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Einrichtung zur automatischen Regelung der Betriebsweise träger Industrieöfen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Regelung und Kontrolle träger Industrieöfen, z. B. Glaswannen, Drehrohröfen, die es möglich macht, den Ofenbetrieb voreilend zu regeln.
Z. B. bei der Zementherstellung ist es im allgemeinen üblich, die dabei benutzten maschinellen Einrichtungen im wesentlichen von Hand zu steuern. Dies geschieht auf Grund laufender, feuertechnischer Überwachungen, die in bekannter Weise durch anzeigende oder registrierende Messgeräte, z. B. Zugund Temperaturmesser, Druckmesser, 0-Messgeräte od. dgl., am Ofensystem durchgeführt werden.
Es sind aber auch schon Vorrichtungen zur Prüfung von einzelnen Faktoren bekannt, die für den Betrieb eines Industrieofens wichtig sind. Diese werden auch bei trägen Öfen verwendet, z. B. Schnellprüfer für Gas oder Heizwertschreiber. Beide Vorrichtungen befriedigen jedoch nicht, da der Schnellprüfer nur für Gasfeuerung, jedoch nicht für Kohlenstaubfeuerung verwendbar ist. Dies trifft auch für den Heizwertschreiber zu. Auch ist die Kontrolle und Regelung des Ofenbetriebes, die lediglich von der Temperatur ausgeht, nicht zweckmässig und ungenügend, weil je nach Ofenart unter Umständen mehrere Stunden, bei einer Glaswanne sogar bis zu 24 Stunden vergehen können, bis etwa eine Brennstoffverstellung sich voll auf den Ofenbetrieb ausgewirkt hat.
Besondere Schwierigkeiten entstehen vor allem dann, wenn mit der Flamme als Mittel der Wärmeübertragung direkt gearbeitet wird, wie z. B. bei Siemens-Martin-Öfen, Glasschmelzöfen, keramischen Brennöfen oder Zementbrennöfen. Ferner beeinflussen Qualitätsschwankungen des Brennstoffes nicht nur die Temperatur, sondern auch die Länge der Flamme und die Temperaturverteilung in ihr. Schliesslich bleiben bei allen bisher bekannten Einrichtungen alle weiteren, für den Betrieb von Industrieöfen wichtigen Faktoren unberücksichtigt, wie Primär- oder Sekundärluftmengen bzw. Mischluftmenge für spezielle Brenner, Ofenzug, die bereits erwähnte Flammenlänge mit der Temperaturverteilung in der Flamme und zuletzt die Abgaszusammensetzung.
Alle diese Grössen lassen sich namentlich an Öfen mit grosser thermischer Kapazität, hohen Temperaturen und langer Verweilzeit des Wärmegutes oft nur sehr schwer, ungenau oder gar nicht messen, vor allem jedoch nicht gleichzeitig in ihrer Gesamtheit. Wird die Solltemperatur des zu brennenden oder zu schmelzenden Materials überoder unterschritten, so wird die Energiezufuhr entsprechend verändert. Anstatt sie aber nun schon von dem Zeitpunkt ab zu normalisieren, in dem die Energie Veränderung ausreichen würde, um den gewünschten Erfolg, nämlich die Wiederherstellung der Solltemperatur des Brenn-oder Schmelzgutes, herbeizuführen, war es wegen der Trägheit der Öfen notwendig, die Energieveränderung so lange andauern zu lassen, bis das Brenn- oder Schmelzgut seine Solltemperatur tatsächlich wieder erreicht hat.
