Способ управления процессом горения Советский патент 1989 года по МПК F23N3/00 

1

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к способам управления процессами горения путем регулирования подачи воздуха в топку, и предназначено для использования в топливосжигающих агрегатах при совместном сжигании топлив двух и более видов с произвольно изменяющимся соотношением расходов топлива каждого вида и с рецир куляцией

дымовых ния.

газов

в зону горе

Цель изобретения - повьшение точности регулирования процесса горения,

В общем случае способ осуществляют следующим образом.

Определяют тепловьщеление в топке, Операция может быть выполнена одним из известных методов, например изме

М - экспериментально устанавливаемая поправка на прочие (кроме СО) компоненты химического и механического недожога топлива. Определяют задаваемый коэффициент пропорциональности соотношения тепловыделение-воздух как линейную функцию топливной характеристики V по формуле

Изобретение относится к способам управления процессами горения путем регулирования подачи воздуха в топку и предназначено для использования в топливосжигающих агрегатах при совместном сжигании двух и более видов с произвольно изменяющимся соотноше- , кием расходов топлива каждого вида и с рециркуляцией дымовых газов в зону горения. Цель изобретения - повьше- ние точности управления процессом горения. При предварительном смешении рециркулирующих газов с воздухом дополнительно в топочных газах измеряют содержание кислорода, оксида углерода и суммарное содержание диоксидов углерода и серы, в смеси рециркулирующих газов с воздухом измеряют содержание кислорода. Измерения производят или в предварительно осушенных пробах анализируемых газов, или с дополнительным измерением содержания водяных паров в пробах газов . По результатам измерений вычисляют отношение удельных, терретичес- ких объемов сухих продуктов сгорания и расходуемого на горение, воздуха и фактический коэф. рециркуляции дымовых газов. По вычисленному отношег нию определяют оптимальное значение коэф. пропорциональности между тепло- ;выделением в топке и расходом первичного воздуха. По этому отношению и вычисленному коэф. рециркуляции дымовых газов определяют оптимальное значение содержания кислорода в топочных газах. Оптимальные значения коэф. пропорциональности и.содержания кислорода используют в качестве заданных при регулировании и коррекции расхода первичного воздуха.. С использованием предварительно построенной регулировочной характеристики корректирующего регулятора, было проведено дополнительное воздействие на регулирующий орган с. уменьшением расхода первичного воздуха, что .позволило повысить КПД котлоагрегата. Q & (Л

теплоты сгорания на величину расхода и суммированием слагаемых, полученных для отдельных видов топлива. Измеряют содержание оксида углерода (СО) в топочных газах с выражением результатов измерений относительно объема сухих продуктов сгорания. Измеряют

кислорода и

(О ,р), оксида

содержание

углерода (СОр) и суммарное содержание диоксидов углерода и серы(КО,р) в рециркулирующих дымовых газах также с вьфажением результатов измерений относительно объема сухих продуктов сгорания. Измеряют содержание кислорода (.О, см; в смеси рециркулирующих дымовых газов с воздухом на входе в топку, причем результат измере- ния выражается относительно объема смеси, не содержащего водяных паров. Вычисляют для конкретно имеющего место соотношения расходов всех видов одновременно сжигаемых топлив в момент вьтолнения измерений обобщенное значение топливной характеристики, отне сенное к теоретическому горению при стехиометрическом соотношении расходов сжигаемых топлив и окислителя, по формуле

де

50

QHq- 20,9

обобщенная топливная характеристика, по ..физическому смыслу представляющая собой отношение удельных теоретических объемов сухих продуктоэ сгорания и расхо-, дуемого на горение воздуха; инвариантные характеристики сжигаемой топливной смеси; объемное содержание кислЪ- рода в атмосферном возду- VP 7

ле , /а,

А, - А,.

(2)

где а - коэффициент пропорциональности, по физическому смыслу представляющий собой отношение средней теплоты сгорания сжигаемой топлив- ной смеси к удельному теоретическому объему расхо- ,. дуемого на горение йоздуха;

А и A,j - инвариантные характеристи- ки сжигаемой рециркуляции

смеси.

Вычисляют фактический коэффициент рециркуляции дымовых газов (г) по ормуле .

г

(«ir+1)(20,9 - Ог,

(3)

()(0г.см - Oi,p )

где uLf г- балансовый коэффициент избытка воздуха в зоне горения, принимаемый по конструктивным характеристикам го- релочных устройств или топки в целом.

