Система и способ автоматического управления и контроля котлоагрегата, работающего на газообразном топливе Российский патент 2021 года по МПК F23N1/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для автоматического контроля и оперативного управления котлоагрегатом в зависимости от значения заданных параметров тепловой энергии.

Повышение эффективности сжигания газового и жидкого топлива уменьшения выбросов вредных веществ в уходящих газах является важными вопросами в работе промышленных котлоагрегатов. Автоматизация одно из основных направлений повышения КПД и безаварийности их функционирования. Системы автоматизации котлов должны обеспечить автоматическое регулирование и контроль основных технологических параметров (разрежение в топке котла, соотношение топливо-воздух уровень воды в барабане котла, давление пара или температура воды на выходе из котла). В результате длительной эксплуатация оборудования котла, автоматика регулирования фактически работает не по режимной карте. При составлении режимной карты теплотехники часто сознательно увеличивают расход воздуха подаваемого на горелочное устройство для исключения химического недожога, вызванного изменением неполного сгорания топлива, температура воздуха и др. Кроме того оператор котла по своему усмотрению может корректировать процесс горения что не всегда обоснованно. Всё это приводит к перерасходу топлива и повышенному выбросу вредных веществ в атмосферу. Эффективность эксплуатации котла во многом зависит от качества наладки системы автоматического регулирования топливо-воздух. Приблизить работу котла к показателям режимной карты, обеспечить максимальную эффективность его эксплуатации, повысить его технико-экономические показатели (ТЭП) можно, имея информацию о работе системы топливо-воздух и составе уходящих газов.

Известен способ контроля и управления горением в горелке работающего на газообразном топливе устройства и система управления горением, работающая в соответствии с упомянутым способом (RU 2640866, кл. F32N1/00, 2018 г). Способ контроля и управления горением в горелке работающего на газообразном топливе устройства, содержащего датчик с электродом, расположенным в пламени или рядом с ним и выполненным с возможностью запитывания от генератора напряжения, а также соединенным с электронной схемой, выполненной с возможностью измерения результирующего потенциала на этом электроде. Способ содержит первую фазу получения и обработки данных из экспериментальных условий и вторую фазу оценки требуемой характеристики горения при фактических рабочих условиях горелки. На первой фазе заранее выбирают множество экспериментальных условий горения для горелки, подают на горелку при каждом из упомянутых условий мощность и дополнительный значимый параметр характеристик горения. При каждом из экспериментальных условий подают на упомянутый электрод сигнал электрического напряжения и выполняют выборку сигнала отклика, рассчитывая на основании последовательности выборочных значений характеристические параметры формы волны сигнала для каждого из экспериментальных условий, с целями расчета функции корреляции на основании полученных экспериментальных данных, способных однозначно скоррелировать мощность и дополнительный значимый параметр горения. На второй фазе подают при фактическом рабочем режиме сигнал электрического напряжения на электрод, а после отключения подаваемого сигнала выполняют серию выборок результирующего сигнала отклика на этом электроде. Так же на второй фазе рассчитывают на основании последовательности выборочных значений соответствующие характеристические параметры формы волны сигнала отклика для рабочего режима и рассчитывают оцененное значение характеристики горения, используя функцию корреляции.

Также известен способ автоматического управления и контроля котлоагрегатом (RU 2300705, А23N1/00, 2006), путем измерения сигналов по расходу топлива и воздуха, которые вводятся в контроллер. В процессе горения с помощью датчиков непрерывно измеряют содержание окиси углерода и кислорода, давление топлива и давление воздуха и совместно с предварительно измеренным соотношением расхода воздуха и топлива контроллер формирует сигнал для управления вентилятором. Датчики, измеряющие содержание окиси углерода и кислорода, устанавливают непосредственно в газовом тракте дымохода котлоагрегата, измеряют разрежение в дымовом тракте, с учетом которого формируют упомянутый сигнал на управляющий блок в виде частотного преобразователя для плавного управления дымососом и вентилятором, который постоянно поддерживает содержание окиси углерода СО в дымовых газах в количестве 0,1-0,2% и (или) кислорода O₂=0.

