УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Российский патент 2023 года по МПК G01K17/06 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам контроля эффективности теплоэнергетических процессов.

Из уровня техники известно МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ПОТОКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ С РАСЧЕТОМ РАСХОДА ЭНЕРГИИ [JP2011524517 (A), опубл. 01.09.2011], содержащий модуль питания, модуль технологической связи, процессор и измерительную схему, функционально соединенную с множеством датчиков переменных процесса для получения индикации дифференциального давления, статического давления и температуры технологической жидкости.

Основным недостатком указанного технического решения является отсутствие возможности его в применении для контроля эффективности работы теплоэнергетического процесса.

Из уровня техники также известна АППАРАТУРА И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ И СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ТАКОЙ АППАРАТУРЫ [PL340225 (A1), опубл. 15.01.2001], содержащая регистрирующий блок, который регистрирует и суммирует непосредственное потребление энергии на основе регулярных измерений и хранит эти измерения для расчета среднего потребления, дисплей, содержащий, по меньшей мере, один дисплейный блок, способный отображать связь между накопленным потреблением энергии и рассчитанным средним потреблением за выбранный период времени по процентной шкале, тем самым показывая эффективность потребления электроэнергии за выбранный промежуток времени.

Основным недостатком указанного технического решения является отсутствие возможности его в применении для контроля эффективности работы теплоэнергетического процесса, в частности, контроля работы теплоагрегата.

Наиболее близкой по своей технической сущности принятая в качестве прототипа является СИСТЕМА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ [DE102005046235 (A1), опубл. 29.03.2007], содержащая датчики, определяющие значения измерений температуры, расхода, давления, плотности и пара; вычислительный модуль, определяющий эффективность соответствующего параметра системы, выводимый на дисплей в сравнении с текущим параметрами соответствующих значений измерений.

Основной проблемой указанного технического решения является отсутствие возможности его в применении для контроля эффективности работы теплоэнергетического процесса, при котором сохраняется безопасность и производительность работы, ввиду того, что датчики и вычислительный модуль применяются для измерения параметров процессов и расчета эффективности работы только в системах отопления.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности создания устройства для контроля эффективности теплоэнергетических процессов, обеспечивающий повышение безопасности и производительности работы теплоэнергетических систем.

Указанный технический результат достигается за счет того, устройство для контроля эффективности теплоэнергетических процессов, содержит блок с разъемами с возможностью подключения к нему датчиков, блок ввода и вывода информации, при этом блок с разъемами выполнен с возможностью определять эффективность работы котлоагрегата с последующим выводом ее на дисплей блока ввода и вывода информации в сравнении с образцовой эффективностью работы котлоагрегата в соответствии с заранее заданными параметрами.

В частном случае, эффективность работы котлоагрегата определяется расчетным путем по зависимости:

где - поток тепловой энергии с перегретым паром в единицу времени выданным с котла, включая энергию, полученную с питательной водой;

- располагаемое (подводимое) тепло в единицу времени, состоящее из тепла сгорания сухого топливного газа, физического тепла топливного газа, физического тепла воздуха, вносимого в котел;

- поток тепловой энергии в единицу времени с питательной водой, подаваемой на котел;

- затраты энергии на привод электродвигателей котла с учетом потери тепловой энергии с непрерывной продувкой, определяемые по текущим результатам измерения.

В частном случае, поток тепловой энергии с перегретым паром в единицу времени выданным с котла, включая энергию, полученную с питательной водой определяется расчетным путем по формуле:

,

где - расход острого пара с котла, определяемый по текущим результатам измерения;

- энтальпия острого пара с котла, определяемая по текущим результатам измерения температуры и давления перегретого пара;

- энтальпия холодной, определяемая по текущим результатам измерения температуры холодной воды, подаваемой в цикл подготовки и получения тепловой энергии с перегретым паром.

В частном случае, располагаемое (подводимое) тепло в единицу времени, состоящее из тепла сгорания сухого топливного газа, физического тепла топливного газа, физического тепла воздуха, вносимого в котел определяется расчетным путем по формуле:

,

где - теплота от сгорания топливного газа в единицу времени;

- физическая теплота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне котла;

- физическая теплота, вносимая в топку котла с топливным газом в единицу времени.

