На правах рукописи
МИНИСТЕРСТВО
ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ СССР
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЩЕСТВО
ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
СООБЩЕНИЕ НА ВСЕСОЮЗНОМ СОВЕЩАНИИ
ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
г. Магнитогорск, 1956 г.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ
ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫХ СТАНЦИЙ
Инж. Л. П. КОПЕЛОВИЧ
Центрометаллургавтоматнка
Газификация твердого топлива в газогенераторах — сложный
физико-химический процесс, успешный ход которого опреде-
ляется различными показателями. Основными технологическими
параметрами процесса в газогенераторе является его производи-
тельность, зависящая от количества паровоздушного дутья, по-
даваемого к генераторам, степень насыщения воздушного дутья
паром, давление газа в коллекторе, температура газа на выходе,
уровни топлива и шлаковой подушки в шахте генератора и др.
Все эти параметры связаны между собой, и отклонение одного из
них приводит к соответствующему изменению ряда других пока-
зателей.
Поэтому ручное управление процессом газификации весьма
затруднительно и сопровождается, как правило, систематически-
ми нарушениями установленной технологии и, как следствие,
ухудшением процесса.
При ручном управлении в задачу обслуживающего персо-
нала, кроме контроля за ходом процесса по приборам и другим
показателям, входит также подача угля в шахту и шуровка, отни-
мающие много времени и сил. Ручное управление работой газо-
генератора особенно трудно в тех случаях, когда станция в целом
и отдельные генераторы работают с переменной нагрузкой. Га-
зовщик в этом случае должен своевременно изменять подачу
воздуха под генератор и соответственно подачу пара в дутье.
В таких условиях обслуживающий персонал не в состоянии тща-
тельно следить за всеми показателями хода процесса и своевре-
менно принимать необходимые меры .к устранению отклонения
различных параметров от установленной величины.
Эти особенности, а также непрерывный характер процесса га-
зификации (что является благоприятным фактором для авто-
матизации), и послужили причиной создания установок автома-
тического регулирования газогенераторных станций. Была по-
Рис. 1. Схема регулирования температуры
паровоздушного дутья
ставлена задача стабилизировать работу генератора за счет
^поддержания оптимальной температуры паровоздушного дутья.
В первую очередь запроектировали устройства, обеспечивающие,
управление нагрузкой генераторов, их производительностью
(в соответствии с количеством потребляемого газа).
Насыщение воздушного дутья паром является одним из важ-
нейших параметров газификации на смешанный газ и характе-
ризуется температурой паровоздушного дутья. По данным ряда
исследований (Шишаков «Основы производства горючих газов»
и др.) даже небольшое (i ,0—1,5° С) отклонение температуры
паровоздушного дутья от значения наивыгоднейшего для данного
вида топлива приводит к заметному понижению калорийности
вырабатываемого газа (до 30 кал). Установлено также, что оп-
тимальное значение температуры мало изменяется при различ-
2
пых нагрузках генератора. Можно считать, что при изменениях
нагрузки до 30% следует стремиться к поддержанию одной и той
же температуры, и при этом не наблюдается ухудшений калорий-
ности вырабатываемого газа.
На рис. 1 приведена наиболее распространенная схема узла
регулирования температуры паровоздушного дутья. В рассмат-
Рис. 2. Диаграмма температуры паровоздушной смеси
генератора станции Одесского сталепрокатного завода
риваемой установке для поддержания температуры использован
пневматический регулятор 04-ТГ-410, выпускаемый ММиП; пз.М'•
рительным элементом такого регулятора служит манометриче-
ский термометр, гильза и капилляр, которые заполнены азотом.
Сам термобаллон устанавливается в трубопроводе дутья после
смесителя. Прибор является одновременно и регулирующим; пе-
ремещения в измерительной системе прибора передаются в его
пневматическую регулирующую часть. Командное давление после
вторичного усиления по специальной линии подается к мембран-
ному исполнительному механизму регулирующего клапана, кого-
2 Л. П. Копелевич
3
рый установлен на байпасе паропровода, подводящего пар в
дутье.
Высокая точность измерения с помощью манометрического
термометра, а также применение совершенных регуляторов по-
зволило добиться поддержания температуры дутья с большей
точностью. Для примера на рис. 2 приведена диаграмма темпе-
ратуры паровоздушной смеси одного из генераторов станиии
Одесского сталепрокатного завода, где были установлены подоб-
ные регуляторы; колебания нагрузки в течение суток за счет из-
менения потребления газа печами доходили до 25—30%.