Известна система автоматического регулирования процесса горения котла малой мощности с низкотемпературным кипящим слоем и способ ее работы (RU 2692854, кл. F23N1/06, F23C1/06, F23L15/00, F23L11/00, 2019), состоящей из программируемого логического контроллера (ПЛК) с блоками управления регуляторов, к которым кабелями подсоединены датчики и исполнительные механизмы, установленные на котле. На котле низкотемпературного кипящего слоя установлены исполнительные механизмы с электроприводами и частотно-регулируемые приводы, датчики температуры кипящего слоя, СО и О₂, температуры и давления воды на входе и выходе из котлоагрегата, исполнительные механизмы для регулирования подачи топлива, регулировки инерта, регулирования шиберов входящей воздушной смеси с каналами регулирования, разрежения, удаления инерта с датчиками, приборами контроля и безопасности, частотно-регулируемые приводы дымососа, питателя топлива, также с приборами регулирования розжиговой камеры. Способ автоматического регулирования процесса горения котла малой мощности с низкотемпературным кипящим слоем, заключается в снятии данных (показаний) из приборов и датчиков, установленных на котле, перевод этих аналоговых данных при помощи аналого-цифровых преобразователей в цифровой вид, подачи цифровых данных в ПЛК, их обработку согласно режимной карте работы котла и выдачи сигналов на блоки управления регуляторов, из которых команды по кабелям передаются исполнительным механизмам, установленным на котле, в зависимости от показаний от приборов и датчиков, установленных на котле. В ПЛК согласно режимной карте работы котла прописывают параметры и зависимости следующих режимов автоматического регулирования котла: розжига котла, нагрузки котла, разрежения в топке котла с коррекцией по СО и О₂, температуры кипящего слоя, высоты кипящего слоя, уровня пароводяной смеси в барабане котла, уровня топлива в бункере-накопителе.

Недостатками всех известных технических решений, связанных с контролем и управлением котлоагрегатов является их сложность в практическом использовании, требующих дорогостоящего оборудования и высококвалифицированных операторов.

Проблемой, на которую направлено изобретение, является усовершенствование способа, а также системы для контроля и автоматического управления котлоагрегата.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности промышленного котлоагрегата, за счет возможности в режиме реального времени осуществления корректировки его технико – экономических показателей (ТЭП), повышение экологических характеристик установки, работающей на газообразном топливе, а также упрощение эксплуатации.

Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что система автоматического управления и контроля котлоагрегата, работающего на газообразном топливе включает датчики измерения компонентов в уходящем газе, датчики давления и расхода топлива и воздуха, связанные с программируемым логическим контроллером, формирующим сигналы для передачи их исполнительным механизмам. Согласно изобретению в программируемый логический контроллер дополнительно включен блок расчета технико-экономического показателя (ТЭП) котлоагрегата, связанного со счетчиком расхода газообразного топлива, счетчиком расхода пара и блоком регулирования давления воздуха. Через персональный компьютер, программируемый логический контроллер связан с устройством отображения информации и блоком диспетчеризации.

Устройство отображения информации может включать сигнальную индикацию в виде красного, желтого и зеленого цвета, что соответствует неэффективной, малоэффективной и эффективной работе котла.

Программируемый логический контроллер ПЛК включает блок расчёта ТЭП, связанный по входу с датчиками измерения расхода газа и пара на котёл, а по выходу с блоком регулятора давления воздуха, выход которого связан с исполнительным механизмом регулирования расхода воздуха перед горелкой. ПЛК также включает блок задания давления воздуха по входу связанный с датчиком давления газа перед горелкой, а по выходу - с блоком контроля допустимых концентраций и с блоком регулятора давления воздуха, вход которого связан с датчиком давления воздуха.

Для отображения информации о состоянии котлоагрегата блок расчета технико-экономических показателей и блок контроля допустимых концентраций в уходящем газе связаны с персональным компьютером, который соединен с устройством отображения информации, печатающим устройством и блоком диспетчеризации.

Способ автоматического управления и контроля котлоагрегата, работающего на газообразном топливе, согласно изобретению, в процессе горения газообразного топлива, в режиме реального времени, осуществляют непрерывное регистрирование показаний датчиков концентрации компонентов в уходящих газах, давления газообразного топлива и давления воздуха, подаваемого на горелку топки котлоагрегата. С помощью счетчика расхода газа и счетчика расхода пара регистрируют количество израсходованного газообразного топлива и количество полученного пара и с помощью блока расчета ТЭП программируемого логического контроллера определяют технико-экономический показатель котлоагрегата и формирует сигнал коррекции давления воздуха, подаваемого на горелку котла по следующей формуле:

КС = ТЭП_э -ТЭП_ф

ТЭП_ф = К_п /К_т ,

где:

КС – корректирующий сигнал.

ТЭП_э – эталонный показатель ТЭП.

ТЭП_ф – фактический показатель ТЭП.

К_п - количество произведённого пара м³ / час

К_т- количество израсходованного газообразного топлива м³ / час.

Результат измеряемого ТЭП, посредством программируемого логического контроллера сравнивают с тестовыми данными, обрабатывают, формируют и передают на блок управления исполнительным механизмом, регулирующим давление воздуха, подаваемого на грелку топки котлоагрегата, а также на устройство отображения информации и блок диспетчеризации.

