DE1501975A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln beim Heizen mit Gas - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln beim Heizen mit Gas

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DE1501975A1 DE19651501975 DE1501975A DE1501975A1 DE 1501975 A1 DE1501975 A1 DE 1501975A1 DE 19651501975 DE19651501975 DE 19651501975 DE 1501975 A DE1501975 A DE 1501975A DE 1501975 A1 DE1501975 A1 DE 1501975A1
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Description

b i ( ϊ,τϊ'ι nclu«,; betrifft die Stuuorimi; und he,;eluri(i i'ur dua Heizen vor. In iu.; tr i »,-öfen mit Gan . Siu bo trifft inaboaondert· oin Vert'aii-/■■-t. zuii. i,;e:;:jori und Rügein dau Kaloriunutrom;) üinor GaurnL3chunj, i';r-"ii \<j. ,;on:;chaf torip vor uiiom uoi.iAurt und UionttJ, iiiüh achneli ir» -imi it-Η jrtnzun :indoi'n künrum. Diο Lrfindun,, bcitrifft woitori. in t'int.' tr-i. iifi L taariht) binriuh tun,·:, mit doxnu ilLife uln Uten in vnt'r lui M-rt'-m ..1U-HtUtJ nachffubi 1 de t wird und dio da» gmiunntu Vor-
£ί.·ίΐ tatto L.
Laden L<;i tungönoL a en fm· Breiin,;u.i ma Erdö-lruf f itturien LruLun f;e«uhniiuh t;ro:jiiü Variatiunen in dur Oauauijuini.iiin.iutnun;' uuff a.ü. #enn di« Ein:ahranfi und die Verdampfung von HUükaLnrniüii
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BAD ü.'i.wi «AL.
•-2·-
ter Gase begonnen oder beendet wirdj diese Änderungen verlaufen sehr aohnell und erschweren die Regelung' des Heizgases für Industrieöfen naoh den üblichen Methoden*
Bei den bekannten Methoden zum Regeln der Gasverbrennung in den Öfen wird ein Übertragungatemperaturregler (Temperatur des aus dem Ofen austretenden heissen Produkts) benutzb. Dieser Regler gibt ein Signal, das eine Funktion des Unterschieds zwischen der wirklichen Übertragung temperatur und deren vorgeschriebenem Wert (vorher festgesetzte Übertragungstemperatur) ist; dieses Signal wird von einem Mengenregler aufgenommen, der auf ein Ventil zum Regeln der Oaszufuhr zum Brenner wirkt« Nun geht die Regelung dieses Durchsatzes wegen der Art des Ofens, der Wärmekapazität der Apparatur und der Aufenthaltszeit de,s Produkts mit einer gewissen Verzögerung vor sich. Eine Veränderung in der Gas sus aminen eetaung wird von dem übertragungatemperaturregler daher erst nach einer Zeit erkannt, die fünf Hinuten betragen kann, so dnü die von dein Regler harvorgerufenon Korrokturen zu spät und manchmal sogar im falschen üinne eintreten, aofern in der Zwiuohenzeit die Störung abgeklungen iat| ala BeiapLelt eine momentane Anreicherung deu Gasea, die olxie 5pit;;e In der Übertragungstemperatur zur Folge hat, die dor Ruglar mit uinur Üurohaatzvermindarung des HeizraittoLa beantwortet, daa beruita wiudor seine ursprüngliche Zuaauimen-061zung aufwoint.
DIo (l!uinioii;;u wird bestimmt uus utner Druckdifferenz Δΐι fin einur
BAD OrüGlNAL
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geeichten Verengung» die in die Zuführungsleitung eingeschaltet istj der Volumenduroheatι Q in einem bestimmten Zeitpunkt, zurückgeführt auf Homalteaperatur und Hormaldruck, wird durch die Gleiohung
gegeben, worin
- K eine Konstante ist·, dl« von den Mafieinheiten, dem Leitungiduroh-
messer, der Verengung» der leynoldseohen Zahl und der Kompressibilität de« Gases abhängt (die als unbeaohtlioh neben den Meßfehlern angesehen wirt)j
- P der absolute Gasdruck iitj
- T die absolute Temperatur des Gases ist;
- M das Molekulargewicht des Gases ist.