На этой станции применяли регулятор изодромного действия,
поддерживающий постоянство температуры, независимо от на-
грузки генератора и потребного количества пара в дутье.
На других станциях были установлены регуляторы простей-
шего пропорционального типа непосредственного действия, нс
являющиеся пзодромными. Для таких регуляторов характерна
остаточная неравномерность регулируемого параметра: при боль-
ших нагрузках задание понижается, а при уменьшении нагрузки
поддерживается несколько выше. Опыт эксплуатации этих уста-
новок показал, что в тех случаях, когда диапазон изменения на-
грузки генератора невелик (порядка 25% от максимальной про-
изводительности), отклонение температуры за счет неравномер-
ности не превышает ± Г С, что может считаться допустимым и во
всяком случае оправдывается применением более дешевого и
простого регулятора.
Основным условием успешной работы регуляторов темпера-
туры является правильная установка баллона манометрического
термометра. Первоначально с целью предохранения термометра
в условиях агрессивной среды предусматривалась установка бал-
лона в специальные металлические карманы, а также заполне-
ние металлической гильзы маслом. Это приводило к недопустимо
большой инерции измерения и резко ухудшало качество регули-
рования. В процессе наладочных работ для предохранения от
коррозии применили освинцевание термопатронов и установку их
непосредственно в трубопроводе. Это значительно снизило инер-
цию измерения, и качество регулирования улучшилось. Такая
установка позволяет обеспечить также достаточную стойкость
термобаллона. Однако высокая влажность и загазованность сре- v.
ды вызывают быструю коррозию и выход из строя капилляра, со-
единяющего термобаллон с прибором. Необходимо поэтому при
установке регуляторов на газогенераторных станциях (ГГС)
предусматривать специальное защитное покрытие брони капил-
ляра.
В целях обеспечения наиболее правильного измерения следует
также устанавливать термометр возможно дальше от места .
ввода пара в дутье, где уже обеспечено их достаточное смешение.
При применении на газогенераторных станциях пневматиче-
ских регуляторов температуры требуется бесперебойное снабже-

4
ние их сухим и чистым воздухом давлением 1,1 кг/см2. Однако
воздух в заводских сетях далеко не всегда удовлетворяет таким
условиям, поэтому в случае отсутствия специальных компрессо-
ров для автоматики следует предусматривать установку рсссиве-
ров, дополнительных фильтров, масловлагоотделителей, а также
редукторов. При соблюдении этих мер можно организовать пита-
ние регуляторов воздухом от заводской сети.
При проектировании автоматического регулирования темпе-
ратуры дутья важно также правильно рассчитать потребное коли-
чество пара и выбрать регулирующие клапаны на паропроводе со-
ответствующей производительности при имеющемся давлении.
Для увлажнения дутья обычно используется пар от котелков-па-
росборников с давлением 0,5 кг/см2. Опыт показал, что целесооб-
разно. однако, резервировать и подачу пара от общей заводской
сети.
Наблюдения за работой автоматизированных ГГС показали,
что при освоении автоматики как за счет улучшения технологиче-
ского процесса, так и лучшего наблюдения за котелками необхо-
димость в дополнительной подаче пара извне снижается. Для ко-
телков-паросборников обязательна установка простейших регуля-
торов уровня.
Установка клапана подачи пара на байпасе (рис. 1) сделана
для обеспечения работы генератора в случае выхода из строя ре-
гулирующего клапана и в ряде случаев позволила подавать часть
пара, минуя регулирующий клапан (при недостаточной пропуск-
ной способности последнего).
Автоматическое поддержание температуры паровоздушного
дутья дало возможность обеспечить выработку газа постоянной
калорийности, что значительно улучшает качество нагрева метал-
ла, а также работу других потребителей, использующих генера-
торный газ.
На рис. 3 показана схема регулирования производительности
газогенераторной станции, первоначально выполненная на Одес-
ском сталепрокатном заводе.
Этот узел регулирования должен обеспечить выработку газа в
соответствии с его потреблением, т. е. автоматическое управление
производительностью отдельных генераторов и всей станции в це-
лом. Регуляторы подачи воздуха для каждого генератора служат
для стабилизации их воздушного режима — поддержания расхода
воздуха через генератор при изменении сопротивления шахты.
Наряду с этим схема регулирования должна предусматривать пе-
рераспределение нагрузок между отдельными генераторами в за-
висимости от технологических нужд.
