СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ Российский патент 2000 года по МПК F22B37/38 

Изобретение относится к способам определения сигнала об условиях работы паровых котлов, снабженных регенеративными вращающимися воздухоподогревателями, и может быть использовано в энергетике.

Известен способ определения расхода дымовых газов, выбрасываемых котельным агрегатом, снабженным воздухоподогревателем, путем измерения влажности топлива, температуры воздуха подаваемого в топочную камеру, коэффициента избытка воздуха в сечении газовоздушного тракта, в котором определяют расход дымовых газов, присосов воздуха в топку котла на участке газовоздушного тракта до упомянутого сечения и расчета расхода дымовых газов с использованием измеренных значений параметров и коэффициентов, характеризующих элементарный состав топлива, измеряют, кроме того, и избыточное статическое давление, и расход воздуха, подаваемого в топку, коэффициент избытка воздуха в ближайшей по ходу дымовых газов зоне конвективной шахты котла, в которой завершено горение топлива, и разность коэффициентов избытка воздуха в дымовых газах на входе и выходе из воздухоподогревателя, по измеренным значениям температуры и избыточного статического давления определяют расход воздуха, приведенный к нормальным условиям, а расход дымовых газов, приведенный к нормальным условиям вычисляют по соотношению:

где Q_г; Q_в - соответственно расходы дымовых газов и воздуха, приведенных к нормальным условиям;
α_т;α_c - коэффициенты избытка воздуха соответственно в ближайшей по ходу дымовых газов зоне конвективной шахты котла, где завершено горение топлива, и в сечении газовоздушного тракта, где требуется определить расход дымовых газов;
Δα_т - присосы воздуха в топку котла на участке до места измерения α_т ;
Δα_п - разность коэффициентов избытка воздуха в дымовых газах на входе и выходе из воздухоподогревателя;
a, b, K_в, K_г - коэффициенты для подсчета приведенных объемов воздуха и дымовых газов, определяемые по элементарному составу сжигаемого топлива;
W^п - приведенная влажность сжигаемого топлива.

Недостатками такого способа являются низкая точность определения расхода дымовых газов в котельном агрегате из-за периодичности определения присосов воздуха в топку котла при испытаниях, например, для ТЭС /ТЭЦ/ один раз в 1,5 - 2 месяца, в то время, когда в процессе работы котельного агрегата происходит постоянное изменение величины присосов, что вносит погрешность в формулу расчета расхода дымовых газов, не учитывается изменение присосов воздуха на разных нагрузках котла, то есть измерение производится на одной нагрузке котла, а практически не исключено частое изменение нагрузок, а значит и частое изменение величины присосов воздуха, что влияет на точность определения расхода дымовых газов и оптимального состояния режима работы котельного агрегата.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе определения расхода дымовых газов, выбрасываемых котельным агрегатом, снабженным регенеративным вращающимся воздухоподогревателем, путем измерения влажности топлива, температуры и избыточного статического давления воздуха во всасывающей линии дутьевых вентиляторов, присосов воздуха в топку котла до сечения конвективной шахты, в котором уже завершено горение топлива, коэффициента избытка воздуха в упомянутом сечении, разности коэффициентов избытка воздуха в дымовых газах на входе и выходе из воздухоподогревателя, расхода воздуха во всасывающей линии дутьевых вентиляторов, приведенного к нормальным условиям по измеренной температуре и избыточному статическому давлению, и расчета расхода дымовых газов с использованием измеренных параметров и коэффициентов, характеризующих элементарный состав топлива, дополнительно измеряют суммарную концентрацию оксида и диоксида азота в ближайшем по ходу дымовых газов сечении конвективной шахты котла, в котором уже завершено горение топлива, и в сечении газовоздушного тракта, в котором определяют расход дымовых газов, и текущую нагрузку котла по расходу пара на выходе из конвективного пароперегревателя, по ней вычисляют значения расхода воздуха, его избытка в ближайшем но ходу движения дымовых газов упомянутом сечении, присосов воздуха в топку котла до упомянутого сечения конвективной шахты и в воздухоподогреватель, измеренных в оптимальных режимах котла при его теплотехнических испытаниях, при этом присосы измеряют на номинальной нагрузке котла, а по разности суммарных концентраций оксида и диоксида азота вычисляют степень разбавления дымовых газов присосным воздухом между упомянутыми сечениями тракта, включая воздухоподогреватель, а расход дымовых газов, приведенный к нормальным условиям, - по соотношению:

Технический результат предлагаемого способа выражается в повышении точности определения расхода дымовых газов в котлоагрегате и его оптимального состояния режима работы на разных нагрузках, так как величина присосов воздуха в топку котла вычисляется на разных нагрузках котла, а их изменение в процессе работы котла учитывается в измеренном расходе воздуха, в совместном измерении избытка воздуха и суммарной концентрации оксида и диоксида азота в дымовых газах, определяющих вместе с вычисленным расходом дымовых газов оптимальное состояние работы котла на разных нагрузках по совокупной информации.