Hiebei erfolgt jedoch ein Überschreiten des Sollwertes in der ändern Richtung, so dass nun der Regler die Energiezufuhr entgegengesetzt ändert, wobei jedoch die Temperaturänderung noch in der alten Richtung über den Sollwert hinaus erfolgt, bis sie schliesslich umkehrt und nun erst im Sinne der geänderten Brennstoffzufuhr läuft. Es erfolgt also eine Überregelung, bei der die Regelgrösse mit oft erheblichen Abweichungen um den Sollwert pendelt. Ebenso pendelt die Stellgrösse, d. h. in diesem Falle die Energiezufuhr, in erheblichem Masse um einen Mittelwert. Dazu kommt noch, dass die Schwingung der Regelgrösse in verzögerter
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Phasenlage zur Stellgrösse erfolgt. Unter günstigen Bedingungen klingt dieser Schwingungsvorgang allmählich ab und es wird nach gewisser Zeit der Sollwert eingeregelt.
Unter ungünstigen Umständen tritt dies jedoch auch manchmal gar nicht ein. Deshalb gilt es also einen Weg zu finden, die Tot- bzw. Anlaufzeit eines trägen Industrieofens zu ermitteln und durch geeignete Regelungseinrichtungen zu eliminieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Regelung der Betriebsweise träger Industrieöfen, z. B. der bezeichneten Art. Die erfindungsgemässe Einrichtung beseitigt nicht nur die eingangs genannten Mängel, sondern schafft auch gleichzeitig die bisher fehlenden Möglichkeiten einer schnell reagierenden Regelung und Kontrolle über bisher nicht oder nur schwierig erfassbare Betriebsgrössen.
Das Wesen der Erfindung besteht nun darin, dass dem Industrieofen ein verkleinerter, durch Abzweigleitungen der Betriebsstoffzuleitungen des Industrieofens gespeister, verhältnisgleich arbeitender Modellofen zugeordnet ist, dessen Abgasleitung in die Kaminleitung des Industrieofens mündet, und in dem durch an sich bekannte Regler alle Regelgrössen für den Industrieofen gemessen und Abweichungen von den Sollwerten korrigiert und die Korrekturen durch mit den Reglern gekoppelte und von diesen betätigte Verstellorgane, z. B. Schieber, Klappen, Ventile, proportional auf den Industrieofen übertragen werden. In die Abgasleitung des Modellofens ist ein Abgasprüfer geschaltet, der bei Sollwertabweichungen die Mengenregler beeinflusst, die das Brennstoff-Luftzufuhr-Verhältnis des Modellofens ändernde Verstellorgane betätigen.
Der Industrieofen ist mit zusätzlichen an sich bekannten Regeleinrichtungen ausgerüstet, die Betriebsstörungen anzeigen und das den Störungen angepasste Verhältnis den andern Reglern aufgeben.
Der neben den zu kontrollierenden und zu regelnden Industrieofen geschaltete Modellofen wird unter den verhältnisgleichen Bedingungen betrieben wie der Industrieofen selbst. Im Modellofen werden alle interessierenden Regelgrössen jeweils verhältnisgleich abgebildet und die einzelnen, für die Regelung des Industrieofens massgebenden Faktoren gemessen. Etwaige Abweichungen von den Sollwerten werden, wie bereits erwähnt, durch an sich bekannte Regelungseinrichtungen (Regler) korrigiert und proportional auf den Industrieofen übertragen. In seiner einfachsten Form kann der Modellofen als Brenner aus einem Rohr bestehen und durch entsprechend verfeinerte Konstruktion jedem speziellen Zweck angepasst werden. In jedem Falle unterscheidet er sich vom Industrieofen durch eine bedeutend kleinere spezifische Wärmekapazität.
Deshalb treten Veränderungen der Temperatur und der weiteren, oben aufgezählten Faktoren der Ofenführung bei ihm früher in Erscheinung als beim Industrieofen, und entsprechend früher treten die Regelungseinrichtungen in Funktion. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Modellofen in seiner Formgebung den jeweils verschiedenen Messzwecken angepasst werden kann.
In der Zeichnung ist die Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform rein schematisch dargestellt.
