Спосіб автоматичної подачі енергоносіїв до газових пальників печі

Реферат: Спосіб автоматичної подачі енергоносіїв до газових пальників печі, при якому виконують регулювання подачі повітря і газу, вимірювання температури і тиску енергоносіїв за регулюючими заслінками, а також встановлення за допомогою регулюючих заслінок тиску газу у відповідності до фактичного тиску повітря. Після встановлення тиску газу виконують за допомогою автоматизованої системи керування коригування тиску газу за регулюючими заслінками у відповідності до температури повітря, потужності пальників і температурного діапазону роботи печі, а також забезпечують вимірювання і коригування вмісту чадного газу на виході з печі у межах 20-150 ррm. UA 115957 U (12) UA 115957 U UA 115957 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до енергозбереження в теплоенергетиці та призначена для використання в технологіях і системах газоповітропостачання промислових газових однокамерних печей. Для нагрівання робочого простору більшості нагрівальних і термічних печей використовують газові пальники, до яких подаються енергоносії (природний газ і повітря) від вентиляторної установки печі. Ефективність роботи газових пальників печі залежить від правильно (оптимально) встановленого співвідношення кількості повітря та газу, що подаються до пальників. Так, при надлишку повітря в робочий простір печі вноситься додаткова кількість холодного повітря і витрачається теплова енергія на його нагрівання, а при його недоліку відбувається неповне згоряння природного газу з виділенням чадного газу. На співвідношення кількості повітря і газу, що подаються до пальників, впливають відхиляючі фактори: температура вентиляторного повітря змінюється в діапазоні 50-250 °C, при цьому повітря підігрівається в рекуператорних секціях системи димовидалення, таким чином утилізуючи частину теплової енергії та повертаючи її до пальників печі. Так, наприклад, при нагріванні до 250 °C повітря збільшується в об'ємі до 2-х разів, при цьому вміст у ньому кисню залишається тим самим, що призводить до необхідності збільшення подачі повітря до пальників; температура в робочому просторі печі зростає і підвищується інтенсивність згоряння природного газу, що призводить до необхідності зменшення кількості повітря, що подається до пальників; рівень потужності пальників впливає на необхідність коригування співвідношення кількості енергоносіїв, що подаються до пальників; тиск енергоносіїв у підвідних газоповітроводах печей не повинен впливати на кількість газу і повітря, що подаються до пальників, для забезпечення їх стабільної та оптимальної роботи. Відомий спосіб, що забезпечує подачу природного газу та повітря до пальників печі, при якому регулювання здійснюється заслінками, встановленими на газових і повітряних трубопроводах, важелі яких з'єднані металевою тягою (жорстким зв'язком). Даний спосіб застосовується зокрема на термічній печі № 3 фасонно сталеливарного цеху Новокраматорського машинобудівного заводу (далі - НКМЗ). При такому жорсткому з'єднанні важелів заслінок кут відкриття однієї заслінки є пропорційним куту відкриття іншої. Подача газу і повітря до пальників ведеться без урахування всіх перерахованих вище відхиляючих факторів, тому пальники налаштовуються при високій температурі вентиляторного повітря і працюють не ефективно на всіх інших режимах, маючи високий надлишок повітря. Також відомий спосіб, при якому подачу природного газу та повітря до пальників здійснюють в залежності від величини вимірюваного тиску газу і повітря за регулюючими заслінками, встановленими на газових і повітряних трубопроводах. Спосіб застосовують зокрема на термічній печі № 1 ковальсько-пресового цеху НКМЗ. Даний спосіб реалізується наступним чином: у відповідності до поточного значення тиску повітря, за повітряними регулюючими заслінками встановлюють відповідний тиск газу за газовими регулюючими заслінками, при цьому алгоритм заданих значень реалізує автоматизована система керування (далі - АСК) печі. Відомі запатентовані способи регулювання процесу горіння не забезпечують оптимальну подачу енергоносіїв до газових пальників печі з урахуванням всіх факторів, що впливають на ефективність горіння, а саме - зміна щільності повітря при його нагріванні, зміна температури в робочому просторі печі, зміна потужності пальників і вміст чадного газу (СО) в димових газах. Так, наприклад, при автоматичному регулюванні процесу горіння в трубчастій печі процес горіння регулюється з урахуванням температури та складу продуктів згоряння, вимірюваних у димоході термопарою і газоаналізатором [RU№ 1792149, F23N 1/02, Бюл. № 1, 09.01.1995]. Спосіб автоматичного регулювання режиму горіння в топці котла включає регулювання процесу горіння в залежності від вмісту СО в димових газах котла [RU № 2247900, F23N 1/02, Бюл. № 7, 10.03.2005]. При способі автоматичного регулювання процесу горіння регулювання відбувається з урахуванням температури в топці котла [SU № 1059355, F23N 1/02,07.12.1983]. Відомий спосіб подачі газу та повітря до пальників печі із застосуванням механічних регуляторів співвідношення "газ/повітря", які утримують задану лінійну залежність тиску газу у відповідності до тиску повітря. Даний спосіб подачі газу та повітря до пальників печі застосовується зокрема на термічній печі № 4 ковальсько-пресового цеху НКМЗ. Відомий