Спосіб та система автоматичного управління горінням в печі

1. Способ автоматического управления горением в печи по отношению измеренного содержания свободного кислорода и окиси углерода в отработанных газах к определенной концентрации свободного кислорода в отработанных газах, которую определяют на основе измеренной и заданной предельно допустимой концентрации окиси углерода, отличающийся тем, что определенное значение концентрации свободного кислорода (О2z) в отработанных газах автоматически уменьшают до достижения концентрации окиси углерода в отработанных газах, равной заданной предельно допустимой концентрации окиси углерода (COz), и в этот момент определенное значение концентрации свободного кислорода в отработанных газах (О2z) изменяют скачком на динамическое и статическое значение (ΔО2zd+ΔО2zs), которое по истечении определенного периода (Т) уменьшают до величины статического значения (ΔО2zs) концентрации свободного кислорода, и это статическое значение (ΔО2zs) концентрации свободного кислорода поддерживают до конца определенного периода (Т), начиная с момента достижения концентрацией окиси углерода в отработанных газах значения, равного заданной предельно допустимой концентрации окиси углерода (COz), и если по истечении определенного времени (Т) концентрация окиси углерода в отработанных газах ниже, чем заданная допустимая концентрация (COz), то определенное значение концентрации свободного кислорода (О2z) в отработан C2 (54) СПОСІБ ТА СИСТЕМА АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ ГОРІННЯМ В ПЕЧІ 41416 выход которого соединен с входом коммутационной системы, один вход соединен с датчиком окиси углерода в отработанных газах, другой вход соединен с пультом заданной концентрации окиси углерода (COz). Предметом изобретения являются способ и система автоматического управления горением в печи по отношению к измеренному содержанию свободного кислорода и окиси углерода в отработанных (дымовых) газах, к определенной концентрации свободного кислорода в отработанных газах, которая определяется на основе измеренной и заданной предельно допустимой концентрации окиси углерода с компенсацией возмущений, вызванных изменениями в потоке топлива. Способ и система предназначены для промышленных печей, главным образом на электростанциях, питаемых топливной воздушной смесью, главным образом каменным углем, размолотым в угольной мельнице и подаваемым в печь в потоке воздуха. В качестве прототипа предлагаемого изобретения принят способ автоматического управления горением в печи по отношению измеренного содержания свободного кислорода и окиси углерода в отработанных газах к определенной концентрации свободного кислорода в отработанных газах, которую определяют на основе измеренной и заданной предельно допустимой концентрации окиси углерода (Патент Польши № 156836, кл. F23N5/18, опубл. 30.04.1992 г., WUP 04/92). Согласно этому изобретению система автоматической оптимизации процесса горения в тепловом объекте содержит датчики концентрации свободного кислорода в отработанных газах, соединенные со входом регулятора, выход которого соединяется с вентилятором вторичного (регенерированного) воздуха, подаваемого в печь. За прототип предлагаемого изобретения принята также система автоматического управления горением в печи по отношению измеренного содержания свободного кислорода и окиси углерода в отработанных газах к определенной концентрации свободного кислорода, содержащая сумматор сигналов вращении угольного транспортера, датчики концентрации свободного кислорода в отработанных газах, датчик концентрации окиси углерода в отработанных газах, и линии передачи сигналов (Патент Польши № 156836, кл. F23N5/18, опубл. 30.04.1992 г., WUP 04/92). Недостатком известного способа является то, что для его осуществления требуется чрезмерно большое количество воздуха, подаваемого в печь для сведения к минимуму содержания окиси углерода в отработанных газах. Это, в свою очередь, ведет к существенным дымоходным потерям и наличию окиси углерода в отработанном газовом потоке. Недостаток известного устройства заключается в несовершенстве системы автоматического управления процессом горения в печи, не обеспечивающей оперативного реагирования на изменение допустимых концентраций свободного кислорода и окиси углерода в дымовом газе. В основу изобретения поставлена задача создания высокоэкономичного и экологически чистого способа автоматического управления горением в печи путем автоматической корректировки величины концентраций свободного кислорода и окиси углерода в отработанном газе для соответствия предельно допустимым концентрациям их в составе газа, что позволяет достичь средней концентрации окиси углерода в отработанных