Дополнительное включение в программируемый логический контроллер (ПЛК) блока расчета технико-экономического показателя (ТЭП) котлоагрегата, связанного с счетчиками расхода газообразного топлива и расхода пара, позволяет контролировать в режиме реального времени технико – экономические показатели (ТЭП) котлоагрегата и через ПЛК регулировать подачу воздуха на горелку топки котлоагрегата, что в свою очередь создает условия не только для анализа эффективности оборудования, но и для коррекции эффективности в режиме реального времени всей системы, а также улучшить экологический показатель котлоагрегата.

Связь счетчика расхода газообразного топлива и счетчика расхода пара с блоком расчета технико-экономического показателя котлоагрегата и соединение их через ПЛК с устройством отображения информации и блоком диспетчеризации обеспечивает упрощение эксплуатации котлоагрегата, т.к. устройство отображения информации с устройством сигнализации, за счет визуализации, позволяет оператору в режиме реального времени определять состояние ТЭП и своевременно принимать решение, в случае необходимости, по корректировке работы котлоагрегата.

Измерение в режиме реального времени с помощью счетчиков расхода газа и расхода пара количества израсходованного газообразного топлива и полученного пара в способе контроля и автоматизации котлоагрегата, а также моментальное определение ТЭП с помощью блока расчета ТЭП позволяет исключить перерасход топлива и снизить выброс вредных веществ в атмосферу. Эффективность эксплуатации котлоагрегата во многом зависит от качества наладки системы автоматического регулирования топливо-воздух. Определение в режиме реального времени расчетный показатель ТЭП приближает работу котла к показателям режимной карты и обеспечивает максимальную эффективность его эксплуатации, повышает его технико-экономические показатели (ТЭП).

Система автоматического управления и контроля котлоагрегата, работающего на газообразном топливе иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 - представлена схема автоматизации котлоагрегата; на фиг. 2 – схема программируемого логического контроллера; на фиг. 3 - график соотношения газ-воздух (ряд 1- нормальное давление воздуха, ряд 2- давление воздуха увеличено на 20%); на фиг. 4 - график КПД котла на различных режимах мощности (ряд 1- нормальное давление воздуха, ряд 2- давление воздуха увеличено на 20%); на фиг. 5 - график расход пара / газ (ряд 1- нормальное давление воздуха, ряд 2- давление воздуха увеличено на 20%); фиг.6. график удельного расхода (ТЭП) Q пара/Qгаз на различных режимах мощности (ряд 1- нормальное давление воздуха, ряд 2- давление воздуха увеличено на 20%); фиг. 7 - график содержания О_2. на различных режимах мощности (ряд1- нормальное давление воздуха, ряд 2- давление воздуха увеличено на 20%); фиг. 8 - график содержания СО_2. на различных режимах мощности (ряд1- нормальное давление воздуха, ряд 2- давление воздуха увеличено на 20%); фиг. 9 - график содержания СО на различных режимах мощности (ряд 1- нормальное давление воздуха, ряд 2- давление воздуха увеличено на 20%); фиг. 10 - график содержания NО на различных режимах мощности (ряд 1- нормальное давление воздуха, ряд 2- давление воздуха увеличено на 20%).

Система автоматического управления и контроля котлоагрегата 1, работающего на газообразном топливе включает датчики измерения компонентов в уходящем газе: датчик 2 – содержания окиси углерода (СО), датчик 3 содержание углекислого газа (СО₂), датчик 4 содержание кислорода (О₂) и датчик 5 содержания окислов и оксидов азота. В котлоагрегат 1 по трубопроводу 6 поступает вода, а по трубопроводу 7 из котлоагрегата 1 выходит пар. На трубопроводе 6 установлены счетчик 8 расхода пара и датчик 9 давления пара. Для выработки пара в топку котлоагрегата 1 по трубопроводу 10 с установленным на нем датчиком 11 давления воздуха поступает воздух, а по трубопроводу 12, на котором установлены счетчик 13 расхода газа и датчик 14 давления газа, поступает газ (газообразное топливо). Счетчик 8 расхода пара и счетчик 13 расхода газа связан с блоком 15 расчета технико-экономического показателя ТЭП, входящего в состав программируемого логического контроллера 16 (ПЛК). Для осуществления контроля котлоагрегата 1, датчики 2, 3, 4, 5, 9, 11 и 14 связаны с ПЛК 16. Для управления котлоагрегатом 1 на трубопроводе 10 установлен исполнительный механизм 17 регулирования расхода воздуха на горелку топки котлоагрегата 1, а на трубопроводе 12 - исполнительный механизм 18 регулирования расхода газа. Исполнительные механизмы 17 и 18 по входу связаны с ПЛК 16.

