Вычислительное устройство автоматической системы управления процессом горения в котлоагрегате Советский патент 1982 года по МПК F23N3/00 

, - , ;, . Устройство относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при автоматической оптимизации процесса горения в котлоагрегате энергетического блока. Иэвестио устройство автоматического управления, содержащее аналого-цифровой прео аэователь, соединенный с датчиками температуры, блок сравнения, дешифратор предельных значений и блок регулирования 1. Недостатками этого устройства являются низкая точность из-за двухпозициониого регулирования и невозможность его использоваиия для управления процессом горения с целью (нггамюации. Наиболее близким к предлагаемому является вычислительное устройство автоматической системы управления процессом горения в котлоагрегате, содержащее регулятор о&цего воздуха, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с датчиками, характеризующими процесс горения, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам блока сравйения, соединенного с анализатором корректирующих воздействий, и блок регулирования, подключенный к цепям регулирования шиберами горелок 2. Недостатком устройства является низкая точность и невозможность использования для оптимизации процесса горения. Цель изобретения - повышение точности работы при оптимизации процесса горения. Указанная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит задатчики оптимальных значений кислорода и химического недожога, подключенные к вторым входам блока сравнения, блок операторных ключей с внешними цепями управления, переключатель управления, соединенный с регулятором общего воздуха, и коммутатор управляющих воздействий, включенный между блоком регулирования и цепями регулирования шиберами горелок, причем первый управляющий вЫЧод анализатора корректирующих воздействий подключен к задатчи{ у оптимального значения Кислорода второй - коммутатору управляющих воздействий, остальные три выхода - Разрешение, Зйпрет, и Реверс - к входам блока операторных ключей, первый задающий выход которого соединен с задатчиКом оптимального значения кислорода, а второй регулирующий выход соединен с входами блока регулирования, переключателя управления и анализатора корректирующих воздействий. На фкг, 1 представлена структурная схема предлагаемого вычислительного устройства; на фИг. 2 - графики, поясняющие принцип работы устройства. Вычислительное устройство автоматической системы управления содержит аналогово-цифровой преобразователь 1, соединенный с датчи ками, характеризующими процесс горения: кис лородомером 2 и хроМатографическим газоана лизатором 3. Информационные выходы аналого цифрового Т1реобразователя подключены к соответствующим входам блока 4 сравнения, который соединен с анализатором 5 корректирующих воздействий. Ко вторым входам блока сравнения подключены задатчики оптимальных значений -кислорода и химического недожога. Вычислительное устройство содержит так же блок 8 операторных ключей с внешними цепями управления Д и О, переключатель 9 управления, соединенный с регулятором общег воздуха (РОВ), блок 10 регулирования и ком мутатор 11 управляющих воздействий, . ключенный к цепям регулирования шиберами горелок. Перв41Й управляющий выход анализатора 5 корректирующих воздействий подключен к задатчику 6 оптимального значения кислорода, второй - к коммутатору 11 управляющих воздействий, остальные три выхода - Тазрещение, Запрет, и Реверс - к входам блока 8 операторных ключей. Первый зaдajющий выход блока операторных ключей подключен к задатчику. 6 оптимального значения кислорода, соединенного , с корректором кислорода (КК), а второй регулирующий выход соединен с входами блок 10 регулирования переключателя управления 9 и анализатора 5 корректирующих воздействий. Выход блока регулирования подключен к общему входу коммутатора И управляющих воЗдействий. Аналого-цифровой преобразователь 1 служит для преобразования аналоговых сигналов, поступающих ка его входы от кислородомера 2, измеряющего содержание кислорода и от хроматографического газоанализатора 3, определяющего концентрацию продуктов химичес кого недожога в уходящих газах, в двоичный унитарный код. Блок 4 сравнения вырабатывает сигналы Меньше, Равно, и Больше по кислороду и химическому недожогу путем сравнения с оптимальными значениями. Анализатор 5 корректирующих воздействий служит для выработки управляющих воздействий в блок 10 регулирования через-блок 8 операторных ключей при оптимизации локальных избытков воздуха, для выбора опти лального значения кислорода в задатчике 6 в зависимости от оптимального значения химического недожога и для переключения коммутатора 11 управляющих воздействий. Блок 8 операторных ключей, соединенный с внешними цепями управления Д и О, служит для выбора оптимального значения кислорода в задатчике 6 вручную или автоматически -в зависимости от нагрузки и для вьщачи управляющих воздействий в РОВ через переключатель 9 управления, в блок 10 регулирования, и в анализатор 5 корректирующих воздействий. Переключатель 9 управления обеспечивает отключение