Способ и система автоматического управления подачей воздуха в топку котла Советский патент 1991 года по МПК F23N3/00 

(21)4600404-06

(22)31.10.88

(46) 15.02.91. Бюл. № 6

(71)Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола

(72)Н.В.Подборнов (53) 621.182.26(088.8)

(56)( Авторское свидетельство СССР 1312326, кл. F 23 N 3/00, 1985.

(54) СПОСОБ И СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ВОЗДУХА В ТОПКУ КОТЛАэ

(57) Изобретение относится к теплоэнергетике. Цель изобретения - повышение -надежности и достоверности формирования управляющих воздействий при оптимизации подачи воздуха в топку. Способ- заключается в изменении расхода топлива, воздуха, нагрузки, анализа состава дымовых газов, измерении времени анализа и времени между отборами проб газа и на основании результатов измерений и последующих расчетов формировании управляющих воздействий на подачу воздуха с учетом количества информации, полученной при анализе состава дымовых газов, и цлн-« тельности этого анализа. Система имеет контур регулирования коэффипнегта избытка воздуха оЈ с корректированием последнего на основе результатов анализа , получаемого с дискретного анализатора. Система дополнительно имеет вторичное устройство анализатора с блоками 13 и 14, таймер 18, микропроцессорное вычислительное устройство 16 и реле 15. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Ј

сл

Д.Г

1 т

фуф

17

ШИ # 1

н

О5 ГчЭ

00

vl

и

LD-CI

2С

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при автоматизации котельных установок на тепловых электростанциях, в нефтепе- рерабатывающей и нефтехимической отрасли промышленности при автоматизации работы печей нагрева нефтепродуктов и т.п.

Цель изобретения - повышение на- дежности и достоверности формирования управляющих воздействий в процессе оптимизации подачи воздуха в ТОПКУ при переменных режимах работы агрегата.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемой системы.

В котельный агрегат или печь нагрева нефтепродуктов (К) в топку подается топливо, Например газ (линия Г) и воздух (линия В). Нагрузка агрегата при измерении ее специальной системы (она различна для различных агрегатов) в конце концов реализуется на линии исполнения (П) в изменении по- дачи топлива, например поворотом заслонки 1. Система управления содержит датчик расхода топлива, имеющий 4VR- ствительный элемент 2 преобразователь 3. Подача воздуха по линии В ус- ловно показана дутьевым вентилятором 4. На воздушной линии также установлен датчик расхода воздуха, имеющий чувствительный элемент 5 и преобразователь 6. Система содержит задатчик 7 коэффициента избытка воздуха М .

Выходы преобразователей 3 и 6 соединены с входом блока 8 вычисления отношения воздух - топливо (коэффициента избытка воздуха tf. ). На вход блока 8 поступает из задатчика 7 заданное значение . Выход блока 8 соединен с входом блока 9, в котором формируется необходимый закон регулирования. Выход блока 9 соединен с ис- положительным механизмом 10. Последний связан либо с приводом вентилятора 4, либо с направляющими лопатками вентилятора 4, либо с дроссельной заслонкой на воздуховоде (линия В).

На линии отбора продуктов сгорания для анализа (ДГ) установлен управляемый кран til, датчик 12 анализатора (например, хроматографического). Выход последнего соединен с входом вто- ричного устройства анализатора с блоком 13 управления и блоком 14 формирования управляющего воздействия на задатчик 7. Выход блока 14 соединен

с реле 15, а выход последнего - с за- датчиком 7. Блок 13 управления вторичного устройства анализатора соединен с приводом управляющего крана 11 и приводом контактов реле 15 (замыкание). Привод контактов реле 15, размыкающих цепь, соединен через соответствующие устройства сопряжения с микропроцессорным вычислительным устройством 16, имеющим регистры 17. Таймер 18 связан с блоком 13 управления вторичного устройства анализатора и регистрами 17.

Выход блока преобразователя 3 сое динен с входом дифференцирующего блока 19, выход последнего через соответствующее устройство соединен с регистрами 17.

Способ осуществляют следующим образом.

Управляют подачей воздуха посредством измерения расхода топлива, воздуха и заданной нагрузки и формированию по последним управляющих воздействий на подачу воздуха, корректирующее воздействие формируется на основе результатов анализа состава продуктов сгорания дискретным анапизатором путем дополнительного измерения времени, затраченного на анализ Ја , измерения времени между циклами отбора

А

проб для анализа о ц , вычисления на основе анализа последней и предыдущих проб средней скорости dx/dl изменения параметра, характеризующего оптимальное соотношение топливо - воздух, измерения скорости изменения подачи топлива в топку, например, путем дифференцирования показаний датчика расхода топлива и если знак измерения скорости расхода топлива (убыль или увеличение) соответствует знаку изменения параметра, характеризующего оп- тимаЛьное соотношение топливо-воздух, то дополнительно вычисляем величину информативности J по формуле

log

х маке .