Главный регулятор газогенераторной станции управляет про-
изводительностью станции; показателем соответствия между по-
треблением газа и выработкой его на станции является давление
в коллекторе перед газодувками. Очевидно, если выработка газа
превышает его потребление, то давление в коллекторе увеличится;
2*
5
при недостаточной производительности генераторов давление в
коллекторе падает. Чувствительным элементом, воспринимающим
эти изменения давления, является измерительная мембрана глав-
ного регулятора. В качестве главного регулятора используется ре-
гулятор струйного типа, к струйной трубке которого подается воз-
дух (давлением 100—150 мм вод. ст.). Выходное командное дав-
ление воздуха от главного регулятора является функцией давле-
ния газа и определяет производительность генераторов. С по-
вышением давления газа командное давление падает, и произво-
Рис. 3. Схема регулирования производительности газогенераторной
станции:
а — газогенера/гор; б — сдвоенные стояки: в — скруббер; г — газодувка,
д—каплеуловитель; е — воздух от вентилятора; з — питающий воздух
дительность генераторов снижается за счет уменьшения подачи
дутья. При падении давления в коллекторе увеличивается подача
воздуха до тех пор, пока давление газа не примет заданного зна-
чения.
Такая система регулирования производительности ГГС позво-
ляет одновременно обеспечить поддержание постоянного давления
газа в коллекторе, что безусловно улучшает условия ведения
процесса газификации. Точное поддержание давления газа при ав-
томатическом регулировании позволяет также устанавливать бо-
лее низкое давление в коллекторе, что весьма желательно с точки
фения эксплуатации.
Для каждого генератора в схеме предусмотрены промежуточ-
ные узлы в виде регуляторов нагрузки, управляющих подачей
воздуха в каждый данный генератор.
При параллельной работе генераторов недостаточно регулиро-
вать подачу общего количества воздуха, ибо в зависимости от хо-
да процесса газификации генераторы могут иметь различное и
переменное сопротивление шахты. В рассматриваемом объекте
имеет место отрицательное самовыравнивание: если генератор на-
чинает зашлаковываться и растет сопротивление его слоя, то рас-
ход воздуха через этот генератор становится ниже, что приводит
к увеличению подачи воздуха к другим генераторам. Таким обра-
зом. без стабилизации расхода воздуха на каждый генератор и
без регулятора нагрузки каждого генератора распределение об-
щего количества воздуха между всеми генераторами станции про-
исходит неравномерно и с течением времени нарушается: часть
генераторов охлаждается, выход газа у них падает, тогда как
другие генераторы в связи с этим перегружаются.
В качестве регуляторов нагрузки каждого генератора устанав-
ливают гидравлические регуляторы соотношения. На одну из из-
мерительных мембран поступает командное давление от главного
регулятора. Ко второй мембране подается перепад на диафрагме,
измеряющей расход воздуха, подаваемого к данному генератору;
Гидравлические исполнительные механизмы этих регуляторов уп-
равляют регулирующими дросселями на воздухопроводах.
Приведенная схема регулирования нагрузки хорошо зареко-
мендовала себя на ряде заводов. Колебания давления газа при ра-
боте с регуляторами резко уменьшились.
Главный регулятор устанавливается на общем щите управле-
ния станции, а регуляторы нагрузки — в щитах КИП генераторов.
Задатчики регуляторов выводятся на лицевую панель щитов. Пе-
рераспределение нагрузок между отдельными генераторами про-
изводится в случае необходимости начальником смены пли стар-
шим газовщиком с помощью поворота задатчиков регуляторов на-
грузки. Это позволяет также установить различную долю участия
отдельных генераторов в покрытии общих изменений нагрузки
станции, что бывает иногда необходимо по состоянию или ходу
процесса в разных генераторах.
Автоматизация и, как следствие, уменьшение колебания давле-
ния позволили перейти на поддержание значительно более низко-
го давления газа в коллекторе. Однако установить минимальное
давление (порядка 5 мм вод. ст.) в рассматриваемом случае не
удалось, ибо поставленный Харьковским заводом КИП пневмати-
ческий главный регулятор не обеспечивает изодромное регулиро-
вание, как это необходимо, а является пропорциональным; в ре-
зультате имеет место остаточная неравномерность поддерживае-
мого давления газа при различных нагрузках станции. Если уста-
новить на регуляторе давления минимальное задание, то с новы-
шением нагрузки заданное давление еще понизится, и газопровод
может оказаться под разрежением.