На чертеже изображена схема котлоагрегата с воздухоподогревателем регенеративного вращающегося типа, на котором осуществляют способ определения расхода дымовых газов.

На схеме представлен котел 1 с конвективной шахтой 2 и конвективным пароперегревателем с выходным паропроводом 3. Воздух в топочную камеру котла 1 подается дутьевыми вентиляторами 4 через всасывающие трубопроводы 5, воздухоподогреватель 6, воздухопроводы 7, систему пылеподачи 8, трубопроводы 9, 10 соответственно первичного и вторичного воздуха, горелки 11. Дымовые газы из конвективной шахты 2 котла 1 отсасываются дымососом 12 через газоходы 13, конвективный пароперегреватель 3, воздухоподогреватель 6, золоуловитель 14 и удаляются через дымовую трубу 15 в атмосферу.

Места измерения расходов дымовых газов и воздуха, температуры и статического избыточного давления среды в газовоздушном тракте обозначены на схеме соответственно символами Q_г, Q_в, T_в, P_ст, место измерения коэффициента избытка воздуха и присосов воздуха в топку котла 1 в сечении I конвективной шахты 2 соответственно символами α_т, Δα_т, места измерения суммарной концентрации оксида и диоксида азота в дымовых газах в сечениях I, II, где обычно подлежит измерению расход дымовых газов, соответственно символами сNO_x ^т, сNO_x ^с, место измерения паровой текущей нагрузки котла 1 символом D на выходном паропроводе конвективного пароперегревателя 3.

Для объяснения существа предложенного способа составим уравнение, связывающее определяемый расход дымовых газов Q_г с расходом воздуха Q_в, подаваемого на котел 1 дутьевыми вентиляторами 4. Положим при этом, что котел 1 оснащен регенеративными вращающимися воздухоподогревателями 6 /РВВ/, а расход воздуха Q_в измеряется во всасывающей линии дутьевых вентиляторов 4, где его температура ниже и обычно имеются участки с достаточно равномерными полями скоростей, удобные для установки расходомеров воздуха.

Для рассматриваемого случая можно записать:

или

В числителе зависимости (2) выносим за скобку V_В ^ПО, получим:

где Q_г; Q_в - соответственно расходы дымовых газов и воздуха, приведенные к нормальным условиям;
α_т;α_c - коэффициенты избытка воздуха соответственно в ближайшей по ходу дымовых газов зоне конвективной шахты котла, где завершено горение топлива, и в сечении, где требуется определить расход дымовых газов;
Δα_т - присосы воздуха в топку котла на участке до места измерения избытка воздуха α_т;
Δα_п - разность коэффициентов избытка воздуха в дымовых газах на входе и выходе из воздухоподогревателя;
- относительный коэффициент выхода продуктов сгорания из подаваемого на горение 1 нм³ воздуха;
V_г ^ПО; V_в ^ПО - теоретические объемы соответственно продуктов сгорания и сухого воздуха;
a; b; K_в, K_г - коэффициенты для подсчета приведенных объемов воздуха и дымовых газов, определяемых по элементарному составу сжигаемого топлива;
W^п - приведенная влажность сжигаемого топлива.

Приведение измеренного значения к нормальным условиям осуществляется по известной зависимости:

где Т_В^oK; Р_ст кПа - измеренные температура и избыточное статическое давление в газовоздушном тракте;
Р_бар - барометрическое давление.

Расход дымовых газов можно записать и в иной форме:
Q_г= [Vпог

+1,016(α_c-1)•Vпов]×B, (5)
или
Q_г= [A+1,016(α_c-1)]•Vпов×B, (6)
где В - расход топлива на котел;
Из сопоставления зависимостей (3) и (6) находим, что:

Давая отклонение режимным параметрам α_т(o), Δα_т(o), Δα_н(o)/ , полученным в результате, например, послеремонтных теплотехнических испытаний котла, получим:

или

где δα_т - отклонение коэффициента избытка воздуха в зоне завершения горения топлива при работе котла;
δΔα_т;δΔα_п - увеличение присосов воздуха соответственно в топку котла и в РВВ в процессе эксплуатации.

