Спосіб автоматичного керування процесом спалювання палива

Спосіб автоматичного керування процесом спалювання палива в топці котла, що включає вимірювання тиску та витрати матеріальних середовищ (вода, повітря, відхідні гази), формування керуючих впливів на виконавчі механізми витрати матеріальних середовищ для підтримування необхідної потужності котлоагрегата, а також підтримування (регулювання) співвідношення паливоповітря шляхом визначення при оптимальному горінні значення параметра-критерію, що характеризує оптимальність горіння, запам'ятовування вказаних значень, і на їх основі, та з врахуванням виміряного поточного значення цього параметра, обчислення корегуючого сигналу, що змінює поточне співвідношення паливо-повітря, при цьому корекція вказаного співвідношення відбувається з затримкою Т відносно останнього моменту зміни співвідношення паливо-повітря та з періодом Т, значення якого вибирають сумірним із часом між моментом зміни співвідношення паливо-повітря та моментом появи достовірного, сталого нового значення параметра, що вимірюється, який відрізняється тим, що вимірюють температур у повітря, палива, води та відхідних газів, виміряні значення витрати повітря при оптимальному спалюванні палива та при різних фіксованих навантаженнях та фіксованій витраті матеріальних середовищ перераховують до фіксованих, наприклад, нормальних умов, та запам'ятовують як функцію навантаження, і в момент появи збурюючого впливу, що порушує тепловий баланс, обчислюють різницю між потужністю, що підводиться до котлоагрегата, та сумою потужностей, що відбирають та що втрачають, а сигнал, що задає швидкість зміни витрати повітря, формують пропорційно обчисленій різниці, при цьому коефіцієнт пропорційності обчислюють з врахуванням значень витрати повітря, що запам'ятали, та поточних параметрів матеріальних 2 (19) 1 3 35216 Корисна модель відноситься до галузі теплоенергетики та може бути використана при автоматизації котельних установок на котлоагрегатах теплових електростанцій та районних і промислових котельнях. Відомий спосіб автоматичного управління подаванням повітря в топку котла, в якому шляхом вимірювання навантаження котла, витрати палива та повітря, і формування керуючих впливів на направляючі апарати або приводи дуттьових вентиляторів, і формування корегуючого впливу по параметру, визначеному на основі газового аналізу димових газів, що характеризує оптимальність співвідношення паливо-повітря. Крім цього, додатково вимірюється час між циклами відбору проб для аналізу, обчислюється середня швидкість зміни параметра, що характеризує оптимальне співвідношення паливо-повітря і якщо знак зміни швидкості витрат палива /спад або збільшення/ відповідає знаку зміни цього параметра, то обчислюється та формується вказаний корегуючий вплив [див. Способ и система автоматического управления подачей воздуха в топку котла. Авт. Свид. СССР №1627787 F23N3/00 опубл.15,02,91 бюл. №:6]. Недоліком способу є обмеження точності регулювання співвідношення паливо-повітря, зумовлене тимчасовою затримкою в формуванні корегуючого впливу, яка не може бути менше сумарної затримки, що дорівнює транспортній затримці газів і часу аналізу складу димових газів. Найбільш близьким способом, прийнятим за прототип, є спосіб автоматичного управління подаванням повітря в топку котла, в якому, шляхом вимірювання температури, тиску та витрати матеріальних середовищ (вода, повітря, відхідні гази), формуванням керуючих впливів на виконуючі механізми витрати матеріальних середовищ для підтримування необхідної потужності котлоагрегату, а також підтримування (регулювання) співвідношення паливо-повітря за допомогою визначення при оптимальному горінні значення параметракритерію, що характеризує оптимальне горіння, запам'ятовування вказаних значень, та на їх основі, та з врахуванням виміряного поточного значення цього параметру, обчислення корегуючого сигналу, що змінює поточне співвідношення паливоповітря. Корекція вказаного співвідношення відбувається з затримкою Т відносно останнього моменту зміни співвідношення паливо-повітря та з періодом Т. Значення Т обирають сумірним із часом між моментом зміни співвідношення