Размещено на http://www.allbest.ru/

10

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОМПЬЮТЕРНОГО КОНТРОЛЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА ГАЗА В ГОРНЕ ПЕЧИ

Одним из важнейших путей, направленных на снижение удельного расхода кокса, является существенное повышение использования тепловой и химической энергии газового потока за счет его рационального распределения - как “сверху” путем управления загрузкой шихтовых материалов на колошнике, так и “снизу” путем управления подачей комбинированного дутья, изменением размеров зон горения и формированием потока газов в горне за зоной горения. Первое изучено и разработано в большей мере, чем второе, что связано с трудностями получения первичной информации о процессах в горне.

Процессы в горне являются динамичными и многофакторными. Отслеживанием изменений отдельных параметров не удается точно оценить, в каком направлении пойдут те или иные процессы, из-за чего принятие корректных решений по управлению ходом доменной плавки затруднено. Анализ работы доменных печей при разных параметрах дутья и разном состоянии фурменных очагов показывает, что ориентировка на оценку последних по отдельным дутьевым и конструктивным параметрам не эффективна из-за произвольного, а зачастую и разнонаправленного изменения этих параметров.

Для устранения этого недостатка предлагались комплексные показатели, связывающие как можно большее число параметров дутьевого потока и слоя кокса перед фурмами доменной печи. Так, К.К. Гарднер [1] в качестве такого показателя предложил использовать отношение подъемной силы газа к силе тяжести кусков кокса. Г. Беер и Г. Хейнерт [2] связывали размеры зоны циркуляции с действием подъемной силы, которая создается потоком фурменного газа и стремится вынести куски кокса из циркуляционной зоны, и силы тяжести, которая стремится возвратить куски кокса обратно в зону. Н.К. Леонидов и М.Н. Леонидова [3] связывали размеры зон горения с количеством движения струи дутья, необходимый уровень которого поставили в зависимость от диаметра горна. З.И. Некрасов [4], М.Я. Остроухов [5] и другие в качестве комплексного показателя использовали кинетическую энергию струи дутья. П.Б. Федоров с соавторами [6], взяв за основу кинетическую энергию струи дутья, предложили учитывать также потенциальную энергию потока кокса, сгорающего у фурм. В качестве комплексного показателя предложена также полная энергия потока комбинированного дутья, учитывающая, кроме кинетической энергии, также энергию давления потока комбинированного дутья [7].

При исследованиях горна в качестве критерия для оценки длины зоны горения используют расстояние от торца фурмы по ее оси до точки, в которой содержание СО2 в газе составляет 2 %. Этот критерий - единственный, определяемый экспериментально, - по мнению специалистов, достаточно адекватно отражает влияние изменений активности фурменных очагов горения, включая их физические размеры и состояние газов, на работу доменной печи и показатели плавки.

Для сопоставления влияния отдельных параметров дутья (давления дутья - Рд, ати; температуры дутья - Тд, К; температуры смеси газов в фурме - Тсм, К; фактической скорости дутья - фд, м/с; приведенной к нормальным условиям скорости дутья - од, м/с; фактического расхода дутья на одну фурму - qфд, м3/с; приведенного к нормальным условиям расхода дутья на одну фурму - qод, нм3/с; фактической скорости смеси газов в фурме - ф см, м/с; приведенной к нормальным условиям скорости смеси газов в фурме - о см, м/с; фактического расхода смеси газов на одну фурму - qф см, м3/с; приведенного к нормальным условиям расхода смеси газов на одну фурму - qо см, нм3/с), а также комплексных показателей (фактического количества движения дутья - mфд, кгм/с; приведенного к нормальным условиям количества движения дутья - mод, кгм/с; фактического количества движения смеси газов в фурме - mф см, кгм/с; приведенного к нормальным условиям количества движения смеси газов в фурме - mо см, кгм/с; а также кинетической энергии комбинированного дутья - Ек кд, кДж/с; энергии давления комбинированного дутья - Ед кд, кДж/с и полной механической энергии потока комбинированного дутья - Епм кд, кДж/с) - на длину зоны горения по данным зондирования горна и работы доменных печей объемом 675-5000 м3 [список литературы приведен в работе 7] были получены их парные корреляционные связи (табл.1.1). Формулы, по которым были рассчитаны показатели и параметры для нормальных и фактических условий приведены в работе [7].

Из анализа полученных связей следует, что при увеличении всех перечисленных параметров и комплексных показателей дутья и потока комбинированного дутья (смеси дутья и природного газа) на срезе фурмы длина зоны горения растет. В связи с тем, что корреляционный анализ выполнен по одним и тем же данным, по величине корреляционных отношений полученных связей можно судить не только о тесноте связи, но и о степени влияния каждого из перечисленных параметров и показателей на длину зоны горения. Обращают на себя внимание низкие величины корреляционных отношений для фактической скорости дутья и фактической скорости смеси дутья и природного газа на срезе фурмы. Самые высокие корреляционные отношения получены для связей длины зоны горения с нормальным расходом дутья на одну фурму и нормальным расходом смеси на одну фурму, а также с нормальным количеством движения для дутья и смеси в фурме, энергией давления и полной механической энергией потока комбинированного дутья. Расчеты полных механических энергий потока дутья, выполненных по исследованиям на доменных печах объемом 675-5000 м3, показывают, что в полной механической энергии потока воздушного дутья на срезе фурмы доменной печи кинетическая энергия составляет 1,59-5,59 %, а энергия давления - 94,41-98,41 %. В полной механической энергии потока комбинированного дутья на срезе фурмы кинетическая энергия составляет 2,06-6,96 %, а энергия давления - 93,04-97,94 %, т.е. в величине полной механической энергии потока комбинированного дутья энергия давления имеет ведущее значение в сравнении с кинетической энергией, а в величине энергии давления главную роль играет расход дутья на одну фурму. Полученные более тесные связи именно расходов дутья и смеси газов на одну фурму в сравнении с другими параметрами (в том числе и скоростью) позволяют сделать вывод, что расход воздушного или комбинированного дутья на одну фурму является определяющим фактором изменения длины зоны горения.

