Быстрый поиск

Реферат: Автоматическое управление сжиганием топлива с учетом его состава и кислородного потенциала

Разработка АСУ ТП.

В соответствии с проведенным анализом способа регулирования коэффициента расхода воздуха можно провести синтез системы управления сжиганием топлива с учетом его состава и кислородного потенциала печной атмосферы. Функциональная схема системы приведена на рис.1.

Система синтезирована на базе комплекса программ для микро-ЭВМ и содержит минимальное число физических элементов – средств автоматизации. Такой подход продиктован стремлением обеспечить высокие метрологические характеристики системы, так как любое дополнительное средство автоматики при отработке возложенной на него функции, а таких функций в системе очень много, неизбежно вносит свою долю в увеличение общей погрешности работы системы. Точность же выполнения расчетов с помощью микро-ЭВМ можно обеспечить на порядок, а то и на два выше, чем с помощью специализированных блоков, реализующих тот же алгоритм расчета.

Исходя из этого, в состав системы включены только первичные преобразователи - датчики. Для исключения запаздывания в отработке управляющих воздействий, связанных с настройкой регуляторов и усилителей мощности, в системе предусматривается прямое цифровое управление двигателями при регулирующих клапанах газа и воздуха и учет люфтов в их сочленениях.

Состав системы

Система включает в себя следующие контуры Контур управления температурой в зоне (на рис.1 не показан). Контур состоит из: термоэлектрического преобразователя, установленного в своде печи, нормирующего преобразователя, обеспечивающего согласование выходного сигнала термоэлектрического преобразователя с уровнем входных сигналов микро-ЭВМ, программы управления расходом топлива Pr.УТ и программы управления регулирующим органом на газопроводе зоны Pr.Ут. Задание в этот контур поступает от системы оптимизации режима нагрева металла, которая рассчитывает задание температуры для каждой зоны печи. Программ же Pr.УТ и Pr.Ут по одной. Обслуживание зон осуществляется в цикле. При этом при переходе к соответствующей зоне из памяти берутся специфические для нее параметры: коэффициент усиления по каналу температура-топливо при текущем расходе и теплоте сгорания топлива; скорость перемещения регулирующего органа и его расходная характеристика вблизи занимаемого положения; величина люфта в случае движения в выбранном и обратном направлении и т.п. Все параметры первоначально вводятся в память ЭВМ, а затем в процессе работы непрерывно адаптируются по результатам регулирующих воздействий. Такой подход позволяет уже первым регулирующим воздействием устранить минимум 90% рассогласования между контролируемым параметром и его заданным значением, т.о. снизить отклонение сразу практически на порядок, одновременно избежав перерегулирования и ввода систем в автоколебания

Контур регулирования давления в рабочем пространстве печи (на рис.1 не показан) включает в себя датчик давления с нормированным выходным сигналом, программу управлением давлением Pr.УР, и программу управления регулирующим органом Pr.Ур, установленном в дымоотводящем тракте. Задание для контура формируется программой Pr.р(з), обрабатывающая поступающие к ней сигналы о величине содержания кислорода в продуктах сгорания на выходе из печи от заданного значения, о положении заслонок окна выдачи металла и о величине задания, устанавливаемого оператором, исходя из режима работы дымососов и котлов-утилизаторов.

Программа Pr.УР использует при своей работе хранящиеся в памяти и непрерывно адаптируемые специфические параметры, позволяющие точно рассчитывать необходимое перемещение дымового клапана, а программа Pr.Ур – точно отрабатывать рассчитанное перемещение. Адаптация коэффициентов производится по результатам регулирующих воздействий.

Контур управления расходом воздуха включает в себя средства измерения перепадов давления на диафрагме, установленной на подводе газа в зоне, давления и температуры воздуха перед диафрагмой, а также программы вычисления фактического расхода воздуха Pr.В(ф), управления расходом воздуха Pr.УВ(ф) и управления регулирующим органом на воздухопроводе Pr.Ув. Задание в этот контур поступает от программы, рассчитывающей заданный расход воздуха Pr.В(з) и корректируется внутри контура по сигналу обратной связи, вырабатываемому программой Pr.DO2. Количество контуров управления равно числу зон. Программы Pr.УВ(ф) и Pr.Ув работает в цикле аналогично программам Pr.УТ и Pr.Ут, при этом программы Pr.Ут и Pr.Ув связаны между собой,, что позволяет минимизировать запаздывание в отслеживании изменения расхода топлива и снизить динамическую ошибку

поддержания коэффициента расхода воздуха. Программы Pr.В(ф) всех зон связаны между собой, что позволяет учитывать режим работы предыдущих зон.

