Способ автоматического регулирования подачи воздуха в подтопку энерготехнологического котла-утилизатора Советский патент 1991 года по МПК F23N3/00 

Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике, в частности к регулированию подачи общего воздуха в подтопку энерготехнологического котла-утилизатора (ЭТКУ), использующего тепло дымовых газов нагревательных печей и применяющегося на предприятиях черной металлургии. Цель изобретения - повышение точности регулирования.

На чертеже показана схема системы для осуществления предложенного способа.

Система регулирования подачи воздуха в подтопку котла-утилизатора содержит датчик 1 расхода общего воздуха в подтопку котла-утилизатора, датчик 2 расхода топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора, датчик 3 содержания кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора, датчик 4 содержания кислорода в дымовых газах печи, датчик 5 расхода топлива, поступающего в печь, задатчик 6 коэффициента избытка воздуха, уменьшенного на единицу, блок 7 вычисления количества избыточного воздуха, подаваемого в подтопку котла-утилизатора, первый блок 8 умножения, задатчик 9 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора, в стехиометрических условиях, второй блок 10 умножения, задатчик 11 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в печь, в стехиометрических условиях, блок 12 вычисления количества воздуха, содержащегося в дымовых газах, поступающих из печи в котел-утилизатор в единицу времени, блок 13 вычисления задания по процентному содержанию кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора,

задатчик 14 процентного содержания кислорода в воздухе, задатчик 15 соотношения топливо - воздух, регулятор 16. корректирующий регулятор 17, регулирующий орган 18,

задатчик 19 удельного расхода воздуха, необходимого для сжигания топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора, в стехиометрических условиях, котел-утилизатор 20, печь 21. задатчик 22 величины коррекции коэффициента избытка воздуха, исполнительный механизм 23.

Датчик 2 расхода топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора, подключен к первому входу блока 7 вычисления

количества избыточного воздуха, подаваемого в подтопку котла-утилизатора, а также к первому входу блока 8 умножения и к второму входу регулятора 16. Задатчик 6 коэффициента избытка воздуха, уменьшенного на единицу, подключен к второму входу блока 7, к третьему его входу подключен задатчик 19 удельного расхода воздуха, необходимого для сжигания топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора, в

стехиометрических условиях, а к четвертому входу - задатчик 22 величины коррекции коэффициента избытка воздуха. Задатчик 9 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора, в стехиометрических условиях, подключен к второму входу блока 8 умножения. Датчик 5 расхода топлива, поступающего в печь 21, подключен к первому входу блока 10 умножения, к второму входу которого подключен задатчик 11 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в печь 21, в стехиометрических условиях. Датчик 4 содержания кислорода в днмовых газах печи подключен к второму входу блока 12 вычисления количества воздуха, содержащегося в дымовых газах, поступающих из печи 21 в котел-утилизатор 20 в единицу времени, к третьему входу блока 12 подключен задатчик 14 процентного содержания кислорода в воздухе. Выход блока 10 соединен с первым входом блока 12 и с вторым входом блока 13 вычисления задания по процентному содержанию кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора. Первый, третий и четвертый входы блока 13 соединены с выходами соответственно блоков 12, 8, 7, а пятый вход блока 13 подключен к задатчику 14. Входы корректирующего регулятора 17 соединены с выходом блока 13 и с датчиком 3 содержания кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора, а выход подключен к первому входу регулятора 16. Третий вход регулятора 16 соединен с датчиком 1 расхода общего воздуха в подтопку котла-утилизатора, четвертый вход - с задат- чиком 15 соотношения топливо - воздух, а выход - с исполнительным механизмом 23 регулирующего органа 18.

Способ осуществляют следующим образом.

Энерготехнологический котел-утилизатор вырабатывает пар за счет тепла, выделяющегося при сжигании топлива в подтопке, и тепла дымовых газов печи. Регулирование подачи воздуха в подтопку котла-утилизатора осуществляется по отклонению содержания кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора от задания. Задание по процентному содержанию кислорода в дымовых газах 02зад (%) формируется как отношение количества кислорода, находящегося в задаваемом избыточном воздухе, подающемся на горение в единицу времени уизб- (м /ч), к количеству дымовых газов, образующихся при сжигании топлива в единицу времени Vfl.r (м /ч), т. е.