Wenn mit H der untere Heiewert dee Gases bezeichnet wird, ist der Kalorienstrom gegeben durch die Gleichung
F-QH-
In diese Gleichung· wird üblicherweise die V/obbezahl W «J|
Jd. eingeführt, wobei d die auf Luft bezogene Gasdichte darstellt« Das Sas 'mti'ü&ßt aich normalerweise praktisch auf Umgetunßeter.peratur, und in der BeeohreitUiig wird ia folgeiiden die Tempöi .u-tur T als konstant betrachtet* Die Dichte d ist proportional dem Molekulargewicht M,
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bad o" - ^
und für den Kalorienstrom gilt dann folgender Ausdruck
W VT , wobei k «
γ?
Für einen vorgegebenen Wert Ah des Übertragungstemperaturreglers ändert sich demnaoh der Kalorienstrom mit WtP.
Ein bereits angewendetes Regelverfahren zum Verringern der Änderung in der Gaszusammensetzung besteht darin, daß der Einspeisungsdruok P konstant gehalten und das Produkt W yAh geregelt wird. Dabei ist es erforderlich, W für sich kalorimetrisch, zum Beispiel in einem Heizwertmesser, sowie Ah zu bestimmen und dann das Produkt W|4h zu bereohnen. Dieses Produkt bildet das auf den Gasmengenregler gegebene Signal, der das Ventil in der Gaszuführungsleitung in Abhängigkeit von den vom Temperaturregler kommenden Anweisungen steuert. Der wesentliche Nachteil dieser Methode liegt in den hohen Herstellungskosten, die auf die Verwendung von Reclmern und am die Notwendigkeit zurückzuführen sind, so viele Regeleinrichtungen zu benutzen wie Öfen zu steuern^ind.
Es ist auch ein Verfahren angewandt worden, das darin besteht, die Eigenschaften des Brenngases durch Zufügen von Starkgas zu dem Gas im Leitungsnetz zu regeln, um auf diese Weise die Wobbezahl zu überwachen und zu regeln. Auf diese Weise können mehrere Öfen gleich-
BAD ORIGINAL
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zeiti^; geführt werden, β3 muß aber eine Starkgasquelle vorhanden sein und es muß ein Verhältnisregler benutzt werden, um die Zufuhr von Starkgas in Abhängigkeit von der im Augenblick erforderlichen HeJz^aazuHamraensetzung zu dosieren.
iin anderer Weg zum Hegeln des Kalorienstroms besteht darin, den Jruck variieren zu lassen und das Produkt V V P anstelle von W aiLeLn Konstant zu halten. Aus der Gleiohung P - kfÄh w"Yp ergibt 3ichj dab es ausreicht, zum Regeln der Kalorienzufuhr zum Brenner Δϊι in Abhängigkeit vom Kalorienbedarf zu regeln· Die Regelung von V/ fP auf einen konstanten Wert kann duroh bloase Druckbeeinflussung erreicht werden, was sehr viel einfacher ist als W und P getrennt zu regeln, und die gleichzeitige Führung mehrerer Öfen erlaubt·
Jedoch ist die Messung des Produkts W ]r P eehr schwierig und erfordert aucn die Benutzung von Rechnernj man muß einerseits den absoluten Druck messen und daraus mit einem Analogrechner die Quadratwurzel ziehen und andererseits in einem Heizwertmesser W bestimmen und schließlich in einem Multiplikator das Produkt W^f bilden.
Naoh dem von der Anmelderin entwickelten Verfahren kann auf viel einfuoherem Wege ohne Rechnung unmittelbar das Produkt WyP bestimmt werden, wie aus folgenden Überlegungen hervorgeht ι
ft κ nn ·-·; ■!. einem H«*izwörtir,e;jner «in brennbaren Quh zuführt, dessen
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Heizwert und Druck variieren, und wenn man den Unterdruck ^ ρ in einer geeiohten Verengung, die in der Zuführungsleitung zu dem Heizwertmesser liegt, konstant hält, mißt dieser Heizwertmesser einen Kalorienatrom F' « οοηβΐ"γΔρ W TfI, der dem Produkt W~|/p proportional und demzufolge genau proportional ist dem Kalorienstrom F, der an den Ofenbrennern ankommt«
Sie Konstanz des Unterdruoks ^p wird du*oh die Benutzung eines Differentialdruckminderers, z.B. vom llem«r«ntyp, erreioht.
Sie Regelung des Unterdrücke &P bei der Zuführung ium Heizwertmesser mit Hilfe des Differentiäldruokminderere ist somit identisch «it der Regelung vonAh bei der Speiseleitung der Öfen der Anlage, und der so ausgestattete Keizwertmesser stellt eine eohte Ofennftohbildung dar.
