СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГОРЕНИЯ Советский патент 1974 года по МПК F23N3/00 F23N5/08 

1

Изобретение отиосится к энергетике и может быть использовано в технике автоматического управления топочными процессами в котлоагрегатах.

Известен способ управления процессом горения по среднеинтегральной частоте пульсаций пламени. Однако этот способ не очень точен.

Цель изобретения - получение оптимального режима горения.

Для достижения этой цели дополнительно формируют сигнал дисперсий пульсаций яркости факела с помощью дополнительного фотодатчика, смещенного относительно основного по высоте топки, сравпивают полученные приращения сигналов, увеличивают расход воздуха при одинаковых знаках приращения сигналов, уменьщают его при разных знаках.

В качестве критерия оптимальности используется скорость возрастания энтропии факела. Его эптропия равна:

с ff F

в

где // - средняя энергия молекул;

F - свободная энергия;

6 - те.мпература.

Во всяком реальном факеле в силу действия законов гидромеханики возникают обратные

течения, порождающие замкнутые трубки тока.

Эти обратные течения, называемые рециркуляциямн, нанравлены к корню факела и являются физическим нроводником обратной связи, возникающей между процессом горения и процессо.м воспламенення.

Действительно, чем полнее и быстрее сгорает топливо, тем мепьщая его часть (при больщей температуре) возвращается по контурам рециркуляции к корню факела и попадает в зону воспламенения, где смещивается со свежим нотоком. Следовательно, онтимальному процессу горения соответствует максимальное увеличение энтропии.

Этот факт может быть оценен благодаря существованию контуров рециркуляции. Каждый такой контур имеет участок, в 1 отором происходит смешение пря.мого и обратного потоков. В точках cMeuieiu возникает сильная термодинамическая неравновесность, лричем, чем ближе горение к оптимальному, тем эта нера.вновесность сильнее (так как градиенты

энтронии больше). В процессе смешения возникают пульсации энергии, которые будут тем больше, чем снлы-ее неравновесность. Отсюда вьгвод: при онтимально.м горенин в контуре рециркуляции пульсации энергии максимальны. Для пояснения сущностн изобретения необходимо указать на характер связи между пульсациями и коэффициентом избытка воздуха. На фиг. 1 показаны типичные кривые выгорания топлива; iia фиг. 2 - контуры рециркуляции; па фиг. 3 - схема управления. Кривая Л (см. фиг. 1) относится к случаю малого избытка воздуха, а кривая Б-к случаю большого избытка. Оценивая увеличение энтропии скоростью ее возрастания, можно показать изменение последней при изменении избытка воздуха. Для этого на графике (см. фиг. 1) выделяют 3 зоны. В зоне I горение протекает ннтенсивпо, в зоне II горение закончено, зона III - промежуточная. Рассмотрим два контура рециркуляции, в которых время реакции ограничено их периодами TI и Та (см. фиг. I). По мере увеличения избытка воздуха скорость возрастания энтропии для первого контура увеличивается, а граница зоны I, вследствие увеличения крутизны линии выгорания, смещается влево. При достаточном избытке воздуха граница смепгается настолько (пунктир), что TI оказывается в зоне П или даже в зоне III. В результате, скорость возрастания энтропии, пройдя через максимум, падает. Для второго контура по мере увеличения расхода воздуха скорость изменения энтропии все время падает, а экстремум этой зависимости условно соответствует стехиометрии. Из сказанного следует, что для контуров рециркуляции различной длины условия оптимальности горения по избытку воздуха не одинаковы. В коротких контурах оптимальность достигается при больнтих избытках воздуха, чем в длинных. Кривая Wi (см. фиг. 2) представляет собой зависимость дисперсии пульсаций, возникающих в длинном контуре рециркуляции, от коэффициента избытка воздуха. Кривая Wz - то же, для короткого контура рециркуляции. Оптимальный режим горения достигается в первом контуре при коэффициенте избытка воздуха а «i, а во втором при а, «2, причем «2 «1Разделить пульсании, возникающие в разных контурах, можно путем размещения датчиков на разных расстояниях от горелок. Сигналы Wi и Wz, равные дисперсиям, возникаюплих в контурах рециркуляции разных периодов пульсаций, получают с помощью двух датчиков яркости, установленных на разных расгояниях от горелок. Далеко расноложеппый датчик пе «видит -коротких контуров. а близко расположенный воспринимает смесь пульсаций с преобладанием возникающих в коротких контурах. Для увеличения точности можно нрименять две группы датчиков, находящихся па разных расстояниях от зоны воспламенения, усреднять сигналы близко расположенных и удалеп11ых .и использовать результаты усреднения по груннам в качестве Wi и W. Кривая Wi соответствует длинному контуру, а кривая Wj - короткому. Тогда cci л: сх.оптПользуясь сигналами Wi и Wz одновременно, можно предложить закон управления избытком воздуха, приводящий к условию, близкому к оптимальному. При этом полагается, что условия оптимальности горения в разомкнутых трубках тока совпадают с условиями оптимальности горения во множестве контуров рециркуляции. В противном случае конструкция топочного устройства не являетсгт оптимальной и этот дефект не может быть устранен управлением. Схема управления (см. фит. 3) содержит объект управления 1, два датчика яркости 2, фильтры низких частот 3, дисперсиометры 4, логическое управляющее устройство 5 и исполнительный орган 6, меняющий избыток воздуха в системе. Сигналы пульсаций, воспринимаемые датчиками 2, поступают на фильтры 3, которые не пропускают низкочастотную составляющую сигналов (от О до 3 гц). В результате, исключаются пульсации, связанные с внешними возмущениями. При помощи дисперсиометров 4 вычисляются дисперсии сигналов, поступающих в управляющее устройство 5, осуществляющее закон унравления. Сигнал управления, вырабатываемый управляющим устройством, поступает на исполнительпый орган 6, который меняет избыток воздуха в топке. Предмет изобретения Способ управления процессом горения в топке путем воздействия на расход воздуха по сигналу диснерсии пульсаций, например, яркости факела, измереппых с помощью фотодатчика, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью получения оптимального режима горения, дополнительно формируют сигнал дисперсии пульсаций яркости факела с помощью дополнительного фотодатчика, смещенного относительно основного по высоте топки, сравнивают полученные приращения сигналов, увелиивают расход воздуха при одинаковых знаках приращения, и уменьшают его при разных зпаках.

Ш