спосіб подачі газу та повітря до пальників печі включає: подачу повітря до пальників печі; вимірювання температури повітря, що подається до пальників; 1 UA 115957 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 регулювання подачі повітря до пальників; вимірювання тиску повітря за повітряними регулюючими заслінками; подачу природного газу до пальників; регулювання подачі газу до пальників; вимірювання тиску газу за газовими регулюючими заслінками; вимірювання температури в робочому просторі печі; встановлення за допомогою газових регулюючих заслінок заданого тиску газу у відповідності з фактичним (поточним) тиском повітря. За сукупністю суттєвих ознак описаний спосіб подачі енергоносіїв до газових пальників печі є найбільш близьким аналогом. Недоліки даного способу полягають у тому, що при подачі газу та повітря до пальників печі не враховуються такі відхиляючі фактори, як температура підігрівання повітря, потужність пальників і температура в робочому просторі печі. Це призводить до неефективної роботи пальників із надлишком повітря на горіння та втрат теплової енергії. В основу корисної моделі поставлено задачу - створити спосіб автоматичної подачі енергоносіїв до газових пальників печі, що дозволяє подавати оптимальну кількість енергоносіїв і забезпечує зниження собівартості термічного нагрівання виробів. Технічний результат полягає в подачі природного газу до пальників у відповідності до тиску повітря і забезпечення мінімальних теплових втрат на нагрівання виробів з урахуванням всіх відхиляючих факторів. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб автоматичної подачі природного газу та повітря до пальників печі включає наступні ознаки: подача повітря до пальників печі; вимірювання температури повітря, що подається до пальників; регулювання подачі повітря до пальників; вимірювання тиску повітря за повітряними регулюючими заслінками; подача природного газу до пальників; регулювання подачі газу до пальників; вимірювання тиску газу за газовими регулюючими заслінками; вимірювання температури в робочому просторі печі; встановлення за допомогою газових регулюючих заслінок заданого тиску газу у відповідності до фактичного (поточного) тиску повітря; коригування АСК тиску газу за регулюючими заслінками у відповідності до температури повітря, що подається до пальників; визначення АСК рівня потужності пальників із вимірюванням тиску повітря за регулюючими повітряними заслінками; коригування АСК тиску газу за регулюючими заслінками у відповідності до певного рівня потужності пальників; визначення температурного діапазону роботи печі (за показаннями термопар, що вимірюють температуру в робочому просторі печі); коригування АСК тиску газу за регулюючими заслінками у відповідності до температури в робочому просторі печі; вимірювання вмісту СО у складі димових газів на виході з печі; коригування (утримання) вмісту СО у межах 20-150 ррm. Для оптимізації кількості газу, що подається в залежності від тиску повітря, автоматично вводяться поправки на температуру вентиляторного повітря Рг = Рв × Кв, де: Рг - тиск газу за регулюючими заслінками, яке встановлює АСК печі в залежності від тиску повітря; Рп - тиск повітря, що вимірюється за регулюючими заслінками; Кв = 293,15/(273,15 + Тб); Тв - температура вентиляторного повітря, яка при обриві термопари автоматично встановлюється на величину 20 °C; 273,15 - коефіцієнт переведення температури повітря в абсолютну величину (з°С у К); 293,15 - абсолютна температура повітря в К при 20 °C. З урахуванням температури в печі (Кт) і потужності пальників (Кп), що визначаються у відповідності до величини тиску повітря за регулюючою заслінкою, поправка на подачу газу, що вводиться автоматичною системою, приймає вигляд Рг = Рп × Кв × Кт × Кп. Коригування та контроль якості спалювання природного газу виконується оператором шляхом підбору оптимальних коефіцієнтів для тиску газу в залежності від потужності пальників і температури в печі. 2 UA 115957 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При вмісті СО у складі димових газів на виході з печі менше 20 ррm необхідно поступово збільшувати коефіцієнт Рг до його встановлення в межах 20-150 ррm. Якщо потужність пальників низька (Рп 1000 °C) необхідно збільшувати коефіцієнт температури в печі Кт. Якщо потужність пальників висока (Рп > 1 кПа), а температура в робочому просторі печі низька (Тп < 1000 °C) - необхідно збільшувати коефіцієнт потужності пальників Кп. При вмісті CO у складі димових газів на виході з печі більш 150 ррm необхідно знижувати коефіцієнти Кт і Кп. Також спосіб забезпечує виконання моніторингу якості спалювання природного газу у вигляді графічних трендів і архівних даних, які зберігаються в АСК печі. Заявлений і відомий способи автоматичної подачі енергоносіїв до газових пальників печі мають такі подібні ознаки: подача повітря до пальників печі; вимірювання температури повітря, що подається до пальників; регулювання подачі повітря до пальників; вимірювання тиску повітря за повітряними регулюючими заслінками; подача природного газу до пальників; регулювання подачі газу до пальників; вимірювання тиску газу за газовими регулюючими заслінками; вимірювання температури в робочому просторі печі; встановлення за допомогою газових регулюючих заслінок заданого тиску газу у відповідності до фактичного тиску повітря. Заявлений спосіб має наступні відмітні ознаки: коригування АСК тиску газу за регулюючою заслінкою у відповідності до температури повітря, що подається до пальників; визначення АСК рівня потужності пальників із вимірюванням тиску повітря за регулюючими повітряними заслінками; коригування АСК тиску газу за регулюючими заслінками у відповідності до певного рівня потужності пальників; визначення температурного діапазону роботи печі; коригування АСК тиску газу за регулюючими заслінками у відповідності до температури в робочому просторі печі; вимірювання вмісту СО у складі димових газів на виході з печі; коригування вмісту СО у межах 20-150 ррm. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю знак, що заявляються, та технічним результатом полягає у такому. Визначення рівня потужності пальників (у відповідності до величини тиску повітря за регулюючими повітряними заслінками) дозволяє визначити мінімальну потужність пальників, при якій подачу газу необхідно збільшити (зменшити надлишок повітря на горіння) і максимальну потужність пальників, при якій подачу газу необхідно зменшити (збільшити надлишок повітря на горіння). Коригування тиску газу за регулюючими заслінками у відповідності до певного рівня потужності пальників дозволяє забезпечити оптимальну роботу пальників: з невеликим надлишком повітря при нагріванні на максимальній потужності та без надлишку повітря при витримці на мінімальній потужності. Визначення температури в робочому просторі печі дозволяє встановити температурний діапазон, при якому працюють газові пальники. Коригування тиску газу за регулюючими заслінками у відповідності до температури в робочому просторі печі дозволяє зменшувати подачу повітря на пальники при високих температурах (вище 900 °C), де йде інтенсивне згоряння природного газу. Коригування тиску газу за регулюючими заслінками в залежності від температури повітря забезпечує подачу до пальників оптимальної кількості повітря незалежно від зміни його щільності при нагріванні. Вміст СО у складі димових газів на виході з печі менше 20 ррm сигналізує про надлишок повітря на горіння. Вміст СО у складі димових газів на виході з печі більше 150 ррm сигналізує про недопал природного газу. Вимірювання вмісту СО у складі димових газів на виході з печі забезпечує контроль і коректування якості спалювання природного газу. 3 UA 115957 U 5 10 15 20 25 30 35 В результаті досягається подача на пальники природного газу згідно з тиском повітря і забезпеченням мінімальних теплових втрат на нагрівання виробів з урахуванням всіх відхиляючих факторів. Виключення з вищевказаної сукупності відмітних ознак хоча б однієї з них не забезпечує досягнення зазначеного технічного результату. Спосіб автоматичної подачі енергоносіїв до газових пальників печі реалізується наступним чином. Тиск повітря (Рп) до пальників встановлює АСК, виходячи із заданої теплової потужності у відповідності до сигналу розузгодження між заданою і фактичною температурою в робочому просторі печі. Після встановлення величини тиску повітря (Рп) на пальниках автоматично встановлюється тиск газу (Рг) з урахуванням поправок на температуру вентиляторного повітря, потужність пальників і температуру в печі. Величина тиску повітря, що подається до пальників, визначає їх потужність, яка обмежується в межах від Рп мін = 0,08 кПа до Рп макс = 1,85 кПа. Нижній рівень потужності пальників (Рп мін) встановлюється мінімально можливого значення до початку нестабільної роботи пальників. З метою усунення блокування пальників передбачено режим автоматичного розблокування при температурі вище 750 °C (температура самозаймання природного газу). Верхній рівень потужності (Рп макс) обмежує максимальну швидкість нагрівання робочого простору печі до 30-50 °C / год. (є оптимальною для розміру виробів, що нагріваються в печі) і також пов'язаний із можливістю регулювати тиск природного газу за заслінками при максимальній потужності пальників. Контроль за якістю спалювання природного газу здійснюється за вмістом СО у газах на виході з печі в межах 20-150 ррm. При стабільному відхиленні СО у складі димових газах від норми проводиться коригування у відповідності до тиску газу коефіцієнтів Кт і Кп. Внаслідок реалізації корисної моделі за рахунок досягнення оптимальної подачі газу та повітря до пальників печі з урахуванням усіх відхиляючих факторів знижується надлишок повітря на горіння при високих температурах, зменшується кількість окалини на металі, забезпечується мінімізація втрат теплової енергії, а також знижується собівартість термічного нагрівання виробів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб автоматичної подачі енергоносіїв до газових пальників печі, при якому виконують регулювання подачі повітря і газу, вимірювання температури і тиску енергоносіїв за регулюючими заслінками, а також встановлення за допомогою регулюючих заслінок тиску газу у відповідності до фактичного тиску повітря, який відрізняється тим, що після встановлення тиску газу виконують за допомогою автоматизованої системи керування коригування тиску газу за регулюючими заслінками у відповідності до температури повітря, потужності пальників і температурного діапазону роботи печі, а також забезпечують вимірювання і коригування вмісту чадного газу на виході з печі у межах 20-150 ррm. 40 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4