Разработка методов компьютерного контроля газодинамических параметров потока газа в горне печи

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 - uфд, м/с; приведенной к нормальным условиям скорости дутья - uод, 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 - uф см, м/с; приведенной к нормальным условиям скорости смеси газов в фурме - uо 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 - muфд, кг×м/с; приведенного к нормальным условиям количества движения дутья - muод, кг×м/с; фактического количества движения смеси газов в фурме - muф см, кг×м/с; приведенного к нормальным условиям количества движения смеси газов в фурме - muо см, кг×м/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

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 Е΄д 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 Е΄д 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 (Е΄пм кд=Е΄д 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; ρ - плотность газового потока, кг/м3; υ - 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/(кг×К); 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 r 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); ρд - плотность воздушного дутья, кг/м3; υд - 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; rод - 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 - rосм (кг/м3). Для вычисления указанных параметров газовоздушной смеси необходимо, в первую очередь, определить долю (hг) 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 hгQог природного газа (Qог - нормальный объемный расход природного газа, м3/c) образуется hгQог смеси оксида углерода и углекислоты, hгQог водорода, столько же влаги и расходуется 1,25hгQог кислорода. После сгорания остаточное количество CH4 составляет (1-hг)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:

 (1.13)

 (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/(м3×К).

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/(м3×К), 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/(м3×К); 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 - ρосм, 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; ρогг - нормальная плотность горнового газа в очаге горения, кг/м3.

Выход горнового газа найдем из выражения:

 (1.27)

где φ - 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

_ 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

¢-------------------------------------------------------------------------------------------

¢ 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 Longt_n As Integer, D_Qg_Ati As Single, t_proizv As Long, D_f As Single,_O2 As SinglecpD As Long, cpO2 As Long, cpN2 As Long, cpH2 As Long, cpCO As Long, cpCO2 As LongcpH2O As Long, cpCH4 As Long, n_Fr As SingleTd_CI As LongPd_CI As SingleQd_CI As SingleSf_CI As DoubleQg_CI As DoublendGaza As DoubleQcm_CI As SingleaCO2 As Single, aH2O As Single, aO2 As Single, aCH4 As Single, aN2 As Single, aH2 As SinglePocm As DoublecvD As Long, cvCH4 As Long, cvCO As Long, cvCO2 As Long, cvH2 As Long, cvH2O As LongcvO2 As Long, cvN2 As LongGd_CI As Double, Gg_CI As Double, Gng_CI As Double, Gpg_CI As Double

¢ Private G_sum As DoubleTcm_CI As DoubleEpmkd As DoubleQgg_CI As DoubleTgg_CI As DoubleEpgg As DoubleEkkd As DoubleLzg As DoubleType UT_dim_k_r As Integer_r As Integer

O2_r As Integer

Module _ EpmGG - 3

_r As Integer_r As Integer_r As Integer_r As Integer

Par_r As Integer

CH4_r As Integer

End Type

Private UteplG(19) As UT_dim, ObKolFr

¢-------------------------------------------------------------------------------------------Sub ReadParamEnergy ()Error Resume Next

d_Pd_Ati = gTagDb.GetTag (“furnace\flow\hot_pres”) ¢ Давление горячего дутья_Qd_Ati = gTagDb.GetTag (“furnace\flow\blow_flow”) ¢ Расход дутья_Td_Ati = gTagDb.GetTag (“furnace\flow\hot_temp”) ¢ Темп горячего дутья_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_f = 0.01_EnergySub

Calc_Energy ()Error Resume Next_O2 = D_O2 / 100

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

Pd_CI = (1 + d_Pd_Ati ) * 101325_CI = d_Qd_Ati / 60_CI = d_Td_Ati + 273_CI = 3.14 * (t_Df_Ati) ^ 2 / 4

¢-------------------------------------------------------------------------------------------i = 1 To 19UTeplG (i) . tu_k_r > Td_CI ThenNot i = 19 Then= UteplG(i) . tu_k_r - Td_CI= UteplG(i + 1) . tu_k_r - Td_CImp1 >= mp2 Then= i + 1_ EpmGG - 4

plk1 = 1If= 19If

Exit For

End If

Next= UteplG(plk1) . air_r= UteplG(plk1) . O2_r= UteplG(plk1) . N2_r= UteplG(plk1) . H2_r= UteplG(plk1) . CO_r= UteplG(plk1) . CO2_rO = UteplG(plk1) . Par_r= UteplG(plk1) . CH4_r