На основании известного нормативного метода расчета котельных агрегатов:


где Δαномт(o)

;Δαномп(o) - соответственно присосы воздуха в топку котла и в РВВ на номинальной нагрузке, полученные в результате теплотехнических испытаний котла;
D^ном; D - паровая номинальная и текущая нагрузка котла.

Составим уравнение воздушного баланса по измеренным расходам воздуха при работе котла и при проведении его теплотехнических испытаний:

где - увеличение и уменьшение расхода воздуха в котел соответственно от увеличения избытка воздуха и присосов его в топку котла;
увеличение расхода воздуха от увеличения присосов воздуха в РВВ;
Q_в; Q_в(о) - измеренные расходы воздуха соответственно при работе котла и при проведении его теплотехнических испытаний.

После деления обеих частей равенства (12) на значение В • V_в ^ПО получим:

Подставив зависимости (10), (11), (13) в выражение (9), после несложных преобразований находим, что:

Исходя из равенства суммарного количества оксида и диоксида азота в дымовых газах в зоне конвективной шахты, где завершено горение, и в сечении газовоздушного тракта, где требуется определить расход дымовых газов, по известным соотношениям:
М_NOx ^T = B • C_с.г ^T • cNO_х ^T (15)
M_NOx ^с =B • V_с.г. ^с • cNO_x ^c (16),
где M_NOx ^T; cNO_x ^T; V_с.г. ^T - соответственно суммарное количество оксида и диоксида азота /NO+NO₂= NO_x/, их концентрация при 273,15^oК, 101,3 кПа и удельный объем сухих дымовых газов в зоне конвективной шахты, где завершено горение топлива;
M_NOx ^c; cNO_x ^c; V_с.г ^c - то же, в сечении газовоздушнго тракта, где требуется определить расход дымовых газов.

Так как M_NOx ^т = M_NOx ^C, то V_с.г ^т • cNO_x ^т = V_с.г. ^c • cNO_x ^с отсюда

Пo известным зависимостям определяем объем сухих дымовых газов в вышеназванных зонах котла:


Откуда

или

где относительный коэффициент выхода водяных паров в продуктах сгорания из подаваемого на горение 1 нм³ воздуха.

После подстановки в (21) последовательно значений V_с.г. ^c по (17), V_с.г ^т по (18) после несложных преобразований получим:

Подставим значение α_c-1 (22) в множитель (6) и обозначив C=1,033 • (A-E), ,
получим:

а после подстановки зависимостей (14) и (22) в (6) получим соотношение, по которому вычисляют расход дымовых газов, приведенный к нормальным условиям:

где D^ном; D - соответственно номинальная и текущая нагрузка котла;
Q_в(о) - расход воздуха при теплотехнических испытаниях, приведенных к нормальным условиям, соответствующий текущей нагрузке котла;
Q_г; Q_в - соответственно расходы дымовых газов и воздуха при текущей нагрузке котла, приведенные к нормальным условиям;
α_т - коэффициент избытка воздуха в сечении конвективной шахты котла, в котором завершено горение топлива, при текущей нагрузке котла;
α_т(o) - коэффициент избытка воздуха в сечении конвективной шахты котла, в котором завершено горение топлива, в оптимальном режиме при испытании котла, соответствующий текущей нагрузке котла;
Δαномт(o)

;Δαномп(o) - присосы воздуха соответственно в точку котла на участке до места измерения избытка воздуха и в воздухоподогреватель на номинальной нагрузке котла, полученные в результате его теплотехнических испытаний;
cNO_x ^т; cNO_x ^с - суммарная концентрация оксида и диоксида азота соответственно в сечениях конвективной шахты котла, в котором завершено горение, и газовоздушного тракта, в котором определяется расход дымовых газов;
F - степень разбавления дымовых газов присосным воздухом между упомянутыми сечениями тракта;
A - относительный коэффициент выхода продуктов сгорания из подаваемого на горение 1 нм³ воздуха;
C - относительный коэффициент выхода сухих дымовых газов из подаваемого на горение 1 нм³ воздуха;
E - относительный коэффициент выхода водяных паров в продуктах сгорания из подаваемого на горение 1 нм³ воздуха.

