СПОСОБ БЕССТУПЕНЧАТОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ЖИДКОТОПЛИВНЫХ ГОРЕЛОК Российский патент 2006 года по МПК F01N1/02 

Изобретение относится к системам регулирования мощности горелок для сжигания жидкого топлива и предназначается для регулирования процессов горения в топках котлов, нагревателях и других устройствах, и может найти применение в теплоэнергетике.

В настоящее время большинство выпускаемых известными фирмами-производителями горелок состоят из радиального вентилятора типа "беличье колесо", который посажен на вал асинхронного электродвигателя переменного тока, подключаемого к электрической сети 50 Гц непосредственно. К колесу вентилятора через муфту присоединяется вал топливного шестеренчатого насоса с регулируемым давлением, напорная магистраль которой подведена к форсунке. Изменение мощности таких горелок, как правило, производится заменой распылителя форсунки с требуемым по мощности проходным сечением с одновременной регулировкой проходного сечения воздушного тракта изменением вручную положения воздушной заслонки в воздухозаборнике [1].

Известен способ регулирования мощности горелки изменением давления в напорной магистрали насоса форсунки путем воздействия посредством сервомотора на эксцентриковый диск, задающий усилие сжатия пружины клапана, регулирующего давление в обратной магистрали, с одновременным воздействием сервомотора и на сектор с профилем переменного сечения, который управляет количеством воздуха, изменением проходного сечения воздухозаборника [2].

Недостатком известного способа является большая длительность переходных процессов, связанная с инерционностью сервопривода регулятора, узкий диапазон регулирования, а также ухудшение экологических параметров отходящих газов при малых давлениях насоса из-за ухудшения качества распыла топлива и работа электродвигателя в неоптимальном режиме из-за непостоянства нагрузки, что приводит к увеличению расхода топлива и электроэнергии.

Цель изобретения - увеличение быстродействия системы и расширение диапазона регулирования, улучшение качества распыла, оптимизация режима работы электродвигателя с одновременным приведением состава отработанных газов к экологическим требованиям во всем диапазоне регулирования мощности с внесением минимальных изменений в конструкцию нерегулируемой горелки. Изменение мощности возможно при одновременном изменении количеств подаваемого воздуха и топлива с соблюдением оптимального соотношения воздух/топливо. Количество подаваемого вентилятором воздуха зависит от оборотов и, изменяя обороты асинхронного электродвигателя, например, при помощи частотного регулятора, можно изменять подачу воздуха [3].

Поставленная цель достигается тем, что изменение подачи количества топлива осуществляется широтно-импульсной модуляцией электромагнитного клапана в напорной магистрали при постоянном давлении перед распылителем форсунки, а изменение количества подаваемого воздуха производится изменением оборотов асинхронного электродвигателя вентилятора путем изменения частоты питающего напряжения через управляемый частотный регулятор. Для этого требуемая мощность устанавливается на задатчике мощности, сигнал от которого поступает на блок формирования управляющих сигналов, куда поступают также корректирующие сигналы от датчиков температуры воздуха, топлива, содержания свободного кислорода в отработанных газах и других датчиков, в зависимости от технических, экологических и других требований к горелке. Сигналы от блока формирования управляющих сигналов подают на управляемый частотный регулятор электродвигателя вентилятора подачи воздуха и на вход широтно-импульсного модулятора электромагнитного клапана в напорной магистрали форсунки.

На чертеже представлена структурная схема системы регулирования мощности жидкотопливной горелки, реализующей предлагаемый способ. Система содержит задатчик мощности (7) горелки на входе блока формирования управляющих сигналов (1), выходы которого подключены к входам управляемого частотного регулятора (3) и широтно-импульсного модулятора (2). Широтно-импульсный модулятор (2) подает импульсы на электромагнитный клапан (4), с выхода которого топливо поступает в распылитель форсунки (5). Так как давление в напорной магистрали (10) насоса (9) поддерживается постоянным благодаря наличию редукционного клапана (11) в байпасной магистрали слива излишнего топлива, то давление на входе в модулятор (4) также будет постоянным. При открытии электромагнитного клапана (4) топливо под тем же давлением будет поступать на распылитель форсунки (5), за исключением короткого периода нарастания давления. Давление подачи топлива можно отрегулировать на оптимальное, с точки зрения качества распыла, регулировкой редукционного клапана (11), что предусмотрено в конструкции большинства современных топливных насосов.