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

¢ Qg_CI = D_Qg_Ati * t_proizv / 86400_CI = D_Qg_Ati / 3600 = 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= ndGaza * Qg_CI / Qcm_CI * 100O = aH2= (Qg_CI * D_O2 - 1.25 * ndGaza * Qg_CI) / Qcm_CI * 100= (1 - ndGaza) * Qg_CI / Qcm_CI * 100= 100 - aCO2 - aCO - aH2 - aH2O - aO2 - aCH4

¢--------------------Нормальная плотность смеси газов--------------------------= 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_CI = cvCH4 * Qg_CI * 273 + d_Tg_Ati_CI = 1348.15 * 1000 * 0.5 * ndGaza * Qg_CI_CI = 35608.73 * 1000 * 0.5 * ndGaza * Qg_CI_sum = Gd_CI + Gg_CI + Gng_CI + Gpg_CI

¢-------------------------------------------------------------------------------------------= 0.5 * ndGaza * Qg_CI * (cvCO + cvCO2)= ndGaza * Qg_CI * (cvH2 + cvH2O)= (1 - ndGaza) * Qg_CI * cvCH4= (Qd_CI * D_O2 - 1.25 * ndGaza * Qg_CI) * cvO2= aN2 / 100 * Qcm_CI * cvN2_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”)_Fr = 68877.6 * (1.3 * gTagDb.GetTag(“TehnParam\SAverageQgg_CI”) ^ 3 *.GetTag(“TehnParam\SAverageTgg_CI”)^2)/gTagDb.GetTag(“TehnParam\_CI”)^2

Epgg_OB = gTagDb.GetTag(“TehnParam\EpggOB”)/30 * 1000_Fr = -(2 * a_Fr ^ 3)/(27 * EpggOB ^ 3) - b_Fr / (Epgg_OB * Sf_CI ^ 2)_Fr = -a_Fr ^ 2 / (3 * Epgg_OB ^ 2)_Fr = a_Fr / (3 * Epgg_OB)_ EpmGG - 6

_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

SubWriteParam ()Error Resume Next.GetTag (“TehnParam\ndGaza”) = ndGaza.GetTag (“TehnParam\Qcm_CI”) = Qcm_CI.GetTag (“TehnParam\Pocm”) = Pocm.GetTag (“TehnParam\Tcm_CI”) = Tcm_CI.GetTag (“TehnParam\Epmkd”) = Epmkd / 1000.GetTag (“TehnParam\Qgg_CI”) = Qgg_CI.GetTag (“TehnParam\Tgg_CI”) = Tgg_CI.GetTag (“TehnParam\Epgg”) = Epgg / 1000.GetTag (“TehnParam\Ekkd”) = Ekkd / 1000.GetTag (“TehnParam\Lzg”) = Lzg.GetTag (“TehnParam\T_n”) = n_Fr.GetTag(“TehnParam\SAverageQgg_CI”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageQgg_CI”) * 0.95 + Qgg_CI * 0.05).GetTag(“TehnParam\SAverageEpmkd_CI”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageEpmkd_CI”) * 0.95 + Epmkd * 0.05).GetTag(“TehnParam\SAverageTgg_CI”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageTgg_CI”) * 0.95 + Tgg_CI * 0.05).GetTag(“TehnParam\SAverageEkkd”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageEkkd”) * 0.95 + Ekkd * 0.05).GetTag(“TehnParam\SAverageEpgg”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageEpgg”) * 0.95 + Epgg * 0.05).GetTag(“TehnParam\SaverageT_n”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAverageT_n”) * 0.95 + T_n * 0.05).GetTag(“TehnParam\SAveragePd_CI”) = (gTagDb.GetTag

