СПОСОБ КОМПОЗИЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ КОТЛОВ КОТЕЛЬНОЙ Российский патент 2005 года по МПК F24H9/20 

Изобретение относится к области энергетики, конкретнее к способам автоматического управления режимом работы котлов котельных.

Оно может быть использовано для энергосберегающей оптимизации режимов сжигания топлива в котлах котельных, работающих, например, на газе или на мазуте.

Известен способ управления режимом горения котлов согласно "режимной" карте [1], принятый нами в качестве аналога, при котором поддерживают общую мощность тепла, вырабатываемую котельной, равную заданной по годовому графику с помощью упомянутой режимной карты. Режимная карта составляется экспериментально-расчетным путем, причем основной массив данных режимной карты рассчитывается по эмпирическим зависимостям.

Недостатком аналога, как показывает практика эксплуатации котельных, является отсутствие возможности энергосберегающей оптимизации сжигания топлива в котлах котельной, так как режимная карта, составленная на основе замеров при одних погодных условиях, может иметь существенные погрешности для других. Она нуждается в постоянной корректировке по мере износа горелок и других элементов котлов в процессе эксплуатации. Следует отметить и влияние человеческого фактора, так как функция обеспечения работы котельной по режимной карте возлагается на оперативный персонал станции.

Все это приводит к перерасходу топлива и низкому качеству управления режимом котлов котельной и соответственно пониженному качеству снабжения потребителей вырабатываемой тепловой энергией.

В значительной степени эти недостатки преодолены в способе автоматического регулирования режима горения в котлах котельных [2], принятом нами в качестве прототипа.

В способе автоматического управления топливными горелками в котлах котельных по прототипу измеряют число включенных в работу горелок и расход газа в них, сравнивают общую производимую тепловую мощность с заданной в зависимости от погодных условий и для устранения рассогласования регулируют соотношение газ-воздух газовых горелок котлов котельной.

Недостатком способа автоматического управления топливными горелками в котлах котельных по [2], принятом нами в качества прототипа, является невозможность учета резкопеременных погодных условий, особенно в северных районах с неустойчивым климатом и большими перепадами температур (солнце есть - нет), что не позволяет даже на протяжении длительного времени оценить эффективность горения факелов в котлах котельных по объемам потребляемого газа из-за сезонного и годового колебания температур и соответственно режимов теплосетей.

Другой недостаток - необходимость комплектования всех котлов котельных собственными системами автоматического регулирования, что на базе разработанного в [2] регулятора снижает надежность работы всей котельной из-за повышенной вероятности отказов или сбоев в точности регулирования режимами котлов котельной.

Целью заявляемого изобретения является повышение точности и надежности автоматического регулирования режима работы котлов котельной при повышении ресурса их работы и снижения затрат на автоматику котлов, а также расхода газа на основе комплексного двухэлементного принципа множественно-дискретного и единично-плавного композиционного управления.

Поставленная цель достигается в способе композиционного управления режимом работы котлов котельной, при котором измеряют мощность включенных в работу котлов, сравнивают ее с заданной центральным тепловым пунктом (ЦТП) теплоснабжения потребителей в зависимости от погодных условий (температуры воздуха) и при возникновении рассогласования контролируемой и заданной величин мощности изменяют соотношение газ-воздух факелов котлов котельной в сторону устранения возникшего рассогласования.

Причем группируют все котлы с двумя ступенями: "большой" и "малый" факел Р_max=2P_min в два элемента композиции:

А - множественно дискретно-регулируемый элемент по числу котлов n с 2n их ступенями;

Б - единичный элемент (котел) с плавным регулированием от P_min до Р_max; делят заданную центральным тепловым пунктом мощность на величину Р_max и выделяют из полученной величины целое число;

сравнивают полученное целое число с числом включенных в работу котлов и изменяют их число в сторону устранения возникшего рассогласования путем включения или отключения (n-k) котлов котельной;

умножают полученное целое число на Р_max;

вычитают из заданной ЦТП величины мощности полученный в предыдущей операции умножения результат и при превышении полученной в результате вычитания величины Р_min плавно регулируют мощность второго единичного элемента композиции (котла с плавной регулировкой) в диапазоне от Р_minдо Р_max в сторону устранения возникшего рассогласования;

через дискрету времени, принятую за доверительный интервал управления режимом работы котлов котельной, все перечисленные операции композиционного управления циклически повторяют в описанной последовательности.

Существенным отличием от известных способов управления режимом котлов в котельной является то, что ни в одном из известных способов управления котлами не достигается высокая динамическая точность производимой тепловой мощности, отвечающая резким колебаниям погодных условий, наблюдаемых особенно на Севере, при снижении числа регулировок и самих регуляторов, исключении ложных срабатываний регулирующих воздействий и снижении общей стоимости системы автоматического управления.

Заявляемый способ композиционного управления режимом котлов котельных поясняется чертежом.

На структурной схеме: А и Б - элементы композиции, 1 - блок деления, 2 - блок задания тепловой мощности от ЦТП, 3 - блок задания Р_max=2P_min; 4 - блок выделения целого числа; 5 - блок целого числа; 6 - блок сравнения целого числа с числом включенных в работу котлов; 7 - блок измерения числа котлов, включенных в работу; 8 - исполнительный блок первого элемента А композиции переключения числа котлов; 9 - блок умножения целого числа котлов на Р_max; 10 - блок вычитания полученного в блоке 9 результата из заданной ЦТП мощности; 11 - блок сравнения результата вычитания Р_зад - nP_max с P_min; 12 - исполнительный блок регулирования мощности второго элемента Б композиции - регулируемого котла.

