійності регулювання процесу спалювання палива в полум'яних печах. Технічний результат, що досягається винаходом, полягає в економії палива і поліпшенні екологічної обстановки за рахунок зниження шкідливих викидів в атмосферу. Вирішення поставленого завдання забезпечується тим, що шляхом змінення витрат повітря, подаваного в мікропальник, знаходять максимум керуючого сигналу, по якому фіксують відповідні цьому максимумові витрати газу Qг(max) і повітря Qв(max), обчислюють співвідношення Q в(max) і використовують його величину в Q г(max) стандартній системі регулювання співвідношення газ-повітря для автоматичного зміцнення кількості повітря в залежності від подаваної кількості газу Q в(max) Qв = × Qг . Q г (max) Порівняння з прототипом показує, що спосіб регулювання, процесів спалювання газоподібного 5 палива в полум'яних печах, що заявляється, відрізняється тим, що шляхом змінення витрат повітря, подаваного в мікропальник, знаходять максимум керуючого сигналу, по якому фіксують відповідні цьому максимумові витрати газу Qг(max) і повітря Qв(max), обчислюють співвідношення Q в(max) і використовують його величину в Q г(max) стандартній системі регулювання співвідношення газ-повітря для автоматичного змінення кількості повітря у залежності від подаваної кількості газу Q в(max) Qв = × Qг . Q г (max) Отже, спосіб регулювання процесів газоподібного палива в полум'яних печах, що заявляється, відповідає критерієві "новизна". Порівняння способу, що заявляється, з іншими технічними рішеннями, відомими в даній галузі техніки, не дозволило виявити в них ознаки що відрізняють рішення, що заявляється, від прототипу. Отже, має місце відповідність критерієві "винахідницький рівень". Винахід пояснюється кресленням, де на фіг. показана принципова схема пристрою, що реалізує спосіб, що заявляється. Пристрій містить мікропальник 1, підключений через витратоміри газу 2 і повітря 3 до ліній подачі газу 4 і повітря 5 у полум'яну піч 6 паралельно робочому пальникові 7. У полум'ї 8 мікропальника 1 розміщений двоелектродний зонд 9, сигнал з якого через підсилювач-формувач 10 надходить на обчислювальний пристрій 11, що здійснює пошук максимального вихідного сигналу, реєструє витрати повітря Qв(max) і газу Qг(max), що відповідають максимальному значенню вихідного сигналу, обчислює оптимальне значення Q в(max) співвідношення і використовують його Q г(max) величину в стандартному регуляторі співвідношення газ-повітря 12, з виконавчим механізмом 13. Періодичне змінення витрат повітря здійснюється за допомогою регульованого вентиля 14. Сутність способу, що заявляється, полягає у тому, що в запропонованому способі, співвідношення газ-повітря знаходять шляхом змінення витрати повітря, подаваного в мікропальник, потім знаходять максимум керуючого сигналу, по якому фіксують відповідні цьому максимумові витрати газу і повітря і по них знаходять оптимальне співвідношення газ-повітря, що відповідає повному згорянню палива при коефіцієнті надлишку повітря a=1. У цьому випадку для нагрівання металу може використовуватися будь-яке паливо, як з постійною, так і з перемінною теплотою згоряння за рахунок безперервного вимірювання в мікропальнику співвідношення газ-повітря реального палива з будь-якою теплотою згоряння і подачі його в схему регулювання. Спосіб, що заявляється, був апробований у лабораторних умовах Інституту чорної металургії 80998 6 на установці, побудованій у відповідності зі схемою, показаною на фіг. 1. При цьому були отримані результати, що цілком відповідають даним, приведеним в описі. Таким чином, як видно з опису, вирішується завдання підвищення точності і надійності регулювання процесу спалювання палива в полум'яних печах і досягається технічний результат, що полягає в економії палива і поліпшенні екологічної обстановки за рахунок зниження шкідливих викидів в атмосферу. Спосіб, що заявляється, може бути використаний у будь-яких промислових нагрівальних і термічних полум'яних печах. Джерела інформації: 1. Л.Г. Аксельруд и др. Нагревательные колодцы, м., гос. научно-техническое из-во литературы по черной и цветной металлургии, 1962,-С.138-141. 2. А.Н. Черный. Ионизационный способ регулирования горения топлива, М., "Металлургия". 1969, -С.26-30. 3. Авторское свидетельство №603807, СССР М Кл5 F23N 5/12. Заявлено 20.10.72, опубликовано 25.04.78. Бюл.№15 - прототип. 4. Патент України на винахід № 72318, F23N 5/12.3аявлено 26.09.2002г., опубліковано 15.02.2005, бюл. №2.