В частном случае, поток тепловой энергии в единицу времени с питательной водой, подаваемой на котел определяется расчетным путем по формуле:

,

где - расход питательной воды на котел, определяемый по текущим результатам измерения;

- энтальпия питательной воды, определяемая по средним результатам измерения температуры и давления питательной воды.

В частном случае, дисплей блока ввода и вывода информации выполнен сенсорным.

В частном случае, блок ввода и вывода информации выполнен с возможностью оповещения в случае критических отклонений теплоэнергетического процесса выработки перегретого пара в котлоагрегате с рекомендациями по порядку дальнейших действий.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показан вид спереди устройства для контроля эффективности теплоэнергетических процессов.

На фиг. 2 показан вид сбоку устройства для контроля эффективности теплоэнергетических процессов.

На фиг. 3 показан вид сзади устройства для контроля эффективности теплоэнергетических процессов.

На фиг. 4 показана схема подключения устройства для контроля эффективности теплоэнергетических процессов на котлоагрегате.

На фиг. 5 показан дисплей устройства для контроля эффективности теплоэнергетических процессов при отображении графика эффективности работы котлоагрегата.

На фигурах обозначено:

1 – устройство для контроля эффективности теплоэнергетических процессов; 2 – блок с разъемами; 3 – блок ввода и вывода информации; 4 – разъемы; 5 – кабеля; 6 – блок датчиков измерения параметров перегретого пара; 7 – блок датчиков измерения параметров природного газа; 8 – блок датчиков измерения параметров питательной воды; 9 – блок датчиков измерения параметров непрерывной продувки; 10 – блок датчиков измерения параметров нагретого воздуха; 11 – датчик давления насыщенного пара в барабане котла; 12 – датчик учета потребления электроэнергии тягодутьевыми механизмами; 13 – сенсорный дисплей; 14 – график эффективности работы котлоагрегата; 15 – образцовый график эффективности работы котлоагрегата.

Заявленная конструкция устройства для контроля эффективности теплоэнергетических процессов 1 (см. фиг. 1), в частности, энергетического котлоагрегата, содержит корпус (см. фиг. 2), состоящий из соединенных между собой блока с разъемами 2 и блока ввода и вывода информации 3.

Блок с разъемами 1 содержит разъемы 4, обеспечивающие возможность соединения с использованием кабелей 5 (см. фиг. 1) с блоком датчиков измерения параметров перегретого пара 6, блоком датчиков измерения параметров природного газа 7, блоком датчиков измерения параметров питательной воды 8, блоком датчиков измерения параметров непрерывной продувки 9, блоком датчиков измерения параметров нагретого воздуха 10, датчиком давления насыщенного пара в барабане котла 11 и датчиками учета потребления электроэнергии тягодутьевыми механизмами 12, при этом каждый из блока теплотехнических датчиков содержит перепадомер, термодатчик и датчик давления в количестве и местах их расположения, обеспечивающие достоверность измерения параметров с возможностью преобразования результатов измерения в электрические сигналы, передаваемые на устройство для контроля эффективности теплоэнергетических процессов 1.

Во внутренней части блока с разъемами 2 установлено материнское плато, на котором смонтированы микропроцессор, блок питания, модули преобразования электрических сигналов от датчиков и блок управляющих реле, обеспечивающие питание и прием от датчиков результатов измерения параметров в виде электрических сигналов, их регистрацию и архивацию, а также их математическую обработку с возможностью их длительного хранения в памяти устройства и вывода результатов измерения пользователю через сенсорный дисплей 13, содержащийся в блоке ввода и вывода информации 3, при этом сенсорный дисплей 13 выполнен с возможностью управления режимами отображения результатов измерения.

Программное обеспечение устройства для контроля эффективности теплоэнергетических процессов 1 выполнено с возможностью определения расчетным путем эффективности работы котлоагрегата по зависимости:

где - поток тепловой энергии с перегретым паром в единицу времени выданным с котла, включая энергию, полученную с питательной водой;

- располагаемое (подводимое) тепло в единицу времени, состоящее из тепла сгорания сухого топливного газа, физического тепла топливного газа, физического тепла воздуха, вносимого в котел;

- поток тепловой энергии в единицу времени с питательной водой, подаваемой на котел;

- затраты энергии на привод электродвигателей котла с учетом потери тепловой энергии с непрерывной продувкой, определяемые по текущим результатам измерения.