Вычисляют фактический коэффициент избытка воздуха в рециркулирующих дымовых газах (ы„ .) по формуле.

Otp

(р)

20,9-0,2,0 СО

(4)

М

Вычисляют величину задаваемого содержания кислорода в топочных газах (0;

2,Т

) ПО формуле

20,9 + 0,4 СО + М

Н -1- (Нг - 22..9l.f).

20, +0,4СОр+М

1

эффективный коэффициент

избытка воздуха в контроли руемом сечении газохода за топкой, устанавливаемый при испытаниях топливосжи- гающего агрегата по условию обеспечения максимального КПД. Определяют требуемый расчетный

расход первичного воздуха (Vg) по

формуле

где Q - тепловыделение в топке.

Измеряют фактический расход первичного воздуха.

Изменяют положение регулирующего органа расхода первичного воздуха до совпадения значений требуемого расчетного и фактического расходов (операция грубого регулирования) первичного воздуха.. Измеряют фактическое содержание кислорода в топочных газах и вычисляют разность между измеренным и задаваемым содержанием кислорода. Дополнительно корректируют положение регулирующего органа расхода первичного воздуха таким образом, чтобы получаемые значения указанной разности стремились к нулю (операция тонкого регулирования).

Оговоренное выражение результатов измерения относительно объема сухих продуктов сгорания (по объему газов, остающемся после удаления из них водяных паров) объясняется следуннцим: удельный выход сухих продуктов сгорания для каждого вида сжигаемых топли является, как правило, стабильной величиной, в то как удельный выход водяных паров, а следовательно и суммарный удельный объем продуктов сгорания нередко подвержены существенным колебаниям. Соответственно выражение содержания кислорода и других компонентов по объему сухих продуктов сгорания менее подвержено флук- туациям, что способствует достижению поставленной цели изобретения ; в большинстве известных, используемых в промьшшенности и вновь разрабатываемых приборах-газоанализаторах по принципу действия предусмотрено удаление водяных паров из анализируемого газа и выражение результата ана- лиза-непосредственно относительно

4620676

объема осушенных газов. Это согласуется с требованиями оптимизации управления процессом горения по соста- с ву продуктов сгорания; газоанализаторы, например определители содержания кислорода в газах с датчиками на основе избирательной чувствительности к кислороду окиси циркония,

10 представляют результат измерения относительно естественного объема анализируемых газов. Преимуществом таких газоанализаторов является непрерывность действия, однако условию

15 оптимизации управления процессом горения они соответствуют при строго стабильном составе сжигаемого топлива. Применение таких газоанализаторов для повышения экономичности про20 цесса горения при совместном сжигании топлив двух и более видов с произвольно изменяющимся соотношением расходов топлива каждого вида и с рециркуляцией дьмовых газов в зону

25 горения согласно цели изобретения возможно при условии дополнительного измерения содержания в анализируемом газе водяных паров, что позволяет путем пересчета выразить результаты

30 измерения содержания кислорода и

других компонентов относительно объема сухих продуктов сгорания.

Способ в режиме неавтоматизированного управления горением опробован в

3g котельных установках предприятий черной металлургии. Содержание кислорода и оксида углерода в топочных . газах, содержание кислорода, оксида углерода и суммарное содержание ди40 оксидов углерода и серы в рециркули- рующих дымовых газах, а также содержание кислорода в смеси рециркулирую- щих дымовых газов с воздухом измеряют стандартными газоанализаторами.

45 Пример.В топке промышленного котлоагрегата, оборудованного рециркуляцией дымовых газов в зону горения, совместно сжигают природный газ, доменный газ и мазут. Предвари- 50 тельно определяют инвариантные характеристики данной топливной смеси, которые составляют: у 2,25;(f 0,73; А, 625 ккал/м ; А 300 ккал/м. Топка котлоагрегата gg оборудована плоскофакельныш горелоч- ными устройствами, для которых уста- .новлен коэффициент избытка воздуха oi равный 0,05. Механический недо- жог топлива М равен нулю. Эффектив71462067