Таблица 1.1.

Уравнения корреляции и корреляционные отношения

Уравнение корреляции	Корреляционное отношение
= 0,4337+0,2394·Рд+0,0054·Р2д	з = 0,75
= 0,3412-0,0006·Тд+1,3·10-6·Т2д	з = 0,67
= 4,4758-0,0069·Тсм+3,1·10-6·Т2см	з = 0,54
= 2,6537-0,021фд+6,6·10-5·2фд	з = 0,19
= -1,187+0,0287·од-8·10-5·2од	з = 0,75
= -4,4679+2,4544·qфд-0,2552·q2фд	з = 0,74
= 0,3264+0,1855·qод+0,0316·q2од	з = 0,79
= 0,7068+0,0038·ф см-10-5·2ф см	з = 0,06
= -1,4644+0,0308·о см-8·10-5·2о см	з = 0,76
= 0,2465+0,2449·qо см+0,0124·q2о см	з = 0,80
= -4,5277+2,0246·qф см-0,1727·q2ф см	з = 0,65
= -0,2647+0,0033·(mфд)-2·10-6·(mфд)2	з = 0,77
= 0,2898+0,0025·(mод)-10-6·(mод)2	з = 0,80
= -0,3901+0,0029·(mф см)-10-6·(mф см)2	з = 0,77
= 0,2729-0,0017·(mо см)-6·10-7·(mо см)2	з = 0,81
= 0,4136+0,01·Ек кд-2·10-5·Е2к кд	з = 0,62
= 0,4074+0,0003·Ед кд+7,5·10-8·Е2д кд	з = 0,80
= 0,3359+0,0004·Епм кд+3,9·10-8·Е2пм кд	з = 0,81
= 1,5549-0,0531·Еґд кд+0,0005·(Еґд кд)2	з = 0,64
= 0,752+0,0017·Еґпм кд+1,6·10-5·(Еґпм кд)2	з = 0,47

При оценке роли энергии давления и кинетической энергии в величине полной механической энергии у исследователей фурменной зоны возникает вопрос, требующий объяснения и связанный с тем, что давление дутья - скалярная величина, а скорость - величина векторная. Предполагают, что скорость, а через нее и кинетическая энергия, действуя в направлении изменения длины зоны горения, должны лучше характеризовать изменение длины зоны горения. Предлагается выделить в величине энергии давления ту ее часть, что действует в направлении изменения длины зоны горения, и сравнить ее с кинетической энергией.

Действительно, масса, давление, расход, энергия, в том числе и кинетическая, не имеют направления в пространстве и называются скалярными величинами. Величины, характеризуемые не только численными значениями, но и направлением (для величин, входящих в полную энергию, это только скорость), называются векторными величинами. В зоне горения энергия давления, равно как и кинетическая энергия, расходуются на изменение всего объема зоны, т.е. ее длины, высоты и ширины. Предположим, что зона горения - это шар с диаметром, равным , а кинетическая энергия, выйдя из фурмы с площадью сечения Sф, расходуется только на изменение длины зоны горения и оттесняет слой кокса от фурмы на площади Sф. Тогда часть энергии давления Еґд кд, которая участвует в работе потока в этом направлении, будет меньше полного запаса энергии давления Ед кд на срезе фурмы на величину отношения Sф/Sш. Выполнив корреляционный анализ для значений части энергии давления Еґд кд с длиной зоны горения, получили корреляционное отношение, равное 0,64, которое выше, чем для запаса кинетической энергии потока комбинированного дутья на срезе фурмы (0,62). Надёжность связи части полной энергии (Еґпм кд=Еґд кд+Ед кд) оказалась значительно хуже, чем запаса полной энергии потока комбинированного дутья на срезе фурмы (корреляционное отношение 0,47 против 0,81), несмотря на то, что в составе полной механической энергии потока комбинированного дутья на срезе фурмы кинетическая энергия составляла 41-96 %. Таким образом, вектор скорости не оказывает существенного влияния на изменение размеров зоны горения. Более существенное значение имеет расход дутья на одну фурму, а через него энергия давления и, естественно, полная механическая энергия потока комбинированного или воздушного дутья, учитывающая изменение энергии давления и кинетической энергии потока, а также полная механическая энергия горнового газа, учитывающая выход горнового газа.

Разработаны методики расчета полной энергии для потока комбинированного дутья и полной энергии потока горнового газа. Первый показатель характеризует изменение размеров зон горения, а второй - глубину проникновения газового потока к центру горна.

Частным случаем применения закона сохранения энергии к газовым потокам является уравнение энергии. Запас энергии 1 кг движущегося газа равен сумме энергии давления (компрессии) энергии движения (кинетической) энергии положения и внутренней энергии (точнее - изменения внутренней энергии в связи с изменением температуры, т.к. полностью определить ее сложно).

Полная энергия газового потока в любом сечении равна:

, (1.1)

где Р - абсолютное давление газового потока, Па; с - плотность газового потока, кг/м3; х - средняя скорость газового потока, м/с; g - ускорение свободного падения; z - высота нахождения потока по отношению к некоторой плоскости сравнения м; cv- удельная массовая теплоемкость газового потока при постоянном объеме, Дж/(кгК); Т - температура газового потока, К.