паливоповітря та моментом появи достовірного, сталого нового значення параметра, що вимірюється [див. Способ та система (варіанти) автоматичного управління подаванням повітря в топку котла. Деклараційний патент UA №46215 F23N3/00 опубл.15.05.02 бюл. №5]. Недоліком прототипу є недостатня якість регулювання витрат палива та повітря, що пов'язано зі зміною складу палива, що спалюють, що вимагає різної витрати палива для досягнення заданої потужності котлоагрегату. Крім цього, в прототипі використовують принцип регулювання по відхи 4 ленню, що призводить до часових затримок і як наслідок зниженню точності регулювання співвідношення паливо-повітря та ефективності спалювання палива. В основі корисної моделі покладено задачу вдосконалення відомого способу автоматичного управління подаванням повітря в топку котла, яку автор вирішує шля хом підвищення швидкості та точності регулювання співвідношення паливоповітря в топці котла. Вказана технічна властивість при здійснені об'єкту-способу досягається тим, що у відомому способі автоматичного управління подаванням повітря в топку котла, що включає вимірювання тиску та витрати матеріальних середовищ (вода, повітря, відхідні гази), формуванням керуючих впливів на виконуючі механізми витрати матеріальних середовищ для підтримування необхідної потужності котлоагрегату, а також підтримування (регулювання) співвідношення паливо-повітря за допомогою визначення при оптимальному горінні значення параметра-критерію, що характеризує оптимальність горіння, запам'ятовування вказаних значень, і на їх основі, та з врахуванням виміряного поточного значення цього параметру, обчислення корегуючого сигналу, що змінює поточне співвідношення паливо-повітря, при цьому корекція вказаного співвідношення відбувається з затримкою Т відносно останнього моменту зміни співвідношення паливо-повітря та з періодом Т, значення якого обирають сумірним із часом між моментом зміни співвідношення паливо-повітря та моментом появи достовірного, сталого нового значення параметра, що вимірюється. Для вирішення поставленої задачі вимірюють температуру повітря, палива, води та відхідних газів, виміряні значення витрат повітря при оптимальному спалюванні палива та при різних фіксованих навантаженнях та фіксованих витратах матеріальних середовищ, перераховують до фіксованих, наприклад, нормальних умов, та запам'ятовують як функцію навантаження, і в момент появи збурюючого впливу, що порушує тепловий баланс, обчислюють різницю між потужністю, що підводиться до котлоагрегату та сумою потужностей, що відбирають та що втрачають, а сигнал, що задає швидкість зміни витрати повітря, формують пропорційно обчисленій різниці, при цьому коефіцієнт пропорційності обчислюють з врахуванням значень витрати повітря, що запам'ятали та поточних параметрів матеріальних середовищ, що беруть участь в теплообмінних процесах котлоагрегату та його поточній потужності, а згаданий корегуючий вплив на витрату повітря здійснюють шляхом порівняння заданих значень параметрів матеріальних середовищ, що характеризують тепловий баланс, з виміряними значеннями, при цьому формування вказаного сигналу корекції виконують з періодом та затримкою Т1 відносно останнього моменту припинення зміни збурюючого впливу, що порушує тепловий баланс, а значення Т1 обирають сумірними з часом між моментом закінчення зміни збурюючого впливу, що порушує тепловий баланс та момен 5 35216 6 том появи нових достовірних значень параметрів, цію витрати повітря в залежності від навантаження що характеризують тепловий баланс котлоагрегакотлоагрегату, що обчислюють на основі дефіциту ту, при цьому значення витрат палива, параметра енергії в одиницю часу. Дефіцит енергії в одиницю (параметрів) критерію, отримані при оптимальному часу визначають як різницю між сумою кількості спалюванні палива, постійному розріджені в топці корисної отриманої енергії та кількості втраченої котла та фіксованих витратах повітря перерахоенергії (через нагріті частини котлоагрегату та з вують до фіксованих, наприклад, нормальних умов відхідними газами) в одиницю часу та кількістю та їх значення запам'ятовують у вигляді функції енергії, що підводиться в