Система автоматического регулирования расхода общего воздуха котла Советский патент 1991 года по МПК F23N1/02 

Os

ю

00

ел

00

ы

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на котлоаг- регатах районных и промышленных котельных.

Известны автоматические системы регулирования расхода общего воздуха, содержащие датчики измерения расхода воздуха, кислорода и химнедожога, регулятор общего воздуха, сумматор. Данные системы автоматического регулирования не позволяют поддерживать оптимальное соотношение топливо - воздух ввиду того, что содержание кислорода в газах не будет соответствовать действительному значению из-за присосов воздуха в газовом тракте котла до места замера.

Наиболее близким техническим решением является система управления процессом горения, содержащая датчики расхода общего воздуха, топлива, регулятор общего воздуха, сумматор, нелинейный элемент и динамический блок, причем датчики расходов общего воздуха и топлива подключены к регулятору общего воздуха. Недостатком данной системы является то, что, отрабатывая жесткое задание в широком диапазоне нагрузок котла и изменений его состояния, она не способна выйти в область минимальных избытков воздуха, т.е. система не способна вести поиск области оптимального процесса горения.

Целью изобретения является повышение экономичности работы котла и надежности системы управления.

Поставленная цель достигается тем, что выход датчика химнедожога подключен через сумматор, нелинейный элемент и динамический блок к регулятору общего воздуха, причем выход датчика расхода общего воздуха соединен с входом сумматора, а дина- мический блок выполнен в виде интегрирующего звена.

На фиг. 1 изображена структурная схема системы регулирования расхода общего воздуха котла; на фиг.2 - характеристика нелинейного элемента.

Система включает датчики химнедожога 1, расходов общего воздуха 2 и топлива 3, регулятор 4 общего воздуха, нелинейный элемент 5, динамический блок 6 и сумматор 7. Датчик 1 химнедожога через сумматор 7, нелинейный элемент 5 и динамический блок 6 подключен к регулятору 4 расхода общего воздуха, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно датчиков расхода общего воздуха 2 и топлива 3, причем датчик 2 расхода общего воздуха подключен к сумматору 7.

Систем автоматического регулирования расхода общего воздуха работает следующим образом,

При отсутствии в продуктах сгорания

химнедожога (по окиси углерода СО), что связано с избыточной подачей воздуха QB в топку котла, на выходе датчика 1 химнедожога имеем нулевой сигнал, а на выходе сумматора 7 - сигнал д. Сигнал д представляет собой масштабированный сигнал по расходу общего воздуха отдатчика 2, т.е. д - аг QB , где as - масштабный коэффициент сумматора 7, Так как нижняя и верхняя границы зоны нечувствительности нелинейного элемента 5 задаются соответственно как б и 2 д (см. фиг.2), то на выходе нелинейного элемента 5 будем иметь сигнал U . Последний поступает на вход динамического блока 6, где на выходе после его

интегрирования, имеем:

Дов АоВо + т Judt Да|0 -4 (i) о о

где Д QBO - значение сигнала, соответству- ющее предыдущему состоянию интегратора 6;

Т - постоянная интегрирования динамического блока (интегратора) 6; °

t - время, по которому производится интегрирование.

Сигнал Д QI подают на вход регулятора 4 общего воздуха, где его суммируют с сигналами по расходу общего воздуха QB и расходу топлива Вт. Далее суммарный сигнал рассогласования е Вт - QB + ДОв преобразуют по заданному закону управления в управляющее воздействие /я. Так как сигнал ДОВ изменяется (уменьшается ввиду

1 т

того, что Y /dt уменьшается, это вызывает соответствующее изменение и величины рассогласования, е. 0. В процессе регулирования осуществляется компенсация этого изменения за счет уменьшения расхода общего воздуха QB. Это приведет к неполному сгоранию топлива и появлению в дымовых газах на выходе из топки продуктов неполного сгорания - окиси углерода (СО). В результате этого на выходе датчика 1 получим

сигнал по СО, отличный от нуля, а на выходе сумматора 7 - сигнал Д СО - д . При этом с ростом величины химнедожога сигнал U на выходе нелинейного элемента 5 стремится к величине, при которой (см. фиг.2) концентрация попадает в зонуДН нечувствительности нелинейного элемента 5, т.е. U 0. Зона нечувствительности ДН формируется таким образом, чтобы она соответствовала оптимальному коэффициенту