ПЛК 16 включает блок вычисления 15 ТЭП связанный со счётчиками газа 13 и пара 8, а также блок 19 контроля допустимых концентраций в уходящем газе, связанный по входу с датчиком 2 – содержания окиси углерода (СО), датчиком 3 содержание углекислого газа (СО₂), датчиком 4 содержание кислорода (О₂) и датчиком 5 содержания окислов и оксидов азота. Выходы блоков 15 и 19 связаны с персональным компьютером 22, передающий данные на устройство 23 отображения информации, печатающее устройство 24 и на блок 25 диспетчеризации. Устройство 23 выполнено в виде цветовой индикации (на фиг. не показано) в виде красного (неэффективной работы котлоагрегата), желтого (малоэффективной работы котлоагрегата) и зеленого (эффективной работы котлоагрегата) цветов.

ПЛК 16 также включает блок 26 задания давления воздуха по входу связанный с датчиком 14 давления газа перед горелкой, по выходу с блоком 19 контроля допустимых концентраций, блоком расчёта ТЭП 15 и с блоком 20 регулятора давления воздуха. Вход блока 20 связан с датчиком 11 давления воздуха, а выход с исполнительным механизмом 17 регулирующим расход воздуха перед горелкой.

Вход блока 21 регулятора пара связан с датчиком 9 давления пара и блоком контроля концентрации 19, а по выходу с исполнительным механизмом 18 регулирующим расход газа перед горелкой.

Данные приходят на обработку в ПЛК, где и происходит отображение информации о состоянии котлоагрегата 1 на устройстве 23.

Система автоматического управления и контроля котлоагрегата, работающего на газообразном топливе осуществляется следующим образом.

В процессе работы котлоагрегата 1 происходит непрерывное считывание данных счетчиков 8 расхода пара и счетчика 13 расхода газа и расчёт ТЭП блока 15, который вычисляет показатели на основе измерений и имеющихся эталонных данных выборка которых осуществляется с помощью приходящего с блок 26 задания давления воздуха. Блок 20 регулятора давления воздуха получает задание от блока 26 задания давления воздуха и сравнивая их с показаниями датчика 11 давления воздуха, формирует управляющий сигнал на исполнительное устройство 17. Если показатели ТЭП отличаются от эталонных, то блок 15 посылает в блок 20 регулятора давления воздуха корректирующий сигнал для подстройки задания регулятора. Концентрации веществ в отходящих газах в сравнение с допустимыми значениями контролируются блоком 19 контроля допустимых концентраций в уходящем газе. Корректирующий сигнал с блока 19 поступает на блок 21 регулятор давления пара для блокировки управляющего сигнала, пока показатели не достигнут нормальных значений. Границы значений концентраций веществ определяют из информации о текущем режиме работы, приходящей с блок 26 задания давления воздуха, в котором задано соотношение газ – воздух из режимной карты. Данные для блока 26 поступают с датчика 11 давления воздуха. Результаты измерений и работы блоков 15 и 19 передаются на персональный компьютер 22, туда же приходят результаты расчётов. Информация отображается на дисплее устройства 23 отображения информации в виде графиков и сигнальных цветовых сообщений, архивируется и используется для отчётов, выводящихся на печатающее устройство 24. Персональный компьютер 22 может подключаться к блоку диспетчеризации 25 для выдачи сигнала на верхний уровень и передачи данных для удаленного контроля, в том числе с мобильных устройств. Для оперативного оповещения персонала об отклонении показателей, по месту устанавливается светозвуковая колонка с тремя уровнями (красный, желтый и зеленый) предупредительного сигнала.

Были проведены экспериментальные работы.

Пример № 1

Экспериментальная работа котлоагрегата типа ДКВР 6,5/13, оборудованного горелками типа ГА - 106 в количестве 2 шт. в котельной ФГБУ «Клинический санаторий Барвиха» при сжигании природного газа с теплотой сгорания 8100±50 ккал/м³

Эксперимент основывался на сборе информации о работе котла по режимной карте и, с увеличенным на 20% значений давления воздуха, подаваемого в топку. Сравнительный анализ полученных результатов показал, что при увеличении давления воздуха, подаваемого в топку на 20% относительно значения режимной карты, привело к следующим ухудшениям показателей работы парового котла. Исходя из расчетной формулы:

ТЭП = К_п /К_т , где:

К_п - количество произведённого пара м³ / час (количество теплоты для водогрейного котла в Гкал / час)

К_т- количество израсходованного газообразного топлива м³ / час,

были получены следующие результаты:

- ТЭП = Кп/Кт ˂ 0,000293213

- Паропроизводительность ˂ 0,1188 т/ч

- Потери теплоты котла с уходящими газами ˂ 1,947%

- КПД котла ˂ 2%

Содержание в уходящих газах за котлом:

СО₂ ˂0,6075

О₂ ˃1,072

СО ˃27,6

NO_x ˃5,6

Результаты по водогрейному котлу:

- ТЭП = Кв/Кт < 0,000123186

- Теплопроизводительность < 0,093875 Гкал/ч

- Потери теплоты котла с уходящими газами > 1,4%

- КПД котла < 1,4975%

Содержание в уходящих газах за котлом

СО₂ > 0,6075

О₂ > 1,0625

СО - 0.0

NO_x > 5,75

Экспериментальные работы подтверждаются выписками из режимных карт водогрейного котла, а также сравнительными графиками соотношений данных режимов.

