Способ регулирования процесса горения и устройство для его реализации Советский патент 1993 года по МПК F23N1/02 

Способ и устройство относится к области управления теплоэнергетическими установками, о частности к регулированию процесса горения и управлению работой го- релочных аппаратов котельных агрегатов.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков и повышение точности регулирования оптимального соотношения жидкого или газообразного топлива и воздуха, подаваемых на каждую горелку.

Указанная цель достигается тем, что на каждой из горелок выделяют определенные наперед заданные потоки топлива и воздуха и формируют из них байпасные потоки топлива и воздуха, создают между ними тепловой контакт, измеряют в качестве характерных параметров перепады температур на входе и выходе каждого из байпасных потоков (A tT и AtB) вычисляют соотношения измеренных разностей температур Атт/Ати и используют его в качестве характерной функции, по результатам сравнения которой с заранее заданной установкой управляют подачей воздуха в каждую из горелок.

Целью предлагаемого устройство является реализация способа управления пода- чей воздуха на каждую горелку.

Указанная цепь достигается тем, что в известном устройстве общая перегородка между проточными камерами выполнена из теплопроводного материала, в качестве датчиков использованы датчики температуры, установленные на входе и выходе из проточных камер, а выходы отдатчиков температуры .на входе и выходе из проточных камер попарно подключены к измерителям перепадов температур, выходы от которых под- ключены к вычислителю отношения измеренных перепадов температур, выход которого подключен ко входу регулятора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема реализации предлагаемого способа; мч фиг. 2 -схема предлагаемого устройства; кз фиг. 3 - тепловой блок предлагаемого устройства,

На фиг. 1 показано; горелка 1, клапан подачи топлива 2, клапан подачи воздуха 3, топливная дроссельная диафрагма1 4 и воздушная дроссельная диафрагма 7, воздушиый байпасный трубопровод 8, топливный байпэсный трубопровод б, датчики температуры 10, тепловой блок 11, два измерителя перепадов температур 12, вычислитель соотношения перепадов температур 13, задатчик 1 14, исполнительный механизм 15. На фиг. 2 показаны: горелка 1, регулирующий топливный клапан 2, топливный дроссель 4. топливный байпас 6, дозирующая вставка 5, регулирующий воздушный клапан 3, воздушный дроссель 7, воздушный байпас 8. Тепловой поток 11, измерители температуры 10, потери перепадов температур топлива (Atr) и воздуха (AtB - 12, вычислитель соотношения перепадов

температур AtT/Atu - 13, задатчик оптимального соотношения температур A tr/ /Ate - 14, исполнительный механизм подачи воздуха 15.

На фиг. 3 показано; два подводящих

патрубка 17, два отводящих патрубка 18, две проточные камеры 16 и четыре измерителя температуры 10, а также теплопроводная перегородка 20 между проточными камерами 16.

Предлагаемый способ в предлагаемом устройстве реализуется следующим образом; топливо через клапан 2 подается на топливную дроссельную диафрагму 4, на которой строго определенная часть топлива

формируется в байпасный топливный поток через топливный байпас 6 и затем поступает в горелку .1. Аналогично горячий воздух с температурой То через регулирующий воздушный клапан 3 подается на воздушную

дроссельную диафрагму 7, на которой часть воздуха формируется в байпасный воздушный поток через воздушный байпас 8 и затем поступает в горелку 1.

Тепловой контакт между топливом и

воздухом реализуется в тепловом блоке 11, образованным байпасным потоком топлива

б и воздуха 8. В процессе теплового контакта байпасных потоков топлива 6 и воздуха 8 в тепловом блоке 11 происходит изменение температур как топлива, так и воздуха, значение температур топлива и воздуха на входе и выходе из теплового блока 11 измеряются измерителями температур 10. Сигналы от измерителей температур 10 топлива и воздуха подаются на измерители перепадов температур 12, в которых вычисляются перепады температур топлива Дт,ти воздуха Ate. Сигналы от вычислителей перепадов температур поступают на вычислитель 13, в котором вычисляется соотношение перепадов температур AtT/AtB и сравнивается с наперед заданной уставкой от задатчика 14. По результатам сравнения в вычислителе 13 формируется управляющий сигнал, который подается на исполнительный механизм 15, управляющий открытием воздушного клапана 3. Реализация заданного способа обеспечивает заданное соотношение массовых расходов топлива и воздуха, подаваемых на каждую из горелок, т.к. количество (поток) топлива, передаваемого в тепловом блоке 11 определяется уравнением.теплового баланса:

Q - Ki От(Ср)т Атт - К2 Ов(Ср)в A tB,

где Q - поток тепла через теплообменную поверхность теплообменника 10 - (кДж/час);

DT - массовый расход топлива, подаваемого на данную горелку (кг/час);

Кт - доля расхода топлива, проходящего через топливный байпас;

A tT - перепад температур топлива на входе и выходе из теплового блока 11 - (°С);

DB - массовый расход воздуха, подаваемого на данную горелку (кг/час);

Ка-доля расхода воздуха, проходящего через воздушный байпас 9;

AtB - перепад температур воздуха на входе и выходе из теплового блока 11 - (РС);

(Ср)т - удельная теплоемкость топлива (кДж/кг град);

(Ср)в - удельная теплоемкость воздуха (кДж/кг град).