избытка воздуха в топке котла, а значит максимальной экономичности работы котла. Этому режиму работы котла соответствует определенное содержание продуктов неполного сгорания (окиси углерода) в дымовых газах4 на выходе из топки. Так как на выходе нелинейного элемента 5 сигнал U 0, т.е. величина химнедожога, соответствует оптимальной величине, то согласно (1) AQi const и е 0, и на этом процесс регулирования прекращается. При превышении величины химнедожога сверх оптимального на выходе датчика 1 имеем смгнал СО 2 д. вследствие этого сигнал AQB изменяется (увеличивается ввиду того,

что /Udt увеличивается), и соогветсго

венно изменяется величина рассогласования, . Компенсация этаго изменения, и отличие от случая отсутствия химнедожога, осуществляется путем увеличения расхода QB общего воздуха. Это ведет к снижению химнедожога (СО) до величины, при которое сигнал на выходе нелинейного элемента 5 U 0 и величина A QB const, a e 0. Как только величина химнедожога попадает и оптимальную зону, процесс регулирования прекращается.

Таким образом, если содержание продуктов неполного сгорания в газах на выхо-. де из топки не соответствует оптимальному значению, то система регулирования формирует итерационный сигнал AQB с шагом / Udt

о

и

приводит соотношение топливо- воздух, к оптимальному значению.

Формирование значения S посредством сигнала по расходу общего воздуха QB позволяет, во-первых, получить итерационный шаг регулирования, пропорциональ1 т ный Y/Udt, и зону нечувствительности

о

АН , зависящие от нагрузки котла, качества исходного топлива, во-вторых, обеспечить динамическую коррекцию шага итераций. Это определяется тем, что содержание избыточного кислорода,обеспечивающее максимальную экономичность при полном сгорании топлива, не является величиной постоянной, а зависит от ряда факторов, таких как нагрузка котла и состав топлива. Так, при снижении нагрузки котла уменьшается и общее количество воздуха, подаваемое в топке котла, вследствие чего

ухудшаются условия смесеобразования и горения топлива. Это же является причиной того, что с понижением нагрузки котла зона оптимальной концентрации СО смещается в область более низких значений (см. фиг.2). Кроме того, в этом случае уменьшается величина итерационного шага

i|

Т

Udt , что

позволяет осуществлять более тонкий поиск оптимальной зоны СО в условиях ухудшения условий сжигания топлива.

Динамическая корректировка шага ите1 t. рации Y j Udt обеспечивается тем, что сиг о

нал по расходу воздуха QB является опережающим по отношению к более инер- ционнопу сигналу по химнедожогу. Это позволяет упредите воз-мущающее воздействие по «агрузке котла, в значит осуществлять более качественное регулирования расхода общего воздуха.

Предлагаемая система автоматического регулирования расхода воздуха котла полностью реализуется на широко используемой а энергетике регулирующей аппаратуре КАСКАД или КАСКАД-2.

Экономическая эффективность от внед- ренир на котлах предлагаемой системы регулирования будет обеспечиваться,, во-первых, снижением суммарных потерь теплоты с уходящими газами и химической неполноты сгорания, и, во-вторых, снижением потери, вызванной затратами электроэнергии на гягу и дутье. По экспертным оценкам для котла ГМ-50-1 это позволит получить экономию топлива порядка 0,3- 0,5% или 2000-3000 рублей в год.

Формула изобретения Система автоматического регулирования расхода общего воздуха котла, содержащая датчики расходов общего воздуха и топлива, подключенные к регулятору общего воздухе, датчик химнедожога, сумматор. нелинейный элемент и динамический блок, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности в работе котла и надежности системы управления, сумматор, нелинейный элемент и динамический блок соединены последовательно, к входам сумматора подключены датчики химнедо- хога и расхода общего воздуха, выход динамического блока подключен к регулятору общего воздуха, а динамический блок выполнен в.виде интегрирующего звена.

U

фие. 2

Изобретение относится к теплоэнергетике. Целью изобретения является повышение экономичности работы котла и надежности системы управления. Это достигается тем, что датчик 1 химнедожога подключен через сумматор 7, нелинейный элемент 5 и динамический блок 6 к регулятору 4 общего воздуха, к другим входам которого подключены датчики 2 и 3 расхода общего воздуха и топлива. Причем датчик 2 расхода общего воздуха подключен также к сумматору 7, а динамический блок 6 выполнен в виде интегрирующего звена Нелинейный элемент 5 имеет зону нечувствительности, соответствующую оптимальному коэффициенту избытка воздуха; поэтому корректировка расхода воздуха по величине сигнала датчика 1 химнедожога в процессе регулирования происходит только в том случае, когда сигнал на выходе сумматора 7 не попадает в зону нечувствительности нелинейного элемента 5. 2 ил. К исполнительному