Выписка из режимной карты работы котлоагрегата типа ДКВР 6,5/13 оборудованного горелками типа ГА - 106 в количестве 2 шт. в котельной ФГБУ «Клинический санаторий Барвиха» при сжигании природного газа с теплотой сгорания 8100±50 ккал/м³.

№
ПП Параметры Размерность Производительность агрегата
% от номинальной 57,16 69,9 82,41 98,45 106,4 1 Паропроизводительность тонн/ч 3,72 4,604 5,546 6,485 7,008 2 Давление пара в барабане котла кгс/см² 4,0÷5,5 3 Температура питательной воды • перед экономайзером ⁰С 103÷104 • перед котлом ⁰С 120,1 130,1 137,6 141,6 143,1 4 Разрежение в топке Па -15±5 • за котлом кПа 0,036 0,10 0,14 0,157 0,167 • за экономайзером кПа 0,1 0,38 0,48 0,65 0,80 5 Давление воздуха за вентилятором кПа 0,09 0,38 0,48 0,65 0,80 6 Давление воздуха на горелке № 1 кПа 0,09 0,38 0,48 0,65 0,80 7 Давление воздуха на горелке № 2 кПа 0,09 0,38 0,48 0,65 0,80 8 Давление газа в коллекторе кПа 1,8÷1,6 9 Давление газа после заслонки кПа 0,22 0,60 0,80 1,04 1,24 10 Давление газа на горелке № 1 кПа 0,13 0,38 0,51 0,68 0,81 11 Давление газа на горелке № 2 кПа 0,13 0,38 0,51 0,68 0,82 12 Расход газа (приведённый) н.м³/ч 280 342 410 480 520 13 Температура уходящих газов • за котлом ⁰С 171,21 235,1 255,9 275,4 291,9 •за экономайзером ⁰С 104,1 121,3 127,1 133,0 144,8 14 Содержание в уходящих газах за котлом С0₂ % 8,8 9,14 9,47 9,53 9,53 О₂ % 5,3 4,6 4,0 3,8 3,8 СО ppm 0 0 0 0 2 NO_x ppm 108 125 141 146 149 15 Содержание в уходящих газах за экономайзером С0₂ % 8,36 8,36 8,52 8,52 8,47 О₂ % 6,0 6,0 5,7 5,7 5,8 СО ppm 0 0 0 0 2 NO_x ppm 99 115 123 126 133 16 Коэффициент избытка воздуха за котлом - 1,3 1,25 1,2 1,2 1,2 17 Коэффициент избытка воздуха за экономайзером - 1,35 1,35 1,33 1,33 1,33 18 Потери теплоты котлоагрегата с уходящими газами % 4,1 4,7 4,8 5,3 5,7 от химнедожега % 0 0 0 0 0 в окружающую среду % 3,93 3,22 2,69 2,29 2,12 19 КПД котлоагрегата брутто % 91,97 92,08 92,51 92,4 92,18 20 Удельный расход условного топлива на выработанную теплоэнергию кг.у.т./Гкал 156,64 155,14 154,42 154,60 154,98 21 Расход газа на 1 тонну пара н.м³/ч/1 т.п. 75,2 74,4 73,9 74,0 74,2

Давление воздуха на горелке экспериментально завышено на 20% от заданного режимной карты

