Автоматизация трубчатых печей.
Прокачиваемый через змеевик трубчатой печи продукт нагревается за счет тепла обра- зующегося при сжигании топливного газа.
Цель регулирования трубчатых печейподержание постоянства температуры про- дукта на выходе из печи.
Расход исходного продукта Температура исходного продукта Расход топливного газа Количество топливного газа Расход воздуха
Температура воздуха
Потери тепла в окружающую среду
Температура продукта
на выходе Qвых
Рис. 5.17.Структурная схема регулирования трубчатых печей.
Возмущениями объекта являются:
- Расход и температура исходного продукта.
- Теплотворная способность топлива.
- Количество и температура воздуха, подаваемого для сжигания топлива.
- Потери тепла в окружающую среду.
Эти возмущения можно скомпенсировать с помощью АСР температуры продукта на выходе из печи, управляющей подачей топлива в печь. Однако трубчатые печи обладают за- паздыванием по передаче тепла от дымовых газов через стенку змеевика к проходящему по змеевику продукту. Кроме того, переходный процесс по каналу "расход топлива – температу-
ра продукта на выходе" продолжается несколько часов. Поэтому при использовании однокон- турнойАСР динамическая ошибка и время регулирования достигает больших значений.
Вместе с тем температура газов над перевальной стенкой достаточно быстро реагирует на изменение режима работы печи, обусловленное изменением количества топливного газа, подаваемого на сжигание.
Поэтому существенное улучшение качества регулирования температуры продукта на выходе из печи может быть достигнуто применением каскадной схемы регулирования,рис. 5.18, состоящей из регулятора температуры продукта на выходе из печи (корректирующий ре- гулятор), воздействующего на задание регулятора температуры газов над перевальной стенкой (стабилизирующий регулятор), который управляет подачей топлива в печь. Стабилизирующий регулятор начинает компенсировать возникающие возмущения, влияющие на процесс сгора- ния топлива прежде, чем они приведут к изменению температуры продукта.
При резком изменении перегрузки печи по расходу нагреваемого продукта и при нали- чии возмущения по расходу топлива используют также выше описанную схему каскадного регулирования, стабилизирующий регулятор которой воздействует на регулятор соотношения расходов продукта и топлива. В этом случае регулятор соотношения управляет подачей топлива в печь, рис. 5.19.
Рис. 5.18.Схема связанного регулирования процесса в трубчатой печи.
При принудительной подаче первичного воздуха оптимальный его расход, при котором температура в топке принимает максимальное значение поддерживают посредством регуля- тора соотношения топливный газ – воздух",обеспечивающего заданное значение коэффи- циента избытка воздуха, определяющего интенсивность процесса сгорания.
Если при этом теплотворная способность топлива существенно изменяется, то на регу- лятор соотношения направляют корректирующий сигнал от регулятора стабилизации содер- жания кислорода в топочных газах. Это обеспечивает полное сгорание топлива и высокое ка- чество регулирования.
Сильным возмущением режима работы трубчатых печей со стороны топливного газа является изменение его давления. Это изменение компенсируют введением в АСР температу- ры продукта на выходе из печи дополнительного регулятора давления, задание ан который подают от регулятора температуры в топочном пространстве.
Рис. 5.19.Каскадная схема регулирования трубчатой печи с регулятором соотношения "топ-
ливный газ – продукт".
Такие системы обеспечивают качественное регулирование расхода топливного газа, так как расход газа в большой степени зависит от его давления.
Рис. 5.20.Каскадная схема регулирования температуры продукта на выходе с регулятором со- отношения "топливный газ – воздух" и коррекцией по содержанию кислорода в топочных га- зах.
Так как зависимость температуры в топке от соотношения "топливо – воздух" имеет экстремальный характер, при автоматизации трубчатых печей применяют системы экстре- мального регулирования.
На рис. 5.21 экстремальный регулятор отыскивает максимальные значения температу- ры дымовых газов над перевальной стенкой, воздействуя на регулятор соотношения "топлив- ный газ – воздух", управляющий подачей первичного воздуха.
При регулировании соотношения "топливный газ – воздух" необходимо обеспечить меры безопасности, так как при недостатке воздуха в топке может образоваться взрывоопас- ная смесь. Следует предусмотреть ограничения расхода топлива так, чтобы этот расход нико- гда не превышал максимального допустимого значения, соответствующего текущему значе- нию расхода воздуха. При уменьшении расхода воздуха относительно определенного значе- ния нужно обязательно автоматически уменьшать подачу топлива в топку.
Экстремальный регулятор
TRC
TRC
PRC
ЭР
Топливный газ
FFRC
Продукт
Воздух QRC
Рис. 5.21.Схема регулирования температуры продукта в печи с экстремальным регулятором, корректирующим соотношение "газ – воздух".