одиницю часу до котловитрати палива та значень параметра (параметагрегату з фізичною теплотою матеріальних серерів) критерію в залежності від витрати повітря, а довищ (повітря, паливо, вода), що витрачаються. необхідне, для оптимального режиму згорання Для обчислення кількості енергії, що втрачається, значення витрати палива обчислюють з врахуванпопередньо для різних навантажень при оптиманям поточних параметрів палива, повітря, значень льному спалюванні палива на основі випробувань витрати повітря, що запам'ятали, при цьому, швикотлоагрегату в залежності від витрати повітря дкість зміни сигналу, що задає витрату палива створюють функції кількості енергії, що втрачаєтьформують пропорційно швидкості зміни витрати ся в одиницю часу через нагріті елементи котлоагповітря, коефіцієнт пропорційності обирають сумірегату та разом з відхідними газами. На основі рним співвідношенню необхідної витрати палива вказаних функції та виміряної поточної витрати до витрати повітря, вказане співвідношення обчиповітря обчислюють кількість енергії, що втрачаслюють на основі витрати повітря та згаданої фунється в одиницю часу. Кількість енергії, що підвокції витрати палива в залежності від витрати повідиться в одиницю часу з фізичною теплотою матря, а періодичну корекцію витрати палива теріальних середовищ (вода, повітря, паливо), здійснюють на основі порівняння заданих значень обчислюють як суму відповідних добутків теплопараметрів матеріальних середовищ, що характеємності матеріальної середи на швидкість її надризують якість процесу згорання з виміряними ходження та на відхилення її температури відноспоточними значеннями, при цьому формування но температури відліку, наприклад відносно нуля сигналу корекції виконують з періодом і затримкою градусів Цельсія. Т2 відносно останнього моменту зміни співвідноКількість корисної отриманої енергії в одиницю шення повітря-паливо, а значення Т2 обирають часу обчислюють як добуток витрати пари на різсумірним з часом між зміною співвідношення повіницю поточної питомої ентальпії водяного пару та тря-паливо та моментом появи нового достовірнопитомої ентальпії води відносно температури відго значення параметра, що характеризує якість ліку, температури відносно якої підраховували процесу згорання. кількість енергії, що надходить з фізичною темпеСпосіб здійснюється таким чином. Встановратурою матеріальних середовищ. Етальпія пари люють оптимальний режим горіння шляхом збільта води може бути визначена на основі виміряного шення або зменшення співвідношення паливопоточного тиску та температури пари та води відповітря в топці котла. Встановлюють оптимальне повідно, наприклад, за допомогою загально відоположення ядра полум'я шляхом зменшення або мих табличних функції/залежностей питомої ентазбільшення продуктивності тяго дуттьових вентильпії в залежності від температури та тиску води ляторів. Критерієм оптимального положення пота водяної пари. лум'я є забезпечення заданого розрідження в топВ способі, що заявляється, кількість дуттьовоці котла, значення якого встановлюють під час го повітря задають з врахуванням поточних паравипробувань котлоагрегату. Критерієм оптимальметрів повітря та виходячи з функції №1 та обчисного горіння є кількість шкідливих викидів, кількість лених і усереднених за час t миттєви х значень неспаленого палива та вміст кисню в відхідних дефіциту енергії. Час усереднення t обирають в газах. Вимірювання вказаних параметрів здійснюзалежності від потужності котлоагрегату та швидють дорогою, складною газоаналітичною апаратукості зміни навантаження. Для малопотужних котрою, наприклад хроматографічною, що вимагає лоагрегатів, що працюють на швидкозмінному надля виконання газового аналізу спеціальних привантажені, час t обирають порядка десяти секунд, строїв та підготовки відхідних газів, а також триваа для потужних котлоагрегатів, вказаний час t обилого часу для проведення газового аналізу. рають порядка кількох хвилин. Останнє істотно ускладнює їх використання в авФункція №1 враховує індивідуальні особливотоматичних системах керування процесами подачі сті котлоагрегату, не залежить від теплоти згоранпалива та повітря в топку котлів, працюючих