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Drehofensteuerung und Programm Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein Verbesserungen in der Steuerung der Ofenbehandlung kalkhaltiger Materialien
und insbesondere eine Drehofehsteuerung und -programmierung.
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Die betriebliche Stabilität eines Drehofens bei der Herstellung von
Portlandzementschlacke wird von vielen Faktoren beeinflusst.
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Wenn diese nicht im richtigen Verhältnis und zeitlich aufeinander
abgestimmt werden, wird die Ofenfunktion unstabil. Die erzeugte Schlacke hat dann
eine schlechte Qualität und die Kontrolle über die Behandlung kann verloren gehen.
Es ergeben sich übermässige Ausfallzeiten und ein schwerwiegender Verlust der Wirtschaftlichkeit.
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Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und
ein Verfahren - inkl. Rechnerprogrammierung - für die Steuerung des Ofenbetriebes
in einer Weise zu schaffen, dass ein
langanhaltender Ofenbetrieb
sowie die Erzeugung qualitativ hochwertiger Schlacke erreicht und Stabilitätsprobleme
umgangen werden. Dieses Ziel wird entsprechend der Erfindung im wesentlichen durch
Steuerung der Brennstoffzufuhr zu den Brennern, wenn die Maximaltemperatur der Ofencharge
sich innerhalb eines Bereiches befindet, und durch eine Steuerung der Ofendrehgeschwindigkeit
erreicht, wenn die Maximaltemperatur der Charge sich innerhalb eines anderen Bereiches
befindet. Weiterhin wird ein genaue Steuerung des Ofens beim Anlauf erreicht, indem
auf zu beschreibende Weise die Zunahme der Geschwindigkeit der Materialzufuhr mit
der Zunahme der Ofengeschwindigkeit in Beziehung gesetzt wird. Weiterhin wird die
Geschwindigkeit des Wanderrostkühlers durch eine Programmierung auf stabile Sekundärluftvorwärmung
erreicht, und sowohl die Strömung des Pilotbrennstoffs als auch Einstellung des
Hauptklappenventils werden zur Optimierung des Ofenbetriebs in Relation zu anderen
Parametern genau gesteuert.
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Bezüglich des Verfahrens betrifft die Erfindung eine Steuerung der
Ofengeschwindigkeit und derBrennstoffversorgung der Hauptbrenner zur Steuerung der
Erwärmung und exothermen Rekation des in den Ofen einfliessenden Rohmaterials unter
normalen Bedingungen. Abweichungen der Maximal- oder Fastmaximaltemperatur des Materials
im Ofen werden erfasst und die Brennstoffzufuhr zu den Hauptbrennern bei einem Temperaturabfall
innerhalb eines Bereiches verstärkt, während die Ofengeschwindigkeit im'wesentlichen
konstant bleibt. Wenn die erfasste Temperatur innerhalb eines anderen vorbestimmten
Bereiches abfällt, wird die Ofengeschwindigkeit gesenkt, während die Brennstoffzufuhrgeschwindigkeit
zu den Hauptbrennern im wesentlichen konstant gehalten wird. Wie man sehen wird,
sieht das Verfahren weiterhin vor, die Ofengeschwindigkeit bei einer Erhöhung der
erfassten Temperatur innerhalb eines dritten, den anderen überlappenden Bereiches
und nach einer Senkung der Ofengeschwindigkeit auf einen vorbestimmten niedrigen
Wert verhältnismässig schnell zu steigern, während die Brennstoffversorgung zu den
Hauptbrennern im wesentlichen konstant bleibt.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, die obigen Anderungen der
Ofengeschwindigkeit und der Brennstoff'versorgung der Hauptbrenner in vorbestimmter
linearer Funktion von Änderungen eines Parameters T Tc auszuSuhren, der der Differenz
zwischen einer vorbestimmten Soll-Maximaltemperatur der Ofencharge und der festgestellten
Isttemperatur der Charge entspricht.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, Mittel vorzusehen für die
Bestimmung der Istwerte der Brennstoffzufuhr und Ofengeschwindigkeit unter Bezug
auf die # Tc-Werte und Mittel zur Bestimmung der Istwerte der Material-zufuhrgeschwindigkeit
bezüglich der Ofengeschwindigkeit während des Ofeneinlaufs, der Stellung des Hauptklappenventils,
der ZuSuhrgeschwindigReit des. Pilotbrennstoffs und der Kühlrostgeschwindigkeita
wie im folgenden ersichtlich ist.
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Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung und die Einzelheiten
einer zur Erläuterung beschriebenen Ausführungsform ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durcheine Ofenanlage, die nach
der vorliegenden Erfindung steuerbar ist.
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Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Prinzipien der Steuerung erläutert.
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Fig. 5 ist ein Flussdiagramm für die Rechnersteuerung des Ofens nach
Fig. 1.
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Fig. 4 ist ein Flussdiagramm für ein rechnergesteuertes Einlaufen
des Ofens nach Fig. 1.
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Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm für die Rechnersteuerung des Wanderrostes
nach Fig. 1.
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Fig. 6 - 8 sind Betriebskurven.
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Fig. 9 ist ein Blockschaltbild eines Steuerungssystems.