В конструкцию поставляемых регуляторов необходимо внести
изменения, сделав их изодромными и расширив диапазон настрой-
ки степени неравномерности, который практически оказался со-
вершенно недостаточным, что повлекло частичную переделку
главного регулятора в процессе наладочных работ.
Наряду с приведенной схемой, где между главным регулятором
и регуляторами нагрузки отдельных генераторов осуществлена
пневматическая связь, на ГГС Ново-Московского жестекатального
завода была применена другая схема.
Главный регулятор станции — гидравлический, на его струй-
ную трубку, как и к регуляторам расхода воздуха, подается мас-
ло с давлением 6—8 кг/см2. Регулятор снабжен устройством гиб-
кой обратной связи, что обеспечивает изодромное действие. Связь
между главным регулятором и регуляторами нагрузки осущест-
влена механически: при отклонении давления газа от задания ис-
полнительный механизм главного регулятора изменяет задание
регуляторов нагрузки при помощи кулачков. Обратной связью
к регуляторам нагрузки, как и в первом случае, служит расход
паровоздушного дутья к генератору.
Все регуляторы узла управления производительностью стан-
ции размещаются не в одном щите; поэтому такая схема удобна
для станций с небольшим числом генераторов (до 4—5).
Такая автоматизированная станция успешно работала на од-
ном из металлургических заводов: давление газа поддерживалось
устойчиво, расход паровоздушного дутья строго соответствовал
потреблению газа.
Путем относительного смещения задающих кулачков регуля-
торов подачи воздуха и в этом случае можно осуществлять пере-
распределение нагрузки между генераторами.
В первой установке авторегулирования генераторной станции
наряду с рассмотренными узлами предусматривалась также уста-
новка на стороне потребления (после газодувки) регулятора дав-
ления газа, управляющего перепуском через специальный байпас
части газа с нагнетательной стороны на всас газодувок (рис. 3),
При таком методое регулирования наблюдался перерасход
электроэнергии; опыт показал, что нет необходимости в этом регу-
ляторе, так как нет колебаний давления газа к потребителю при
работе главного регулятора станции. Кроме того, перепуск газа в
коллектор низкого давления, создавая ложный импульс в системе,
мешает правильной работе главного регулятора, импульсом для
которого служит давление в коллекторе.
В последующем этот узел был заменен регулятором безопас-
ности, контролирующим минимальное давление газа на низкой
стороне, с целью полного предупреждения возможности появле-
ния отрицательного давления в сети. Исполнительный механизм
регулятора безопасности открывает дроссель перепуска па бай-
8
пасном газопроводе с нагнетания на всас лишь в случае падения
давления газа на станции ниже установленного минимального
предела (в целях безопасности системы). При правильном выбо-
ре диаметра газопровода и дросселя, необходимой скорости регу-
лирования и величины задания, этот узел регулирования рабо-
тает удовлетворительно.
Обеспечение безопасности перепуском газа на всас целесооб-
разно выполнять на станциях, где производительность газодувок
значительно превосходит фактические расходы газа и ограниче-
ние подачи газа может привести к срыву воздуходувок в помпаж.
На станциях, где производительность газодувок близка к расходу
газа, следует использовать регулятор безопасности для ограниче-
ния потребления газа путем дросселирования потока на стороне
высокого давления.
Как показали наблюдения за работой автоматизированных га-
зогенераторных станций, внедрение автоматического регулирова-
ния температуры паровоздушного дутья, поддержание постоянно-
го и значительно более низкого давления газа в коллекторе перед
газодувками, стабилизация подачи дутья к генераторам — все это
позволило улучшить ведение процесса газификации, добиться по-
стоянных и более высоких параметров вырабатываемого газа.
Наряду с этим внедрение автоматики повысило надежность и
бесперебойность работы станций, позволило сократить числен-
ность обслуживающего персонала и значительно облегчить усло-
вия его работы.
Освоение этих узлов автоматического регулирования позволи-
ло перейти к созданию связанных систем управления работой ге-
нераторов. Так, за последнее время на ряде заводов огнеупорной
промышленности, где туннельные печи, сушила и генераторы со-
ставляют единый технологический комплекс, в котором генератор-
ный газ после сухой очистки поступает по газопроводу непосредст-
венно в коллектор печи и далее к горелкам, регулятор температу-
ры в печи вместо изменения подачи газа, как это делалось рань-
ше, с помощью своего исполнительного механизма управляет не-
посредственно расходом дутья к генератору, работающему на дан-
ную печь. Для поддержания постоянной температуры паровоз-
душного дутья здесь устанавливаются регуляторы прямого дей-
ствия РПД-Т.