При этом поток тепловой энергии с перегретым паром в единицу времени выданным с котла, включая энергию, полученную с питательной водой определяется расчетным путем программным обеспечением по формуле:

,

где - расход острого пара с котла, определяемый по текущим результатам измерения;

- энтальпия острого пара с котла, определяемая по текущим результатам измерения температуры и давления перегретого пара;

- энтальпия холодной, определяемая по текущим результатам измерения температуры холодной воды, подаваемой в цикл подготовки и получения тепловой энергии с перегретым паром.

Располагаемое (подводимое) тепло в единицу времени, состоящее из тепла сгорания сухого топливного газа, физического тепла топливного газа, физического тепла воздуха, вносимого в котел определяется расчетным путем программным обеспечением по формуле:

,

где - теплота от сгорания топливного газа в единицу времени, определяемая расчетным путем по формуле:

,

где - расход топливного газа на котел, определяемый по текущим результатам измерения растопочного или основного газа (в зависимости от нагрузки котла);

- низшая теплота сгорания газового топлива, определяемая в результате его лабораторных испытаний. В частном случае, ее значение принято 34147,54 кДж/нм³ (по данным Нижегородской областной инспекции по качеству топлива и торфа «ИНСТОП»);

- физическая теплота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне котла, определяемая расчетным путем уравнением:

,

где - расход воздуха для горения газа на котел, определяемый по текущим результатам измерения;

- средняя объёмная изобарная теплоемкость воздуха для горения газа. В частном случае, ее значение принято 1,3 кДж;

- величина нагрева воздуха перед подачей, определяемая по текущим результатам измерения температуры воздуха;

- физическая теплота, вносимая в топку котла с топливным газом в единицу времени, определяемая расчетным путем по уравнению:

,

- теплоемкость топливного газа;

- температура топливного газа.

Поток тепловой энергии в единицу времени с питательной водой, подаваемой на котел определяется расчетным путем программным обеспечением по формуле:

,

где - расход питательной воды на котел, определяемый по текущим результатам измерения;

- энтальпия питательной воды, определяемая по средним результатам измерения температуры и давления питательной воды.

Устройство для контроля эффективности теплоэнергетических процессов 1 выполнено с возможностью отображения по запросу пользователя в сенсорном дисплее 13 цифровых значений параметров от каждого датчика, диаграмму изменения любого параметра за заданный пользователем промежуток времени требуемого масштаба, мнемосхему котлоагрегата и графика эффективности работы котлоагрегата 14 (см. фиг. 5) за заданный промежуток времени в сравнении с образцовым графиком эффективности 15, сформированным программным обеспечением заранее по режимной карте, при этом программное обеспечение устройства для контроля эффективности теплоэнергетических процессов 1 выполнено с возможностью оповещения пользователя в случае критических отклонений теплоэнергетического процесса выработки перегретого пара в котлоагрегате с рекомендациями по порядку дальнейших действий.

Устройство для контроля эффективной работы теплоэнергетических процессов используют следующим образом.

К блоку с разъемами 1 предложенного варианта устройства подключают блок датчиков измерения параметров перегретого пара 6, блок датчиков измерения параметров природного газа 7, блок датчиков измерения параметров питательной воды 8, блок датчиков измерения параметров непрерывной продувки 9, блок датчиков измерения параметров нагретого воздуха 10, датчик давления насыщенного пара в барабане котла 11, датчики учета потребления электроэнергии тягодутьевыми механизмами 12. После чего производят его включение и подают питание на датчики. Во время работы котлоагрегата непрерывно проводят измерения с использованием датчиков, по результатам измерений рассчитывается эффективность его работы, график 14 которого отображается на сенсорном дисплее 13 в сравнении с образцовым графиком эффективности 15, сформированным программным обеспечением по режимной карте по запросу пользователя в любой момент времени.

В случаях отклонения графика эффективности работы 14 от образцового графика эффективности 15, а также в случаях их критических отклонений, о которых программное обеспечение предлагаемого устройства оповещает пользователя, например, путем передачи сигнала на сирену (на фигурах не показано) пользователь по рекомендациям, отображаемым программным обеспечением принимает меры по оперативному устранению недостатков, влияющих на эффективность работы котлоагрегата.

