Спосіб та пристрій для регулювання режиму горіння паровиробної установки

1. Спосіб для регулювання режиму горіння паровиробної установки, при якому визначають температуру і концентрацію, щонайменше, одного продукту реакції, що виникає в процесі спалювання, який відрізняється тим, що у залежності від просторового розподілу температури і профілю концентрації в камері згоряння, складом підведеної до зони горіння реакційної суміші палива, повітря і домішки управляють на основі, щонайменше, одного заданого значення, визначеного за допомогою логіки Фаззі або нейро-Фаззі. 2. Спосіб за пунктом 1, який відрізняється тим, що визначають перше задане значення SWі для складу палива В, що підводять до зони горіння. 3. Спосіб за пунктом 1 або 2, який відрізняється тим, що визначають друге задане значення SW2 для подачі до зони горіння повітря L. 4. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-3, який відрізняється тим, що визначають третє задане значення SW3 для дози домішки Н до палива В. 5. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-4, який відрізняється тим, що з розподілу температури і/або з профілю концентрації виводять дані М, що характеризують розподіл або відповідно профіль, і залучають для визначення заданого значення або кожного заданого значення SWn. C2 (54) СПОСІБ ТА ПРИСТРІЙ ДЛЯ РЕГУЛЮВАННЯ РЕЖИМУ ГОРІННЯ ПАРОВИРОБНОЇ УСТАНОВКИ 41442 троскопії. Регульованою величиною у цьому відомому способі ведення топкового процесу є емісія шкідливих речовин, причому з погляду техніки регулювання вплив здійснюють тільки шляхом цілеспрямованого домішування допоміжних речовин, наприклад, NН3 і/або шляхом цілеспрямованого постачання повітрям окремих пальників. Пристрій для здійснення такого способу регулювання містить установлені в камері згорання оптичні сенсорні датчики для прийому даних випромінювання, приєднані до системи опрацювання даних. В основі винаходу лежить задача розробки способу регулювання режиму горіння паровиробної установки, при якому досягається як якомога менша емісія виникаючих при згорянні шкідливих речовин, так і особливо рівномірне виробництво пари і можливо високий коефіцієнт корисної дії установки. Це має досягатися простими засобами пристроєм, призначеним для здійснення способу. Щодо способу ця задача вирішується відповідно до винаходу тим, що складом реакційної суміші, яку підводять до зони горіння, управляють у залежності від просторового розподілу температури і профілю концентрації в камері згоряння за допомогою, щонайменше, одного заданого значення, визначеного за допомогою логіки Фаззі або логіки нейро-Фаззі. Винахід при цьому виходить із ідеї, яка полягає в тому, щоб за допомогою швидкого, локально розподіленого тривимірного вимірювання температури і концентрації радикалів згоряння визначати за допомогою Фаззі-логіки спочатку тільки задані значення, які потім як вхідні параметри вводяться у звичайну систему регулювання з додатковим зворотним зв'язком для утворення необхідних для ведення топкового процесу установчих сигналів. Щоб при цьому можна було коригувати різноманітні і сильно коливні значення теплоти згоряння, переважно визначають задане значення, для складу сміття або паливної суміші, що підводять до зони горіння. В установці для спалювання палива це задане значення задає суміш відходів, що підводять вручну або автоматично до зони горіння. Крім того, щоб досягти особливо високого ступеня використання топки, доцільно визначати додаткове задане значення для подачі повітря до зони горіння. Далі доцільно визначають задане значення для дози домішки до палива. Наприклад, за допомогою точно дозованої домішки сечовини в підхожому місці усередині топки можна зменшувати утворення NОХ. Також і домішування кисню збагачення О2 проявило себе позитивно з погляду емісії і вигоряння. В цілому шляхом цілеспрямованого дозування такої домішки до палива можна досягати особливо малої емісії шкідливих речовин. Відповідно до доцільної форми подальшого вдосконалення просторовий розподіл температури і просторовий профіль концентрації реконструюють томографічно з прийнятого від зони горіння емісійного спектру. Шляхом комп'ютерно-томографічної реконструкції емісійних спектрів можна відображати повні вимірювальні поля для просторового розподілення температури і профілі концентрації продуктів реакції. З цих вимірювальних полів або полів даних переважно можна виводити спеціальні ознаки, як, наприклад, положення максиму мів або форма розподілу, а також їх просторова зміна і залучати для визначення заданих значень. Щодо пристрою для регулювання режиму горіння паровиробної установки з камерою згоряння і зі сполученою з, щонайменше, двома оптичними сенсорними датчиками для прийому даних випромінювання з камери згоряння системою опрацювання даних, названа задача вирішується за допомогою сполученого з системою опрацювання даних пристрою регулювання, що містить модуль регулювання Фаззі або нейро-Фаззі для визначення певної кількості заданих значень, причому складом реакційної суміші, що підводять до камери згоряння, управляють у залежності від даних випромінювання за допомогою заданого значення або кількох заданих значень. При