№
ПП Параметры Размерность Производительность агрегата
% от номинальной тепловой 55,17 68,0 80,08 97,57 105,6 1 Паропроизводительность тонн/ч 3,64 4,501 5,418 6,343 6,867 2 Давление пара в барабане котла кгс/см² 4,0÷5,5 3 Температура питательной воды • перед экономайзером ⁰С 103÷104 • перед котлом ⁰С 120,1 130,1 137,6 141,6 143,1 4 Разрежение в топке Па -15±5 • за котлом кПа 0,036 0,10 0,14 0,157 0,167 • за экономайзером кПа 0,1 0,38 0,48 0,65 0,80 5 Давление воздуха за вентилятором кПа 0,12 0,42 0,58 0,78 0,80 6 Давление воздуха на горелке № 1 кПа 0,12 0,42 0,58 0,78 0,80 7 Давление воздуха на горелке № 2 кПа 0,12 0,42 0,58 0,78 0,80 8 Давление газа в коллекторе кПа 1,8÷1,6 9 Давление газа после заслонки кПа 0,22 0,60 0,80 1,04 1,24 10 Давление газа на горелке № 1 кПа 0,13 0,38 0,51 0,68 0,81 11 Давление газа на горелке № 2 кПа 0,13 0,38 0,51 0,68 0,82 12 Расход газа (приведённый) н.м³/ч 280 342 410 480 520 13 Температура уходящих газов • за котлом ⁰С 161,21 230,1 250,9 270,4 291,9 •за экономайзером ⁰С 104,1 119,3 125,1 126,0 139,8 14 Содержание в уходящих газах за котлом С0₂ % 8,2 8,65 9,0 9,2 9,2 О₂ % 6,4 5,61 5,0 4,58 4,58 СО ppm 27 27 28 32 35 NO_x ppm 95 100 130 146 149 15 Содержание в уходящих газах за экономайзером С0₂ % 7,8 7,8 8,0 8,0 8,0 О₂ % 7,2 7,2 6,8 6,8 6,56 СО ppm 22 25 27 32 34 NO_x ppm 90 96 123 126 133 16 Коэффициент избытка воздуха за котлом - 1,4 1,36 1,28 1,28 1,28 17 Коэффициент избытка воздуха за экономайзером - 1,46 1,43 1,41 1,41 1,41 18 Потери теплоты котлоагрегата с уходящими газами % 5,6 6,9 6,96 7,36 7,515 от химнедожега % 0 0 0 0 0 в окружающую среду % 3,9 3,2 2,69 2,29 2,15 19 КПД котлоагрегата брутто % 90,0 90,1 90,35 90,35 90,33 20 Удельный расход условного топлива на выработанную теплоэнергию нормальн. кг.у.т./Гкал 156,64 155,14 154,42 154,60 154,98 21 Удельный расход условного топлива на выработанную теплоэнергию пробный кг.у.т./Гкал 158,93 158,55 158,12 158,12 158,15 22 Расход газа на 1 тонну пара нормальный н.м³/ч/1 т.п. 75,2 74,4 73,9 74,0 74,2 23 Расход газа на 1 тонну пара пробный н.м³/ч/1 т.п. 76,9 76,07 75,66 7,567 75,718

Пример № 2

Эксперимент проводили на базе водогрейного котла КВ-ГМ-10-150, оснащенной горелкой РГМР – 10, установленного в котельной при сжигании природного газа с Q_н^Р = 8150±20 ккал/м³

Выписка из режимной карты водогрейного котла КВ-ГМ-10-150 рег.№22866,зав.№8288, ст. №1, оснащенной горелкой РГМР – 10, установленного в котельной №3-А по адресу: Московская область, п. Лотошино, ул. Западная, д. 1, при сжигании природного газа с Q_н^Р = 8150±20 ккал/м³.

№№
п./п. Контролируемые параметры.
Вычисляемые величины. Обозначение Единицы измерения Способ получения величины Режимы 1 2 3 4 1 Марка и сорт топлива. Erdgas Природный газ ГОСТ 5542-87. 2 Низшая теплота сгорания топлива Q_н ккал/нм³ Лабораторный анализ 8150±20 3 Часовой расход топлива приведенный В_сч Ст.м³/ч измерение 490 691,3 823,3 985,6 4 Давление газа за ГРУ Рг ^гру кгс/см² измерение 0,29 0,29 0,29 0,29 5 Давление газа в коллекторе котла Р ^кол_г. кгс/см² измерение 0,26 0,26 0,26 0,255 6 Давление газа перед горелкой Р ^гор _г. х10кРа измерение 0,25 0,5 0,7 1,0 7 Давление воздуха перед горелкой Н^гор_в кРа измерение 0,15 0,28 0,39 0,58 8 Разрежение в топке котла S_топк Ра измерение -15 ÷ -25 9 Разрежение за котлом S _кот. мм.вод.ст. измерение -11,1 -14,7 -18,9 -28,3 10 Давление воды на входе в котёл Р₁ кгс/см² измерение 9,6 9,6 9,6 9,6 11 Давление воды на выходе из котла Р₂ кгс/см² измерение 6,6 6,6 6,6 6,6 12 Гидродинамическое сопротивление котла ΔР кгс/см² Р₁ – Р₂ 3,0 3,0 3,0 3,0 13 Температура воды на входе в котёл t_вх °С измерение 75 75 76 76 14 Температура воды на выходе из котла t_вых °С измерение 103 115 122 130 15 Расход воды через котёл G_котл м³/ч измерение 128,4 129,0 129,6 130,2 16 Расход воды через котёл (баланс) G_котл м³/ч расчет 130,0 129,45 134,3 136,2 17 Теплопроизводительность котла Q_котл Гкал/ч расчет 3,642 5,178 6,1785 7,358 18 Температура уходящих газов за котлом t_уг.кот °С измерение 115,2 130,9 141,1 158,5 19 Содержание в уходящих газах за котлом СО₂ % измерение 8,71 9,33 9,55 9,44 20 Кислород О₂ % измерение 5,5 4,4 4,0 4,2 21 Окись углерода СО ppm измерение 0 0 0 0 22 Полиоксиды азота NO_x ppm измерение 98 107 109 111 23 Коэффициент избытка воздуха α - α = 1 + (h - 1) * y 1,32 1,24 1,21 1,22 24 Потери теплоты с уходящими газами q₂ % Измерение и расчет 4,7 5,2 5,5 6,4 25 Потери теплоты в окружающую среду q₅ % Расчет 4,08 2,89 2,42 2,0 26 КПД-брутто котельной установки η_бр % 100 - (q₂ + q₃ + q₅) 91,22 91,91 92,08 91,6 27 Расход усл. топлива на 1Гкал отпущенного тепла b_ут кг/Гкал 1000/(7*η_бр) 156,61 155,43 155,14 155,95 28 Рвход газа на 1Гкал отпущенного тепла Вг. Ст.м³/ч/Гкал В_сч /Q_котл 136,62 133,5 133,2 133,9