газах, не превышающей заданной предельной концентрации, и таким образом минимизировать избыток воздуха, подаваемого в печь, а также уменьшить потери дымохода и концентрацию окиси азота, выделяемой в атмосферу в отработанных газах. В основу изобретения поставлена также задача оптимизации системы автоматического управления горением в печи путем оснащения ее линиями передачи сигналов изменения концентрации свободного кислорода в отработанном газе и программатором, а также путем установления оптимальной связи программатора с основными управляющими элементами системы, что обеспечивает выдачу программы для изменения определенной концентрации свободного кислорода в отработанном газе в зависимости от концентрации окиси углерода относительно значения заданной (допустимой) концентрации окиси углерода. Поставленная задача достигается тем, что в способе автоматического управления горением в печи по отношению измеренного содержания свободного кислорода и окиси углерода в отработанных газах к определенной концентрации свободного кислорода в отработанных газах, которую определяют на основе измеренной и заданной предельно допустимой концентрации окиси углерода, согласно изобретения, определенное значение концентрации свободного кислорода (О2z) в отработанных газах автоматически уменьшают до достижения концентрации окиси углерода в отработанных газах, равной заданной предельно допустимой концентрации окиси углерода (COz), и в этот момент определенное значение концентрации свободного кислорода в отработанных газах (O2z) изменяют скачком на динамическое и статическое значение (ΔO2zd+ΔО2zs), которое, в свою очередь, по истечении определенного периода (Т), уменьшают до величины статического значения (ΔО2zs) концентрации свободного кислорода, и это статическое значение (ΔО2zs) концентрации свободного кислорода поддерживают до конца определенного периода (Т), начиная с момента достижения концентрацией окиси углерода в отработанных газах значения, равного заданной предельно допустимой концентрации окиси углерода (COz), и если по истечении определенного времени (Т) концентрация окиси углерода в отработанных газах ниже, чем заданная допустимая концентрация (COz), то определенное значение концентрации свободного кислорода (О2z) в отработанных газах автоматически уменьшают до тех пор, пока не будет достигнута заданная допустимая концентрация окиси углерода (COz), a если по истечении определенного времени (Т) концентрация окиси углерода в отработанных газах больше, 2 41416 чем заданная допустимая концентрация (COz), то определенное значение концентрации свободного кислорода (О2z) в отработанных газах увеличивают на величину статического значения концентрации кислорода (ΔО2zs) и поддерживают эту концентрацию свободного кислорода в течение следующего определенного периода (Т), и после его окончания автоматически снижают определенное значение концентрации свободного кислорода (О2z). При этом автоматическое уменьшение определенного значения концентрации свободного кислорода (О2z) в отработанных газах осуществляют линейно либо экспоненциально. Кроме того, определенное значение свободного кислорода (О2z), измененное скачкообразно на статическое (ΔО2zs) и динамическое (ΔО2zd) значения, поддерживают в течение выбранного времени (ТD), по истечении этого времени его уменьшают на динамическое значение (ΔО2zd) свободного кислорода. Поставленная задача решается также тем, что в системе автоматического управления горением в печи по отношению измеренного содержания свободного кислорода и окиси углерода в отработанных газах к определенной концентрации свободного кислорода, содержащей сумматор сигналов вращений угольного транспортера, датчики концентрации свободного кислорода в отработанных газах, датчик концентрации окиси углерода в отработанных газах, и линии передачи сигналов, согласно изобретения, к линии (D22) передачи сигнала определенной концентрации свободного кислорода (O2z) в отработанных газах присоединена линия (D222) передачи сигнала переменного значения определенной концентрации свободного кислорода (O2z) через коммутационную систему, причем линия (D222) передачи сигнала переменного значения определенной концентрации свободного кислорода (O2z) включает в себя программатор, выход которого соединен с входом коммутационной системы, один вход соединен с датчиком окиси углерода в отработанных газах, другой вход соединен с пультом заданной концентрации окиси углерода (COz). Упомянутый программатор содержит программу для реализации способа автоматического управления горением. В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного варианта его воплощения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых: фиг. 1 иллюстрирует пример