Барабанна сушарка

У схемі передбачене обмеження  подачі палива при зупинці барабана. Двигун виконавчого механізму зупиняється  при розмиканні кінцевого вимикача. При цьому в топку надходить та мінімальна кількість газу, на яке виставляється один зі шляхових вимикачів.

Настроюваними параметрами регулятора є:

середнє значення температури в  змішувальній камері;

зона нечутливості;

діапазон зміни витрати палива;

діапазон дії задатчика і ціна його розподілу;

динамічні параметри настроювання (швидкість зв'язку і час ізодрома).

Середнє значення температури в  змішувальній камері повинне вибиратися відповідно до заданого теплотехнічного  режиму можливо великим, тому що від  цього залежить продуктивність барабана й економічність витрати палива.

Зона нечутливості повинна вибиратися мінімально можливої для одержання  більш однозначного зв'язку між технологічними і температурними параметрами процесу.

На барабанах варто встановлювати  зону нечутливості приблизно 2°С в випадку роботи на газоподібному паливі і приблизно 6°З – на мазуті і вугільному паливі.

Діапазон зміни витрати палива вибирається з наступних розумінь: мінімальна витрата палива повинна  забезпечувати підтримка горіння  в топці без зриву смолоскипа; максимальна витрата палива визначається припустимою температурою в змішувальній камері.

 

4.2. Регулювання завантаження з  корекцією по температурі матеріалу  на виході із сушильного барабана.

 

Система призначена для підтримки  вологості висушеного матеріалу в межах ±1% при зміні вологості подаваного на сушіння матеріалу (від 8 до 35%). Регулювання здійснюється автоматичною зміною подачі сирого матеріалу в сушильний барабан.

В основу схеми регулювання покладений ряд експериментальних залежностей:

статична характеристика, що визначає залежність між кількістю сирого матеріалу і його вологістю про  режимі, що забезпечує постійну вологість  матеріалу на виході (мал. 1);

 статична характеристика, що визначає залежність температури  на першому метрі усередині  барабана від зміни кількості  сирого матеріалу, що надходить, (мал. 2);

статична характеристика, що визначає залежність між температурою матеріалу на виході і його вологістю (мал. 3).

 

 

 

 

 

2.2 Регулювання оптимального співвідношення “Паливо-Повітря”.

 

Необхідна для горіння  кількість повітря визначається з наступних міркувань.

Процес горіння газів  уявляє собою хімічну реакцію  сполучення їх із киснем. Для спалювання газового палива використовується кисень, що міститься в повітрі, яке надходить до місця горіння.

Реакція горіння відбувається при суворому співвідношенні числа  молекул горючого газу й повітря.

Теоретична кількість  повітря, необхідна для повного  згорання газового палива, визначається кількістю кисню у відповідності з реакціями горіння окремих компонентів. Табл. 2.1.

 

Об’ємні співвідношення продуктів згорання при спалюванні 1 м³ газу, м³/м³.

Таблиця 2.1

Газ	Рівняння горіння	Вит-рати пові-тря	Продукти згорання
			Діоксид вуглецю	Водяна пара	Азот	Загаль-ний об’єм
1	2	3	4	5	6	7
Водень	Н2+0,5О2=Н2О	2,38	немає	1	1,88	2,88
Оксид вуглецю	СО+0,5О2=СО2	2,38	1	немає	1,88	2,88
Метан	СН4+2О2=СО2+2Н2О	9,52	1	2	7,52	10,52
Етан	С2Н6+3,5О2=2СО2+3Н2О	16,66	2	3	13,16	18,16

При цьому враховують. Що співвідношення об’єктів кисню й азоту за процентним складом їх у повітрі (21 і 79%) складає 1:3,76, тобто на 1 м³ кисню припадаю 3,76 м³ азоту.

Таким чином, для використання 1 м³ кисню потрібно подати до місця горіння 4,76 м³ повітря.

Наприклад, для метану об’ємне співвідношення вихідних газів  і продуктів згорання можна навести  наступну рівність:

CH₄+2O₂+7,52N₂=CO₂+2H₂O+7,52N₂

Отже для згорання 1 м³ метану потрібно 9,52 м³ повітря, в яких міститься 2 м³ кисню.

При повному згоранні газового палива продуктами згорання є: двооксид вуглецю, водяний пар і азот, що міститься в повітрі і приймав участь у процесі горіння.

При неповному згоранні в продуктах згорання можуть міститися  оксид вуглецю, водень, метан і  навіть тяжкі вуглеводні, а також та частина повітря, яка в горінні не брала участь.

Якщо відомо склад  газового палива, то для спалювання 1 м³ його теоретично необхідна кількість повітря визначається, виходячи із процентного складу окремих горючих компонентів і витрат повітря для спалювання, кожного з них (за відрахуванням кисню в самому паливі).

V_О=0,01(2,38CO=2,38H₂=9,52CH₄+16,66C₂H₆+...-4,76O₂)

В наближених розрахунках  можна прийняти, що на кожну 1000 Ккал найвищої теплоти згорання вуглеводних  газів потрібно 1 м³ повітря.

Щоб забезпечити повноту згорання газу в практичних умовах, кількість повітря в газоповітряній суміші або поданого до місця горіння повинна перевищувати теоретично необхідну.

Відношення фактичного об’єму повітря, що приймає участь у горінні V_В до об’єму теоретично необхідного повітря  V_О називається коефіцієнтом надлишку повітря і позначається α.

Коефіцієнт надлишку повітря є дуже важливою експлуатаційною  характеристикою процесу горіння: зменшення його нижче певних меж  може привести до неповноти згорання газу, а збільшення – до невиправданих витрат тепла з відходячими газами. Крім того, із збільшенням надлишку повітря значно знижується температура горіння.