Давление воздуха на горелке экспериментально завышено на 20% от заданного режимной карты

№№
п./п. Контролируемые параметры.
Вычисляемые величины. Обозначение Единицы измерения Способ получения величины Режимы 1 2 3 4 1 Марка и сорт топлива. Erdgas Природный газ ГОСТ 5542-87. 2 Низшая теплота сгорания топлива Q_н ккал/нм³ Лабораторный анализ 8150±20 3 Часовой расход топлива приведенный В_сч Ст.м³/ч измерение 490 691,3 823,3 985,6 4 Давление газа за ГРУ Рг ^гру кгс/см² измерение 0,29 0,29 0,29 0,29 5 Давление газа в коллекторе котла Р ^кол_г. кгс/см² измерение 0,26 0,26 0,26 0,255 6 Давление газа перед горелкой Р ^гор _г. х10кРа измерение 0,25 0,5 0,7 1,0 7 Давление воздуха перед горелкой Н^гор_в кРа измерение 0,18 0,336 0,468 0,69 8 Разрежение в топке котла S_топк Ра измерение -15 ÷ -25 9 Разрежение за котлом S _кот. мм.вод.ст. измерение -11,1 -14,7 -18,9 -28,3 10 Давление воды на входе в котёл Р₁ кгс/см² измерение 9,6 9,6 9,6 9,6 11 Давление воды на выходе из котла Р₂ кгс/см² измерение 6,6 6,6 6,6 6,6 12 Гидродинамическое сопротивление котла ΔР кгс/см² Р₁ – Р₂ 3,0 3,0 3,0 3,0 13 Температура воды на входе в котёл t_вх °С измерение 75 75 76 76 14 Температура воды на выходе из котла t_вых °С измерение 102 114 120 130 15 Расход воды через котёл G_котл м³/ч измерение 128,4 129,0 129,6 130,2 16 Расход воды через котёл (баланс) G_котл м³/ч расчет 130,0 129,45 134,3 136,2 17 Теплопроизводительность котла Q_котл Гкал/ч расчет 3,642 5,178 6,1785 7,358 18 Теплопроизводительность котла пробный Q_котл Гкал/ч расчет 3,599 5,080 6,052 7,250 19 Температура уходящих газов за котлом t_уг.кот °С измерение 115,2 130,9 141,1 158,5 10 Содержание в уходящих газах за котлом СО₂ % измерение 8,1 8,6 9,0 8,9 21 Кислород О₂ % измерение 6,6 5,5 5,0 5,25 22 Окись углерода СО ppm измерение 0 0 0 0 23 Полиоксиды азота NO_x ppm измерение 92 96 103 111 24 Коэффициент избытка воздуха α - α = 1 + (h - 1) * y 1,43 1,33 1,21 1,22 25 Потери теплоты с уходящими газами q₂ % Измерение и расчет 5,77 6,93 7,0 7,7 26 Потери теплоты в окружающую среду q₅ % Расчет 4,08 2,89 2,42 2,0 27 КПД-брутто котельной установки η_бр % 100 - (q₂ + q₃ + q₅) 90,14 90,18 90,2 90,3 28 Расходу сл. топлива на 1Гкал отпущ. тепла b_ут кг/Гкал 1000/(7*η_бр) 156,61 155,43 155,14 155,95 29 Расходу сл. топлива на 1Гкал отпущ. тепла пр. b_ут кг/Гкал 1000/(7*η_бр) 158,48 158,4 158,37 158,2 30 Рвход газа на 1Гкал отпущенного тепла Вг. Ст.м³/ч/Гкал В_сч /Q_котл 134,654 133,5 133,2 133,9 31 Рвход газа на 1Гкал отпущенного тепла пр. Вг. Ст.м³/ч/Гкал 136,14 136,1 136,03 135,9

На основе полученных данных можно сделать вывод, что отклонение работы котла от заданных режимов существенно ухудшает показатели эффективности и нормы выброса уходящих газов. Окупаемость системы зависит от технического состояния котла и определяется при обследовании и составляет период до одного года.