комбінації модуля регулювання Фаззі з нейронною мережею можна, наприклад, визначати деякі або всі параметри регулятора Фаззі через нейронні мережі. Також функції приналежності фаззіфікації або дефаззіфікації визначають через відповідні нейронні мережі так, що в цілому досягається особливо вигідна регулювальна характеристика. Відповідно до кращої форми виконання, пристрій регулювання містить сполучений з модулем регулювання Фаззі або нейро-Фаззі додатковий модуль регулювання. Цей додатковий модуль регулювання є доцільно звичайним регулятором, що служить для утворення настановних сигналів для керування пристроями подачі різноманітних реагентів до камери згоряння. Для можливості представлення заданого складу реакційної суміші, що підводиться до зони горіння, система опрацювання даних доцільно сполучена з приладом індикації. Він подає задане значення або кожне задане значення для складу реакційної суміші, зокрема, для складу палива, що складається з багатьох компонентів. Для подавання в камеру згоряння необхідних кількостей реагентів, окремо і незалежно одне від одного, пристрій регулювання доцільно через відповідну лінію керування сполучений з першим пристроєм подачі для палива і з другим пристроєм подачі для повітря, а також із третім пристроєм подачі для домішки. Приклади виконання винаходу пояснюються більш докладно за допомогою креслень (фіг.), на яких показано: Фігура 1 - функціональна схема регулювання режиму горіння, і фігура 2 - функціональна схема регулятора Фаззі для визначення заданих значень для регулювання режиму горіння. Відповідні одна одній частини позначені на обох фігурах однаковими позиціями. У топковій камері або камері згоряння 1 не поданої на кресленні (фіг.) паровиробної установки, наприклад, парогенераторі енергетичної установки, що працює на викопному паливі або установки для спалювання сміття, відбувається процес горіння. Оптичні сенсорні датчики 2 і 3 у вигляді спеціальних камер визначають дані випромінювання D із камери згоряння 1 у вигляді емісійних спектрів і спрямовують їх до системи опрацювання даних 4. З емісійних спектрів у системі опрацювання даних 4 за допомогою комп'ютерно-томографічної реконструкції обчислюють просторовий розподіл темпе 2 41442 ратури і тривимірні з місцевим розрізненням профілі концентрації виникаючих при спалюванні продуктів реакції, як наприклад, NОХ, СОХ, СН і O2. Крім того, шляхом колірної пірометрії визначають температуру, а шляхом емісійної спектроскопії концентрацію радикалів згоряння, причому комп'ютерно-томографічна реконструкція емісійних спектрів формує повні вимірювальні поля F. Ці вимірювальні поля F розподілу температури і профілі концентрації підводять до модуля регулювання Фаззі 5 пристрою регулювання 6. Дані ознак М, що характеризують розподіл температури і профілі концентрації продуктів реакції процесу спалювання, підводять, крім того, до модуля 7 для спеціального витягу ознак. Для цього з вимірювальних полів F виводять спеціальні ознаки, як наприклад, положення максимумів або форма розподілу, або їхня просторова зміна. Ці дані ознак М також опрацьовують у модулі регулювання Фаззі 5. Далі модулю регулювання Фаззі 5 задають задані значення 8 від генератора заданих значень 8, а також істотні для установлення вимірювальні значення MW від блока збору вимірювальних значень 9. У модулі регулювання Фаззі 5 пристрої регулювання 6 із вимірювальних полів F і даних ознак М, а також із заданих значень S і вимірювальних значень MW визначають задані значення SWi...SWn. Модуль регулювання Фаззі 5 сполучений із підпорядкованим йому іншим модулем регулювання 10 пристрою регулювання 6. Цей інший модуль регулювання 10 пристрою регулювання 6 виконаний доцільно звичним. Він містить усі передбачені для експлуатації паровиробної установки контури регулювання, наприклад, для паропродуктивності, надлишку повітря, витрат агента і числа оборотів і служить для керування всіма виконавчими елементами, що впливають на процес спалювання. Для цього звичайний модуль регулювання 10 одержує як параметри, що задають, задані значення SWi...SWn від модуля регулювання Фаззі 5 і утворює перший виконавчий сигнал U1 для керування пристроєм 11 для подачі палива і розподілу палива. Крім того, формують другий виконавчий сигнал U2 для керування пристроєм 12 для подачі повітря і розподілу повітря, а також третій виконавчий сигнал U3 для керування пристроєм подачі 13 для допоміжних речовин або домішок, як, наприклад, сечовина для зниження NОХ або кисень для збагачення О2. Керування відбувається через керуючі лінії 14, 15 і 16, через які пристрій регулювання 6 сполучено з пристроями 11, 12 або, відповідно, 13. Вимірювальні поля F, що характеризують розподіл температури і профілі концентрації речовин реакції в камері згоряння 1, а також дані ознак М наочно подають у приладі 10 індикації 17, який, наприклад, установлений у пункті керування. Таким чином, у розпорядженні обслуговуючого персоналу в будь-який час є відображення процесу спалювання. Фігура 2 показує принципову побудову модуля регулювання Фаззі 5, принцип дії якого описаний нижче. Для проектування модуля регулювання Фаззі 5 спочатку за допомогою лінгвістичних