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Ein Drehofen nach Fig. 1, Bezugszeichen 10, hat eine im allgemeinen
rohrartige Gestalt und ist gegen die Waagerechte geneigt. Das Rohmaterial wird bei
11 in das strömungsautwäR1ge offene Ende 12 des Ofens eingebracht, das sich in ein
Gehäuse 1) hineinerstreckt. Das Rohmaterial, das typischerweise SiO2, A1203, Fe2O3,
CaCo3, MgCoD, Na2O und K20 im zur Herstellung von Portlandzement geeigneten Verhältnis
enthält, bewegt sich in Längsrichtung durch den Ofen nach unten, und -zwar im wesentlichen
infolge von dessen Drehung, die sich durch irgendeine geeignete Vorrichtung erreichen
lässt und allgemein bei 14 angedeutet ist.
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Weiterhin lässt sich die Drehgeschwindigkeit des Ofens nach en Wunsch
steuern, und in der Vergangheit war es üblich, den Chargenfluss im Ofen durch Anderung
der Ofendrehgeschwindigkeit zu steuern.
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Nachdem sie den Ofen hinabgeflossen ist, verlässt die Charge aiesen
als Schlacke - vergl. Bezugszeichen 15 - innerhälbeiner Haube 16, in welche sich
das offene untere Ende 17 des Ofens hineinerstreckt. Die Schlacke fällt auf einen
Rost 18, wo ein Wärmeaustausch mit einer Luftströmung stattfindet, die - vergl.
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19 und 20 - nach oben durch das Sehlackebett 21 strömt. Dets Schlackebett
läuft langsam den Rost 18 entlang, der mittels eines allgemein mit 22 bezeichneten
Antriebes bewegt wird. Rost 18 und Schlackebett 21 befinden sich innerhalb eines
Schlackenkukilgehäuses 23 mit einem Eintritt 24 für durch die Leitung 25 zugeführte
Luft, einen von der Haube 16 entfernt angeordneten Schernste n 26 und einem Schlackeausgang
27. Nur zu m Zweck der Erläuterung ist der Rost 18 als auf schwenkbaren Gestängegliedern
28 gelagert dargestellt, die dem Rost bei laufendem Antrieb 22 eine bogenförmige
Bewegung erteilen. Dieser Antrieb 22 kann einen Motor 29 mit einer Welle 30, einer
Kupplung 31, einer weiteren Welle 32 zum Antrieb der Kurbel 33 und eine Stange 34
enthalten, die Kurbel und Rost miteinander verbindet.
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Weiterhin ist ein geeignetes Gebläse 35 dargestellt, das über ein
Klappenventil 36 Luft in die Luftleitung 25 einführt.
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Im Betrieb strömt die durch die Leitung 25 zugeführte Luft aufwärts
durch das Schlackebett 21, um die Luft vorzuwärmen und die Schlacke zu kühlen, und
sodann nach oben durch die Haube 16.
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in das untere Ofenende hinein. Der Brennstoff wrd dem unteren Ofenende
durch eine Düse 57 zugeführt und entzündet sich bei )8, um mit dem Luftsauerstoff
zu verbrennen. Der Brennstoff, der typischerweise Erdgas, 01, Kohlepulver oderirgend
ein fliessfähiges brennbares Material sein kann, wird der Düse 37 durch eine Leitung
39 zugeführt. Verwendet'man Erdgas, lässt sich dieses durch eine Hilfsleitung 40
mit einem Ventil 41 und einem Dosierinstrument 42 einrühren. Öl oder Koks- bzw.
Kohlepulver strömen in die Leitung 39 durch geeignete Einlassvorrichtungen ein,
und die Primärluft kann in die Leitung 39 durch eine Leitung 47 eingespeist werden,
die ein Ventil 44 enthält. Ein geeignetes Gebläse 45 führt die Primärluft mit dem
gewünschten Druck und in gewünschter Menge in die Leitung 39 ein.
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Eine Anordnung zur Sekundärerwärmung der zufliessenden Luft, die verschiedene'Formen
annehmen kann, ist in einer dieser Formen bei 50 im Halsteil des Schlackekühlers
dargestellt, so dass sie sich direkt im Weg der vorerwärmten Luftströmung zum unteren
Ofenende befindet. Die Heizvorrichtung kann verschiedene Formen annehmen; in Fig.
1 ist sie nur zur Erläuterung als Gasbrenner dargestellt, dem Gas durch eine Leitung
51 zugeführt wird, in die eine Vorrichtung zur Dosierungsmessung geschaltet ist.
In der dargestellten Anordnung kann die Leitung 51 durch eine der Leitungen 53 und
54 gespeist werden, wobei die Leitung 55 einen Nebenstrom von Gas aus der Hauptleitung
59 durch ein Regelventil 55 abgibt, die Leitung 54 einen separaten Gasnebenstrom
durch ein Regelventil 56, wobei letztere Anordnung vorzugsweise verwendet wird.
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Es ist der Zweck des Heizers 50, die einströmende oder Sekundärluft
vor der Verbrennung der Hauptbrennstoffströmung im Ofen zusätzlich und kontrollierbar
zu erwärmen und dadurch die Verbrennung im Ofen zu beeinflussen, indem derjenige
Ofenlngsbereich,
in welchem das heiße Gas Temperaturen erreicht,
die oberhalb der Maximaltemperatur der Charge liegen, bestimmt und eingestellt wird.
Im Ergebnis lassen sich die Temperaturen und die Bewegung der Ofencharge regulieren,
insbesondere diejenige Materialbewegung, die mit der Fliessendmachung des Materials
in der allgemein- bei 57 in Fig. 1 gezeigten kritischen Zone zusammenhängt.