(“TehnParam\SAveragePd_CI”) * 0.95 + Pd_CI * 0.05)SubDimensionUT ()Error Resume Next(1).tu_k_r = 273: UTeplG(1).air_r = 1296: UTeplG(1).O2_r = 1305:(1).N2_r = 1294: UTeplG(1).H2_r = 1276: UTeplG(1).CO_r = 1298:(1).CO2_r = 1599: UTeplG(1).Par_r = 1493: UTeplG(1).CH4_r = 1549:(2).tu_k_r = 373: UTeplG(2).air_r = 1299: UTeplG(2).O2_r = 1317:(2).N2_r = 1295: UTeplG(2).H2_r = 1290: UTeplG(2).CO_r = 1301:(2).CO2_r = 1699: UTeplG(2).Par_r = 1504: UTeplG(2).CH4_r = 1641:(3).tu_k_r = 473: UTeplG(3).air_r = 1306: UTeplG(3).O2_r = 1334:(3).N2_r = 1299: UTeplG(3).H2_r = 1296: UTeplG(3).CO_r = 1306:_ EpmGG - 7

(3).CO2_r = 1786: UTeplG(3).Par_r = 1522: UTeplG(3).CH4_r = 1758:(4).tu_k_r = 573: UTeplG(4).air_r = 1316: UTeplG(4).O2_r = 1355:(4).N2_r = 1306: UTeplG(4).H2_r = 1298: UTeplG(4).CO_r = 1316:(4).CO2_r = 1861: UTeplG(4).Par_r = 1541: UTeplG(4).CH4_r = 1885:(5).tu_k_r = 673: UTeplG(5).air_r = 1328: UTeplG(5).O2_r = 1376:(5).N2_r = 1315: UTeplG(5).H2_r = 1301: UTeplG(5).CO_r = 1328:(5).CO2_r = 1928: UTeplG(5).Par_r = 1564: UTeplG(5).CH4_r = 2014:(6).tu_k_r = 773: UTeplG(6).air_r = 1342: UTeplG(6).O2_r = 1397:(6).N2_r = 1327: UTeplG(6).H2_r = 1304: UTeplG(6).CO_r = 1342:(6).CO2_r = 1987: UTeplG(6).Par_r = 1598: UTeplG(6).CH4_r = 2139:(7).tu_k_r = 873: UTeplG(7).air_r = 1356: UTeplG(7).O2_r = 1416:(7).N2_r = 1339: UTeplG(7).H2_r = 1307: UTeplG(7).CO_r = 1356:(7).CO2_r = 2040: UTeplG(7).Par_r = 1613: UTeplG(7).CH4_r = 2259:(8).tu_k_r = 973: UTeplG(8).air_r = 1370: UTeplG(8).O2_r = 1433:(8).N2_r = 1353: UTeplG(8).H2_r = 1311: UTeplG(8).CO_r = 1371:(8).CO2_r = 2087: UTeplG(8).Par_r = 1640: UTeplG(8).CH4_r = 2375:(9).tu_k_r = 1073: UTeplG(9).air_r = 1383: UTeplG(9).O2_r = 1449:(9).N2_r = 1366: UTeplG(9).H2_r = 1316: UTeplG(9).CO_r = 1385:(9).CO2_r = 2130: UTeplG(9).Par_r = 1667: UTeplG(9).CH4_r = 2492:(10).tu_k_r = 1173: UTeplG(10).air_r = 1397: UTeplG(10).O2_r = 1463:(10).N2_r = 1379: UTeplG(10).H2_r = 1322: UTeplG(10).CO_r = 1398:(10).CO2_r=2168: UTeplG(10).Par_r=1694: UTeplG(10).CH4_r = 2601:(11).tu_k_r = 1273: UTeplG(11).air_r = 1409: UTeplG(11).O2_r = 1467:(11).N2_r = 1391: UTeplG(11).H2_r = 1328: UTeplG(11).CO_r = 1412:(11).CO2_r=2202: UTeplG(11).Par_r=1722: UTeplG(11).CH4_r = 2697:(12).tu_k_r = 1373: UTeplG(12).air_r = 1420: UTeplG(12).O2_r = 1488:(12).N2_r = 1402: UTeplG(12).H2_r = 1335: UTeplG(12).CO_r = 1424:(12).CO2_r=2233: UTeplG(12).Par_r=1749: UTeplG(12).CH4_r=2784:(13).tu_k_r = 1473: UTeplG(13).air_r = 1432: UTeplG(13).O2_r = 1499:(13).N2_r = 1413: UTeplG(13).H2_r = 1342: UTeplG(13).CO_r = 1435:(13).CO2_r=2262: UTeplG(13).Par_r=1776: UTeplG(13).CH4_r=2861:(14).tu_k_r = 1573: UTeplG(14).air_r = 1442: UTeplG(14).O2_r = 1509:(14).N2_r = 1424: UTeplG(14).H2_r = 1350: UTeplG(14).CO_r = 1445:(14).CO2_r=2288: UTeplG(14).Par_r=1802: UTeplG(14).CH4_r=2930:(15).tu_k_r = 1673: UTeplG(15).air_r = 1452: UTeplG(15).O2_r = 1519:(15).N2_r = 1434: UTeplG(15).H2_r = 1358: UTeplG(15).CO_r = 1456:(15).CO2_r=2312: UTeplG(15).Par_r=1822: UTeplG(15).CH4_r = 2990:(16).tu_k_r = 1773: UTeplG(16).air_r = 1461: UTeplG(16).O2_r = 1528:(16).N2_r = 1443: UTeplG(16).H2_r = 1366: UTeplG(16).CO_r = 1465:(16).CO2_r=2334: UTeplG(16).Par_r=1851: UTeplG(16).CH4_r=3060:(17).tu_k_r = 1873: UTeplG(17).air_r = 1470: UTeplG(17).O2_r = 1537:(17).N2_r = 1452: UTeplG(17).H2_r = 1374: UTeplG(17).CO_r = 1474:(17).CO2_r=2354: UTeplG(17).Par_r=1875: UTeplG(17).CH4_r=0:_ EpmGG - 8