Die Erfindung hat somit zum Inhaltt
1« Bin Verfahren zum Steuern und Regeln des Kalorienstroms des Heizgases zum Versorgen von Industrieöfen, das darin besteht, das Produkt aus Wobbezahl und Quadratwurzel des i»eitungsgaadruokes an Hand eines Ofenmodells unmittelbar ohne Reohnung zu mausen und oberhalb dea Ouamengetireglers konetant au halten.
2. all na ünriahtung ium Nüühbildtm «inen Ofens, bestehend ius
BAD
109810/031 S
- einem mit dem Heizgas in der Weise tiesohiokten Heizwertmesser» daß der Unterdrück ^p konstant bleibt j
- einer Meßdüee in der Zuführungsleitung dee Heizwertmessersj
- einem Differentialdruckminderer, z.B. vom Membrantyp, der den Unterdruck ^p an der Meßblende konstant hält und den Druck zwischen Leitungenetz und Heizwertmesser herabeetztf
- Einrichtungen au* Übertragen der MeBergebnisse des Heizwertmessers auf den Druckregler des Leitungsnetzes.
Die Erfindung wird durch die Zeichnungen erläutertι die folgende Bedeutung habeni
3?ig. 1 seheraatisohe Darstellung des Torgangs zur automatischen Regelang des Produkts Tf Jp und die Beeohiokung der Brenner j
Fig. Ζ '--ehen.--, ische Darstellung der zum Messen von WyP verwendeten i'jinrichtung·.
In Fir;« 3 wird gezeigt, daß der in einem Ventil 1 herabgesetzte Gasdruck au'' ein Manometer 2 gegeben wird, das den Effektivdruck bestimmt. Dieser Druck wirkt auf einen Druckregler 3. Eine Leitung führt in einen Beizwertmesser 5 über einen Mengenregler 5aj der
Hetewertmesser 5 mißt nun W ytunä. überträgt auf dtn Druckregler 3 direkt oder über ein Sicherheitsrelaie 6 ein Signal, das abhängig
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ist von dem Unterschied zwischen dem festgesetzten Produkt WfP und dem gemessenen Produkt WfP. Da der Heizwertmesser einen mehrere Elemente erfassenden Regler darstellt, ist es nicht erforderlich, den Absolutdruck zu regeln sondern nur den relativen, von dem Manometer 2 gemessenen Druck. Der Regler 3, der das Signal des Heizwertmessers 5 einerseits und die Druckanzeige des nianometers 2 andererseits empfängt, verarbeitet diese beiden Messungen und steuert das Ventil 1 zum Regeln des herabgesetzten Drucks so, daß das Produkt WVp konstant bleibt·
Bei dem am Punkte 7 eintreffenden Gasgemisch ist das Produkt w|/P ■ konstant, und Bit diesem Gemisch werden die Öfen einer einheitlichen Anlage beschickt, die unterhalb der vorstehend beschriebenen Regeleinrichtung angeordnet sind. Um den Kalorienstrom zu regeln, der bei dem durch die Leitung 8 versorgten Ofen eintrifft, regelt ein Gasmengenregler 9 den Unterdruck Ah in einer Heßdüse Io$ dieser Unterdruck wird gemessen durch ein Differentialmanometer 11 und wirkt auf ein Ventil 12 in Abhängigkeit von den von einem Übertragungstemperaturregler über eine Leitung IJ gegebenen Befehlen.
Die Heizgaszufuhr für den durch die Leitung I4 gespeisten Ofen kann in der gleichen Weise geregelt werden wie bei'dem an der Leitung 8 liegenden Ofen, weil er das gleiche Gasgemisch verwendet, dessen Produkt WfP konstant gehalten wird.
BAD ORIGINAL
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In Fig. 2 ist dargestellt) wie der Heizwertmesser 5 über den MengenregLer 5a gespeist wird.
liy,£j Brermguü kommt in der Leitung 4 mit dem Druck P an· In der Zuf.ihrun£ r;öleiturig iat eine Verengung 15 angeordnet) die einen Unterdruck Ap hervorruft, der einem Differentiuldruckminderer 1.6 zugeführt wird, ü.B· vom Membrantyp.