Механической формой уравнения энергии является уравнение Бернулли, составляющее основу прикладной механики газов. Будучи записанным на примере движения несжимаемого газа когда плотность не зависит от давления Р и остается постоянной величиной по всей длине потока от сечения 1 к сечению 2, это уравнение имеет вид:

 (1.2)

где Нтр- энергия движения единицы объема газа, которая в результате трения необратимо перешла в теплоту и, таким образом оказалась потерянной Дж.

Перед разработкой методик расчета полных энергий потока комбинированного дутья и потока горнового газа воспроизведем вывод уравнения полной энергии потока воздушного дутья.

Полная энергия потока воздушного дутья

Воспользовавшись выражением (1.1) и приняв ось фурмы за начало отсчета, запишем уравнение полной энергии потока воздушного дутья на срезе фурмы без учета изменения внутренней энергии:

(1.3)

где mд - массовый расход потока дутья через одну фурму, кг/с; Рд - абсолютное давление дутья, Па (Рд = 101325 + Ри, где Ри - избыточное давление дутья, измеренное прибором, Па); сд - плотность воздушного дутья, кг/м3; хд - средняя скорость потока дутья в фурме, м/с.

Массовый расход и средняя скорость потока дутья могут быть выражены через общий объемный расход дутья Qд (м3/c), количество n и площадь сечения Sф (м2) фурм:

(1.4)

(1.5)

Подставив выражения (4) и (5) в уравнение (3), получим:

(1.6)

Плотность дутья и объемный расход дутья могут быть определены из формул:

где Ро, То - давление и температура при нормальных условиях (101325 Па, 273 К), Па, К, соответственно; од - плотность воздушного дутья при нормальных условиях, кг/м3; Qод - объемный расход дутья при нормальных условиях, измеренный приборами на печи, м3/с, ; Тд - температура дутья, К.

Подставив эти выражения в уравнение (1.6), после соответствующих преобразований получим уравнение для определения полной механической энергии потока дутья на срезе фурмы доменной печи:

(1.7)

Первое слагаемое уравнения (1.7) представляет собой запас энергии давления (компрессии), второе - кинетической энергии, потока нагретого атмосферного дутья.

Полная энергия потока комбинированного дутья

Для определения полной механической энергии потока комбинированного дутья на срезе фурмы доменной печи необходимо в уравнении (1.7) вместо расхода дутья использовать приведенный к нормальным условиям расход газо-воздушной смеси Qосм (м3/с), вместо температуры дутья - температуру смеси Тсм (К), вместо нормальной плотности дутья - плотность смеси при нормальных условиях - осм (кг/м3). Для вычисления указанных параметров газовоздушной смеси необходимо, в первую очередь, определить долю (г) природного газа, сгорающего в полости фурмы доменной печи.

В основу расчета доли сгорающего в фурме газа положены исследования формирования газовой фазы в фурме доменной печи при изменении расхода природного газа. В соответствии с этими исследованиями при расходе природного газа на одну фурму выше 700 м3/ч (приблизительно более 90 м3/т чугуна) содержание СО и СО2 в полости фурмы примерно одинаково и равно в сумме 2,0 %, причем график изменения содержания СО и СО2 имеет тенденцию к насыщению при увеличении расхода газа, поэтому рассчитаем долю сгорающего в фурме природного газа из условия, что содержание CO + CO2 в продуктах сгорания равно 2,0 %.

Запишем реакцию одновременного горения CH4 в CO, CO2, H2 и H2O (для простоты расчетов принято, что природный газ состоит только из CH4):

(1.8)

Из реакции (1.8) следует, что при сгорании гQог природного газа (Qог - нормальный объемный расход природного газа, м3/c) образуется гQог смеси оксида углерода и углекислоты, гQог водорода, столько же влаги и расходуется 1,25гQог кислорода. После сгорания остаточное количество CH4 составляет (1-г)Qог.

Общее количество газовоздушной смеси, образовавшейся при горении природного газа в полости фурмы доменной печи, составит:

(1.9)

Доля сгорающего природного газа в фурме доменной печи может быть найдена из уравнения:

(1.10)

Откуда

(1.11)

Химический состав газовой фазы, образовавшейся в результате сгорания части природного газа, определяем из уравнений:

(1.12)

(1.13)

(1.14)

(1.15)

(1.16)

где О2 - содержание кислорода в дутье, м3/м3.

Нормальную плотность смеси газов определяем по формуле:

(1.17)

Удельную массовую теплоемкость газовой смеси при постоянном объеме cvсм, можно вычислить по формуле:

(1.18)

при этом удельные массовые теплоемкости отдельных компонентов газовой фазы можно определить по формуле:

(1.19)

где cрi - удельные объемные теплоемкости компонентов газовой фазы при постоянном давлении, Дж/(м3К).

Температуру смеси газов в полости фурмы определим из уравнения теплового баланса этой полости:

дутье горновой газ доменный

 (1.20)

где Gд и Gг - количество тепла, внесенное дутьем и природным газом, соответственно, Дж/с; Gнг и Gпг - количество тепла, выделившееся при неполном и полном сгорании природного газа, Дж/с; - удельные объемные теплоемкости соответственно оксида углерода, углекислоты, водорода, влаги, метана, кислорода и азота при постоянном объеме Дж/(м3К), вычисленные по формуле cv'i = cpi - Ri.

Количество тепла, внесенное дутьем и природным газом, а также количество тепла, которое образуется при неполном (до СО и Н2) и полном (до СО2 и Н2О) сгорании части природного газа, находим из выражений:

(1.21)

(1.22)

(1.23)

(1.24)

где сv'д - удельная объемная теплоемкость дутья при постоянном объеме, Дж/(м3К); Тг - абсолютная температура природного газа на входе в фурму, К; qнг=1348,15 кДж/м3, qпг=35608,73кДж/м3 - теплота неполного и полного сгорания СН4 соответственно.