значень, таких як "малий", "середній" або "великий" якісно характеризують цифрові діапазони значень вхід них величин, тобто вимірювальних полів F, даних ознак М, вимірювальних значень MW і заданих значень S, і вихідних величин, тобто заданих значень SW i...SW n. Кожне лінгвістичне значення вхідних величин F, М, MW, S описують через функцію приналежності ZE. Вона кількісно визначає якісне висловлення кожного лінгвістичного значення таким чином, що воно вказує його значення істинності для кожного чисельного значення кожної з вхідних величин F, М, MW, S, що з'являється. За допомогою цього процесу фаззіфікації FZ, що відбувається у обчислювальному елементі 5а модуля регулювання Фаззі 5, робочу область розглянутих вхідних величин F, М, MW, S розділяють на "нерізкі" піддіпазони. Кількість піддіапазонів відповідає кількості лінгвістичних значень кожної такої вхідної величини F, М, MW або S. У випадку множини вхідних величин кількість піддіпазонів відповідає кількості комбінаційних можливостей лінгвістичних значень різноманітних вхідних величин F, М, MW, S. Для кожного з таких піддіпазонів або - також об'єднано - для декількох піддіпазонів визначають стратегію регулювання за правилами R ЯКЩОТОДІ. Ці правила R відкладають у базовому елементі 5b модуля регулювання Фаззі 5. У кожному правилі R для комбінації лінгвістичних значень вхідних величин F, М, MW, S, наприклад, шляхом логічного зв'язку з операторами "І" або "АБО" визначають висновок як лінгвістичне значення для, відповідно, однієї вихідної величини SWi...SWn. Для обчислення значень істинності визначені з функцій приналежності ZE окремих вхідних величин F, М, MW, S значення істинності логічно зв'язують відповідно до застосованих в правилах R операторів. При цьому важливу роль грає те, що евристичне експертне знання EW у формі емпіричної стратегії в будь-який час може бути безпосередньо введене в лінгвістичні правила R Фаззірегулювання. За допомогою позначеного як наслідок обчислення висновків з окремих правил R, наприклад, названа в правилі R шляхом відповідного лінгвістичного значення функція приналежності ZA величин SWi...SW n обмежується до значення істинності, що задається правилом R. При так називаній композиції впливу правил R, щодо вихідної величини або кожної вихідної величини SWi...SWn, накладають один на одного, наприклад, шляхом утворення максимального значення усіх функцій приналежності відповідної вихідної величини SWi...SWn. Під кінець у обчислювальному елементі 5с відбувається позначене як дефаззіфікація DF обчислення значення вихідної величини SW. Це відбувається, наприклад, шляхом обчислення положення центру ваги охопленої усіма функціями приналежності ZA площини над діапазоном значень відповідної вихідної величини SWi...SWn. При комбінації з нейронною мережею деякі або всі параметри модуля регулювання Фаззі 5 визначають однією або декількома нейронними мережами. При цьому функції приналежності ZE, ZA фаззіфікації або також дефаззіфікації визначаються відповідними нейронними мережами. За рахунок комбінації Фаззі-регулювання і нейронних мереж можна оптимізувати регулювальну характеристику, тим більше що нейронні мережі є самонавча 3 41442 льними. Таким чином, параметри Фаззі-регулювання є такими, що дуже добре узгоджуються зі звичайно дуже складними процесами і процесами, що змінюються внаслідок зміни крайових умов у камері згоряння 1. Завдяки тому, що внаслідок малого часу вимірювання обох оптичних сенсорних датчиків 2 і 3 (близько п'яти секунд) дуже швидко є в розпорядженні просторово диференційовані тривимірні вимірювальні сигнали у вигляді вимірювальних полів F, у розпорядженні є також практично в режимі реального часу визначені за допомогою Фаззі- або нейро-Фаззі-логіки за допомогою розподілу температури і профілів концентрації задані значення SWi...SWn. Істотним задаючим параметром для регулювання режиму горіння є при цьому перше задане значення SWi для складу палива В, що підводять до зони горіння через пристрій 11. Задане значення SW, модулю регулювання 10 для утворення виконавчого сигналу Ui для кількості відповідних компонентів паливної суміші В. Наприклад, в уста новці, що спалює сміття, задане значення SW i задає задану суміш відходів для ручної або автоматичної подачі. Для корекції сильних коливань теплоти згоряння або теплоутворювальної спроможності застосованих видів палива В визначають друге задане значення SW2i для подачі повітря до зони горіння, що служить модулю регулювання 10 для утворення виконавчого сигналу U2 для кількості повітря L, що підводять до камери згоряння 1 через пристрій 12. Для досягнення особливо малої емісії шкідливих речовин модуль регулювання 10 пристрою регулювання 6 одержує від модуля регулювання Фаззі 5 третє задане значення SW3 для дози домішки Н. З цього третього заданого значення SW 3 модуль регулювання 10 утворює виконавчий сигнал U3 для кількості сечової кислоти, яку підводять до зони горіння через пристрій подачі 13 як домішку Н. За рахунок цього можна безпосередньо на місці втручатися у виникнення шкідливих речовин за допомогою техніки регулювання. 4 41442 Фіг. 1 5 41442 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6