«- § It.

1)

м |,

мин диапазон изменения параметра, характе - ризующего оптимальность соотношения топливо-воздух;

Д w- абсолютная ошибка

метода анализа, корректируем управляю51627787

щее воздействие на пустимого подачу воздуха в топку на основе подсчитанной величины информативности ;

Л

Cq- интервал времени,

потраченного на газовый анализ.

Кроме того, задаваясь величиной JQ редельной минимальной инАормативносжение и з формулы (

Что же параметра оценена н результат Хд и при

вычислена

ти , подсчитываем максимально допустимое время анализа по формуле

л(хмакс х/ми.и AMixp

dx / .

dЈ/ ixP JMHM (2)

где ixp JMUH an i lod JAU1n и если общее время апатита Ја превышает вычисленное по формуле (.2), т.е. Cq или знак изменении скорости расхода топлива не благоприятствует знаку изменения параметра, корректирование не производим.

Формула () получена следующим образом. Считаем, что изменение анализируемого параметра в рассматриваемом диапазоне х н хMQKC подчиняется равномерному закону распределения. В этом случае среднее количество информации J подсчитывается

J log )

где U AW+ п сумма абсолютной ошибки метода измерения параметра (&м) и ошибки (Дп), возникшей в результате ухода процесса за время анализа С. Если1охарактеризовать скорость хода процесса как скорость изменения параметра dx/dЈ, то без учета знака

dx I dtl

л

Подставив (4) в (3) с учетом что Д Д м + Д п получим (1).

(1) относительно с

Л

Q

имеем

(xAiqi t -.-x.A Д Х.Р-- С4 |dx/dmxpJ

Количество информации J может быть задано в нитах, тогда ixpJ expJ; в битах, тогда ixpJ bxpJ; дитах, тог- да ixpJ s dxpJ. Теперь, если задаться минимально допустимой величиной информативности J, то получим по формуле (5) значение максимально допустимого

времени анализа. Это положение и заложено при трансформации формулы (5) в (2).

Что же касается скорости изменении параметра dx/dЈ, то она может быть оценена на основе данных последнего результата анализа х и предыдущего Хд и при известном времени цикла Ј..

вычислена как

. / , л i

dx/dc -

х 1 (6)

Более достоверная оценка может быть проведена на основе трех последних ре- зупьтатов анализа дующему правилу:

М

по сло20

/dx NX 4 - X2

fo ri) Г

(7)

,dx, х г - х -ь

W(2) Ј7

(8)

25

Если знаки вычислений по формулам (7) и (8) совпадают, то

dx ,dx. dЈ (dF(l)

(9)

30

если знаки разные, то

),,N

dx

d

Ч

,dx

т / i I dc

,ix)

(dr(2)

.

(Ю)

35

)

45

50

в г- 55 В уравнениях индексы (1) и (2) соответствуют последнему чикпч и пред

dx

()(|)

40

последнему. Значения

(J7C ) (2) берутся со своими знаками. аг

Чтобы дополнительно обезопасить от возможного изменения направления изменения параметра убыли или увеличения) в момент совершения последнего цикла анализа дополнительно измеряется увеличение или уменьшение подачи топлива. Если, например, увеличение количества горючих компонентов, полученное на основе анализа и рассчитанное по формулам (6) и (10), совпадает (благоприятствует) по знаку с увеличением расхода топлива, то ее- - тественно корректирующее действие необходимо при регулировании в сторону увеличения коэффициента избытка воз- дуХа ({Ј). Если подобного совпадения знаков нет, то корректирование & необходимо приостановить. Конечно, еели время С затраченное на анализ, будет превышать максимально допустимое, то результаты анализа обесценены с точки зрения вмешательства в корректировку Oi Если, время расчета по формулам (1) и (2) и время формирования управляющего воздействия соизмеримо с временем анализа ч/q , то их необходимо учитывать. Другими словами в общем виде под (, q необходимо понимать общее время запаздывания в системе от момента отбора пробы до внесения управляющего воздействия.

Система автоматического управления, его содержание превышает установлен20

работает следующим образом.

Величина нагрузки агрегата (К) устанавливается положением заслонки 1 , установленной на линии Г подачи газа. Для этой цели котельный агрегат или иефтрнагревательная печь снабжаются специальными регуляторами нагрузки. Поскольку данные системы не имеют прямого отношения к предлагаемой системе и по своей структуре различны 25 для разных агрегатов, то на схеме регулятор нагрузки не показан. Чувствительные элементы 2 и 5, преобразователи 3 и 6, задатчик 7, блоки 8 и 9 и исполнительный механизм 10 образуют обычную систему автоматического регулирования подачи воздуха для го- репня по сформированному для задат- чика оптимального соотношения коэффициента избытка воздуха (. . Сравнение заданного значения 0Ј с действительным производится в блоке 8, в котором последнее формируется на основе действительных расходов воздуха