Воспользовавшись разработанной методикой для определения расхода газо-воздушной смеси - Qосм, плотности смеси газов - сосм, удельной теплоемкости смеси - сvсм и температуры смеси - Тсм, можно рассчитать запас полной механической энергии потока комбинированного дутья на срезе фурмы доменной печи:

(1.25)

Полная энергия потока горнового газа

Вышедшая из фурмы струя воздушного или комбинированного дутья образует свободную (разрыхленную) полость с интенсивным движением газов и кусков кокса. На этом участке в струю подводится энергия, связанная с выделением внутренней энергии сгорающего кокса и догорания природного газа. В результате этого состав, масса, температура, плотность и теплоемкость потока горнового газа изменяются не только по отношению к параметрам потока воздушного или комбинированного дутья на срезе фурмы, но и по радиусу горна доменной печи (по длине струи). Подвод энергии в струю дутья (вернее уже в поток горнового газа) изменяет величины энергий компрессии (давления) и внутренней энергии, при этом кинетическая энергия потока дутья интенсивно расходуется в разрыхленной полости. Для определения величины полной механической энергии потока горнового газа Епм гг, например, в очаге горения (определяется по максимуму СО2 в газе по радиусу горна печи), в уравнение (1.7) нужно внести следующие изменения:

(1.26)

где Qогг - выход горновых газов, приведенный к нормальным условиям, м3/с; Тт -температура в зоне горения (теоретическая температура горения), К; согг - нормальная плотность горнового газа в очаге горения, кг/м3.

Выход горнового газа найдем из выражения:

(1.27)

где ц - влажность дутья, м3/м3; k - средний выход водорода при разложении углеводородов природного газа, который изменяется в диапазоне 1,95-2,05 в зависимости от состава газа.

Рассчитать теоретическую температуру горения у фурм, используя оперативную информацию о расходах дутья и природного газа в единицу времени, можно по формуле:

(1.28)

Используя методики полных механических энергий потоков комбинированного дутья и горнового газа, разработали программу расчета промежуточных параметров и показателей полных механических энергий потоков комбинированного дутья и горнового газа.

Программа расчета полных механических энергий потоков комбинированного дутья и горнового газа

Module _ EpmGG - 1

---------------------- Исходные данные---------------------------------------------

d_Pd_Ati Давление дутья (кгс/см2)

d_Qd_Ati Расход дутья (Нм3/мин)

d_Td_Ati Температура дутья (С)

d_Tg_Ati Температура природного газа (С)

t_Df_Ati Диаметр фурмы (м)

t_n Количество работающих фурм (м)

D_Qg_Ati Расход природного газа (Нм3/т)

D_f Влажность

D_O2 Кислород

-----------------------Удельная теплоемкость--------------------------------------

cpD Удельная теплоемкость воздуха

cpO2 кислорода

cpN2 азота

cpH2 водорода

cpCO окиси углерода

cpCO2 двуокиси углерода

cpH2O воды

cpCH4 метана

------------------------------------------------------------------------------------------

Td_CI Температура дутья в К

Pd_CI Давление дутья в Па

Qd_CI Расход дутья в СИ - м3/с

Sf_CI Сечение фурмы

Qg_CI Расход природного газа в СИ

ndGaza Доля сгорающего газа

Qcm_CI Расход смешанного газа

-----------------------Хим. Состав газовой фазы----------------------------------

aCO2 Двуокись углерода

aH2O Вода

aO2 Кислород

aCH4 Метан

aN2 Азот

aH2 Водород

-------------------------------------------------------------------------------------------

Росm Плотность смеси газов

-----------------------Количество тепла---------------------------------------------

Gd_CI Количество тепла внесенное дутьем

Gg_CI пр. газом

Gng_CI Количество тепла выделившееся при неполном сгорании

Module _ EpmGG - 2

Gpg_CI Количество тепла выделившееся при полном сгорании

G_sum Сумма тепла

Tcm_CI Температура смеси газов

Epmkd Полная механическая энергия комбинированного дутья

Qgg_CI Выход горнового газа

Tgg_CI Температура горнового газа

Epgg Полная энергия потока горнового газа

Private d_Pd_Ati As Single, d_Qd_Ati As Long, d_Td_Ati As Long, t_Df_Ati As Single, d_Tg_Ati As Long

Private t_n As Integer, D_Qg_Ati As Single, t_proizv As Long, D_f As Single,

D_O2 As Single

Private cpD As Long, cpO2 As Long, cpN2 As Long, cpH2 As Long, cpCO As Long, cpCO2 As Long

Private cpH2O As Long, cpCH4 As Long, n_Fr As Single

Private Td_CI As Long

Private Pd_CI As Single

Private Qd_CI As Single

Private Sf_CI As Double

Private Qg_CI As Double

Private ndGaza As Double

Private Qcm_CI As Single

Private aCO2 As Single, aH2O As Single, aO2 As Single, aCH4 As Single, aN2 As Single, aH2 As Single

Private Pocm As Double

Private cvD As Long, cvCH4 As Long, cvCO As Long, cvCO2 As Long, cvH2 As Long, cvH2O As Long

Private cvO2 As Long, cvN2 As Long

Private Gd_CI As Double, Gg_CI As Double, Gng_CI As Double, Gpg_CI As Double

Private G_sum As Double

Private Tcm_CI As Double

Private Epmkd As Double

Private Qgg_CI As Double

Private Tgg_CI As Double

Private Epgg As Double

Private Ekkd As Double

Private Lzg As Double

Private Type UT_dim

tu_k_r As Integer

air_r As Integer

O2_r As Integer

Module _ EpmGG - 3

N2_r As Integer

H2_r As Integer

CO_r As Integer

CO2_r As Integer

Par_r As Integer

CH4_r As Integer

End Type

Private UteplG(19) As UT_dim, ObKolFr

-------------------------------------------------------------------------------------------

