Импульсное горение и его сравнение с традиционными методами сжигания

Одна из главных функций любой системы управления горения - это регулирование подвода тепла в соответствии с потребностями процесса. При импульсном горении подвод тепла регулируется модуляцией частоты включения в работу горелки или горелок. Горелки работают в режиме «большого» горения в течение контролируемого промежутка времени и затем циклически переключаются в режим «малого» горения или полностью выключаются. Этот цикл повторяется довольно часто и промежуток времени, когда горелка работает в режиме «большого» горения, затем в режиме «малого» горения или отключена, управляется процессорным контроллером. Таким образом, импульсное горение может быть названо частотно-модулированным горением. Каждая горелка управляется независимо от других горелок, что увеличивает гибкость и точность управления.

В традиционных системах сжигания горелки могут работать в диапазоне между «большим» и «малым» горением. Это - пропорциональное сжигание, или же амплитудно-модулированное сжигание. Обычно некоторое количество горелок, которые жестко привязаны друг к другу, разжигаются и контролируются как группа в этой системе. На первый взгляд может показаться, что любая система может обеспечить хорошее и гибкое управление. Это в основном верно, но фактически импульсное или частотно- модулированное горение может контролироваться намного точнее и позволяет получить более высокий уровень характеристик. Преимущества и выгоды от импульсного сжигания есть и они очень существенны и реальны.

Преимущества импульсного горения.

Существенные преимущества, связанные с импульсным горением являются прямым результатом предложенного алгоритма управления, использованного в процессе горения. Эти выгоды заслуживают тщательного объяснения и обсуждения. Импульсное горение действительно представляет собой большое достижение в области сжигания газового топлива. Преимущество, получаемое при импульсном сжигании - более точное и гибкое управление основным процессом горения. Любая система горения нуждается в тщательном контроле природного газа, воздуха для горения и в безопасном подводе их к горелкам. Соотношение воздух/газ должно быть многократно управляемым, и количество воздуха и газа в этом соотношении должно варьироваться, чтобы контролировать подвод тепла в систему и, таким образом, температуру. Как частотно-модулированная (импульсная), так и амплитудно-модулированная (пропорциональная) системы могут это делать, но импульсные системы делают это гораздо лучше. Давайте обсудим преимущества импульсного сжигания детально, акцентируя внимание на том, почему эти преимущества возможны.

Более полное и точное регулирование соотношения воздух/газ и подводимой энергии к системе может быть достигнуто с помощью импульсных систем. Как в импульсных, так и в пропорциональных системах процессорный контроллер определяет, когда требуется больший или меньший подвод тепла, обычно в соответствии с выходными данными температурного датчика (термопары).

Ограничения пропорциональных или амплитудно-модулированных систем лучше всего обсудить, описывая, как такие системы функционируют. В пропорциональной системе выходное устройство контроллера обычно используется для управления дроссельной заслонкой для регулирования количества воздуха для горения. Когда необходим максимальный подвод тепла, заслонка полностью открыта. Когда необходимо меньшее количество тепла, заслонка частично закрыта, но она никогда не закрывается полностью. Она может быть закрыта только в режиме "малого" горения, который согласуется с горелкой и газовой системой управления. Соотношение воздух/газ контролируется газовым регулятором, который связан с дроссельной заслонкой по выходному давлению воздуха.

Импульсные или частотно-модулированные системы имеют множество преимуществ по сравнению с пропорциональными системами. Импульсное сжигание позволяет непосредственно управлять горелкой. Прежде чем управлять амплитудой входящего топлива, импульсная система контролирует частоту и время работы каждой горелки в предопределенном режиме и точно регулирует подачу топлива. Каждая горелка имеет свой собственный пневмоклапан и газовый регулятор. Когда индивидуальная горелка не находится в импульсном режиме при «большом» или максимальном горении, она или остается работать в предварительно настроенном и регулируемом режиме «малого» горения, или полностью отключается. Если использовать метод «малого» горения, то можно получить суммарное соотношение диапазона изменения параметра двадцать к одному. Если цикл горелки остановлен и затем она перезапущена под управлением, то можно достичь соотношения диапазона изменения параметра близкого к бесконечности. Нет никаких промежуточных установок горения с предложенными характеристиками соотношения.

Лучшая температурная однородность в печи обеспечивается рядом причин. Основная причина состоит в том, что каждая горелка управляется индивидуально. Распределение горелок по зонам может быть сделано более гибко. Намного легче и значительно дешевле иметь большое количество зон управления.

Может быть достигнута большая гибкость управления технологическим процессом. Процесс полностью управляется компьютером. Механический контроль и регулирование устранено или минимизировано. В печах периодического действия имеется возможность большего выбора в использовании различных режимов сжигания от одного процесса до следующего. Большее соотношение диапазона изменения параметра позволяет достичь более высокую скорость нагрева без ослабления контроля в пиковой точке температуры. Импульсная система не может работать только в режиме нагрева, она может работать в режиме нагрева и охлаждения. Температура в печи может быть быстро понижена, если это требуется или необходимо, путем использования охлаждающего режима, в котором газовый электромагнитный клапан закрывается, и контролируются только пневмоклапаны. В топку вводится только воздух.

Повышение производительности следует из возможности приспособить процесс сгорания более близко к природе продукта и обеспечить лучшее управление. Широкий диапазон соотношения газ/воздух при импульсном сжигании может позволить ускорить цикл, т.к. процесс отжига продукции ускорится и можно использовать больший размер горелки для увеличения подвода тепла без убыточного управления при «малом» горении. Более высокое качество (изделия) и более низкие потери - прямой результат лучшей температурной однородности и более плотного контроля параметра температура-время. Эта экономия, которую трудно предсказать заранее, может быть очень существенной. Существенная экономия топлива - общее явление, когда импульсные системы заменяют или сравниваются с пропорциональными системами. Одна из главных причин – сохранение точных соотношений воздух-газ в течение всего процесса сжигания. Соотношение воздух- газ может быть установлено очень близко к "совершенному" сжиганию (отношение 10:1) в пике температуры, как в непрерывных печах, так и в печах периодического действия. В зонах предварительного подогрева в туннельных печах или печах непрерывного действия может использоваться избыточный воздух. В печи периодического действия избыточный воздух может использоваться на ранних стадиях сжигания, чтобы выжечь «органику» и усилить воздушную циркуляцию. Безопасность работы может быть легко достигнута в системе сгорания. Компьютер, электронное управление и индивидуальный контроль пламени на каждой горелке позволяют обеспечить высокую безопасность работы. Потеря одного контрольного сигнала пламени по любой причине не влияет на работу других горелок в системе. Когда требуется тепло, система импульсного управления просто игнорирует любую горелку в цикле без контрольного сигнала пламени, и другие горелки компенсируют недостачу до тех пор, пока будет устранена причина дефектного сигнала. Управление от ЭВМ также обеспечивает автоматизированное надежное и простое начало работы печи. Затраты на страхование могут быть существенно уменьшены. Поскольку пламя в горелке Kromschroder очень устойчиво, электроды контроля пламени могут использоваться с высокой степенью надежности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Гущин. С. Н. Казяев М. Д. Расчеты горения топлива Учебное пособие Редакционно-издательский отдел УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, УГТУ-УПИ,8-й учебный корпус.

2. Китаев. Б. И. Теплотехнические расчеты металлургических печей [Текст] / Б.И.Китаев, М.Д.Казяев, Б.Ф.Зобнин [и др.] - Москва.: Металлургия, 1970.- 528с.