При повному згоранні палива коефіцієнт надлишку повітря  визначають за формулою:

α=N₂´/ ( N₂´-3,76Q₂)

а при неповному згоранні:

α=N₂´/(N₂´-3,76(O₂´-0,5CO´-0,5H₂´-2CH₄´))

Значення α може бути визначено в будь-якому місці  на шляху руху продуктів згорання, розбавлених повітрям: за топкою, за котлом перед димососом.

Склад у продуктах  згорання O₂´, CO´, H₂´ і CH₄´ визначають хімічним аналізом, а склад азоту :

N₂=100-(O₂+CO₂+CO+H₂+CH₄)

Із збільшенням надлишку повітря склад О₂ у продуктах згорання виростає й прямує до 21%, що відповідає складу його в повітрі.

Теплові об’єкти з  оптимальною характеристикою співвідношення паливо-повітря широко використовуються в промисловості. До таких об’єктів і відносяться котельні агрегати. Однак цифрове моделювання цих об’єктів сумісне із труднощами, основною з яких, є відсутність узагальненої моделі горіння палива в середовищі будь-якого окислювача, наприклад, повітря.

Нижче приведено опис теплового об'єкта з оптимальним  співвідношенням продуктів горіння  як елементу системи автоматичного  керування.

Характерні графіки  залежності тепловиділення від інтенсивності  надходження повітря при різних значеннях надходження палива показані на мал. 2.3.

Характерною особливістю  цих графіків є:

1. Усі вони проходять через початок координат, тобто при відсутності повітря паливо не згорає і тому теплота не виділяється.
2. Із збільшенням кількості повітря все більша кількість палива згорає, що приводить до підвищення інтенсивності тепловиділення.
3. Коли інтенсивність подачі повітря досягає значення, при якому основна маса палива згорає повністю, має місце максимальне значення тепловиділення.
4. Подальше підвищення інтенсивності подачі повітря приводить до зниження температури в об’єкті, так як надмірне повітря при незмінній інтенсивності тепловиділення тільки охолоджує об’єкт. Тому крива зміни температури асиметрично прямує до горизонтальної осі координат.
5. При великих значеннях інтенсивності газу, що надходить, точка екстремуму відповідно кривої зміщується в сторону збільшення температури по прямій, що проходить через початок координат. Тобто при оптимальному співвідношенні температура в об’єкті пропорційна інтенсивності надходження палива.

Так як система автоматики повинна нормально функціонувати  незалежно від фізики процесу, математична  модель повинна бути узагальненою, тобто задовольняти приведеним п’яти  вимогам.

При такому підході задача побудови математичної моделі зводиться до знаходження математичних виразів, що описують зв’язки між входами й виходами об’єкту.

Простішою з елементарних функцій, що задовольняє, перши чотирьом вимогам, є:

Тº=Q_ae^Qa

Для того щоб цей вираз  враховував характеристики конкретного  об'єкта, необхідно, щоб точки екстремуму задовольняли системі рівнянь:

де  Тº^е – температура в точці екстремуму,

Q_F – витрати газу,

k_T – коефіцієнт пропорційності між екстремальним значенням температури й витратами газу;

k_FA – коефіцієнт оптимального співвідношення паливо-повітря;

Q_A^e – екстремальне значення витрат повітря.

Це можливо, якщо рівняння представити у вигляді:

Тº=A₁Q_ae^A₂^Q_a

де А₁і А₂ – невідомі параметри, які необхідно знайти згідно умови.

Прирівнявши похідну  до нуля, після деяких перетворень отримаємо:

Вирішуючи сумісно рівняння, отримуємо математичну модель об’єкта  управління:

 

На мал. 2.4 показано графічне представлення процесу теплоутворення на структурних схемах автоматики. В результаті зміни температури, вологості й ін. параметрів повітря, а також тиску й температури газу, що надходить, коефіцієнти k_T і k_FA можуть змінюватись з часом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мал. 2.4 Графічне представлення  процесу теплоутворення на структурних  схемах автоматики

 

 

2.3 Дослідження  екстремального регулятора “Паливо-Повітря”

 

Для управління тепловим об’єктом, наприклад, газовою піччю (газ-повітря) використовують екстремальне регулювання. Математична модель має вигляд, який представлено на мал. 2.5.

Модель складаються  з теплового об'єкта (ланка 1), та дворівневого регулятора температури (ланка 2 і 3). На першому рівні (ланка 2) – екстремальний  регулятор подачі повітря; на другому (ланка 3) регулятор подачі газу.

Регулятор першого рівня  змінює подачу повітря у піч, досягаючи  максимального тепловиділення. На другому  рівні регулятор змінює подачу палива для отримання заданого температурного режиму.

Розглянемо подрібніше роботу першого регулятора, припускаючи що, подача палива постійна. При зміні подачі повітря температура Тº змінюється по експоненціальному закону (газ-повітря), дорівнює нулю при нульовій витраті повітря (Q_A=0); збільшується із збільшенням подачі повітря, доходить до максимуму при оптимальній витраті повітря (Q_A=Q_Aопт.), та експоненціально зменшується при подальшому збільшенні подачі повітря. Задача регулятора першого рівня – послідовний пошук оптимального значення витрати повітря Q_A=Q_Aопт, при якому паливо спалюється повністю і тепловіддача максимальна. Теоретично можна обчислити

Q_Aопт.=Q_F/k_FA

де  k_FA – коефіцієнт оптимального співвідношення паливо-повітря.

Звичайно, його величина невідома й  непостійна; вона залежить від цілого ряду факторів, таких як: температура  й вологість повітря, зміст кисню, наявність промислових домішок у повітрі. Тому точне значення витрати повітря обчислюється послідовним приближенням.