(18).tu_k_r = 1973: UTeplG(18).air_r = 1478: UTeplG(18).O2_r = 1545:(18).N2_r = 1460: UTeplG(18).H2_r = 1382: UTeplG(18).CO_r = 1481:(18).CO2_r = 2373: UTeplG(18).Par_r = 1898: UTeplG(18).CH4_r = 0:(19).tu_k_r = 2073: UTeplG(19).air_r = 1486: UTeplG(1).O2_r = 1553:(19).N2_r = 1468: UTeplG(19).H2_r = 1391: UTeplG(19).CO_r = 1489:(19).CO2_r = 3390: UTeplG(19).Par_r = 1920: UTeplG(19).CH4_r = 0:SubCalcKol_voFurm ()= 0Fr = 1 To 24gTagDb.GetTag(“Delta \ F” + LTrim (str(Fr))) > 2 Then= ObKolFr + 1If_voFurm = ObKolFr

End Function

_EggAverage - 1Sub EpggAverage ( )Error Resume Next. GetTag (“TehnParam\EpggOB”) = 0ti = 1 To 30

'MslDate = Format (ComboBoxl .Value, “yymmdd”)= Format (Date - ti, “yymmdd”)mConnectionA = New ADODB. Connection.CursorLocation = adUseClient. Provider = “MSDASQL. 1;”. CommandTimeout = 1000. Open “Persist Security Info=False; Data Source=DBase_v4; Initial Catalog=D: \DLG LOG\TEHPARAM”_SQLStr = “Select * From” + MslDate + “AW”qRecordsetControl = New ADODB. Recordset.Open h_SQLStr, mConnectionA, adOpenKeyset, adLockOptimistic.MoveFirst= 0= 0: Psum2 = 0: Psum3 = 0: Psum4 = 0: Psum5 = 0: Psum6 = 0: Psum7 = 0: Psum8 = 0: Psum9 = 0qRecordsetControlWhile Not . EOF ( )= Psuml + .Fields (4)= Psum2 + .Fields (6)= Psum3 + .Fields (8)= Psum4 + .Fields (10)= Psum5 + .Fields (12)= Psum6 + .Fields (14)= Psum7 + .Fields (16)= Psum8 + .Fields (18)= Psum9 + .Fields (20)= Iu + 1

.MoveNext

Loop

End WithIu > 0 Then.GetTag(“TehnParam\Ekkd” + LTrim(str(ti))) = Psum2 / Iu.GetTag(“TehnParanAEpgg” + LTrim(str(ti))) = Psum1 / Iu.GetTag(“TehnParam\D” + I/Trim(str(ti))) = Format(Date - ti,

“ddmmyy”)

'gTagDb.GetTag(“TehnParam\EkkdOB”) =.GetTag(“TehnParam\EkkdOB”) + (Psum2 / Iu) / 1000.GetTag(“TehnParam\EpggOB”) = gTagDb.GetTag(“TehnParam\EpggOB”) + Psum1 / Iu 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.