Контур расчета заданного расхода воздуха состоит из программы определения фактического расхода топлива Pr.Т(ф), на вход которой подключены средства измерения перепада на диафрагме, установленной на подводе топлива к зоне и температуры топлива, программы формирования текущего заданного значения коэффициента расхода воздуха Pr.n и программы коррекции Pr.Dn, учитывающий топливную нагрузку зон. Программы Pr.Т(ф) всех зон связаны между собой, что также позволяет учитывать режим работы предыдущих зон.

Контур расчета отохиометрического соотношения состоит из программы расчета соотношения Pr.n* и программы расчета ожидаемого содержания кислорода в топливе, являющийся контуром адаптации для программ Pr.B* и Pr.УВ(ф).

Контур контроля фактического содержания кислорода в продуктах горения в зоне состоит из датчика кислородного потенциала, датчика температуры в точке контроля, их нормирующих преобразователей и программы вычисления фактического содержания кислорода.

В программе коррекции Pr.DO2 рассчитанное значение сравнивается с фактическим, определяется отклонение и возможность появления его при измеренном значении в зоне. Если отклонение возникло не в результате влияния давления, а в результате ошибки либо в задании расхода воздуха, либо в обработке,то величина управляющего воздействия в Pr.УВ(ф) корректируется.

Контур контроля за составом смешиваемых газов состоит из программ расчета ожидаемой теплоты сгорания, плотности и состава коксового газа – Pr.qк , Pr.rк и Pr.Ск; доменного газа - Pr.qд , Pr.rд и Pr.Сд; природного газа – Pr.qп и Pr.Сп. Программы собраны в блоки, относящиеся к соответствующему газу. На входы блоков подаются сигналы, позволяющие получать оценки для параметров на основе известного режима работы поставщиков данного газа. Для коксового газа – это число и номера работающих коксовых батарей, смена шихты, на которой они работают, количество прямого коксового газа, поступающего от коксового крыла и количество богатого газа от химического крыла. Эти данные вводятся в блок автоматически или диспетчером и определяют достаточно точно состав коксового газа, поступающего к газосмесительной станции. Ошибка в определении состава уменьшается за счет воздействия контура адаптации, реализуемого программой Pr.DСк. Для доменного газа влияющие факторы – число и номера работающих доменных печей, состав шихты и количество природного газа, вдуваемого в печи. Уточняющий сигнал идет из программы Pr.Dqп в случае, если все корректирующие и уточняющие сигналы обработаны, но полного совпадения конечных рассчитанного и фактического значения не достигнуто. Контуры определения расходов смешиваемых газов состоят из датчиков перепада давления на диафрагмах, установленных на соответствующих газопроводах, датчика температуры окружающей среды, его нормирующего преобразователя и программ расчета расходов доменного, коксового и природного газов Pr.Д , Pr.К и Pr.П , соответственно. Каждая из программ получает сигнал о плотности соответствующего газа, чем минимизируется ошибка расчета. Кроме этого программа Pr.Д получает на вход сигнал о давлении газа, так как давление доменного газа перед газосмесительной станцией изменяется в широких пределах.

Контур расчета количества и процентного состава топлива состоит из программ расчета общего количества топлива Pr.Т и программ расчета доли каждого из газов в топливе Pr.a д , Pr.a к и Pr.a п.

Контур определения теплоты сгорания топлива состоит из датчика теплоты сгорания мерного объема топлива, нормирующего преобразователя, программы расчета теплоты сгорания по расходам, долям и составам смешиваемых газов Pr. q(p) и программы расчета теплоты сгорания топлива Pr. qт.

Контур адаптации определения состава смешиваемых газов и расчета долей доменного и природного газов в топливе состоит из программ Pr.D Ск , Pr.D Сд, Pr.a д и Pr.a п.

Математическое описание объекта.