при ня палива, а тому формування витрати повітря швидкозмінних навантаженнях. У зв'язку з цим, у способом, що заявляється дозволить більш точно вказаних системах як критерій оптимального гозадавати витрату повітря. Підвищення якості регуріння, використовують результати вимірювання лювання витрати повітря також пов'язано з підвиузагальненого параметра, наприклад, об'ємний щенням швидкодії регулювання, оскільки спосіб, вміст кисню в відхідних газах, що характеризує що заявляється передбачає комплексне регулюоптимальність процесу згорання. вання витрати повітря як по збуренню, так і по При різних навантаженнях вимірюють, перевідхиленню. Регулювання по збуренню має обмераховують до фіксованих, наприклад, нормальних жену точність та постійну статичну похибку регуумов, та запам'ятовують витрату повітря. На оснолювання. В зв'язку з цим, в способі, що заявляєтьві значень, що запам'ятали, при оптимальному ся, додатково корегують витрату повітря шляхом процесі згорання створюють, наприклад, методом порівняння виміряного поточного значення паракусочно-лінійної апроксимації, функцію №1, функметру матеріальних середовищ, наприклад, усе 7 35216 8 редненого за час t значення похідної тиску пари в якій створювали функцію №2 до поточної теплоти барабані, що характеризує тепловий баланс, з згорання, що може бути введена, наприклад, опезаданим значенням. При цьому формування вкаратором або якимось іншим шляхом. При цьому заного корегуючого сигналу виконують з періодом швидкість зміни сигналу, що задає витрату палива, та затримкою Т1, відносно останнього моменту обирають пропорційною швидкості зміни витрати припинення зміни збурюючого впливу, що порушує повітря, а коефіцієнт пропорційності обчислюють тепловий баланс. Значення Т1 обирають сумірним як відношення обчисленої витрати палива до виз часом між моментом зміни збурюючого впливу, міряної витрати повітря. Формування сигналу, що що порушує тепловий баланс котлоагрегату та регулює витрату палива по збуренню (по витраті моментом появи нового усталеного значення, що повітря), підвищує швидкість регулювання співвідхарактеризує тепловий баланс котлоагрегату. ношення паливо-повітря. Проте, по причині відхиЗначення вказаного часу визначають експерименлення параметрів палива та повітря, обмеженій тальним шляхом під час випробувань котлоагрегаточності вимірювання витрати палива та повітря ту. В способі, що заявляється, виміряний сигнал при створені функції №2 та обмеженій точності витрати повітря регулює ви трату палива. Для цьовизначення поточної витрати повітря, виникає пого, при оптимальному режимі спалювання палива милка регулювання. У зв'язку з цим витрату палита при різних навантаженнях, під час створення ва корегують шляхом порівняння поточного виміописаної вище функції №1 додатково вимірюють ряного значення параметра критерію з заданим витрату палива та значення параметра критерію, значенням, яке обчислюють на основі функції №3, що характеризує якість процесу спалення палива. та поточної виміряної витрати повітря. Корекція Виміряні значення перераховують до фіксованих витрати палива виконується з затримкою та періумов, наприклад до нормальних умов, і запам'ятоодом Т2 відносно останнього моменту припинення вують як функцію №2, функцію витрати палива в зміни збурюючого впливу, що порушує співвіднозалежності від витрати повітря та як функцію №3, шення паливо-повітря. Значення Т2 обирають функцію зміни значення параметру критерію в заспіврозмірним з часом між моментом закінчення лежності від витрати повітря. Витрату палива фозміни збурюючого впливу, що порушує співвіднормують шляхом обчислення на основі вимірюваншення паливо-повітря, та моментом появи нового ня поточної витрати повітря та функції №2, а у усталеного значення параметру критерію, що хавипадку зміни теплоти згорання палива, при форрактеризує якість процесу згорання, значення вкамуванні витрати палива обчислене значення визаного часу визначають експериментальним шлятрати палива додатково множать на коефіцієнт, хом під час випробувань котлоагрегату. що дорівнює відношенню теплоти згорання при Комп’ютерна в ерстка В. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601