-.(1)

VA.r

Количество воздуха, содержащегося в дымовых газах на выходе котла-утилизатора в единицу времени, определяется по формуле

| . |ИЗб т Ve.n

(-)

4 ч

(2)

а количество дымовых газов Vfl.r. определяется по формуле

1-т /Тi ;И36 I /Тi i/изб ( М /,

V.p,r Чц.г.к + VB.K. + Уд.г,п. + VB.n. ( -- ),Pl

где Vfl.r.K. - теоретическое количество дымовых газов, образующихся при сжигании топлива в подтопке котла-у тилизатора, ницу времени, т. е.

.3

м

Vfl.r к. - Вк Уд.г.к ( - )

5

5

0

5

5 где Вк - расход топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора, (м /ч);

Vfl.r.K. - удельный объем дымовых газов. образующихся при сжигании топлива, поступающего в котел-утилизатор, в стехио- метрических условиях (м3/ч);

Vjuf. - количество избыточного воздуха, подающегося на сжигание топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора в единицу времени (мЗ/ч);

V г

теоретическое количество ды0

мовых газов, образующихся при сжигании топлива в печи в единицу времени, т. е.

Bn-VЈr.n.() ,(5)

Vim

где Вп - расход топлива, поступающего в печь (м3/ч);

Vfl.r.n - удельный объем дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в печь, в стехиометрических условиях Гм3/м3); ю«

VB п. - количество воздуха, содержащегося в дымовых газах, поступающих из печи в котел-утилизатор, в единицу времени (м3/ч).

Количество кислорода, содержащегося в воздухе дымовых газов, поступающих из печи в котел-утилизатор в единицу времени, определяется по формуле

.3

,21 -VeTC)

(6)

0

5

где 0,21 - процентная доля содержания кислорода в единице объема воздуха.

Удельный расход воздуха, необходимый для сжигания топлива в стехиометрических условиях . , известен для каждого вида топлива. Измерив расход топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора, получаем теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания топлива в единицу времени, т. е.

,з

VB.K - VB к В к ( - )

(7)

Процесс горения ведется при заданном коэффициенте избытка воздуха (а )

Vg.3K6(a-1 ) -Vg.K. -Вк .(8)

Введя в эту формулу величину коррекции коэффициента избытка воздуха в зависимости от расхода сжимаемого топлива (/ ), получаем

УЙ3кб-( )-Vg, (9)

В,

(-) v ч

тогда количество кислорода в дымовых газах, образующихся в подтопке котла- утилизатора в единицу времени, равно

02кв 0,21 ()

.3

«VS...)

(Ю)

Содержание кислорода в дымовых газах печи Оап (%) известно, так как на входе дымовых газов в печи в котел-утилизатор установлен кислородомер, который показывает процентное содержание кислорода, т. е. количество кислорода в дымовых газах, отнесенное к тому количеству дымовых газов, в котором этот кислород находится:

пйол 2п-Ю0(%). (11)

02п

vlr.n. + vStf.)

С другой стороны, количество кислорода в дымовых газах печи Огп может быть оп- ределено из формулы (6).

Решая совместно уравнение (6) и (11) относительно 02пк°л получаем количество избыточного воздуха, содержащегося в дымовых газах, поступающих из печи в котел- утилизатор в единицу времени

/иэб 02п Уд.г.п. Вп Ve n21 -02п

(12)

30

Задание по процентному содержанию кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора, определяемое по формуле (1) с учетом формул (2), (3), (9) и (12), имеет вид:35

(«-/IB, - 1 v°. в, ч- °-Ч Ј: О|ЯА в 21 - -t-LZ ri J.

( к - / 0. - 1 ) У., П. + Vv „ -I ул°

-И

Сигнал датчика 5 расхода топлива, пом3ступающего в печь 21 Вп ( - поступает

на первый вход блока 10 умножения, сигнал задатчика 11 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива,

3

поступающего в печь Уд.г.п.0 (- ), постум

пает на второй его вход. Выходной сигнал блока 10 представляет собой теоретическое количество дымовых газов, образующихся при сжигании поступающего в

печь топлива в единицу времени Уд г.п т

з Вп Уд.г.п. (- ). Этот сигнал поступает

на первый вход блока 12 вычисления количества воздуха, содержащегося в дымовых газах, поступающих из печи в котел-утилизатор 20 в единицу времени, и на второй вход блока 13 вычисления задания по про

0

5

0

5

0

5

0

5

0

центному содержанию кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора. На второй вход блока 12 поступает сигнал датчика 4 содержания кислорода в дымовых газах печи 02п (%), на третий вход - сигнал задатчика 14 процентного содержания кислорода в воздухе составляет 21,0 (%). Блок 12 формирует сигнал количества воздуха в дымовых газах, поступающих из печи в котел- утилизатор.