Частотный регулятор (3) подает напряжение переменной частоты на электродвигатель (6), который изменяет обороты в зависимости от величины сигнала, поступающего от блока формирования управляющих сигналов (1) на частотный регулятор. Так как сечение воздухозаборника не изменяется, то гидравлическое сопротивление воздуховода также изменяется незначительно, следовательно, и электродвигатель вентилятора будет работать в режимах, близких к оптимальным. Блок формирования управляющих сигналов (1) должен подавать сигналы на широтно-импульсный модулятор (2) и частотный регулятор (3) в соотношении, оптимальном с точки зрения качества процесса горения. Для этого в блок формирования управляющих сигналов должны быть заложены эмпирические зависимости числа оборотов электродвигателя вентилятора и скважности импульсов широтно-импульсного модулятора от мощности горелки n=f₁(N) и S=f₂(N), например, для нормальных атмосферных условий и температуры топлива 20°С. Коррекция по фактическим значениям температуры и давления воздуха, температуры топлива и других корректирующих датчиков (8) производится в блоке формирования управляющих сигналов (1). Корректирующие параметры могут быть выбраны из условия обеспечения требований к горелке по техническому заданию, экологическим и другим параметрам и не ограничиваются по количеству.

Практическая реализация электронного блока формирования управляющих сигналов возможна в аналоговом исполнении на операционных усилителях или на базе цифрового микроконтроллера с аналоговыми и цифровыми входами/выходами, в программу которого закладываются требуемые зависимости.

В простейшем случае в качестве задатчика может быть применен сдвоенный потенциометр, причем один с линейной зависимостью от угла поворота движка (например, для связанного с широтно-импульсным модулятором), а другой с требуемым законом изменения сопротивления, реализующего зависимость числа оборотов электродвигателя от скважности импульсов широтно-импульсного модулятора n=f(S), а сигналы со средних точек подавать на широтно-импульсный модулятор (2) и частотный регулятор (3).

Таким образом, применение электронного управления асинхронным электродвигателем и быстродействующим электромагнитным клапаном уменьшает время переходных процессов, расширяет диапазон регулирования, а за счет постоянства давления топлива перед распылителем улучшается качество горения и как следствие улучшаются экономические характеристики горелки.

Источники информации

1. Руководство по эксплуатации и техобслуживанию горелки, работающей на легком жидком топливе. КР-24...КР-46 H-II. OILON OY, PL 5, 15801 LAHTI. Документ 20049847 RU.

2. Инструкция по применению промышленных комбинированных горелок на топливном мазуте модели PYR...GRN с растопочной газовой горелкой. Изд-во BALTUR CLIMATIZZAZIONE TECHNOLOGIE FUTURE. Выпуск 01-1997. Код 0006080657.

3. Преобразователи частоты для асинхронных двигателей. Yaskawa Electric Corporation. Издано для PLC Systems, Москва.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в жидкотопливных горелках, где в качестве топлива используется подогретый мазут, печное или дизельное топливо, а в качестве окислителя - атмосферный воздух. Регулирование мощности жидкотопливной горелки осуществляется одновременным изменением подачи топлива путем широтно-импульсной модуляции электромагнитного клапана в напорной магистрали топливного насоса и количества подаваемого воздуха изменением оборотов электродвигателя радиального вентилятора через управляемый электронный частотный регулятор. Для точного поддержания оптимального соотношения количеств топливо/воздух применен блок формирования управляющих сигналов, на вход которого подаются сигналы от задатчика мощности и корректирующих датчиков, выходы блока соединены с широтно-импульсным модулятором и частотным регулятором. Изобретение позволяет увеличить быстродействие и расширить диапазон регулирования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ бесступенчатого регулирования мощности жидкотопливных горелок путем изменения подачи воздуха и изменения подачи топлива изменением скважности импульсов широтно-импульсного модулятора, отличающийся тем, что изменение подачи топлива производится широтно-импульсной модуляцией сигнала, подающегося на электромагнитный клапан в напорной магистрали топливного насоса при постоянном давлении перед электромагнитным клапаном.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение подачи воздуха производится изменением оборотов электродвигателя при помощи частотного регулятора, а регулировка соотношения количества подаваемого воздуха и топлива производится в блоке формирования управляющих сигналов, на вход которого подают сигнал от задатчика потребной мощности и сигналы от корректирующих датчиков и выходы которого подключены к входам широтно-импульсного модулятора электромагнитного клапана и частотного регулятора электродвигателя вентилятора.