Система автоматического управления и контроля котлоагрегата, работающего на газообразном топливе позволяет получать непрерывные данные о КПД котла, расхождение технологических параметров от заданных режимной картой и составе уходящих газов. Это существенно повысит эффективность и экономичность котлоагрегата.

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для автоматического контроля и оперативного управления котлоагрегатом. Система автоматического управления и контроля котлоагрегата 1, работающего на газообразном топливе, включает датчики 2, 3, 4 и 5 измерения компонентов в уходящем газе, датчики 14 давления и расхода топлива и воздуха 11, связанные с программируемым логическим контроллером 16, формирующим сигналы для передачи их исполнительным механизмам 17 и 18. Согласно изобретению в программируемый логический контроллер 16 дополнительно включен блок 15 расчета технико-экономического показателя (ТЭП) котлоагрегата 1, связанного со счетчиком 13 расхода газообразного топлива, счетчиком 8 расхода пара и блоком 20 регулирования давления воздуха. Через персональный компьютер 22 программируемый логический контроллер 16 связан с устройством 23 отображения информации и блоком 25 диспетчеризации. Также представлен способ автоматического управления и контроля котлоагрегата, работающего на газообразном топливе. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности промышленного котлоагрегата за счет возможности в режиме реального времени осуществления корректировки его технико–экономических показателей (ТЭП), повышение экологических характеристик установки, работающей на газообразном топливе, а также упрощение эксплуатации. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил., 4 табл.

1. Система автоматического управления и контроля котлоагрегата, работающего на газообразном топливе, включающая датчики измерения компонентов в уходящем газе, датчики давления и расхода топлива и воздуха, связанные с программируемым логическим контроллером, формирующим сигналы для передачи их исполнительным механизмам, отличающаяся тем, что в программируемый логический контроллер дополнительно включен блок расчета технико-экономического показателя (ТЭП) котлоагрегата, связанного со счетчиком расхода газообразного топлива, счетчиком расхода пара и блоком регулятора давления воздуха, а через персональный компьютер программируемый логический контроллер связан с устройством отображения информации и блоком диспетчеризации.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройство отображения информации включает сигнальную индикацию в виде красного, желтого и зеленого цветов.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что программируемый логический контроллер ПЛК включает блок расчёта ТЭП, связанный по входу со счётчикам расхода газа и пара на котёл, а по выходу с блоком регулятора давления воздуха, вход которого связан с датчиком давления воздуха, а выход с исполнительным механизмом, регулирующим подачу воздуха на горелку котла.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что для отображения информации о состоянии котлоагрегата блок расчета технико-экономических показателей и блок контроля допустимых концентраций в уходящем газе связаны с персональным компьютером, который соединен с устройством отображения информации, печатающим устройством и блоком диспетчеризации.

5. Способ автоматического управления и контроля котлоагрегата, работающего на газообразном топливе, характеризующийся тем, что в процессе горения газообразного топлива в режиме реального времени осуществляют непрерывное регистрирование показаний датчиков концентрации компонентов в уходящих газах, давления газообразного топлива и давления воздуха, подаваемого на горелку топки котлоагрегата, с помощью счетчика расхода газа и счетчика расхода пара регистрируют количество израсходованного газообразного топлива и количество полученного пара и с помощью блока расчета ТЭП программируемого логического контроллера определяют технико-экономический показатель котлоагрегата по следующей формуле:

КС = ТЭП_э-ТЭП_ф,

при этом ТЭП_ф = К_п/К_т,

где:

КС – корректирующий сигнал;

ТЭП_э – эталонный показатель ТЭП;

ТЭП_ф – фактический показатель ТЭП;

К_п - количество произведённого пара м³/час;

К_т - количество израсходованного газообразного топлива м³/час,

результат измеряемого ТЭП посредством программируемого логического контроллера сравнивают с тестовыми данными, обрабатывают, формируют и передают на блок управления исполнительным механизмом, регулирующим давление воздуха, подаваемого на грелку топки котлоагрегата, а также на устройство отображения информации и блок диспетчеризации.