Proiectarea unui Sistem Numeric de Conducere pentru Instalațiile de Preîncălzire a Aerului - Aplicație pentru Furnalul 5 Sidex Galați

Descrierea instalatiei tehnologice

Pentru încălzirea permanentă a aerului insuflat, un furnal este deservit de 3-4 preîncălzitoare de aer. În timp ce unul sau două preîncălzitoare încălzite în prealabil sunt supuse insuflării aerului spre furnal, celelalte preîncălzitoare se pot afla în stadiul de înăalzire a zidăriei sau pot fi separate în vederea folosirii pentru un ciclu următor de încălzire a aerului.

Cawperele sunt poziţionate în baterii de 3-4 unităţi între suflante şi furnalul propriu-zis, fiind deservit de o serie de instalaţii termoenergetice specifice, pentru transportul şi debitarea fluidelor, precum şi cu utilaje care separă fiecare preîncălzitor de reţeaua propriu-zisă.

Sistemul de automatizare al cawper-elor de la furnalul nr. 5 realizeazã urmãtoarele funcţii:

- achiziţia semnalelor de la traductoare;

- reglare numericã a diferiţilor parametrii:

- optimizarea arderii dupã gazele de ardere respectiv CO şi O2.

- tabilirea reţetei gazelor de combustie pentru cawper din magistrala de utilitãţi.

- monitorizarea funcţionãrii instalaţiei prin:

- afişarea valorilor instantanee ale diferiţilor parametrii grupaţi în 2 sinoptice;

- alarmare la depãşirea valorilor limitã admise pentru fiecare parametru;

- înregistrarea evoluţiei în timp a valorilor parametrilor.

Reprezentarea sistemica a unui cawper este redata in figura de mai jos:

La nivel principial, raportandu-ne doar la schema de functionare strict a unui capwer, fara a lua in considerare schema de alimentare cu combustibil, adica schema in care se realizeaza reteta de bigaz, un preincalzitor poate fi reprezentat sistemic exact ca in figura anterioara.

Intrarile principale care intereseaza in functionare sunt: ‘Aer Combustie’, ‘Bigaz’ si ‘Aer Rece’, iar iesirile principale importante sunt: ‘Aer Cald’ si ‘Gaze Arse’. Trebuie tinut seama de faptul ca intrarile si iesirile de mai sus apartin celor doua regimuri mari de functionare ale unui preincalzitor: regim de combustie si regim de insuflare.

In continuare se vor ilustra sistemic schemele corespunzatoare pentru fiecare din aceste doua regimuri.

Astfel, pentru regimul de combustie schema este redata mai jos:

Obs: pentru regimul de combustie sunt necesare intrarile ‘Aer Combustie’ si ‘Bigaz, iar iesirea care intereseaza este ‘Gaze Arse’.

Pentru regimul de insuflare schema este redata mai jos:

Obs: pentru regimul de insuflare este importanta intrarea ‘Aer Rece’ si suntem interesati de iesirea ‘Aer Cald’.

Daca revenim la modul de formare a retetei de bigaz, trebuie spus ca ea se poate realiza cu ajutorul a trei gaze: gaz de furnal, gaz de cocs si gaz metan. Din motive economice, cu ajutorul puterii calorice diferite a celor trei gaze care permite echilibrarea puterii de ardere a combustibilului format, trebuie spus ca, in principiu, bigazul va fi format din gaz furnal in amestec cu unul din celelalte doua gaze: gaz de cocs sau gaz metan, iar in unele cazuri speciale chiar si in combinatie cu acestea doua.

- Regimul de combustie

Dupa cum s-a aratat anterior in schema de principiu a acestui regim, suntem interesati de cele doua marimi: bigaz si aer de combustie. Evolutia si eficienta acestui proces de combustie se poate studia urmarind temperatura gazelor arse si compozitia acestora, in special concentratia de O2 si de CO. Conditia unei arderi bune este data de concentratia de O2 care trebuie sa fie mai mica de 8%, iar concentratia de CO, care este un gaz foarte toxic, trebuie sa fie cat mai mica, daca se poate tinzand catre 0.

Momentul de comutare intre cele doua regimuri de functionare ale preincalzitorului este dat, in principiu, de temperatura gazelor arse, insa trebuie urmarit tot gradientul de temperatura al cawper-ului, adica: temperatura cupola, temperatura silica, temperatura gratar, si temperatura gaze arse.

- Regimul de insuflare

Referitor la acest regim, exista doua trasee de interes: cel al aerului rece si cel al aerului cald care merge catre furnal. Evolutia si eficienta acestui regim se poate urmari prin gradientul de temperatura pe cawper si temperatura inainte de vasul de amestec, in care intra magistralele de aer cald care provin de la toate cele 4 preincalzitoare.

Etapa I – Alegerea solutiei de automatizare

Vom folosi o schema cu trei regulatoare de debit si unul de temperatura, asemanatoare cu schema de mai jos.

Fig. 1

1. SRA-F1 (Reglarea debitului de bigaz )

Regulatorul 1 este folosit pentru reglarea debitului de bigaz. Se ofera urmatoarele date:

- conducta are: lungimea , diametrul

- coeficientul de debit

- coeficientul de compresie

- debitele componentelor metan ( ) si gaz de cocs (gaz de furnal), si

- functia de transfer a elementului de executie

- domeniul de variatie , iar traductorul are la iesire un curent

a) Calculul modelului de comanda

F0 – valoarea de regim stationar a debitului

Factorului de amplificare al traductorului se determina astfel:

Atunci modelul dinamic al comenzii are forma:

b) Proiectarea comenzii

Se cunoaste functia de transfer a partii fixate:

Cum Tp<<TE , din acest motiv se neglijeaza Tp. Atunci:

Pentru partea fixata a sistemului de reglare se recomanda un algoritm PI care asigura performante corespunzatoare regimului dinamic si stationar.