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Um eine primäre Stabilisierung der Luftvorwärmtemperatur zu erreichen,
lässt sich die Bewegung des Rostes 18 in Abhängigkeit von Druckänderungen der Sekundärluft
- vergl. beispw.
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Fig. 1 - ändern. Es lässt sich unter dem Rost 18 eine Druckbestimmungsvorrichtung
58 anordnen, und die Druckverhältnisse können auf einem Messinstrument 59 abgelesen
werden. Weiterhin lässt sich die Geschwindigkeit der Rostbewegung durch eine MagneApplung
51 im Antrieb 22 vor eine entsprechende Vorrichtung steuern; die Erregung der Kupplung
erfolgt elektrisch beispielsweise mittels des Regelwiderstandes 60. Entsprechend
kann der Antrieb 22 so gesteuert werden, dass die Geschwindigkeit der Rostbewegung
in Abhängigkeit von einer Ab- oaer Zunahme des Sekundärluftdrucks gesenkt bzw. gesteigert
wird, wobei dieser Druck vor dem Durchlauf der Luft durch die auf den Rost geschüttete
Schlacke gemessen wird. In diesem Zusammenhang ist einzusehen, dass eine stabile
Vorwärmtemperatur der durch das Schlackebett strömenden Luft mit einer stabilen
Dicke zusammenhängt. Wenn aus irgendeinem Grund der Schlackenausstoß des Ofens zunimmt,
erfolgt di eine Änderung des von der Vorrichtung 58 erfassten Drucks, und der Rostantrieb
lässt sich so nachstellen, dass die Bettdicke zur Rückführung auf den gewünschten
Druck, der zu der gewünschten stabilisierten Vorwärmtemperatur in Beziehung steht
nachgeregelt wird.
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Wie ersichtlich, resultieren örtliche Änderungen der Abwärtsbewegung
der Ofencharge in Abhängigkeit von der Fliessendwerdung in der in Fig. 1 bei 57
gezeigten kritischen Zone in Störungen der Wärmeübertragungsbedingungen innerhalb
des Ofens und erhöhen
die Neigung des Materials, sich in Bewegung
zu setzen. Beispielsweise ergibt eine Zunahme der Bewegungsgeschwindigkeit des Materials
durch die Fliesszone in Richtung zum unteren Ende des Ofens ein Abfall des Gesamtwärmepegels
im exothermen Gebiet 157 und verursacht eine Verzogerung der Brennstoffzündung,
d.h. der Zündpunkt s8 entfernt sich vom unteren Ofenende 17. Dieses wiederum verursacht
eine Verlängerung der Spitze der Flamme 62 und eine Erhöhung des Wärmepegels in
der Fliesszone 57 des Ofens, wodurch die Tendenz einer weiteren Zunahme der Materialstrëmungsgeschwindigkeit
durch die und aus der Fliesszone entsteht. Wenn diese Kettenreaktion nicht unter
Kontrolle zu bringen ist, tritt ein Verlust der Charge ein.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, lässt sich die Ofengeschwindigkeit beispielsweise
mittels eines Antriebs 14a steuern, der vom Rechner 100 mit einem Steuereingangssignal
KS beaufschlagt wird.
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Weiterhin ist die Brennstoffzufuhr zum Hauptbrenner 57 bspw.
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mittels einer Betätigungsvorrichtung 41a für das Ventil 41 steuerbar,
die der Rechner 100 mit einem Steuersignal B beaufschlagt. Die Geschwindigkeit einer
Speisevorrichtung lla für das dem Ofen bei 11 zuzuführende Material ist bspw. mittels
eines Antriebs 101 steuerbar, der ein Steuersignal FK vom Rechner erhält. Die Brennstoffzufuhr
zum Pilotbrenner 50 ist bspw.
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durch eine Betätigungsvorrichtung 56a für das Ventil 56 steuerbar,
wobei die Betätigungsvorrichtung vom Rechner ein Steuersignal PT erhält. Die Geschwindigkeit
des Kühlrostes 18 wird vom Antrieb 22 gesteuert, dessen Regelwiderstand durchein
Betätigungsglied 103 eingestellt wird, welches vom Rechner ein Steuersignal CS erhält.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Ofengases zum Schornstein bei 104 wird durch ein
Hauptklappenventil 105 gesteuert, dessen Einstellung eine Betätigungsvorrichtung
105a vornimmt, die vom Rechner ein Eingangssignal MDV erhält.-Normalerweise wird
die Einstellung des Ventils 56, durch die Luft zur Unterseite des Rostes 18 strömt,
konstant gehalten.
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Nach einem wichtigen Aspekt des Verfahrens erfolgt die Steuerung des
Hauptbrennerbrennstoffs B und der Ofengeschwindigkeit KS in Abhängigkeit von Änderungen
der erfassten Maximale oder Fcstmaximaltemperatur der Ofencharge, um ein Gleichgewicht
bzw.
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einen stabilen Betriebszustand des Ofens aufrechtzuerhalten und damit
einen Verlust der Ofencharge zu verhindern. Allgemein gesagt und unter der Annahme
eines normalen Ofenbetriebs nach dem Einlauf wird die Strömungsgeschwindigkeit des
Brennstoff zum Hauptbrenner erhöht, wenn die erfasste Maximaltemperatur des Materials
im Ofen innerhalb eines vorbestimmten Bereiches (eines verhältnismässig hoch liegenden
Temperaturbereiches) abnimmt, während die Ofengeschwindigkeit konstant gehalten
wird. Die Ofengeschwindigkeit wird jedoch gesenkt, wenn die erfasste Fastmaximaltemperatur
des Materials innerhalb eines weiteren vorbestimmten Temperaturbereiches (eines
verhältnismässig niedrigliegenden Bereichs) abnimmt, wobei die Brennstoffzufuhr
zum Hauptbrenner im wesentlichen konstant gehalten wird.