Каждой комбинации газов (Д, К, П) при заданных теплоте сгорания(Д, К, П) и содержании коксового газа в топливе (К) и определяемый как:

N = 3822 (nQ-1) + 673 (nд-1) + 91(nк-7) +(nп-17) naк (1)

где nQU, naк - номера значений теплоты сгорания и содержание коксового газа в топливе;

nд, nк, nп - номера газов.

Определяется доля доменного (Д) и природного (П) газов, входящих в данную комбинацию, при заданных q(N) и q, т. е. в топливо N.

; (2)

; (3)

где: - теплота сгорания доменного, коксового и природного газов, входящих в топливо и номер.

Для анализа влияния температуры подогрева воздуха дополнительно рассчитывается и при заданных

Тепло, выносимое воздухом, определяется как: ; (4)

Общее тепло, как: . (5)

При всех колебаниях смешиваемых газов и их количество в топливе набор чистых газов в нем остается все же ограниченным, что позволяет рассматривать топливо как результат смешения чистых газов, минуя промежуточные стадии, и рассчитать результаты сжигания как сумму результатов сжигания отдельных чистых газов, составляющих топливо. В отличии от классических методов расчета такой метод сопровождается некоторой погрешностью, но позволяет значительно упростить сам процесс расчета.

Теплота сгорания i газа определялась как сумма теплоты сгорания горючих составляющих с учетом их содержания в газе и без учета возможного взаимодействия при горении. Суммировались все 16 составляющих.

; (6) где: и - содержание и теплота сгорания к -го компонента в i -ом газе.

Аналогично для плотности i -го газа: ; (7) В соответствии с данными табл. 1., относящимся к каждому к -ому компоненту i -го газа, определялось теоретически необходимое для полного

Таблица № 1. Физико-химические характеристики топлива.

К	компо нент	теплота сгорания МДЖ/М3	теор. Кол-во М3/М3 О2 возд		Содер Газа, % встех. Смеси	образуется при сгорани, м3/м3 СО2 Н2О SО2 О2 N2					молек масса кг	плотность, кг/м3
1	Н2	10.789	0.5	2.38	29.60	0.0	1.0	0.0	0.00	1.88	2.0	0.900
2	СО	12.627	0.5	2.38	29.60	1.0	0.0	0.0	0.00	1.88	28.0	1.260
3	Н2S	23.154	1.5	7.14	12.30	0.0	1.0	1.0	0.00	5.64	34.0	1.521
4	СН4	35.830	2.0	9.52	9.50	1.0	2.0	0.0	0.00	7.52	16.0	0.716
5	С2Н4	59.055	3.0	14.28	6.55	2.0	2.0	0.0	0.00	11.28	28.0	1.251
6	С2Н6	63.786	3.5	16.66	5.66	2.0	3.0	0.0	0.00	13.16	30.0	1.342
7	С3Н8	91.280	5.0	23.80	4.03	3.0	4.0	0.0	0.00	18.80	44.0	1.967
8	С4Н10	118.675	6.5	30.94	3.13	4.0	5.0	0.0	0.00	24.44	58.0	2.593
9	С5Н12	146.120	8.0	38.08	2.56	5.0	6.0	0.0	0.00	30.08	72.0	3.219
10	СМНN	71.175	3.0	14.33	6.52	2.0	2.0	0.0	0.00	11.28	0.0	1.251
11	С6Н6	153.570	7.5	35.70	2.73	6.0	3.0	0.0	0.00	28.20	78.0	3.485
12	С6Н14	173.620	9.5	45.22	2.16	6.0	7.0	0.0	0.00	35.72	86.0	3.845
13	С7Н16	201.120	11.0	52.36	1.87	7.0	8.0	0.0	0.00	41.36	100.0	4.471
14	О2	0.000	-1.0	- 4.76	0.00	0.0	0.0	0.0	0.00	-3.756	32.0	1.428
15	N2	0.000	0.00	0.00	0.00	0.0	0.0	0.0	0.00	1.00	28.0	1.250
16	Н2О	0.000	0.00	0.00	0.00	0.0	1.0	0.0	0.00	0.00	18.0	0.804
17	СО2	0.000	0.00	0.00	0.00	1.0	0.0	0.0	0.00	0.00	44.0	1.964
18	SО2	0.000	0.00	0.00	0.00	0.0	0.0	1.0	0.00	0.00	64.0	2.858
19	возд.	0.000	- 0.2	-1.00	0.00	0.0	0.0	0.0	0.21	0.79	28.8	1.293