Таким образом, технический результат заявленного изобретения, заключающийся в обеспечении возможности создания устройства для контроля эффективности теплоэнергетических процессов, обеспечивающего повышение безопасности и производительности работы теплоэнергетических систем, достигается за счет того, что благодаря оповещению пользователя в случае критических отклонений теплоэнергетического процесса выработки перегретого пара в котлоагрегате с рекомендациями по порядку дальнейших действий создается возможность своевременного принятия мер по исключению критических отклонений теплоэнергетического процесса, а благодаря возможности сравнения эффективности теплоэнергетического процесса с образцовой его эффективностью, определенной заранее, создается возможность контроля его оптимальной работы.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам контроля эффективности теплоэнергетических процессов. Предложено устройство для контроля эффективности теплоэнергетических процессов, которое содержит блок с разъемами с возможностью подключения к нему датчиков, блок ввода и вывода информации, при этом блок с разъемами выполнен с возможностью определять эффективность работы котлоагрегата с последующим выводом ее на дисплей блока ввода и вывода информации в сравнении с образцовой эффективностью работы котлоагрегата в соответствии с заранее заданными параметрами. Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение возможности создания устройства для контроля эффективности теплоэнергетических процессов, обеспечивающего повышение экономичности, безопасности и производительности работы теплоэнергетических систем. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для контроля эффективности теплоэнергетических процессов, содержащее блок с разъемами с возможностью подключения к нему датчиков, блок ввода и вывода информации, причем блок с разъемами выполнен с возможностью определять эффективность работы котлоагрегата с последующим выводом ее на дисплей блока ввода и вывода информации в сравнении с образцовой эффективностью работы котлоагрегата в соответствии с заранее заданными параметрами, а датчики представлены датчиками измерения параметров перегретого пара, датчиками измерения природного газа, датчиками измерения параметров питательной воды, датчиками измерения параметров непрерывной продувки, датчиками измерения параметров нагретого воздуха, датчиком давления насыщенного пара в барабане котла, датчиком учета потребления электроэнергии тягодутьевыми механизмами, соединенными посредством кабелей с разъемами блока, а во внутренней части данного блока с разъемами установлено материнское плато, на котором смонтированы микропроцессор, блок питания, модули преобразования электрических сигналов от датчиков и блок управляющих реле, обеспечивающие питание и прием от датчиков результатов измерения параметров в виде электрических сигналов, их регистрацию и архивацию, а также их обработку с возможностью их длительного хранения в памяти устройства и вывода результатов измерения пользователю через дисплей, содержащийся в блоке ввода и вывода информации, при этом эффективность работы котлоагрегата определяется в микропроцессоре блока с разъемами по зависимости:

где - поток тепловой энергии с перегретым паром в единицу времени выданным с котла, включая энергию, полученную с питательной водой;

- подводимое тепло в единицу времени, состоящее из тепла сгорания сухого топливного газа, физического тепла топливного газа, физического тепла воздуха, вносимого в котел;

- поток тепловой энергии в единицу времени с питательной водой, подаваемой на котел;

- затраты энергии на привод электродвигателей котла с учетом потери тепловой энергии с непрерывной продувкой, определяемые по текущим результатам измерения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поток тепловой энергии с перегретым паром в единицу времени выданным с котла, включая энергию, полученную с питательной водой определяется расчетным путем по формуле:

где - расход острого пара с котла, определяемый по текущим результатам измерения;

- энтальпия острого пара с котла, определяемая по текущим результатам измерения температуры и давления перегретого пара;

- энтальпия холодной, определяемая по текущим результатам измерения температуры холодной воды, подаваемой в цикл подготовки и получения тепловой энергии с перегретым паром.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, подводимое тепло в единицу времени, состоящее из тепла сгорания сухого топливного газа, физического тепла топливного газа, физического тепла воздуха, вносимого в котел определяется расчетным путем по формуле:

где - теплота от сгорания топливного газа в единицу времени;

- физическая теплота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне котла;

- физическая теплота, вносимая в топку котла с топливным газом в единицу времени.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, поток тепловой энергии в единицу времени с питательной водой, подаваемой на котел определяется расчетным путем по формуле:

где - расход питательной воды на котел, определяемый по текущим результатам измерения;

- энтальпия питательной воды, определяемая по средним результатам измерения температуры и давления питательной воды.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок ввода и вывода информации выполнен с возможностью оповещения в случае критических отклонений теплоэнергетического процесса выработки перегретого пара в котлоагрегате с рекомендациями по порядку дальнейших действий.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что дисплей блока ввода и вывода информации выполнен сенсорным.