Proiect SCPI

1. Descriere instalatie tehnologica

Proiectul de fata isi propune proiectarea unei solutii de automatizare a unui cuptor de tip cowper.

Acest tip de instalatie este utilizata in procesul de incalzire a furnalelor. De obicei se utilizeaza o baterie de astfel de cuptoare intr-o configuratie similara celei prezentate in Fig. 1.

Fig. 1

Fiecare cowper are trei regimuri de functionare:

- Incalzirea – presupune utilizarea unui arzator plasat sub cowper. Caldura produsa de acesta este transferata prin intermediul gazelor de ardere, structurii de caramida refractara(material cu capacitate calorica mare)

- Aerarea – un flux de aer rece circula prin cowper pentru a elimina eventualele gaze inflamabile ramasa in urma etapei de incalzire

- Racirea – cowper-ul este parcurs de un flux de aer rece care preia caldura acumulata in structura acestuia. Aerul incalzit este apoi directionat catre camera de amestec si furnal.

Aceste faze de functionare se succed ciclic si sunt sincronizate astfel incat bateria de cowpere sa furnizeze in permanenta cu debit de aer cald constanta catre furnal.

Acest tip de instalatii sunt utilizate frecvent in industria siderurgica deoarece conduc la imbunatatire performantelor furnalelor. Astfel se impune asigurarea corecta a functionarii cowper-elor si un debit constant de aer incalzit.

2. Solutia de automatizare

Parametrii cheie ai cowper-ului, ce trebuie reglati pentru asigurarea functionarii a acestuia sunt:

- debitul de combustibil(Fb) – faza de incalzire – realizat cu ajutorul regulatorului FRC1

- debitul de aer de combustie(Fa) – faza de incalzire – realizat cu ajutorul regulatorului FRC2

- debitul de are rece(Faer) – faza de aerisire si racire – realizat cu ajutorul regulatorului FRC3

- temperatura aerului la iesirea din cowper(T) – faza de racire – realizata cu ajutorul regulatorului TRC4

Schema completa de automatizare este prezentata in Fig. 2

Fig. 2

Referinta prescrisa regulatorului FRC2 se poate obtine ca iesire dintr-un bloc de raport(BR) avand ca intrare debitul de combustibil si raportul de aer/combustibil necesar functionarii optime a arzatorului.

Pentru obtinerea unui debit constant la iesirea din cowper in faza de racire se poate implementa un bloc de scadere pentru generarea referintei regulatorului FRC3. Acest bloc scade din valoarea Faer prescrisa, valoarea debitului de aer care iese din schimbatorul de caldura.

3. Proiectarea sistemelor de reglare automata

I. Regulatorul FRC1

Pentru a calcula regulatorul de debit FRC1 avem nevoie de modelul procesului tehnologic controlat – curgerea fluidului printr-o conducta. Pentru a determina acest model consideram urmatoarea schema(Fig. 1)

Fig. 3

,unde:

- F – debitul de fluid

- L – lungimea conductei

- D – diametrul conductei

- ΔP – caderea de presiune pe conducta

- F0 – valoarea presupusa a debitului

Determinarea modelului se va face plecand de la ecuatia de conservare a impulsului, iar conducta se va considera scurta, cu lungimea comparabila cu diametrul.

Se echivaleaza tronsonul de conducta cu o rezistenta pneumatica, pentru care este valabila relatia cunoscuta:

,unde

- α – coeficientul de debit

- β – coeficientul de compresie

- F – debitul care trece prin restrictie

- ΔP – caderea de presiune prin restrictie