Система автоматичного регулювання температури гарячого дуття

Реферат: Винахід належить чорної металургії і стосується автоматизації доменного виробництва, найбільш ефективно може бути використаний при регулюванні температури гарячого доменного дуття. Система автоматичного регулювання температури гарячого дуття складається з датчика для контролю поточної температури гарячого дуття, встановленого в повітропроводі гарячого дуття, з'єднаного з колектором, який має відводи із кожного повітронагрівача групи, задавального пристрою температури гарячого дуття та автоматичного регулятора, керуючого змішувальним клапаном холодного дуття, встановленим в змішувальному повітропроводі, а також повітропроводу холодного дуття. Система додатково має датчики для контролю поточних загальних витрат та поточної температури холодного дуття, поточних витрат холодного дуття із змішувального повітропроводу, поточної температури гарячого дуття із відводів кожного повітронагрівача групи та обчислювальний пристрій, при цьому датчики встановлені в відповідних місцях системи, причому вихід задавального пристрою температури гарячого дуття та вихід кожного із датчиків з'єднані з відповідними входами обчислювального пристрою, а вихід обчислювального пристрою та вихід датчика для контролю поточних витрат холодного дуття із змішувального повітропроводу з'єднані з відповідними входами автоматичного регулятора, керуючого змішувальним клапаном холодного дуття. Застосування запропонованої схеми дозволяє зменшити динамічне відхилення температури гарячого дуття та час регулювання. UA 98080 C2 (12) UA 98080 C2 UA 98080 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до автоматизації технологічних процесів у чорній металургії, зокрема до автоматизації доменного виробництва, і найбільш ефективно може бути використаний при регулюванні температури гарячого доменного дуття. Відома система регулювання температури гарячого дуття (Автоматизация производственных процессов металлургической промышленности. Смоляк В.А., Кочо B.C., Щербицкий Б.В. Издательское объединение "Вища школа", 1976, 292 с.), яка має датчик для контролю поточної температури гарячого дуття, встановлений у повітропроводі гарячого дуття, з'єднаному з колектором, який має відводи із кожного повітронагрівача групи, задавальний пристрій температури гарячого дуття та автоматичний регулятор, керуючий клапанами подачі холодного дуття у кожний повітронагрівач групи, а також повітропровід холодного дуття. Відома система не дозволяє вирішувати задачу винаходу, оскільки регулювання температури гарячого дуття відбувається в залежності від співвідношення витрат холодного дуття, яке подається у піч через клапани подачі холодного дуття у кожний повітронагрівач групи, працюючий у режимі нагріву дуття, без урахування втрат дуття у кожному повітронагрівачі групи і витратних характеристик клапанів подачі, а також у зв'язку з різним значенням запізнення сигналу поточної температури гарячого дуття для різних повітронагрівачів групи. Найбільш близьким технічним рішенням - прототипом є традиційна система регулювання температури гарячого дуття (АСУ ТП в черной металлургии. Глинков Г.М., Маковский В.А. Учебник для вузов. 2-е изд. переработанное, и доп. М.: Металлургия. - 1999. - 310 с.), яка має датчик для контролю поточної температури гарячого дуття, встановлений у повітропроводі гарячого дуття, з'єднаний з колектором, який має відводи із кожного повітронагрівача групи, задавальний пристрій температури гарячого дуття та автоматичний регулятор, керуючий змішувальним клапаном холодного дуття, встановленим в змішувальному повітропроводі, а також повітропровід холодного дуття. Відома система не дозволяє вирішувати задачу винаходу, оскільки регулюючий вплив формується в залежності від поточної температури гарячого дуття, яка є повільно змінним параметром, що призводить до збільшення часу перехідного процесу регулювання температури гарячого дуття та зниженню якості регулювання. В основу винаходу поставлена задача удосконалення системи автоматичного регулювання температури гарячого дуття, в якому введення нових елементів дозволить зменшити динамічне відхилення температури гарячого дуття та час регулювання, що забезпечить підвищення точності та швидкодії процесу регулювання температури гарячого дуття. Для реалізації поставленої задачі в системі автоматичного регулювання температури гарячого дуття, яка включає в себе датчик для контролю поточної температури гарячого дуття, встановлений