Bo i .veoh:.f:lndeii. Unterdrück Δ ρ regelt der Differentialdruckminderer 10 dio Jii.»in ο η ge, indem «r die öffnung des Ventils 17 so beeinflußt, (UlL 'itjr Unterdruck Δρ in der Verengung 15 auf den festgelegten ntii'L ::ariickgäi'iihrt wiru. Du die Zuführungaiiiunge zum Heizwertmeaeer prof/ortional zum lAirohaatz in der Verongung 1$ ist, verringert das 17 den Druck zwiaohen der Zuführungaluitung 4 und dem Heiz-
hur an. Hüizwertmeaaer ankommende Kalorienatrom wird in der übliahon Vtfsi:;(j gmiKMiueni die Erhi tzung einer mengunkoniitant gehaltenen Luffc- !ItXOmUn1;; geguniibex* der Umgebungstemperatur wird gemessen) der Luftstrom wird von einem (lohihna Iu erzeugt und in einer Diiue Jy go- Uimuiun; zur ÜHtitiinniung der Erhitzung dlont (»lno TiiOi'mobiibtorLoi do- virii kai ty Lo tti toll im ?u im unkoinmunden Lüfte brom ?1, dl« wu Loti.tüliön V' in Ίο« AbKuHnn <i«r im Brenner 'd.$ vörbrunntun miηchung liegen.
BAD O?,!C'MAL
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-Ιο-
Die Erwärmung der Luft ist proportional den am Brenner ankommenden Kalorienstrom, weil dieser Strom seinereeits proportional zu W TP ist, wenn der Unterdruck ^p konstant gehalten wird.
Die Einrichtung zur Messung des Produkts W \ P kann folglich beispielsweise bestehen aus einer Kombination aus einem Heizwertmesser zum Bestimmen des Mrmestroms, Organen zum Übertragen der Anzeigen des Heizwertmeaeers auf den Druckregler des Leitungsnetzes, einer Meßdüse, die dargestellt wird mittels eines Nadelventils, mit dem die Verengung während der Eichung der Apparatur verändert werden kann, und einem Differentialdruokmlnderer, dem der an der Meßdüse herrschende Druck zugeleitet wird und der diesen Unterdruck konstant hält, indem er das Ventil für die Gaszuführung zum Heizwertmesser beeinflußt.
Die beschriebene Arb der Kegelung der Heizgasversorgung für Ofen bietet neben ihrer lOlnfachhelt dio folgenden Vorteile ι
- eine einzige Einrichtung vermag mehrere Öfen einer Anlage v.\x führenj
- dio benutzt© Toohnik lot genau, denn dar Hei zwei· tinets tier mißt und revolt W \ P wirk» um mit der QunuuitfkeL t dta· Meuuim^1 uttl bu k |
- dio Zählung don Mtiammtlurohufttaau des (Jason i:it ubonuo einfach wLo btii tuner Iiotjolun;v mit; konstant gehfi.ltonom i'% T:ib:j:ii:hl ich ktiiui man bod dor art'twiungugemiuintm Hogelung, weil die Konntniü
BAD OR]QINAL
• 109610/0316
von Δη unmittelbar den Kalorienstrom F nach der Formel F * const &h zu bereohnen gestattet, genau den Normverbrauch (Io ooo kcal je to) an Heizgas in der Anlage berechnen. Wenn der Wasserstoffgehalt des Brenngases konstant ist, bleibt, «eil der Heizwert je Massenelnhelt der Kohlenwasserstoffe praktisch konstant, ist, auch der Heiswert Je kg konstant und infolgedessen gibt die Messung des Kaloriendurohsatzes ein Maß für den Massendur ο hs atz j
- die Luftregelung im*Ofen wird durch «inen konstanten Kalorienstrom erleichtert, ieap es ist ja bekannt, dal für lohlenwaeser-
■z
stoffe 1 nr Luft unter Hormalbedingungen erforderlich ist für etwa 95o ο al, die d*x«k K*kleo«Mserstoffe geliefert werden.
Das nachstehende Beispiel, das die Erfindung nicht begrenzen soll, zeigt deutlich die Verteile eines derartigen MeU- und Regelverfahrens.
Man versorgt Öfen einer katalytischen Reforminganlage, die täglich 5oo to Material verarbeiten, mit einem Raffineriegas, dessen Wobbezahl zwischen 11 ooo und 15 ooo kcal/Nm schwankt und dessen Höchstdruck 2,5 Bar relativ beträgt.
Das Produkt WVP wird so festgesetzt, daß W - 11 ooo kcal/Nm^, wenn P - 2,5 Bar, d.h. daß für ein Starkgas, bei dem W - 15 ooo koal/lim , der Druck o,9 Bar betragen muß.
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Der Zuführungsdruok am Heizwertmesser wird im Kittel bei 0,030 B-r (relativ) gehalten dank einer Einrichtung, die aus einem ilembran-Differentialdruckminderer besteht, der den Druckverlust an einer Meßdüse auf einen konstanten Wert einregelt mittels eines Gaasniführungeventile am Heizwertmesser.