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Ins besondere kann eine solche Vorrichtung zur Erfassung der Temperatur
einen Temperaturfühler 64 wie z.B. ein Pyrometer, ein "Rayotube" oder ein Lichtrohr
enthalten, der so gerichtet ist, dass er Strahlen 65 aufnimmt, die von der Zone
157 ausgehen, die sich auf oder nahe bei der Festkörpermaximaltemperatur TSM befindet.
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Das veränderliche Ausgangssignal des Fühlers 64 wird auf der Leitung
67 auf eine Vorrichtung 68 angegeben, an der auch bei 69 ein konstantes Eingangssignal
liegt, das eine maximale Solltemperatur TqM des Materials darstellt. Das Ausgangssignal
170 der Vorrichtung 68 stellt die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen
bzw. A TSM dar und wird mittels einer geeigneten Anzeigevorrichtung 66 angezeigt.
Die Vorrichtung 63 vergleich bzw. addiert die beiden Eingangssignale algebraisch
und kann verschiedene Formeln annehmen, die jeweils von der Art der gewünschten
Hin- bzw. Ausgangssignale abhängen - wie z.B.
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mechanische, hydraulische, pneumatische, elektrische oder optische
Signale. Im Fall elektrischer Eingangssignale kann die Verrichtung
aus
einer Wheatstone-Brücke oder einem Potentiometer bestehen, im Falle von Eingangssignalen
in Form von Gas- bzw. pneumatischen Drücken, kann die Vorrichtung 68 aus einem Paar
von Bourdon-Manometern ( jeweils eines pro Signaleingang) bestehen, die gegeneinandergeschaltet
sind. Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, dass bei 400 der Sauerstoffgehalt der
Ofenabgase überwachtwird; ein hiervon bei 401 abgeleitetes Signal geht an den Rechner.
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Die Fig. 2 zeigt nun graphisch ein höchst wirkungsvolles Verfahren
zur Steuerung von B und KS, wie oben beschrieben. Die Abszisse zeigt die Grösse
A Tc, wobei es sich um die oben erwähnte Grösse Ä TSM handelt, und entlang der Ordinate
ist die Große # tc aufgetragen, bei der es sich um die negative Temperaturkorrektur
handelt, die erwünscht ist, um die maximale Materialtemperatur auf den Sollpunkt
rückzuSühren, der im Schnittpunkt der Ordinate und der Abszisse liegt.
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Wie gezeigt, hat die aufgetragene Funktion sieben Abschnitte, die
mit 1 bis 6 bezeichnet sind undden sieben weiter unten angegebenen Gleichungen entsprechen.
Dieses bedeutet also, dass der für die Bestimmung von B und KS in jedem Zeitpunkt
anwendbare Korrekturwert # tc vom Wert A Tc in diesem Zeitpunkt abhängt.
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nn also im Abschnitt 1 der Wert A Tc entlang eines vorbestimmten Bereiches,
der von den Abszissenwerten dieses Abschnittes begrenzt wird, abnimmt, wird der
Wert von B umgekehrt nachgestellt (unterhalb eines bestimmten Maximums, das das
Ventil 41 bestimmt), d.h. er wird gesteigert, wobei KS konstant bleibt.
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Wenn Ä Tc entlang des Abschnittes 2 abnimmt, werden A tc und B konstant
gehalten, d.h. die Zunahme von B wurde bei einem -Wert beendet, der vor der Abnahme
von # Tc auf Null für den Ofenbetrieb als normal gilt. Wenn # Tc entlang dem kurzen
Abschnitt 3 auf Null abfällt, werden die Werte KS und B konstant gehalten; fällt
es weiter entlang des kurzen Abschnittes 4 ab, wird KS etwas verringert, während
B konstant bleibt. Wenn schliesslich t Tc innerhalb eines weiteren vorbestimmten
Bereiches abfällt,
der von den Abszissenwerten de; Abschnitts 5
begrenzt ict, wird die Ofengeschwindigkeit KS allmählich verringert, bis ein Minimum
erreicht ist. Danach werden, wenn # Tc innerhalb eines dritten Bereiches zunimmt,
der v n den Abszissenwerten de" Abschnitt 6 begrenzt wird, der den Abschnitt 5 am
niedrigeten Punkt von # schneidet, KS und A tc gesteigert, bis ES ein Maximum erreicht,
wenn # tc Null wird. Schliesslich werden KS, B oder # tc konstant gehalten, wenn
# Tc entlang dem Abschnitt 7 auf Null zurückläuft.
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Die für B anwendbaren Gleichungen; der Kurvenabschnitte 1 und 2 sind:
#tc = (SL1)(#Tc) + (IN1) (Gl. 1) #tc = (SL2)(#Tc) + (IN2) (Gl. 2) Die für die Ofengeschwindigkeit
KS anwendbaren Gleichungen der Kurvenabschnitte 5 bis 7 sind wie folgt: #tc = (SL3)(#Tc)
+ (IN3) (Gl. 3) #tc = (SL4)(#Tc) + (IN4) (Gl. 4) #tc = (SL5)(#Tc) + (IN5) (Gl. 5)
#Tc - Z #tc = (SL7)(Z-X) + (#tc)M - (SL7)(Z-X) (Gl. 6) (#Tc)M- Z #tc = (SL7)(#Tc
- X) (Gl. 7) mit SL1 bis SL7 = Steigungen IN1 bis IN5 = Schnittpunkte W,X,Y und
Z = Temperaturdifferenzen bezüglich TSM (vergl. Fig. 2), im Rechner gespeichert
#Tc = #TSM = TSM' - TSM, wie oben erläutert
(#Tc)M - niedrigster
Wert von #Tc in Fig. 2 am Schnittpunkt der Abschnitte 5 und 6 (#tc)M = niedrigster
Wert von #tc in Fig. 2 im - Schnittpunkt der Abschnitte 5 und 6.