применения способа, фиг. 2 изображает пример системы в соответствии с изобретением. Пример. Для выбранного объекта минимальная экспериментально заданная концентрация свободного кислорода в отработанных газах принимается равной O2z=1,8%, а максимальная экспериментально заданная концентрация окиси углерода в отработанных газах принимается равной COz=24 мг/м3. Было обнаружено, что при заданной концентрации окиси углерода COz=24 мг/м3, содержание окислов азота не превышает допустимый уровень 460 мг/м3 по всей области управления объекта. Определенное время было принято равным Т=260 с. Кроме того, на основе эксперимента были приняты: динамическое значение определенной концентрации свободного кислорода ΔО2zd=0,2%, и статическое значение определенной концентрации свободного кислорода – ΔO2zs=0,23%. Было принято допущение, что линейное уменьшение определенной концентрации свободного кислорода O2z происходит со скоростью, равной dO2z/dt=0,25% О2/час. В момент времени 0, фиг. 1, концентрация окиси углерода в отработанных газах намного ниже, чем заданная концентрация COz. Определенная концентрация свободного кислорода O2z в отработанных газах уменьшается линейно со скоростью dO2z/dt=0,25% О2/час, в результате чего концентрация окиси углерода в отработанных газах повышается, и в момент 1 достигает значения, равного заданной концентрации COz. В этот момент определенная концентрация свободного кислорода увеличивается со значения, которое было в момент 1, на значение концентрации ΔО2zd+ΔO2zs=(0,23+0,2)%. Изза инерции объекта концентрация окиси углерода в отработанных газах все еще повышается. В течение времени выпрямления TD определенная концентрация свободного кислорода поддерживается постоянной, и по истечении времени TD это значение уменьшается до значения, которое было в момент 1, увеличенного на статическое значение ΔO2zs=0,23%, и поддерживается без изменений до момента 11, то есть до тех пор, пока не закончится определенный период Т. Однако, если в момент 11 концентрация окиси углерода в отработанных газах все еще остается больше, чем заданная концентрация COz, то определенная концентрация свободного кислорода в отработанных газах возрастает на приращение ΔO2zs=0,23%. Одновременно измеряется определенный период Т. По истечении времени Т, в момент 111, концентрация окиси углерода меньше, чем заданная концентрация COz. Таким образом, начинается линейное уменьшение определенной концентрации свободного кислорода О2z. Если оказалось, что в момент 111 концентрация окиси углерода не уменьшилась относительно заданной концентрации COz, то в момент 111 должно наблюдаться увеличение определенной концентрации свободного кислорода O2z на следующее приращение, равное статическому значению ΔO2zs=0,23%. Представленное в этом примере состояние концентрации окиси углерода, будучи ниже заданной концентрации COz, вызывает уменьшение определенной концентрации свободного кислорода до момента IV, в котором концентрация окиси углерода снова достигает значения заданной концентрации COz. Таким образом, происходит действие, аналогичное тому, что происходит между моментом 1 и 11. Однако, по истечении времени Т, в момент V, концентрация окиси углерода меньше, чем заданная - COz, и все еще проявляет тенденцию к снижению. Таким образом, начинается линейное уменьшение определенной концентрации свободного кислорода в отработанных газах. Течение горения, в соответствии со способом, вызывает специфическое волнообразное движение концентрации окиси углерода в отработанных газах вокруг заданной концентрации COz. Однако, принятые параметры для данного объекта выбра 3 41416 примера, равным О2z=1,8%. Сигнал с пульта 10 через коммутационную систему 8 достигает системы 7 минимальной концентрации свободного кислорода в отработанных газах. Если сигнал с пульта 10 задает значение концентрации свободного кислорода меньшее, чем минимальное значение, то система 7 по линии передачи D22 посылает в старший элемент управления 4 сигнал упомянутого минимального значения. Если определенная концентрация свободного кислорода превышает минимальное значение концентрации свободного кислорода, то этот сигнал будет передаваться в полной мере в старший элемент управления 4. Эти два сигнала с линий передачи D21 и D22 сравниваются в старшем элементе управления 4. Если сигнал, поступающий с датчиков 6, устанавливает, что концентрация свободного кислорода в отработанных газах меньше, чем определенная концентрация О2z, то старший элемент управления 4 передает его в сумматор 1 и далее передает сигнал к вентилятору, чтобы увеличить полное количество воздуха, подаваемого в печь, до такого значения, при котором сигналы выравняются. Если сигнал, поступающий с датчиков 6, устанавливает, что