Es ist festzustellen, daß das Produkt wVp konstant gehalten wird mit einer Genauigkeit von etwa 1 Jo und die Übertragungstemperatür mit einer Genauigkeit von - 1 C«
Vorgänge im Brenngasnetz, die das plötzliche Einströmen von verflüssigten Gasen zur Folge haben, verursachen keinerlei Störung der Beheizung, was sich mit einem üblichen Hegelsystem nicht erreichen läßt.
Aue diesen Beispiel ergibt sich,, daß diese Überwachungsmethode es dank der erfindungsgemässen Anordnung ermöglicht, mit Gas ohne Zwischenfälle sehr grosse Anlagen mit mehreren Öfen zu beheizen.
Patentansprüche ι
OAO ORIGINAL
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Claims (1)

Patentansprüche t
1. Vtjrfanren zura Prüfen und Regeln dea Kalorienstroma bei einer i'.iiuiei zunc: für Industrieöfen mit einem Brenngas, dessen Heiz-..urt. ur.orwartetcjii Schwankungen unterworfen ist, dadurch gekenn-/,Licrmot, daß das Produkt aus Wobbezahl und Quadratwurzel des ^<j: L■m^.Tii-ucka dea Brenngases mit Hilfe einer einem Ofen nach- ;u. . I-'fcLon ■•linrichtur:,; oberhalb des Gasmengenregler unmittel- und konstant gehalten wird.
Ί. Λ.η«-'.'·; Uhu naohgebi Jdetu Kinrichtung zur Ausübung dea Verfahren:! n-a-ah Anspruch 1, fjekunnzeiohnet durch eine Kombination» b«;ijt(K-.«Til iUij einum HuizwertmeHuer (i>) zum Verbrennen dtr Heizi.;u!Hi fun) (iinora Leitungsnetz und zum Measen des Ka 1 or i ens tr oma, cinur ■ in»teilbaren tfebdüue (15) und einem 1)1 fferentialdruok-
(Lb) in der Zufuhrun^uloitung (4) d«s Hoizwortmesuora (j Ι dor Druckminderer don Druck zwiuohon dem Vorteiler- u--J.v. «fjd dom iloizwortmesuer horabeetzt und eintn konstanten L;.t(.riruok an der «iojJdujo (l'j) aufreohterhült, und Organen zum i-loi'Lragon dor i.iiüu Ji.nale it« Hr 1 zwertui*HH*re (*)) auf dun Uruok-J-DgIfI ( '· r duij ^uJ ο t
. Ein·* üfnii juiihh'-'-'i 1 dot« Einrichtung nach Αη·*]>πιοη Ίί, duiluroh
BAD
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gekennieichnet, daß die Meßdüst (15) ale Madtlventil ausgebildet 1st und die Verengung lei der Eiohung der Apparatur zu verändern gestattet, und daß als Difftrtntialdruckminderer (l6) ein Membrandruckminderer vorgesehen iat.
4» Verfahren nach Anspruch 1( angewandt auf die Regelung der Gasbeheizung eines Ofen« oder mehrerer üftn einer Anlage, dadurch gekennzeichnet, daß eint Leitung (4)» die als Abzweigleitung von der Hauptzuführungsleitung für die Ofengruppe ausgeht, oberhalb dieser Üfen einen Heizwertmtsser (5) über einen Mengenregler (5a) versorgt, dai der Heiswtrtatsser (5) direkt oder über ein Sioherheibsrelais (6) auf einen Druckregler (3) ei nen Befehl überträgt, der abhängig ist von dem Unterschied zwi-. ich·* dem vorgegebenen und dem geawsitften Produkt aus der Wobbezahl und der Quadratwurzel aus dtm Druok in der Hauptzuführungsleitung, wobei dtr Druckregler (3) ein Ventil (1) steuert, dna in dtr HauptittführungBleitung angebracht ist und in Verbindung ataht mit oinam Munomefcor (?), das den Effektlvdruok der gonunnton Hauptleitung reißt, und dadurch ftkennseiohnet, daU ein QttiMongenroßler (9)» dtr parallel su der Einzelzuführungsleitung Jede« Ui'enn liitft umcL von einem überbragungateinporaturruglur de» jtweiLlgtn Oi'tnu guabtutri wliui, den Unterdruck in einer MeU-düHt (Iu) rufyülfc, die In der Ul'enaul'Uhrungaiel tung (B) wobei diener tinbtrdruok duroh *in ])ifi'trtntLaLmunuinote'r
BAD
109810/0315
gemeesen land auf ein Yentil (12) in dtr Zuführungsleitung (Θ) des Ofens geführt wird.
BAD
109810/0315
Jb
Leerse
ite
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