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Typische Daten für die Gleichungen nach Fig. 2 sind wie folgt: G1.
Nr. Steigung Schnittpunkt Funktionswert 1 1 0 #tc =#Tc 2 0 0 #tc= ° 3 0 0 #tc =
0 4 0 -35° F #tc = -35°F 5 3 0 #tc = 3 #Tc 6 variabel variabel vergl. Fig. 2 7 0
ohne 4tc = 0 Die auftretenden Werte der Parameter (inkl. B und KS) beim Ofeneinlauf
und der Ofensteuerung werden vom Rechner durch Lösung der folgenden Grundgleichungen
berechnet, wobei die #tc-Werte für jeden Zeitpunkt durch die obigen Gleichungen
gegeben sind: R = (0,05mt + Roc)1/c (Gl. 8) (FK) = 0,01 R(FK)F(KS)F/ (KS)S (Gl.
9) (KS)S= R (KS)F/(m(ts)100 - R0c)1/c (Gl. 10)
| (BP)FF(O,O1 - 0,0001QO)R + 0,01wo + R(/STC)~7 P |
| B =- 1 - (T K 40 ~ TAS) + B T SECTOR B - |
| (T - K . 40 T%) KK |
| 1 - u AS KA (Gl.ll) |
| 5 c 5 |
| tR = (FK)JtKS3J a c R c (G1.12) |
PA = KAKKBFAS F SECTOR NN + 0,0) BF - T' 7 B AS (Gl. 13) PM =
KMKKB'[SECTOR MM- TSM'] (Gl. 14) PT = PA + PM (Gl. 15) Bestimmte Symbole und Parameter
der obigen Gleichungen werden imfolgenden und unter Bezug auf die Fig. 6, 7 und
8 definiert: R = Geschwindigkeit (Verhältnis von Materialzufuhrgeschwindigkeit zu
Ofengeschwindigkeit) zur Zeit t in % der endgültigen Produktionsgeschwindigkeit
m = Steigung der Kurve Rc = f(t); vergl. Fig. b t = seit dem Anlauf der Ofenspeisevorrichtung
lla verstrichene Zeit Rc = % der endgültigen Produktionsgeschwindigkeit des zur
Ueit Null dem Ofen anfänglich zugeführten Materials c = exponentielle Konstante
(vergl. weiter unten) (FS) = (FK) Geschwindigkeit der Speisevorrichtung lla in U/min.
zur Zeit t (FS)F = endgültige Geschwindigkeit der Speisevorrichtunglla in U,/min.
bei der endgültigen Produktionsgeschwindigkeit FK-R(FK)F - R(FS)F = Geschwindigkeit
zu der Zeitpunkt, wenn (FS)F ein Maximum hat
(BP)F = Strömungsgeschwindigkeit
des Brennstoffs zum Pilotbrenner c = Konstante; minimale Temperaturdifferenz (TSM
-TSM'), bei der der Rechner in begrenztem Ausmass ( ca. 1 U/Std.) die Geschwindigkeit
regeln darf. Ein vorzugsweise vorkommender Wert für c ist ca. 1000 F.
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(tR)100 = verstrichene Zeit in Std., nach der die Produktionsgeschwindigkeit
R auf 100 ß gestiegen ist. (Wird vom Rechner nicht unmittelbar verwendet) (FS)o
= anfängliche Geschwindigkeit der Speisevorrichtung in U,iStd. zur Zeit t - O. (Wird
vom Rechner nicht unmittelbar verwendet) (KS)o = anfängliche Ofengeschwindigkeit
in U/Std. bei t = 0.
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(Wird vom Rechner nicht unmittelbar verwendet) B' = Brennstoff-Istgeschwindigkeit
am Hauptbrenner; wird vom Brennstoffregler zum Rechner gegeben.
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(FS)> = (FXY) = Istgeschwindigkeit in U/min. der Speisevorrichtung;
wird in den Rechner eingegeben.
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(KS)' = Ofenistgeschwindigkeit in U/Std.; wird in den Rechner eingegeben.
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PM = Pilotbrennerbrennstoff zur Korrektur der maximalen Feststofftemperaturabweichung.
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KM = Konstante zur Feststofftemperaturkorrektur (Dimension °F-1) =
= maximale Feststoff-Solltemperatur in °F.
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SM PT = gesamter Pilotbrennerbrennstoff.
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#Tc = TSM -TSM' KE = Konstante; entspricht der Abnahme der Ofengeschwindigkeit
in U/Std. pro °F der Feststofftemperaturabweichung.
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SMin = Augenblickswert der Ofengeschwindigkeit (KS), wenn die Änderung
der Feststofftemperatur innerhalb der vorangegangenen 9-min-Periode gerade vom Negativen
ins Positive gegangen ist.