у повітропроводі гарячого дуття, з'єднаний з колектором, який має відводи із кожного повітронагрівача групи, задавальний пристрій температури гарячого дуття та автоматичний регулятор, керуючий змішувальним клапаном холодного дуття, встановленим в змішувальному повітропроводі, а також повітропровід холодного дуття, згідно з винаходом, додатково введені датчики для контролю поточних загальних витрат та поточної температури холодного дуття, поточних витрат холодного дуття із змішувального повітропроводу, поточної температури гарячого дуття із відводів кожного повітронагрівача групи та обчислювальний пристрій, при цьому датчики встановлені в відповідних місцях системи, причому вихід задавального пристрою температури гарячого дуття та вихід кожного із датчиків з'єднані з відповідними входами обчислювального пристрою, а вихід обчислювального пристрою і вихід датчика для контролю поточних витрат холодного дуття із змішувального повітропроводу з'єднані з відповідними входами автоматичного регулятора, керуючого змішувальним клапаном холодного дуття. Зміст винаходу пояснюється кресленням, де зображена структурна схема системи автоматичного регулювання температури гарячого дуття, яке надходить у доменну піч. Група повітронагрівачів складається із чотирьох повітронагрівачів ПН1, ПН2, ПН3 та ПН4. Система автоматичного регулювання температури гарячого дуття, яка пропонується, може бути реалізована наступним чином. Входи обчислювального пристрою 1 з'єднані з виходами датчика для контролю поточної температури гарячого дуття 2, встановленого у повітропроводі гарячого дуття 3, задавального пристрою температури гарячого дуття 4, датчиків для контролю поточних загальних витрат 5 та температури 6 холодного дуття, встановленого у повітропроводі холодного дуття 7, датчика для контролю поточних витрат холодного дуття 8, яке надходить із змішувального повітропроводу 9, встановленого у змішувальному повітропроводі холодного дуття 9, датчиків для контролю поточної температури гарячого дуття 10-13, яке надходить у колектор гарячого дуття 14 із 1 UA 98080 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 кожного повітронагрівача, встановлених у відводах 15-18, з'єднаних з колектором гарячого дуття 14. Вихід обчислювального пристрою 1 і вихід датчика для контролю поточних витрат холодного дуття 8, яке надходить із змішувального повітропроводу 9, з'єднані з відповідними входами автоматичного регулятора 19, керуючого змішувальним клапаном холодного дуття 20. Система працює так. Повітронагрівач ПН1 працює у режимі нагріву дуття. Інші повітронагрівачі ПН2, ПН3 та ПН4 працюють у режимі нагріву насадки. На вхід обчислювального пристрою 1 надходять поточні значення наступних параметрів: температура холодного дуття (t1) від датчика 6, температура гарячого дуття (t2), яке надходить у колектор 14 із повітронагрівача ПН1, від датчика 10, температура гарячого дуття (t4) від датчика 2, загальні витрати холодного дуття (F1) від датчика 5, витрати холодного дуття (F3), які надходять із змішувального повітропроводу 9, від датчика 8. Також на вхід обчислювального пристрою надходить задане значення температури гарячого дуття (t4зад) від задавального пристрою 4. Обчислювальний пристрій розраховує задане значення витрат холодного дуття (F3 зад), яке надходить із змішувального повітропроводу 9, по методу, наведеному нижче. Це значення надходить на вхід автоматичного регулятора 19, керуючого змішувальним клапаном холодного дуття 20. Також на вхід автоматичного регулятора 19 надходить сигнал поточного значення витрат холодного дуття (F3), яке надходить із змішувального повітропроводу 9, від датчика 8. Розглянемо метод розрахунку заданої кількості холодного дуття (F3зад) яке надходить із змішувального повітропроводу 9. Позначимо загальні витрати, тепловміст, температуру, густину, теплоємкість та вологість холодного дуття, яке подається із повітропроводу холодного дуття 7, як: F1, Q1, t1, р1, c1, m1. Аналогічно позначимо параметри гарячого дуття, яке нагріте виходить із повітронагрівача ПН1 в колектор гарячого дуття 14: F2k, Q2, t2, р2, с2, m2. Параметри холодного дуття, яке йде із змішувального повітропроводу 9: F3, Q3, t3, р3, c3, m3. Параметри гарячого дуття, яке йде із повітропроводу гарячого дуття 3 у домену піч ДП: F4, Q4, t4, р4, с4, m4. У відповідності зі структурною схемою системи регулювання температури гарячого дуття маємо: F2k=k·F2, (1) F2=F1-F3, (2) F4=F2k+F3=k·F2+F3=k·(F1-F3)+F3=k·F1+(1-k)·F3, (3) де k=0,8-1,0 - доля холодного повітря, яке нагрітим виходить із повітронагрівача. Це тому, що можуть бути втрати повітря через нещільності клапанів та стінки насадки повітронагрівача. Кількість тепла, яке містить холодне дуття: Q1=c1·F1·р1·t1. (4) Кількість тепла, яке містить нагріте у повітронагрівачі дуття: Q2=c2·k·F2·р2·t2. (5) Кількість тепла, яке містить дуття, яке йде із змішувального повітропроводу: Q3=c3·F3·р3·t3. (6) Оскільки t1=t3, с1=c3, р1=р3, то Q3=c1·F3·р1·t1. (7) Тепло гарячого дуття, яке подається у доменну піч складається із: Q4=Q2+Q3=c4·F4·р4·t4. (8) Враховуючі, (5), (6), (7) та (8) маємо: c4·F4·р4·t4=c2·k·F2·р2·t2+с1·F3·р1·t1. (9) Звідси: t4  c 2  k  F2  p2  t 2  c1 F3  p1 t1 . c 4  F4  p 4 (10) Підставляючи у (10) значення F2 та F4, маємо: t4  t4  45 c 2  k  F2  p2  t 2  c1 F3  p1 t1 ; c 4  k  F1  1  k   F3   p4 c 2  k  F1  F3   p2  t 2  c1 F3  p1 t1 . c 4  F1 p4  k  1  k   F3  c 4  p4 (11) Вважаючи, що t4 є величиною постійною і дорівнює заданому значенню температури гарячого дуття t4зад, тобто: 2 UA 98080 C2 t4=t4зад=const, (12) знайдемо із (11) задане значення F3зад витрат холодного дуття, яке надходить із змішувального повітропроводу 9, яке забезпечить задану температуру дуття t4 зад: F3 зад  5 10 15  (13) Формуємо задане значення, згідно з формулою (13), автоматичному регулятору 19, який керує змішувальним клапаном холодного дуття 20. Автоматичний регулятор 19 витрат швидко відпрацює задану величину. При цьому, якщо поточне значення температури гарячого дуття не дорівнює заданому значенню (t4≠t4зад), що може бути із-за похибки у розрахунках (основа - це не точне визначення частки k) по формулі (13), або похибки вимірювання величини витрат F1, F3 та температур t1, t2, то вводиться корегуючий сигнал по відхиленню поточного значення t4 від заданого t4зад. Тоді скореговане задане значення автоматичному регулятору буде: F3kзад=F3зад±a·(t4зад-t4), (14) де а - коефіцієнт, який визначає величину корекції F3зад. Запропонований метод дозволяє встановити величину частки втрат дуття (1-k) у повітронагрівачах. Для цього, підбираючи у формулі (13) величину k, при якій, t4=t4зад, тобто коли величина корегуючого додатку у формулі (14) буде дорівнювати нулю, ми одержимо фактичне значення коефіцієнта k. Можливо також обчислювати поточне значення коефіцієнта k по формулі. Якщо встановити момент, коли регулятор витрат досягне поточне F3зад=F3, і в цей момент контролювати температури t1, t2 та t4, то згідно з формулою (11) можливо знайти: k 20  kF1 c 2  p2  t2  c 4  p4  t 4 зад . t 4 зад  1  k   c 4  p4  k  c 2  p2  t2  k  c1 p1 t1 F3t 4  c 4  p4  t1 c1 p1 . F1t 2  c 2  p2  t 4  c 4  p4   F3t 2  c 2  p2  t 4  c 4  p4  (15) Застосування запропонованої схеми дозволяє зменшити динамічне відхилення температури гарячого дуття та час регулювання, що забезпечить підвищення точності та швидкодії процесу регулювання температури гарячого дуття. Підвищення якості регулювання відбувається у зв'язку з тим, що при формуванні керуючого впливу враховується температура гарячого дуття на виході із кожного повітронагрівача та втрати дуття на кожному із повітронагрівачів групи. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 Система автоматичного регулювання температури гарячого дуття, яка складається з датчика для контролю поточної температури гарячого дуття, встановленого в повітропроводі гарячого дуття, з'єднаного з колектором, який має відводи із кожного повітронагрівача групи, задавального пристрою температури гарячого дуття та автоматичного регулятора, керуючого змішувальним клапаном холодного дуття, встановленим в змішувальному повітропроводі, а також повітропроводу холодного дуття, яка відрізняється тим, що система додатково має датчики для контролю поточних загальних витрат та поточної температури холодного дуття, поточних витрат холодного дуття із змішувального повітропроводу, поточної температури гарячого дуття із відводів кожного повітронагрівача групи та обчислювальний пристрій, при цьому датчики встановлені в відповідних місцях системи, причому вихід задавального пристрою температури гарячого дуття та вихід кожного із датчиків з'єднані з відповідними входами обчислювального пристрою, а вихід обчислювального пристрою та вихід датчика для контролю поточних витрат холодного дуття із змішувального повітропроводу з'єднані з відповідними входами автоматичного регулятора, керуючого змішувальним клапаном холодного дуття. 3 UA 98080 C2 Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4