Der Modellofen 1 steht zum Industrieofen 2 in einem je nach Zweckmässigkeit verschieden zu wählenden Grössenverhältnis, z. B. l : 20 oder 1 : 50 usw. Der Modellofenl, der eine kleinere spezifische Wärmekapazität hat, wird über die Abzweigungen 5 und 6 der Brennstoffzuleitung 3 und Luftzuleitung 4 des Industrieofens 2 gespeist. In einem gleichen, dem Grössenverhältnis entsprechenden Verhältnis, welches durch an sich bekannte Regelungseinrichtungen, hier die Mengenregler 7 und 8, konstant gehalten wird, wird den Modellöfen durch besagte Leitungen 3,4, 5, 6 Brennstoff und Luft zugeführt. Die Abgase werden in einer gemeinsamen Abgasleitung 9 vereinigt.
Vorher werden jedoch die Abgase des Modellofens 1 mit Hilfe eines der bekannten Abgasprüfer 10 analysiert und der Sollwert im Folgemengen- regler 11 für das Verhältnis Brennstoff (Luft bei Abweichung von der eingestellten Soll-Zusammensetzung geändert. Die weiterhin je nach Industriezweig interessierenden Regelgrössen werden am Modellofen 1 ebenfalls gemessen, so z. B. die Temperatur und der Druck des Modellofens, ebenfalls mit an sich bekannten Temperatur- und Druckreglern 12,13. Die Regelgrössen bzw. Messgrössen werden durch die Messfühler 5a und 6a usw. erfasst, den Reglern zugeleitet, von diesen in entsprechende Stellbefehle umge-
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Damit ist der Betrieb des Modellofens 1 geregelt.
Daran schliesst sich die Übertragung der Regelimpulse auf die Verstellorgane 3b, 4b des Industrieofens 2, die seine Betriebsverhältnisse proportional dem Modellofen verändern. Mit 3a und 4a sind Messstellen bezeichnet. So bewirkt z. B. der Folge-Mengenregler 8 bei einer Änderung der Brennstoffzufuhr zum Modellofen 1 sofort eine Änderung auch in der Brennstoffzufuhr zum Industrieofen 2, u. zw. im gewählten Verhältnis. Bei den andern Verstellorganen des Modellofens 1 und des Industrieofens 2 läuft
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dies entsprechend ab, so dass jede Änderung im Betrieb des Modellofens 1 sich beim Betrieb des Industrieofens 2 proportional auswirkt.
Aus Zweckmässigkeitsgründen empfiehlt es sich, den Industrieofen 2 in einoder mehrfacher Hinsicht gesondert zu kontrollieren, um auf etwa nur bei ihm auftretende Störungsursachen aufmerksam zu werden, so z. B. übernormale Nebenluft durch Reissen des Ofenmantels. Dadurch würde das Verhältnis zwischen Modellofen 1 und Industrieofen 2 zwangsläufig gestört werden. Bei erheblichen Abweichungen vom gewählten bisherigen Verhältnis, die einen Weiterbetrieb des Industrieofens 2 untersagen, kann durch das zusätzliche Kontrollgerät 12a ein Warnsignal ausgelöst werden.
Handelt es sich nur um eine unerhebliche Störung, die einen Weiterbetrieb des Industrieofens 2 ohne weiteres zulässt, so kann das neue Verhältnis durch diesen Regler 12a den übrigen Reglern als neuer Sollwert aufgegeben werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur automatischen Regelung der Betriebsweise träger Industrieöfen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Industrieofen (2) ein verkleinerter, durch Abzweigleitungen (5, 6) der Betriebsstoffzuleitungen (3, 4) des Industrieofens (2) gespeister, verhältnisgleich arbeitender Modellofen (1) zugeordnet ist, dessen Abgasleitung in die Kanún1eitung (9) des Industrieofens (2) mündet und in dem durch an sich bekannte Regler (z. B. 7,8, 10 - 13) alle Regelgrössen für den Industrieofen (2) gemessen und Abweichungen von den Sollwerten korrigiert und die Korrekturen durch mit den Reglern gekoppelte und von diesen betätigte Verstellorgane (3b, 4b), z. B. Schieber, Klappen, Ventile, proportional auf den Industrieofen (2) übertragen werden.