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TMin = Augenblickswert der Feststofftemperatur (TSM) in dem Zeitpunkt,
wenn 5Min auftritt.
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(KS)S = Einlauf-Ofengeschwindigkeit zur Zeit t während des Intervalls,
in dem die Ofengeschwimdigkeit auf den endgültigen Wert gesteigert wird (Vergl.-Fig.
7 ).
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= = = Ofengeschwindigkeit in U/Std.
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(KS) ohne Index bezeichnet allgemein die Ofenget schwindigkeit zur
Zeit in U/Std.
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(ts)100= verstrichene Zeit in Std., nach dem die Ofengeschwindigkeit
100 ß des endgültigen Wertes erreicht hat.
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B = Brennstoff am Hauptbrenner zur Zeit t.
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ÄB B = letzte Änderung von B gemäss Berechnung.
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BF = endgültiger Brennstoffbedarf am Hauptbrenner bei endgültiger
Produktionsgeschwindigkeit.
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Qo = Konstante; Schnittpunkt mit der Y-Achse der Kurve der Strömungsgeschwindigkeit
des Brennstoffs ( in ffi des endgültigen Wertes) als Funktion der Produktionsgeschwindigkeit
(
in % des endgültigen Wertes ); vergl. Fig. 8.
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tR = Zeitwert zur Verwendung beim Einlaufverfahren. -PA = theoretischer
Wert des Pilotbrennerbrennstoffs zur Korrektur der Temperatur der Kühlerluftströmung.
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KA = Konstante zur Kühlerluftkorrektur (Diemension°F 1) KK = Umrechnungskonstante;
Verhältnis des SCFH auf einer Leitung am Hauptbrenner zum SCFH auf einer Leitung
am Pilotbrenner.
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FAS = Aus dem Kühler stammender Anteil der Gesamtverbrennungsluft.
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TAS = Solltemperatur (°F) der zum Ofen gehenden Kühlerluft.
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TAS' = gemessene Temperatur (°F) der Kühlerluft vor dem Pilotbrenner.
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(KS) = Ofengeschwindigkeit.
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(KS)F = Endwert der Ofengeschwindigkeit.
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TSM = gemessene Temperatur der Feststoffe in der Brennzone.
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TSM = Solltemperatur der Feststoffe in der Brennzone.
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Alpha = eine Zahl, die die maximal zulässige Brennzonentemperatur
darstellt.
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#TSM = Differenz zwischen TSM und TSM'
= ÄTSM B'
= = Hauptbrennstoff zum betrachteten Zeitpunkt.
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#tc = negativer Wert von Tc ADV = Hauptklappenventil in der Ofenabgasführung.
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MDVF - Endstellung des Klappenventils in der Ofenabgasführung.
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CS = Kühlergeschwindigkeit.
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CS F = Endwert der Kühlergeschwindigkeit.
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P = Pilotbrennstoff.
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°2 = Sauerstoffgehalt der Ofenabgase.
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UGP = Druck des Rostkühlers unter dem Rost.
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K = Konstante, wird im Betrieb bestimmt.
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r Sector = bestimmter Speicherplatz im Rechnerprogamm.
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MM) NN) = Kennzeichnung derartiger Speicherplätze.
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RR) Counter = Speicherplatz im Rechnerprogramm zur Zeitzählung.
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T - Kennzeichnung eines solchen Zählers.
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ts = vorbestimmte Zahl zur Beendigung der EinlauSprozeaur.
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R = Geschwindigkeit (Verhältnis).
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Q = theoretische Brennstoffzufuhr bei Nullproduktion.
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SL = Steigung.
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IN = Schnittpunkt.
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= = eine Z>hl, die die Temperaturdifferenz relativ zu Y) TSM darstellt
und in den Steuergleichungen verwendet Z) wird.
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Regellose Temperaturschwankungen sind in Zementdrehöfen häufige da
die Strömung der Material-Rohmischung sich schlecht steuern lässt und diese sich
infolge der Grössenunterschiede und von Schwankungen der in der Mischung voeliegenden
Spurenelemente aufspaltet. Wenn die Rohmischung kontinuierlich in vorbestimmter
Menge in den Drehofen einläuft, wird die Abwärtsbewegung im wesentlichen durch die
Drehung des geneigten Ofens aufrechterhalten, bis die Rohmischung die Zone D erreicht,
die in Fig 1 mit dem Bezugszeichen 57 gekennzeichnet ist Die Bewegung der Mischung
durch die Zone 57 hangt nicht ausschliesslich von der Drehbewegung des Ofens ab;
es handelt sich hierbei um die Bewegung eines Fliessbettes, wie z.B. bei Wasser.
Infolge der Strömungsschwankungen innerhalb des Drehofens können die die Zone 57
erreichenden Materialmengen schwanken, was die Temperatur in der Zone 157 beeinflusst.
Derartige Temperaturänderungen werden dann durch die Rechnersteuerung korrigiert,
die die in den Gleichungen 8 - 15 angegebenen Berechnungen ausführt.