Регулирование расхода дутья под генератор непосредственно
по температуре в зоне печи оказалось вполне успешным. Резуль-
таты работы этого узла автоматики представлены на рис. 4, где
приведены диаграммы температуры в печи и расхода дутья.
Не следует, однако, считать, что работы по созданию схем
регулирования газогенераторной станции можно считать закон-
ченными. Наряду со стремлением упростить аппаратуру и схемы
уже освоенных узлов регулирования, дальнейшая работа по ав-
томатизации газогенераторных станций должна быть в первую
9
Рис. 4. Регулирование расхода дутья под генератор
по температуре в зоне печи:
а — температура зоны обжига; б— расход дутья на газифика-
цию; А — вышел из строя регулятор тяги
очередь направлена на надежную механизацию и автоматизацию
загрузки генераторов углем.
Успешное решение этой задачи встречает в настоящее время
ряд трудностей не столько в связи с отсутствие^ необходимых
регуляторов, как и в связи с необходимостью разработать и
г внедрить надежную и удобную систему механизированной на-
грузки, позволяющую по команде регулирующего устройства
плавно и в достаточно широких пределах изменять количество по-
даваемого топлива.
В решении этого вопроса мы отстаем от уровня современной
техники. Так, например, последние годы автоматическое управле-
ние загрузкой генераторов углем разработано и внедряется в
Англии.
Создание такого узла регулирования особенно необходимо для
.генераторов, работающих в условиях резко переменных нагру-
зок, где ручное управление подачей очень затруднено и приводит
к значительным колебаниям в составе газа. Разработанная систе-
ма автоматического управления подачей угля стабилизировала
состав и температуру газа при различных нагрузках.
Управление работой питателя угля путем изменения скоро-
сти вращения его барабана производится специальным двухим-
пульсным регулятором. Регулируемыми параметрами здесь слу-
жат нагрузка генератора и температура газа на выходе. Это по-
зволяет при изменении нагрузки установить соответствующую
скорость подачи еще до возникновения отклонения температуры
к газа от задания. Для компенсации возмущений, не связанных с
нагрузкой, как, например, качество угля, его влажность и др.
в регулятор вводится указанная коррекция по температуре газа.
Авторы этих работ отмечают также, что за счет снижения ко-
лебаний температуры газа при автоматическом регулировании
загрузки устраняется опасность отложения смолы в газовых ма-
гистралях при работе с пониженной температурой выходящего
газа. Это позволяет увеличить высоту слоя топлива в гене-
раторе, а следовательно, повысить калорийность вырабатываемого
газа.
В этой связи заслуживает внимания разработка Центроэнер-
гочерметом ряда предложений по улучшению управления двухко-
локольным питателем угля с лотковым распределительным уст-
ройством и автоматическому регулированию его производитель-
ности по нагрузке генератора.
Однако внедрение этих предложений, испытание подобных
устройств, как и экспериментальная проверка друг’ого интересного
предложения ЦЭЧМ об автоматическом поддержании постоянной
высоты слоя топлива в шахте генератора, измеряемой с помощью
радиоактивного излучения изотопа Со60 недопустимо задержи-
вается и нс выходит до сих пор из стадии проектных разработок.
Дополнение же общей схемы регулирования этим узлом авто-
матики позволит улучшить показатели газификации, создать пол-
11
ностью автоматизированный комплекс генератора и свести к ми-
нимуму количество обслуживающего персонала.
Непрерывность процесса газификации, как и весь характер ра-
боты газогенераторной станции, создает благоприятные условия
для комплексной автоматизации станции, централизации контро-
ля и управления ее работой. При этом, конечно, следует, наряду с
совершенствованием схемы регулирования генераторов, пересмот-
реть условия раооты и компоновку оборудования топливоподачи.
машинного зала, упростить схему водоснабжения, работы котел-
ков-паросборников и др.
Мы имеем все возможности в самое ближайшее время постро-
ить комплексно автоматизированную газогенераторную станцию
с централизованным управлением всех процессов диспетчером.,
Успешное решение этих задач требует совместных усилий
конструкторов основного оборудования ГГС, технологов и прибо-»
ростроителей.
Т-02876 Заказ 243	1000 экз. Подписано к печати 30/111 1936 /
Типография Металлургиздата, Москва, Цветной бульвар, 30