Publik Sub ReadParamEnergy ()

On Error Resume Next

d_Pd_Ati = gTagDb.GetTag (“furnace\flow\hot_pres”) Давление горячего дутья

d_Qd_Ati = gTagDb.GetTag (“furnace\flow\blow_flow”) Расход дутья

d_Td_Ati = gTagDb.GetTag (“furnace\flow\hot_temp”) Темп горячего дутья

d_Df_Ati = 0.165

t_n = CalcKol_voFurm () Количество работающих фурм

D_Qg_Ati = gTagDb.GetTag (“furnace\flow\nature_gas_Korrekt”) Расход природного газа

D_O2 = gTagDb.GetTag (“furnace\flow\oxyg_flow”) * 200 / 31206 Кислород

D_f = 0.01

Calc_Energy

End Sub

Sub Calc_Energy ()

On Error Resume Next

D_O2 = D_O2 / 100

---------------------------Перевод в единицы СИ----------------------------------

Pd_CI = (1 + d_Pd_Ati ) * 101325

Qd_CI = d_Qd_Ati / 60

Td_CI = d_Td_Ati + 273

Sf_CI = 3.14 * (t_Df_Ati) ^ 2 / 4

-------------------------------------------------------------------------------------------

DimensionUT

For i = 1 To 19

If UTeplG (i) . tu_k_r > Td_CI Then

If Not i = 19 Then

mp1 = UteplG(i) . tu_k_r - Td_CI

mp2 = UteplG(i + 1) . tu_k_r - Td_CI

If mp1 >= mp2 Then

plk1 = i + 1

Else

Module _ EpmGG - 4

plk1 = 1

End If

Else

plk1 = 19

End If

Exit For

End If

Next

cpD = UteplG(plk1) . air_r

cpO2 = UteplG(plk1) . O2_r

cpN2 = UteplG(plk1) . N2_r

cpH2 = UteplG(plk1) . H2_r

cpCO = UteplG(plk1) . CO_r

cpCO2 = UteplG(plk1) . CO2_r

cpH2O = UteplG(plk1) . Par_r

cpCH4 = UteplG(plk1) . CH4_r

------------------------Расход смешанного газа------------------------------------

Qg_CI = D_Qg_Ati * t_proizv / 86400

Qg_CI = D_Qg_Ati / 3600

ndGaza = 0.0203 * (Qd_CI + Qg_CI) / Qg_CI Доля сгорающего природного газа

Qcm_CI = Qd_CI + Qg_CI + 0.75 * ndGaza * Qg_CI

--------------------Хим. состав газовой фазы--------------------------------------

aCO2 = 0.5 * ndGaza * Qg_CI / Qcm_CI * 100

aCO = aCO2

aH2 = ndGaza * Qg_CI / Qcm_CI * 100

aH2O = aH2

aO2 = (Qg_CI * D_O2 - 1.25 * ndGaza * Qg_CI) / Qcm_CI * 100

aCH4 = (1 - ndGaza) * Qg_CI / Qcm_CI * 100

aN2 = 100 - aCO2 - aCO - aH2 - aH2O - aO2 - aCH4

--------------------Нормальная плотность смеси газов--------------------------

Pocm = 1 / 100 * (aCO * 1.25 + aCO2 * 1.963 + aH2 * 0.0898 + aH2O * 0.806 + aO2 * 1.429 + aCH4 * 0.717 + aN2 * 1.25)

-------------------Удельная массовая теплоемкость-----------------------------

cvD = cpD - 372

cvCH4 = cpCH4 - 372

cvCO = cpCO - 372

cvCO2 = cpCO2 - 372

cvH2 = cpH2 - 372

cvH2O = cpH2O - 372

cvO2 = cpO2 - 372

cvN2 = cpN2 - 372

Module _ EpmGG - 5

----------------------Количество тепла, внесенное дутьем----------------------

Gd_CI = cvD * Qd_CI * Td_CI

Gg_CI = cvCH4 * Qg_CI * 273 + d_Tg_Ati

Gng_CI = 1348.15 * 1000 * 0.5 * ndGaza * Qg_CI

Gpg_CI = 35608.73 * 1000 * 0.5 * ndGaza * Qg_CI

G_sum = Gd_CI + Gg_CI + Gng_CI + Gpg_CI

-------------------------------------------------------------------------------------------

Z1 = 0.5 * ndGaza * Qg_CI * (cvCO + cvCO2)

Z2 = ndGaza * Qg_CI * (cvH2 + cvH2O)

Z3 = (1 - ndGaza) * Qg_CI * cvCH4

Z4 = (Qd_CI * D_O2 - 1.25 * ndGaza * Qg_CI) * cvO2

Z5 = aN2 / 100 * Qcm_CI * cvN2

Z_sum = Z1 + Z2 + Z3 + Z4 + Z5

----------------------Температура смеси газов-----!-------------------------------

Tcm_CI = G_sum / Z_sum

Ekkd = 68877.6 * (Pocm * Qcm_CI ^ 3 * Tcm_CI ^ 2) / (t_n ^ 3 * Sf_CI ^ 2 * Pd_CI ^ 2)

Epmkd = 371.2 * (Qcm_CI * Tcm_CI) / t_n + Ekkd

----------------------Выход горнового газа----------------------------------------

Qgg_CI = Qd_CI * (2 * D_O2 + D_f) + 2 * Qg_CI + Qd_CI * (1 - D_O2)

----------------------Теоретическая температура горения-----------------------

TT1 = 1700 * Qg_CI + 10521.9 * D_O2 * (Qd_CI - Qg_CI * (0.5 + (1 - D_O2) / (2 * D_O2))) + 1.4 * Qd_CI * Td_CI + 2340 * D_O2 * (Qd_CI - Qg_CI * (0.5 + (1 - D_O2) / (2 * D_O2))) - 10806 * Qd_CI * D_f