концентрация свободного кислорода в отработанных газах больше, чем определенная концентрация О2z, то старший элемент управления 4 пошлет к вентиляторам сигнал, чтобы уменьшить количество подаваемого воздуха до такого количества, при котором сигналы выравняются, что означает, что концентрация свободного кислорода в отработанных газах уменьшается. Сигнал, поступающий из старшего элемента управления 4 в сумматор 1, складывается с сигналом, переданным по линии передачи D1 из сумматора вращений угольных транспортеров (устройств подачи угля), поскольку сигнал пропорционален потоку топлива, поданного в печь. Когда будет отмечено изменение в размере потока топлива, в вентилятор будет послан сигнал, чтобы изменить полное количество подаваемого воздуха. При использовании пульта 9 система 8 может повторно переключаться, и линия передачи D22 может соединяться с программатором 11 или с пультом для ручного задания О2z. Программатор 11 изменяет определенную концентрацию свободного кислорода в соответствии с программой, осуществляющей способ автоматического управления в соответствии с изобретением. Сигнал, поступающий из программатора 11 в старший элемент управления 4, сравнивается с сигналом, достигающим элемента управления 4 с датчиков 6. Элемент управления 4 и сумматор 1 работает таким образом, как описано в случае системы, соединенной с пультом 10, что происходит при неизменной заданной концентрации свободного кислорода в отработанных газах. Сумматор 1 позволяет управлять отношением полного объема воздуха к потоку топлива, поданного в печь, при переключении элемента управления 4 на ручное управление, когда, например, датчики 6 для измерения O2 выходят из строя. ны таким образом, что средняя концентрация окиси углерода не превышает заданную концентрацию COz в более длительном периоде времени. Но количество воздуха, поданного в печь за это время, меньше, чем в случае, когда определенная концентрация свободного кислорода в отработанных газах поддерживается неизменной, настроенной на заданную концентрацию COz. Как уже упоминалось, практически концентрация окислов азота поддерживалась на уровне, не превышающем 460 мг/м3 отработанных газов. Система автоматического управления горением (фиг. 2) имеет линию D передачи сигнала для изменения полного количества воздуха, поскольку упомянутая линия передачи D соединяется с системами, управляющими выходами вентиляторов воздуха, не показанными на фиг. 2. Линия передачи D соединяется с выходом сумматора 1, один вход которого соединяется с сумматором 2 сигналов с датчиков 3 вращения транспортеров ко всем мельницам, также не показанных на чертеже. Второй выход сумматора 1 соединяется с линией D2 передачи сигнала изменения полного количества воздуха, в зависимости от концентрации свободного кислорода и окиси углерода в отработанных газах. Линия передачи D2 соединяется с выходом старшего элемента управления (регулятора) 4. Один из входов старшего элемента управления 4 соединяется с линией D21 передачи сигнала свободного кислорода в отработанных газах, поскольку упомянутая линия передачи D21 соединяется через коммутационную систему 5 с датчиками 6 свободного кислорода в отработанных газах, расположенными в потоке отработанных газов. Второй вход старшего элемента управления 4 соединяется с линией передачи D22 сигнала определенной концентрации О2z кислорода в отработанных газах. Линия передачи D22 соединяется с системой 7 минимальной определенной концентрации свободного кислорода в отработанных газах. Вход системы 7 соединяется с выходом коммутационной системы 8, координированной с коммутационным пультом 9. Один из входов коммутационной системы 8 соединяется посредством линии передачи D222 с пультом 10, предназначенным для задания постоянной заданной концентрации О2z свободного кислорода в отработанных газах. Второй вход коммутационной системы 8 соединяется посредством линии передачи D222 с программатором 11, содержащим программу для изменения определенной концентрации О2z свободного кислорода в отработанных газах в зависимости от концентрации окиси углерода в отработанных газах относительно значения концентрации заданного для окиси углерода. Один из входов программатора 11 соединяется с датчиком 12 концентрации окиси в отработанных газах, второй - с пультом 13 заданного значения концентрации CОz. На пульте 10, предназначенном для задания значения концентрации свободного кислорода в отработанных газах, значение концентрации свободного кислорода было определено в качестве 4 Фиг. 1 41416 5 Фиг. 2 41416 6 41416 __________________________________________________________ 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 ___________________________________________________________ 7