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Fig. 5 zeigt logische bzw. Programmschritte, wie sie für den Rechnerbetrieb
für die Steuerung des Ofens in eingelaufenen Zustand typisch sind. Die Ausgangsimpulse,
die die Einstellungen für (KS)F, (FKF), (BF), (PF), (MDV)F und (CS)F bestimmen,
sind im Schritt 27 als in regelmässigen Intervallen - bspw alle drei Minuten - auf
den neuesten Stand gebracht dargestellt
Der Block 28 zeigt, dass
die Stellungen der Steuervorrichtungen Fla, 101, 14a, 13, 56a und 105a überwacht
werden; entsprechende Signale gehen an den Rechner. Fig. 9 zeigt ein Blockdiagramm
einer entsprechenden Regelanordnung. Der Rechner erzeugt entsprechend der Gleichung
11 und dem Schritt 27 in Fig. 3 digitale Signale, die die Betätigungsvorrichtung
41a für das Hauptbrenner--Brennstoffventil steuern. Diese Signale werden bei 150
in ein Analogsignal 151 umgesetzt, das an den Komparator 152 geht, an dem auch ein
Analogsignal 155 liegt, das der Stellungsgeber 154, z.B. ein Drehpotentiometer oder
ein Kodierer, liefert. Bei Betätigung des Ventils 41 durch die Vorrichtung 41a wird
auch der Geber 154 bei 155 angetrieben; Die Differenz zwischen den Signalen 151
und 155 wird vom Komparator 152 erasst, der ein Ausgangsfehlersignal g erzeugt das
über den Operationsverstärker 156 und den Leistungsverstärker 157 den Stellmotor
158 antreibt, der mit der Betätigungsvorrichtung 41a gekoppelt ist, und zwar so
lange, bis der Fehler aufgehoben ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ventil dann in
der berechneten Stellung. Das Fehlersignal # kann bei 159 in den Rechner eingegeben
werden, um das im Kästchen 30 in Fig. 3 Alarmsignal auszulösen, wenn 8 nicht auf
Null zurückgeht.
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Fig. 4 zeigt den Einlaufvorgang, der von den Kästchen 9 und 10 in
Fig. 5 her in Gang gesetzt wird. Bei einem derartigen Einlauf wird der Ofen automatisch
auf die endgültige Geschwindigkeit gebracht, wie es die Fig. 7 zeigt. Die Chargenspeisevorrichtung
wird langsamer auf ihre endgültige Geschwindigkeit (FS)F gebracht, wie es Fig. 7
zeigt, und das Verhältnis R der Ofengeschwindigkeit zur Geschwindigkeit der Speisevorrichtung
nimmt nach Fig. 6 zu. Weiterhin wird die Hauptbrennstoffzufuhr B nach Fig. 8 erhöht.
Diese Beziehungen erlauben es, den Ofen sehr genau rechnerzusteuern, wenn man den
Ofen nach Fig. 2 unter Verwendung von #tc zur Korrektur unter Kontrolle bringt.
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Hat der Ofen einen vorbestimmten Prozentsat.z (bspw. 50 % in Fig.4)
der Endgeschwindigkeit erreicht, werden die Einlaufberechnungen nach Fig. 4 ausgeführt
und deren Ergebnisse werden sofort im
Kästchen 27 der Fig. 3 ausgewertet,
um die Regelung der Ofenparameter' zu beginnen. Danach übernimmt das Programm der
Fig. 6; die Ofengeschwindigkeit nimmt zu, wobei der Wert für (KS)5 nach G1. 10 die
Geschwindigkeitszunahme bei zunehmendem t steuert, -um den Wert von R in G1. 10
zu erhöhen. Wenn der Zeitzähler 100 % der vorgegebenen Einlaufzeit erreicht hat,
geht die Regelung wieder an den Block 11 und die folgenden Blöcke über (Fig. 5).
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Die Blöcke der Fig. 3 - 5 lassen sich als Vorrichtung (z.B. bestimmte
interne Rechnerverbindungen) betrachten, die die hier dargestellten Funktionen ausführt.
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Insbesondere bewirkt das Leitprogramm (Fig. 3) im Anfang eine Prüfung,
ob der Ofen in Betrieb ist (Block 1), Falls dies zutrifft, wird eine kontinuierliche
Zeitprüfung durchgeführt; die Rechnereingänge - vergl. obere linke Ecke der Fig.
1 -werden in dreiminütigen Intervallen (Block 3) abgefragt (Block 3a).
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Weiterhin wird eine Probe der dem Ofen zugeführten Rohmaterialmischung
geröntgt; das Resultat in Form der prozentualen Anteile der Bestandteile wird für
die Steuerung der Mischungszusammensetzung ausgewertet.
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In stündlichen Intervallen (Block 3) wird eine weitere Abfrage (Block
3a) durchgeführt. Die Blöcke 4, 5 und 6 stellen das Auslesen und Speichern bestimmter
Variabler, wie angegeben, dar.
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Die Blöcke 7 und 8 entsprechen einer Überprürung der Ofentemperatur
und der Auslösung eines Alarms", wenn diese zu hoch ist.
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Der Befehl aus dem Block 9 wirkt die Einleitung der Einlaufberechnungen
nach Fig. 4, wie es im Kästchen 10 der Fig. 5 angegeben ist.
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Beim Einlauf stellt der Block 200 in Fig. 4 eine Prüfung dar, mit
der bestimmt wird, ob die Ofengeschwindigkeit KS einen vorbestimmten Prozentsatz
(z.B. 50 ) der Endgeschwindigkeit erreicht hat; bis zu diesem Punkt lässt sich in
die Ofengeschwindigkeitssteuerung von Hand eingreifen. Ist dies nicht der Fall,
wird das Programm beginnend mit Block 1 wieder aufgenommen. Ist der'bestimmte
Wert
jedoch erreicht, werden die Eingangssignale TÅS und TSM gelesen und, wie im Block
201 dargestellt, an Speicherplätzen festgehalten. Die Blöcke 202-206 stellen Berechnungen
und die Speicherung der Resultate dar, wobei der Schritt 203 in regelmässigen Abständen
- von bspw. 3 Minuten - ausgeführt wird.