VS.3n6. 02п Уд.г.п. Вп/( 21 - 02п ) ( )

поступающий на первый вход блока 13. Сигнал датчика 2 расхода топлива, поступающего

м3 в подтопку котла-утилизатора В(- ),

поступает на первый вход блока 8 умножения, на второй его вход поступает сигнал задатчика 9 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора УД.Г.К. ( ) .

М

Выходной сигнал блока 8, поступающий на третий вход блока 13, представляет собой теоретическое количество дымовых газов, образующихся при сжигании топлива в подтопке котла-утилизатора в единицу времени

м3

Уд.г.п. Вп Уд.г.п. (Ц)

Сигнал датчика 2 поступает на первый вход блока 7 вычисления количества избыточного воздуха, подаваемого в подтопку котла-утилизатора, на второй его вход поступает сигнал задатчика б коэффициента избытка воздуха, уменьшенного на единицу ( а - 1), на третий вход - сигнал задатчика 19 удельного расхода воздуха, необходимого для сжигания топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора, в стехиометм3

рических условиях УЈ.К , ( - ) , на четвертый вход - сигнал задатчика 22 величины коррекции коэффициента избытка воздуха. Блок 7 формирует сигнал количества избыточного воздуха, подаваемого на горение топлива в подтопку котла-утилизатора в единицу времени

.3

()Вк -Vg.K. ().(%)

Этот сигнал поступает на четвертый вход блока 13, на пятый его вход поступает сигнал задатчика 14. Блок 13 формирует сигнал задания по процентному содержанию

кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора

03ад 21

уизб + уизб

vS36+vb.r.K. + vB36 + vЈ

г.п

Этот сигнал и сигнал датчика 3 содержания кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора поступают на входы корректирующего регулятора 17, выходной сигнал которого поступает на первый вход регулятора 16. На входы этого регулятора поступают также сигналы датчика 2, датчика 1 расхода общего воздуха в подтопку котла- утилизатора, задатчика 15 соотношения топливо - воздух. Регулятор 16 воздейству- ет на исполнительный механизм 23, изменяя положение регулирующего органа 18, уменьшая или увеличивая расход общего воздуха в подтопку котла-утилизатора.

Формула изобретения Способ автоматического регулирования подачи воздуха в подтопку энерготехнологического котла-утилизатора путем измере- ния расхода топлива в подтопке котла-утилизатора и содержания кислорода в дымовых газах на его выходе, задания коэффициента избытка воздуха в подтопке котла-утилизатора, величины коррекции этого коэффициента, величин удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива в стехиометрических условиях в котле-утилизаторе и в печи, на выходе которой установлен котел-утилизатор, и величины удельного расхода воздуха, необходимого для сжигания топлива в подтопке котла-утилизатора в стехиометрических условиях, определения по заданным величинам заданного значения содержания кислорода в дымовых газах на выходе кот-

лд

ла-утилизатора и измене ния расхода воздуха в подтопке котла-утилизатора до достижения содержания кислорода в дымовых газах на его выходе заданного значения, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования, дополнительно измеряют расход топлива, поступающего в печь, содержание кислорода в дымовых газах печи и заданные значения содержания кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора 02ад определяют по соотношению

(«-/)B,-1)V.

21 -Ojn

(a -ft В, - 1 ) W. В, + v,°,. в„+ 2 ,0 В,

где а - коэффициент избытка воздуха в подтопке котла-утилизатора;

/ - величина коррекции коэффициента избытка воздуха;

Уд г к удельный объем дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в котел-утилизатор, в стехиометрических условиях;

Уд г п - удельный объем дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в печь, в стехиометрических условиях;

Vs.к. -удельный расход воздуха, необходимый для сжигания топлива, поступающе- го в подтопку котла-утилизатора, в стехиометрических условиях;

Вк - расход топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора;

Вп - расход топлива, поступающего в печь;

02п - процентное содержание кислорода в дымовых газах печи;

21 - процентное содержание кислорода в воздухе.

Способ автоматического регулирования подачи воздуха в подтопку энерготехнологического котла-утилизатора относится к промышленной теплоэнергетике, в частности к регулированию подачи общего воздуха в подтопку энерготехнологического котла- утилизатора, использующего тепло дымовых газов нагревательных печей и Применяющегося на предприятиях черной металлургии. Целью изобретения является повышение точности регулирования. Это достигается тем, что при поддержании необходимого количества избыточного воздуха в подтопке котла-утилизатора,