ный коэффициент избытка воздуха в контролируемом сечении газохода за топкой установлен равным 0,12. Измеренная величина тепловьщеления в топке (с вычетом тепла, привнесенно- го рециркулирующими газами) составляет Qr 71,410 ккал/ч. Измерениями определены, %: С0 0,05 ; О,р « 3,75; СОр 0,03; R0,j,p 18,4; Oj 18,35. По формуле (1) вычисле- 1,292; по формуле (2) вичисле- но а .1012 ккал/м ; по формуле (3) вычислено г 0,137;-по формуле (4)

10

8

до достижения нулевого значения отклонения измеренного содержания кислорода в топочных газах от заданного значения содержания кислорода в топочных газах, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения точности управления, процессом горения при сжигании нескольких видов топлива с произвольно изменяющимся соот ношением их расходов и с рециркуля- цией дымовых газов в зону горения, при предварительном смешении рецир- {сулирующих газов с воздухом дополнид jjjfcjj j I, 9 f 4.х ,,.--- V -, J f J ...- -1-1 - II

вычислено oi-p 0,2823; по формуле (5) 5 тельно в топочных газах измеряют совычислено 0 1,58%; по формуле (6) определено V, « 71350 . Измеренный фактический расход первичного воздуха (с приведением к нормальным условиям) составляет 71500 . Воздействием на регулирующий ррган расход первично го воздуха снижен до 71350 , после чего измеряют фактическое содеркание

держание оксида углерода, в редир- кулирующих дымовых газах измеряют со держание кислорода, оксида углерода и суммарное содержание диоксидов уг- 20 лерода и серы, в смеси рециркулирую- щих газов с воздухом измеряют содержание кислорода, упомянутые измерения производят или в предварительно осушенных пробах анализируемых газов

кислорода в топочных газах 0,j , ко- 25 или с дополнительным измерением со.держания водяных паров в пробах гаторое составляет 1,61%, и вычисляют разность Ое,т - О Гг %.

С использованием предварительно построенной регулировочной характеристики корректирующего регулятора проводят дополнительное воздействие на регулирующий орган с уменьшением расхода первичного воздуха таким образом, что указанная разность достигает нулевого значения, Что позволяет: повысить КПД котлоагрегата на 0,15%.

ф ормула изобретения

Способ управления процессом горения путем- регулирования расхода первичного воздуха пропорционально теп- ловьщелению в топке с заданным коэф- .фициентом пропорциональности и коррекции расхода первичного воздуха

30

35

40

45

зов, по результатам измерений вычисляют отношение удельных теоретических объемов сухих продуктов сгора ния и расходуемог о на горение воздуха и фактический коэффициент рециркуляции дымовых газов, по упомянутом вычисленному отношению определяют оп тимальное значение коэффициента пропорциональности между тепловыделение в топке и расходом первичного воздуха, по этому отношению и вычисленному фактическому коэффициенту рециркуляции дымовых газов определяют оптимальное значение содержания кислорода в топочных газах и упомянутые оптимальные значения коэффициента пропорциональности и содержания кислорода используют в качестве заданных при регулировании и коррекции расхода первичного воздуха.

0

8

до достижения нулевого значения отклонения измеренного содержания кислорода в топочных газах от заданного значения содержания кислорода в топочных газах, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения точности управления, процессом горения при сжигании нескольких видов топлива с произвольно изменяющимся соотношением их расходов и с рециркуля- цией дымовых газов в зону горения, при предварительном смешении рецир- {сулирующих газов с воздухом дополни J f J ...- -1-1 - II

5 тельно в топочных газах измеряют сотельно в топочных газах измеряют содержание оксида углерода, в редир- кулирующих дымовых газах измеряют содержание кислорода, оксида углерода и суммарное содержание диоксидов уг- лерода и серы, в смеси рециркулирую- щих газов с воздухом измеряют содержание кислорода, упомянутые измерения производят или в предварительно осушенных пробах анализируемых газов.

.держания водяных паров в пробах га0

5

0

5

зов, по результатам измерений вычисляют отношение удельных теоретических объемов сухих продуктов сгорания и расходуемог о на горение воздуха и фактический коэффициент рециркуляции дымовых газов, по упомянутому вычисленному отношению определяют оптимальное значение коэффициента пропорциональности между тепловыделением в топке и расходом первичного воздуха, по этому отношению и вычисленному фактическому коэффициенту рециркуляции дымовых газов определяют оптимальное значение содержания кислорода в топочных газах и упомянутые оптимальные значения коэффициента пропорциональности и содержания кислорода используют в качестве заданных при регулировании и коррекции расхода первичного воздуха.