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Block 207 überprüft auf einen Zeitzählwert, der gleich oder grösser
ist als der bei (ts)100, vergl. Fig. 7. Wenn "Nein", werden die Rechnungen von 208
und 210 ausgeführt und in das Programm rückgeführt, und das Programm der Fig. 5
wird bei Block 27 wieder eingeführt; vergl. Block 213 in Fig. 4. Wenn "Ja", wird
der Wert von (KS)F gem. Block 209 gespeichert und werden die Berechnungen des Blocks
210 ausgeführt, gefolgt von einer Zeitprüfung am Block tll und Wiedereinführung
des Programms der Fig. 3 bei Block 11; vergl. Block 214 in Fig. 4.
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Der Block 212 negiert den Einlaufbefehl, weil die volle Proauktionsgeschwindigkeit
des Ofens (KS)F bei (ts)100 gem. Prüfung in Block 211 erreicht wurde.
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Die Blöcke 11 - 21 in Fig. 3 stellen Berechnungendar, wobei der Block
19 die Gleichungen 1 - 7 betrifft. Der Block 22 betrifft einen einstellbaren oberen
Grenzwert für PT, der, wenn der berechnete PT-Wert zu hoch ist, dazu verwendet werden
kann, um einen übermässigen Sauerstoffverbra-uch in der Pilotbrennerzone zu verhindern.
Die Blöcke 23 und 24 stellen die Steuerung der Einstellung des Hauptklappenventils
als Funktion des Sauerstoffgehalts im Ofenabgas gem. Überwachung am Funkt 400 dar;
der Zweck dieser Massnahme ist, die Stellung des Hauptklappenventils so zu halten,
dass der Sauerstoff'gehalt der Abgase unter 1 % bleibt, um den Wirkungsgrad des
Verfahrens nicht zu verschlechtern (je mehr 02 im Abgas, desto mehr Wärme wird für
die Erwärmung ungenutzter Luft verschwendet).
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Der Block 25 stellt eine Befehl." einstellung dar, die wirksam wird,
wenn die volle Produktion erreicht ist, d.h. zur Zeit (tR)100 oder danach (Fig.
7), wobei die Ofengeschwindigkeit und die Speisegeschwindigkeit
ihre
Maxima erreicht haben. Die Blöcke 27 und 28 stellen die Rechnersteuerung der verschiedenen
Betätigungselemente nach Fig. 1 auf der Grundlage der hierfür berechneten Werte
dar.
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Wie im Block 40j der Fig. 5 dargestellt, wird das Programm erneut
durchlaufen; beim normalen Betrieb werden jedoch die Einlaufberechnungen der Block
10 und der Fig. 4 ausgelassen.
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Fig. 5 zeigt eine Steuerfolge für den in Fig. 1 dargestellten Wanderrostkühler
18; vergl. Kästchen 26 in Fig. 5. Das Kühlersteuerprogramm wird im Rechner durchlaufen,
wenn der Rechner einen entsprechenden Befehl erhält (vergl. Block 25 in Fig. 5).
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Die in Fig. 5 angegebenen Kühlergleichungen sind wie folgt: (CS)16
= (CS)F[1 + KH(TAS - TAS)] (Gl. 16) Kc [(KS)F - Einstellpunkt (KS)] (CS)17 = (CS)16
[1 - ] (KS)F (Gl. 17) (CS)18 = [ ] (Gl. 18) 69 Wie ersichtlich, erfolgt eine Regelung
der Kühlergeschwindigkeit erst nach dem der Ofen seine volle Geschwindigkeit erreicht
hat, d.h. nur bei normalem Ofenbetrieb. Weiterhin, wie oben beschrieben, wird der
bei 58 in Fig. 1 gemessene Druck unter dem Rost für die Berechnung der Gleichungen
16 - 18 auf den Digitalrechner gegeben, vergl. die Komparatorblöcke 4 und 7 in Fig.
5. In G1. 17 stellt der Wert (KS)F einen Wert für die bestehende Schlackeproduktion
relativ zur Ofengeschwindigkeit dar. Dies ist für die Wiedergewinnung der verfügbaren
Wärme wichtig. Die den Blöcken 15, 14 und 15 in Fig. 5 zugeordneten drei Werte werden
für die Steuerung der Rostgeschwindigkeit ausgewertet, und zwar so, dass eine Temperaturstabilisierung
der dem Ofen durch den Rost hindurch zugeführten Luft erreicht wird. Die Werte in
den Blöcken 15 und 14 stellen die obere und untere Grenze der Rostgeschwindigkeit
dar, ausserhalb deren die Rostgeschwindigkeit gesteigert oder gesenkt
werden
muss, während der Block 15 einen Geschwindigkeitswert zwischen diesen Grenzen darstellt,
bei dem die Geschwindigkeit nicht geäncrt zu werden braucht. \;enn also der Sekundärluftdruck
abfällt, wird die Rostgeschwindigkeit gesenkt, um eine Verstärkung des Schlackebetts
auf dem Rost zu erlauben, um einen Anstieg des Sekundärluftdrucks zu bewirken, und
umgekehrt.
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- Patentansprüche -