Из уравнения теплового баланса следует, что

От (СР)в . К2 DB (СР Ki

Ats .m At8 AtTAtT

m

(Cp)B . K2

(Cp)n

Ki

Значение коэффициента m постоянно в достаточно широком диапазоне температур и давлений топлива и воздуха, принимаемых в практике эксплуатации котлов и ста- 5 бильного вида топлива, определяется теплофизическими характеристиками топлива и воздуха, а также выбором сопротивления дросселей.

Предлагаемое устройство действует

0 следующим образом:

Поток топлива с температурой tr и давлением Рт через топливный клапан поступает в топливный дроссель 4, на котором создается перепад давлений . А Рт Рг-Р т,

5 Р т - давление топлива после топливного дросселя. За счет перепада давлений топливо по топливному байпасу 6 через дозирующую вставку 5, подводящий патрубок 17, проточную камеру 16 и отводящий патрубок

0 18 постоянно циркулирует с одной стороны теплопроводной перегородки 20, а затем за топливным дросселем 4 сливается в основной топливный трубопровод и поступает на горелку 1. Одновременно воздух с темпера5 турой тв и давлением Рв через воздушный клапан 3 поступает на воздушный дроссель 7. На воздушном дросселе 7 создается перепад давлений А Рв Рв-Р в где Р в давление воздуха после воздушного дросселя

0 7. За счет этого перепада давлений воздух по воздушному байпасу 8 через вторую дозирующую вставку 5, второй подводящий патрубок 17, вторую проточную камеру 16 и второй отводящий патрубок 18 постоянно

5 циркулирует с другой стороны теплопроводной перегородки 20, а затем за воздушным дросселем 7 направляется в основной воздухопровод и поступает в горелку 1.

Таким образом, по разные стороны теп0 лопроводной перегородки 20 постоянно циркулируют байпасные потоки топлива и воздуха. При этом между ними происходит теплообмен, в результате которого температура воздуха снижается до значения

5 t e, а температура топлива повышается до значения tV Значения температуры байпасных потоков топлива и воздуха измеряются датчиками 10, сигналы от которых подаются на вычислители перепадов

0 температур 12, в которых вычисляются соответственно перепады температур в проточных камерах 16 топлива - AtT tT - t r и воздуха Ate ta-t e .Сигналы от обоих вычислителей перепадов температур 12 по5 ступают на входы вычислителя соотношения перепадов температур 13, на третий вход которого поступает сигнал от задатчика 14. В вычислителе 13 вычисляется соотношение перепадов температур

топлива и воздуха А гт/А Те и вычисленная величина сравнивается с наперед заданной уставксй от задатчика.

По результатам сравнения на выходе вычислителя 13 формируется управляющий сигнал, который поступает в исполнительный механизм 15, воздействующий на регулирующий воздушный клапан 3.

Таким образом поддерживается соотношение массовых расходов топлива и воз- духа, подаваемых на каждую из горелок.

Экономический эффект от реализации предлагаемых способа и устройства обусловлен экономией топлива за счет обеспечения оптимального режима горения топлива в факеле каждой из горелок, а также снижением количества вредных выбросов из котлоагрегата.

Фор-мула изобретения

1. Способ регулирования процесса го- рения в топках котлов путем измерения характерных параметров потоков топлива и воздуха, подаваемых в топку котла, вычисления характерной функции, определяющей соотношение расходов топлива и воздуха, сравнения вычисленной величины с наперед заданной уставкой и управления по результатам сравнения прдач ей воздуха в топку котла, от л ича ющийся тем, что, с целью повышения точности, на каждой из

горелок выделяют определенные наперед заданные потоки топлива и воздуха и формируют из них байпасные потоки топлива и воздуха, создают между ними тепловой кок- такт, измеряют в качестве характерных параметров перепады температур на входе и выходе каждого из байпасных потоков, вычисляют соотношение измеренных разностей температур и используют его в качестве характерной функции.

2. Устройство для регулирования процесса горения в топках котлов, содержащее датчики параметров, характеризующих процесс горения, и регулятор с задатчиком, подключенный к исполнительному механизму регулирующего клапана подачи воздуха, отличающееся тем, что датчик параметров выполнен в виде датчиков температуры, а устройство снабжено двумя байпасными трубопроводами с двумя дозирующими вставками и двумя проточными камерами, имеющими между собой общую перегородку, выполненную из теплопроводного материала, и измерителями перепадов температур на входе и выходе каждой из проточных камер, выходы от которых подключены к вычислителю отношения измеренных перепадов температур, подключенному к входу регулятора.

iPi/8. 3