Для котлов под наддувом, в которых присосы воздуха в топку отсутствуют, а присосы воздуха в воздухоподогреватель на всех нагрузках котла постоянны, зависимость /24/ примет вид:

Источник информации
Авторское свидетельство СССР N 1663310, кл. F 22 В 37/38, 1989.

Способ может быть использован в области энергетики. Способ заключается в том, что измеряют суммарную концентрацию оксида и диоксида азота в сечениях газовоздушного тракта, в которых завершено горение, и измеряют расход дымовых газов, текущую нагрузку котла, по которой вычисляют расход воздуха, его избыток в сечении, где завершено горение, присосы воздуха в топку котла и в воздухоподогреватель, измеренные в оптимальных режимах котла при его теплотехнических испытаниях. При этом присосы измеряют на номинальной нагрузке котла, а по разности суммарных концентраций оксида и диоксида азота вычисляют степень разбавления дымовых газов присосным воздухом между упомянутыми сечениями тракта, включая воздухоподогреватель, а расход дымовых газов, приведенный к нормальным условиям, вычисляют по формуле, приведенной в изобретении. Такой способ позволит повысить точность определения расхода дымовых газов в котлоагрегате и его оптимальное состояние режима работы на разных нагрузках. 1 ил.

Способ определения расхода дымовых газов, выбрасываемых котельным агрегатом, снабженным регенеративным вращающимся воздухоподогревателем, путем измерения влажности топлива, температуры и избыточного статического давления воздуха во всасывающей линии дутьевых вентиляторов, присосов воздуха в топку котла до сечения конвективной шахты, в котором уже завершено горение топлива, коэффициента избытка воздуха в упомянутом сечении, разности коэффициентов избытка воздуха в дымовых газах на входе и выходе из воздухоподогревателя, расхода воздуха во всасывающей линии дутьевых вентиляторов, приведенного к нормальным условиям по измеренной температуре и избыточному статическому давлению, и расчета расхода дымовых газов с использованием измеренных параметров и коэффициентов, характеризующих элементарный состав топлива, отличающийся тем, что дополнительно измеряют суммарную концентрацию оксида и диоксида азота в ближайшем по ходу дымовых газов сечения конвективной шахты котла, в котором уже завершено горение топлива, и в сечении газовоздушного тракта, в котором определяют расход дымовых газов, и текущую нагрузку котла по расходу пара на выходе из конвективного пароперегревателя, по ней вычисляют значения расхода воздуха, его избытка в ближайшем по ходу движения дымовых в упомянутом сечении, присосов воздуха в топку котла до упомянутого сечения конвективной шахты и в воздухоподогреватель, измеренных в оптимальных режимах котла при его теплотехнических испытаниях, при этом присосы измеряют на номинальной нагрузке котла, а по разности суммарных концентраций оксида и диоксида азота вычисляют степень разбавления дымовых газов присосным воздухом между упомянутыми сечениями тракта, включая воздухоподогреватель, а расход дымовых газов, приведенный к нормальным условиям, - по соотношению

где D^ном, D - соответственно номинальная и текущая нагрузка котла;
Q_г; Q_в - соответственно расходы дымовых газов и воздуха при текущей нагрузке котла, приведенные к нормальным условиям;
Q_в(о) - расход воздуха при теплотехнических испытаниях, приведенный к нормальным условиям, соответствующий текущей нагрузке котла;
α_т - коэффициент избытка воздуха в сечении конвективной шахты котла, в котором завершено горение топлива, при текущей нагрузке котла;
α_т(o) - коэффициент избытка воздуха в сечении конвективной шахты котла, в котором завершено горение топлива, в оптимальных режимах при испытании котла;
Δαномт(o)

; Δαномп(o) - присосы воздуха соответственно в топку котла на участке до места измерения избытка воздуха α_т и в воздухоподогреватель на номинальной нагрузке котла, полученные при его теплотехнических испытаниях;
cNO_x ^т; cNO_x ^с - суммарная концентрация оксида и диоксида азота соответственно в сечениях конвективной шахты котла, в котором завершено горение, и газовоздушного тракта, в котором определяется расход дымовых газов;
F - степень разбавления дымовых газов присосным воздухом между упомянутыми сечениями тракта;
А - относительный коэффициент выхода продуктов сгорания из подаваемого на горение 1 нм³ воздуха;
С - относительный коэффициент выхода сухих дымовых газов из подаваемого на горение 1 нм³ воздуха.