30

35

ный предел. Тогда в блоке 14 формипу- ется сигнал на увеличение коэффициент избытка воздуха для задатчика 7 и наоборот, при уменьшении содержания горючего компонента в блоке 14 Формируется сигнал на уменьшение (X. . Однако в зависимости от полученного значения информативности J, вычисленного в устройстве 16, длительность переста новочного усилия (воздействия) на задатчик 7 будет различной. Когда , сформированный в блоке сигнал по результатам анализа не будет воздейство вать на задатчик 7 (время воздействия будет бесконечно малым). Вычислитель ный блок, через время, рассчитанное п уравнению (2) V через устройство сопряжения размыкает контакты реле 15 и таким образом преграждает путь воздействия на задатчик 7 от блока 14 не зависимо от величины сформированного там воздействия. Увеличение или убыль расхода газа формируется в дифференцирующем блоке 19 по сигналам от преобразователя 3 и заносится в один из регистров 17 и используется в програм ме также для подачи размыкающего сигнала в реле 15 в том-случае, если зна изменения расхода топлива не благопри ятствует изменениям параметра, например содержание горючих компонентов по двум последним измерениям в цикле увеличилось, а расход топлива,зафиксированный блоком 19, уменьшается.

и газа. Сигнал рассогласования из блока 8 поступает в блок 9, где по определенному закону фоомируется сигнал, поступающий на исполнительный механизм 10, связанный с приводом вентилятора 4 или его направляющим аппара- том. Формирование задания для задат- чика 7 - величины производится на основе анализа пробы продуктов сгорания датчиком 12 анализатора. Пробы в анализатор поступают циклически. Управление циклами осуществляется от управляющего устройства блока 13 управления путем периодического открытия крана 11. Одновременно с открытием крана 11 (отбором пробы для анализа) подается этим же управляющим устройст вом имупльс на замыкание контактов реле 15 и включается электронный секундомер 18 (таймер). Данные о результатах анализа и времени их получения заносятся в регистры 17. Там же хранятся данные о значениях ХЛ(ЛЬГР- х ,,,„„, Д

1/№«с лмим м Микропроцессорное вычислитель

м ин

ное устройство, работая по специальной программе, реализует (вычисляет) значения J (,по формулам (1) и (2) и передает первое из них в блок 14 формирования заданного значения по результатам анализа. Например, если значение (У формируется, в зависимости от содержания в продуктах сгорания одного из горючих компонентов и пусть

его содержание превышает установлен

ный предел. Тогда в блоке 14 формипу- ется сигнал на увеличение коэффициента избытка воздуха для задатчика 7 и наоборот, при уменьшении содержания горючего компонента в блоке 14 Формируется сигнал на уменьшение (X. . Однако в зависимости от полученного значения информативности J, вычисленного в устройстве 16, длительность перестановочного усилия (воздействия) на задатчик 7 будет различной. Когда , сформированный в блоке сигнал по результатам анализа не будет воздействовать на задатчик 7 (время воздействия будет бесконечно малым). Вычислительный блок, через время, рассчитанное по уравнению (2) V через устройство сопряжения размыкает контакты реле 15 и таким образом преграждает путь воздействия на задатчик 7 от блока 14 независимо от величины сформированного там воздействия. Увеличение или убыль расхода газа формируется в дифференцирующем блоке 19 по сигналам от преобразователя 3 и заносится в один из регистров 17 и используется в программе также для подачи размыкающего сигнала в реле 15 в том-случае, если знак изменения расхода топлива не благоприятствует изменениям параметра, например содержание горючих компонентов по двум последним измерениям в цикле увеличилось, а расход топлива,зафиксированный блоком 19, уменьшается.

Формула изобретения

log

XjUflkC X МИН

r7dbOT7 ;

де х

A/OI te

МИМ

Дмdx/df

максимальное и минимальное значения параметра при его изменениях во время газового анализа; абсолютная ошибка измерения параметра абсолютная величина скорости изменения параметра; интервал времени, потраченного на газовый .анализ.

отношению

макс x d

t

10

(хмокс х JMHH

МИН

) -d« ii

ДминТ,

10

5

0

5

0

5

0

5

блоком управления, блок формирования корректирующего воздействия на задат- чик коэффициента избытка воздуха и вычислительное микропроцессорное устройство, отличающаяся тем,

, что, с целью повышения надежности, она дополнительно содержит таймер, реле и дифференцирующий блок, таймер

связан с блоком управления анализато,ра состава дымовых газов и микропроцессорным вычислительным устройством, последнее подключено к блоку формирования корректирукщего воздействия и реле, которое установлено в линии связи блока формирования корректирующего воздействия с задатчиком коэффициента избытка воздуха, а дифференцирующий блок соединен с датчиком расхода топлива и микропроцессорным вычислительным устройством.