Как можно увидеть из приведенного чертежа, назначение способа состоит в контроле величины тепловой мощности включенных в работу котлов и сравнении ее с заданной центральным тепловым пунктом величиной в зависимости от погодных условий (температуры), формировании двух элементов композиционного управления: множественно-дискретного управления и единично-плавного регулирования и реализации упомянутого композиционного управления за счет сочетания дискретного и плавного управления до устранения возникшего рассогласования измеренной и заданной мощностей.

Пример реализации

Композиционное управление режимом работы котлов котельной по заявляемому способу происходит следующим образом:

Все котлы котельной, например в количестве 10 штук, с двумя ступенями: "большой факел" с мощностью Р_max=2P_min и "малый факел" с мощностью P_min группируют в два элемента композиции:

А - множественно дискретно-регулируемый элемент, например, из 9 котлов котельной с двумя ступенями "большой" и "малый" факел, то есть всего с 18 ступенями дискретного управления;

Б - единичный элемент композиционного управления, например котел с плавным регулированием от P_min до Р_max;

делят в блоке 1 заданную по погодным условиям блоком 2 центральным тепловым пунктом (ЦТП) мощность, например 3,4 МВт, на величину, задаваемую блоком 3 мощности максимальной ступени Р_max, равную, например, 0,5 МВт, получают 3,4/0,5=6,8 и выделяют в блоке 4 из полученной величины 6,8 целое число - 6;

сравнивают в блоке 6 полученное целое число 6 с числом включенных в работу котлов, поступающим от блока измерения 7, например 8, и с помощью исполнительного блока 8 первого элемента А композиции изменяют их число, т.е. выключают два котла (8-6)=2;

в блоке умножения 9 полученное в блоке 5 целое число 6 умножают на поступающую с блока 3 величину максимальной мощности Р_max:

6×0,5=3 МВт;

вычитают в блоке вычитания 10 полученную в блоке умножения 9 величину 3 МВт из заданной ЦТП блоком 2 величины 3,4 МВт: 3,4-3,0=0,4 МВт;

сравнивают в блоке 11 сравнения полученную в блоке вычитания 9 разность 0,4 МВт с величиной P_min=0,5Р_max=0,5×0,5 МВт=0,25 МВт и при превышении, например, в нашем случае 0,4 МВт >0,25 МВт плавно регулируют с помощью второго исполнительного блока 12 котел 15 - второй элемент композиции Б с плавным управлением, увеличивая его мощность до 0,4 МВт.

По истечении заданной дискреты времени перечисленные операции с котлами и их мощностями циклично повторяют в изложенной последовательности.

Реализуемость патентуемого способа не вызывает сомнений, так как все применяемые операции умножения, сравнения, вычитания, деления, включения-отключения и др. с материальными объектами - котлами и их мощностями практически выполнимы и не требуют принципиально новых научно-технических разработок.

Применение патентуемого способа повышает точность управления котлами котельных, снижает ненужное число регулировок и стоимость средств расходуемых на автоматику в 1,4 раза при повышении надежности всей системы управления в 1,6 раза.

Список литературы

1. Трембовля В.И., Фигнер Е.Д., Авдеева А.А. Теплотехнические испытания котельных установок. - М.: Энергоатомиздат. - 1991.

2. Паньшин А.С., Крылов Ю.А. Система автоматического регулирования режима горения газа в котлах типа ПТВМ. - Промышленная энергетика. - №6. - 2000.

Изобретение может быть использовано в области энергетики для управления режимом работы котлов котельных путем изменения соотношения газ-воздух в горелках котлов. Целью изобретения является повышение точности автоматического управления при снижении расходов на средства автоматики и повышении ресурса и надежности систем автоматического управления. В процессе управления режимом работы котлов котельной группируют все котлы котельной в два элемента композиции: первый - множественно дискретно-регулируемый по числу котлов элемент и второй - единичный элемент (котел) с плавным регулированием от Р_min до Р_max=2P_min за счет изменения соотношения газ-воздух, делят заданную центральным тепловым пунктом мощность на величину Р_max, выделяют из полученной величины целое число, сравнивают полученное целое число с числом включенных в работу котлов и изменяют их число в сторону устранения возникшего рассогласования путем включения или отключения (n-k) котлов котельной, умножают полученное целое число на Р_max, вычитают из заданной центральным тепловым пунктом величины мощности полученный в предыдущей операции умножения результат и при превышении полученной в результате вычитания величины мощности P_min плавно регулируют мощность второго единичного элемента композиции - котла с плавной регулировкой, в диапазоне от Р_min до Р_max в сторону возникшего рассогласования, периодически повторяя перечисленные операции композиционного управления в описанной последовательности. 1 ил.

Способ композиционного управления режимом работы котлов котельной, при котором сравнивают мощность работающих котлов с заданной в зависимости от погодных условий величиной и при возникновении рассогласования изменяют соотношение газ-воздух факелов котлов котельной в сторону устранения возникшего рассогласования, отличающийся тем, что группируют все котлы котельной в два элемента композиции: первый - множественно дискретно-регулируемый по числу котлов элемент и второй - единичный элемент (котел) с плавным регулированием от Р_min до Р_max=2P_min за счет изменения соотношения газ-воздух, делят заданную центральным тепловым пунктом мощность на величину Р_max, выделяют из полученной величины целое число, сравнивают полученное целое число с числом включенных в работу котлов и изменяют их число в сторону устранения возникшего рассогласования путем включения или отключения (n-k) котлов котельной, умножают полученное целое число на Р_max, вычитают из заданной центральным тепловым пунктом величины мощности полученный в предыдущей операции умножения результат и при превышении полученной в результате вычитания величины мощности P_min плавно регулируют мощность второго единичного элемента композиции - котла с плавной регулировкой, в диапазоне от Р_min до Р_max в сторону возникшего рассогласования, периодически повторяя перечисленные операции композиционного управления в описанной последовательности.