TT2 = 1.5 * (3 + (1 - D_O2) / (2 * D_O2)) * Qg_CI + 1.5 * (2 + (1 - D_O2) / D_O2) * (Qd_CI - Qg_CI * (0.5 + (1 - D_O2) / (2 * D_O2))) * D_O2 + 1.5 * 1.5 * Qd_CI * D_f

Tgg_CI = 273 + TT1 / TT2

------------------------Полная энергия потока горнового газа------------------

Epgg = (371 * Qgg_CI * Tgg_CI) / 20 + Ekkd

Lzg = 0.4826 +1.4 * 10 ^ -7 * Ekkd + 1 * 10 ^ - 13 * Ekkd ^ 2

------------------------Рекомендованное количество фурм----------------------

a_Fr = 371.2 * gTagDb.GetTag(“TehnParam\SAverageQgg_CI”)*gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageTgg_CI”)

b_Fr = 68877.6 * (1.3 * gTagDb.GetTag(“TehnParam\SAverageQgg_CI”) ^ 3 *

gTagDb.GetTag(“TehnParam\SAverageTgg_CI”)^2)/gTagDb.GetTag(“TehnParam\

SAveragePd_CI”)^2

------------------------Средняя Epgg за 30 дней------------------------------------

Epgg_OB = gTagDb.GetTag(“TehnParam\EpggOB”)/30 * 1000

g_Fr = -(2 * a_Fr ^ 3)/(27 * EpggOB ^ 3) - b_Fr / (Epgg_OB * Sf_CI ^ 2)

c_Fr = -a_Fr ^ 2 / (3 * Epgg_OB ^ 2)

h_Fr = a_Fr / (3 * Epgg_OB)

Module _ EpmGG - 6

n_Fr = (-g_Fr / 2 + Sqr (g_Fr ^ 2 / 4 + c_Fr ^ 3 / 27)) ^ 0.333333333 +

(-g_Fr / 2 + Sqr (g_Fr ^ 2 / 4 + c_Fr ^ 3 / 27)) ^ 0.333333333 + h_Fr

WriteParam

End Sub

Sub WriteParam ()

On Error Resume Next

gTagDb.GetTag (“TehnParam\ndGaza”) = ndGaza

gTagDb.GetTag (“TehnParam\Qcm_CI”) = Qcm_CI

gTagDb.GetTag (“TehnParam\Pocm”) = Pocm

gTagDb.GetTag (“TehnParam\Tcm_CI”) = Tcm_CI

gTagDb.GetTag (“TehnParam\Epmkd”) = Epmkd / 1000

gTagDb.GetTag (“TehnParam\Qgg_CI”) = Qgg_CI

gTagDb.GetTag (“TehnParam\Tgg_CI”) = Tgg_CI

gTagDb.GetTag (“TehnParam\Epgg”) = Epgg / 1000

gTagDb.GetTag (“TehnParam\Ekkd”) = Ekkd / 1000

gTagDb.GetTag (“TehnParam\Lzg”) = Lzg

gTagDb.GetTag (“TehnParam\T_n”) = n_Fr

gTagDb.GetTag(“TehnParam\SAverageQgg_CI”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageQgg_CI”) * 0.95 + Qgg_CI * 0.05)

gTagDb.GetTag(“TehnParam\SAverageEpmkd_CI”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageEpmkd_CI”) * 0.95 + Epmkd * 0.05)

gTagDb.GetTag(“TehnParam\SAverageTgg_CI”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageTgg_CI”) * 0.95 + Tgg_CI * 0.05)

gTagDb.GetTag(“TehnParam\SAverageEkkd”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageEkkd”) * 0.95 + Ekkd * 0.05)

gTagDb.GetTag(“TehnParam\SAverageEpgg”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageEpgg”) * 0.95 + Epgg * 0.05)

gTagDb.GetTag(“TehnParam\SaverageT_n”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageT_n”) * 0.95 + T_n * 0.05)

gTagDb.GetTag(“TehnParam\SAveragePd_CI”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAveragePd_CI”) * 0.95 + Pd_CI * 0.05)

End Sub

Sub DimensionUT ()

On Error Resume Next

UTeplG(1).tu_k_r = 273: UTeplG(1).air_r = 1296: UTeplG(1).O2_r = 1305:

UTeplG(1).N2_r = 1294: UTeplG(1).H2_r = 1276: UTeplG(1).CO_r = 1298:

UTeplG(1).CO2_r = 1599: UTeplG(1).Par_r = 1493: UTeplG(1).CH4_r = 1549:

UTeplG(2).tu_k_r = 373: UTeplG(2).air_r = 1299: UTeplG(2).O2_r = 1317:

UTeplG(2).N2_r = 1295: UTeplG(2).H2_r = 1290: UTeplG(2).CO_r = 1301:

UTeplG(2).CO2_r = 1699: UTeplG(2).Par_r = 1504: UTeplG(2).CH4_r = 1641:

UTeplG(3).tu_k_r = 473: UTeplG(3).air_r = 1306: UTeplG(3).O2_r = 1334:

UTeplG(3).N2_r = 1299: UTeplG(3).H2_r = 1296: UTeplG(3).CO_r = 1306:

Module _ EpmGG - 7

UTeplG(3).CO2_r = 1786: UTeplG(3).Par_r = 1522: UTeplG(3).CH4_r = 1758:

UTeplG(4).tu_k_r = 573: UTeplG(4).air_r = 1316: UTeplG(4).O2_r = 1355:

UTeplG(4).N2_r = 1306: UTeplG(4).H2_r = 1298: UTeplG(4).CO_r = 1316:

UTeplG(4).CO2_r = 1861: UTeplG(4).Par_r = 1541: UTeplG(4).CH4_r = 1885:

UTeplG(5).tu_k_r = 673: UTeplG(5).air_r = 1328: UTeplG(5).O2_r = 1376:

UTeplG(5).N2_r = 1315: UTeplG(5).H2_r = 1301: UTeplG(5).CO_r = 1328:

UTeplG(5).CO2_r = 1928: UTeplG(5).Par_r = 1564: UTeplG(5).CH4_r = 2014:

UTeplG(6).tu_k_r = 773: UTeplG(6).air_r = 1342: UTeplG(6).O2_r = 1397:

UTeplG(6).N2_r = 1327: UTeplG(6).H2_r = 1304: UTeplG(6).CO_r = 1342:

UTeplG(6).CO2_r = 1987: UTeplG(6).Par_r = 1598: UTeplG(6).CH4_r = 2139:

UTeplG(7).tu_k_r = 873: UTeplG(7).air_r = 1356: UTeplG(7).O2_r = 1416:

UTeplG(7).N2_r = 1339: UTeplG(7).H2_r = 1307: UTeplG(7).CO_r = 1356:

UTeplG(7).CO2_r = 2040: UTeplG(7).Par_r = 1613: UTeplG(7).CH4_r = 2259:

UTeplG(8).tu_k_r = 973: UTeplG(8).air_r = 1370: UTeplG(8).O2_r = 1433:

UTeplG(8).N2_r = 1353: UTeplG(8).H2_r = 1311: UTeplG(8).CO_r = 1371:

UTeplG(8).CO2_r = 2087: UTeplG(8).Par_r = 1640: UTeplG(8).CH4_r = 2375:

UTeplG(9).tu_k_r = 1073: UTeplG(9).air_r = 1383: UTeplG(9).O2_r = 1449:

UTeplG(9).N2_r = 1366: UTeplG(9).H2_r = 1316: UTeplG(9).CO_r = 1385:

UTeplG(9).CO2_r = 2130: UTeplG(9).Par_r = 1667: UTeplG(9).CH4_r = 2492:

UTeplG(10).tu_k_r = 1173: UTeplG(10).air_r = 1397: UTeplG(10).O2_r = 1463:

UTeplG(10).N2_r = 1379: UTeplG(10).H2_r = 1322: UTeplG(10).CO_r = 1398:

UTeplG(10).CO2_r=2168: UTeplG(10).Par_r=1694: UTeplG(10).CH4_r = 2601:

UTeplG(11).tu_k_r = 1273: UTeplG(11).air_r = 1409: UTeplG(11).O2_r = 1467:

UTeplG(11).N2_r = 1391: UTeplG(11).H2_r = 1328: UTeplG(11).CO_r = 1412:

UTeplG(11).CO2_r=2202: UTeplG(11).Par_r=1722: UTeplG(11).CH4_r = 2697:

UTeplG(12).tu_k_r = 1373: UTeplG(12).air_r = 1420: UTeplG(12).O2_r = 1488:

UTeplG(12).N2_r = 1402: UTeplG(12).H2_r = 1335: UTeplG(12).CO_r = 1424:

UTeplG(12).CO2_r=2233: UTeplG(12).Par_r=1749: UTeplG(12).CH4_r=2784:

UTeplG(13).tu_k_r = 1473: UTeplG(13).air_r = 1432: UTeplG(13).O2_r = 1499:

UTeplG(13).N2_r = 1413: UTeplG(13).H2_r = 1342: UTeplG(13).CO_r = 1435:

UTeplG(13).CO2_r=2262: UTeplG(13).Par_r=1776: UTeplG(13).CH4_r=2861:

UTeplG(14).tu_k_r = 1573: UTeplG(14).air_r = 1442: UTeplG(14).O2_r = 1509:

UTeplG(14).N2_r = 1424: UTeplG(14).H2_r = 1350: UTeplG(14).CO_r = 1445:

UTeplG(14).CO2_r=2288: UTeplG(14).Par_r=1802: UTeplG(14).CH4_r=2930:

UTeplG(15).tu_k_r = 1673: UTeplG(15).air_r = 1452: UTeplG(15).O2_r = 1519:

UTeplG(15).N2_r = 1434: UTeplG(15).H2_r = 1358: UTeplG(15).CO_r = 1456:

UTeplG(15).CO2_r=2312: UTeplG(15).Par_r=1822: UTeplG(15).CH4_r = 2990:

UTeplG(16).tu_k_r = 1773: UTeplG(16).air_r = 1461: UTeplG(16).O2_r = 1528:

UTeplG(16).N2_r = 1443: UTeplG(16).H2_r = 1366: UTeplG(16).CO_r = 1465:

UTeplG(16).CO2_r=2334: UTeplG(16).Par_r=1851: UTeplG(16).CH4_r=3060:

UTeplG(17).tu_k_r = 1873: UTeplG(17).air_r = 1470: UTeplG(17).O2_r = 1537:

UTeplG(17).N2_r = 1452: UTeplG(17).H2_r = 1374: UTeplG(17).CO_r = 1474:

UTeplG(17).CO2_r=2354: UTeplG(17).Par_r=1875: UTeplG(17).CH4_r=0:

Module _ EpmGG - 8

UTeplG(18).tu_k_r = 1973: UTeplG(18).air_r = 1478: UTeplG(18).O2_r = 1545:

UTeplG(18).N2_r = 1460: UTeplG(18).H2_r = 1382: UTeplG(18).CO_r = 1481:

UTeplG(18).CO2_r = 2373: UTeplG(18).Par_r = 1898: UTeplG(18).CH4_r = 0:

UTeplG(19).tu_k_r = 2073: UTeplG(19).air_r = 1486: UTeplG(1).O2_r = 1553:

UTeplG(19).N2_r = 1468: UTeplG(19).H2_r = 1391: UTeplG(19).CO_r = 1489:

UTeplG(19).CO2_r = 3390: UTeplG(19).Par_r = 1920: UTeplG(19).CH4_r = 0:

End Sub

Function CalcKol_voFurm ()

ObKolFr = 0

For Fr = 1 To 24

If gTagDb.GetTag(“Delta \ F” + LTrim (str(Fr))) > 2 Then

ObKolFr = ObKolFr + 1

End If

Next

CalcKol_voFurm = ObKolFr

End Function

Mod_EggAverage - 1

Public Sub EpggAverage ( )

On Error Resume Next

gTagDb. GetTag (“TehnParam\EpggOB”) = 0

For ti = 1 To 30

'MslDate = Format (ComboBoxl .Value, “yymmdd”)

MslDate = Format (Date - ti, “yymmdd”)

Set mConnectionA = New ADODB. Connection

mConnectionA.CursorLocation = adUseClient

mConnectionA. Provider = “MSDASQL. 1;”

mConnectionA. CommandTimeout = 1000

mConnectionA. Open “Persist Security Info=False; Data Source=DBase_v4; Initial Catalog=D: \DLG LOG\TEHPARAM”

h_SQLStr = “Select * From” + MslDate + “AW”

Set qRecordsetControl = New ADODB. Recordset

qRecordsetControl.Open h_SQLStr, mConnectionA, adOpenKeyset, adLockOptimistic

qRecordsetControl .MoveFirst

Iu = 0

Psuml = 0: Psum2 = 0: Psum3 = 0: Psum4 = 0: Psum5 = 0: Psum6 = 0: Psum7 = 0: Psum8 = 0: Psum9 = 0

With qRecordsetControl

Do While Not . EOF ( )

Psuml = Psuml + .Fields (4)

Psum2 = Psum2 + .Fields (6)

Psum3 = Psum3 + .Fields (8)

Psum4 = Psum4 + .Fields (10)

Psum5 = Psum5 + .Fields (12)

Psum6 = Psum6 + .Fields (14)

Psum7 = Psum7 + .Fields (16)

Psum8 = Psum8 + .Fields (18)

Psum9 = Psum9 + .Fields (20)

Iu = Iu + 1

.MoveNext

Loop

End With

If Iu > 0 Then

gTagDb.GetTag(“TehnParam\Ekkd” + LTrim(str(ti))) = Psum2 / Iu

gTagDb.GetTag(“TehnParanAEpgg” + LTrim(str(ti))) = Psum1 / Iu

gTagDb.GetTag(“TehnParam\D” + I/Trim(str(ti))) = Format(Date - ti,

“ddmmyy”)

'gTagDb.GetTag(“TehnParam\EkkdOB”) =

gTagDb.GetTag(“TehnParam\EkkdOB”) + (Psum2 / Iu) / 1000

gTagDb.GetTag(“TehnParam\EpggOB”) = gTagDb.GetTag(“TehnParam\EpggOB”) + Psum1 / Iu

End If

Next

End Sub

Данная программа написана с использованием пакетов прикладных программ RSLogix, RSView фирмы Rockwell Automation, разработанных для программирования контроллеров Allen Bradley. Программа содержит компоненты, написанные на Visual Basic с использованием технологии ActiveX, разработанной фирмой Microsoft.

Расчеты производятся в реальном времени, что позволяет вести непрерывный контроль за анализируемыми параметрами.

Входными данными для системы являются:

- давление холодного дутья, кгс/см2;

- расход холодного дутья, нм3/мин;

- температура дутья, С;

- температура природного газа, С;

- диаметр фурмы, м;

- количество работающих фурм, шт.;

- расход природного газа, нм3/ч;

- влажность, %;

- содержание кислорода, %.

Исходные данные, измеренные датчиками, поступают на аналого-цифровой преобразователь, который преобразует сигнал в цифровую форму. Данные по сети ControlNet передаются во входную таблицу данных контроллера Contr Logix, где они приводятся к инженерным единицам измерения. В дальнейшем полученные данные посредством ОРС сервера поступают в приложение VB (на ПК) - где и производятся основные расчеты. Расчетные данные передаются в базу данных RSView с тем чтобы, используя средства визуализации передавать графики на экран дисплея.

Расчетными параметрами для данной системы являются:

- температура смеси газов в фурме;

- доля природного газа сгорающего в фурме;

- расход газо-воздушной смеси в фурме;

Рис. 1.1. Экранная форма изменения полных энергий потоков комбинированного дутья и горнового газа за 11.06.04 г.



Рис. 1.2. Экранная форма изменения полных энергий потоков комбинированного дутья и горнового газа за 10.06.04 г.



Рис. 1.3. Экранная форма изменения теоретической температуры горения и средняя длина зоны горения за 11.06.04 г.



Рис. 1.4. Экранная форма рекомендуемого числа работы фурм на печи за 11.06.04 г.

- выход горнового газа;

- теоретическая температура горения;

- кинетическая энергия комбинированного дутья;

- полная энергия комбинированного дутья;

- полная энергия горнового газа,

- рекомендуемое число открытых на печи фурм.

- средняя длина зоны горения.

Расчеты полных энергий интегрированы в систему визуализации технологического процесса, предназначенную для технологов ДП №9, и вызывается из дисплея “Параметры печи” нажатием на кнопку “Технологические расчеты”. В видеокадрах “Технологические расчеты” (рис. 1.1-1.4) основные параметры выведены на графики. Графики строятся на основе рассчитанных данных. Полученные результаты сохраняются на жестком диске за последние 30 суток в базе данных формата Dbase V.

Размещено на Allbest.ru