РОВ от объекта управления, при. оПхимизации локальных избытков воздуха. Блок 10 регулирования служит для формирования сигналов определенной длительности, пропорциочальной чувствительности исполнительных органов шиберов горелок Коммутатор 11 управляющих воздействий Используется для распределения сигналов регулирования по шиберам горелок. Оптимальное значение избытка кислорода в уходящих газах для газомазутных котлов без учета чувствительности аппаратуры авторегулирования лежит на пересечении графика зависимости потерь тепла с уходящими газами , плюс потери тепла на тягу и дутье от избытка кислорода (Qj) и графика потерь тепла с химическим недожогом от избытка кислорода (Оз), так как суммарные потери тепла QI будут минимальными в точке Оюпт (фиг.2), что будет соответствовать максимальному значению КПД котлоагрегата. Точка оптимума имеет место, как правило, при некотором химическом недожоге. Следовательно, точке будет соответствовать точка оптимальной величины химического недожога Как видно из фиг. 2, избыток кислорода и содержание продуктов химического недожога HZ Изменяются в противоположных направлениях при отходе от оптимальной точки. Задача РОВ с КК, состоит в стабилизации текущего значения кислорода Oj в „соответствии с заданным значением кислорода Оззд, равным например, Оюпт в зоне ± S, лежащей в окрестности точки 02 опт-- где S -чувствительность аппаратуры авторегулирования. С учетом чувствительности 5 за точку оптимума целесообразно выбирать смещенную точку (Оаопт + 6) Точка лптимума является индивидуальной для каждого котлоагрегата и опредепяется при проведении теплотехнических испытаний. Однако оптимальное значение кислорода, помимо временных факторов, зависит от электрической нагрузки энергоблока N и локальных избытков воздуха Oncf Оюпт f(N),(1) Озопт (Ojjrt) (2) Зависимость (1) является определенной. Она может быть рассчитана и учтена при построении вычислительного устройства автоматической системы управления в виде набора постоянных. K.jO2onTH (3) где Огопт и Огопт-.н. - оптимальные значения избытка кислорода соответственно при j-ой и номинальной нагрузках; Kj - поправочный коэффи циент для j-ой нагру , , : ки. -; Зависимость (2) не может быть рассчитана, так как в уходящих газах измеряется среднее значение кислорода О 5l-. (4) Ггср ;}ti и а составляющие являются неопределенны tm. Оптимальный режим будет поддерживаться в определенной зоне регулятором общего воздуха с корректором кислорода при равномерном распределении воздуха по горелкам. В случае неравномерного распределения воз духа по горелкам, которое происходт по мно гим причинам, содержание кислорода з уходя щих газах возрастает, что приводит к увеличенню потерь тепла Oj, хотя потери Qj уменьшаются, и к отходу от точки оптимума. Кроме того, увеличение кислорода в уходящих газах усиливает низкотемпературную коррозию и загрязнение окружающей среды. В этом случае регулятор общего воздуха с корректором кислорода не в состоянии суабилизировать расход воздуха в окрестности точки Увеличение избытка кислорода в уходящих газах не является достаточным условием неравномерности распределения воздуха по горелкам, т.е необходимо дополнительное условие. Таквк дополнительным условием является уменьшение содержания водорода в уходящих газах относительно НюптТаким образом, контроль соотношения меж ду избытком кислорода и содержанием водорода в уходящих газах, позволяет выявить перекосы в распределении воздуха по горелкам и произвести выравнивание локальных избытков воздуха. Аналогичным контролем осуществляется выявление условий для перехода на другое оптимальное значение избьгтка кислорода. Выравнивание локальных избытков воздуха может быть получено путем регулирования щиберов горелок таким образом, чтобы на каждои из них достичь вьшолнения условия, при котором текущее значение водорода равнялось бы оптимальному заданному. Переход на другое оптимальное значение избытков кислорода может быть получен путем переключения. Устройство работает следующим образом. При включении устройства все блЬки устанавливаются в исходное положение, при котором на блок 4 сравнения через задатчики 6 и 7 оптимальных значений кислород и химического недожога подаются коды соответствующих заданий, которые набираются оператором (О) или другими вншеними устройствами, а на вход КК с «выхода задагшка б безударно подается напряжение оптимального задания по кислороду. Коммутатор П управляющих воздействий находится в нейтральном положении. Работа осуществляется по Щ1клам, равным времени измерения самого инерцион ного датчика - хроматографического газоанализатора 3. В каждом цикле производится измерение в уходящих газах текущих значений кислорода 02 и водорода Hj которые аналогоцифровым преобразователем 1 преобразуются в унитарный двоичный код. Полученные коды поступают в блок 4 сравнения, где сравниваются с предельно допустимыми значениями, .пос1упаюш ми с задатчиков б и 7 оптимальных значений кислорода и хи1иического н едожога. Предельно заданные значения по кислороду 02, Oj и химическому недожогу Н2 соответственно ; равны Oj -HOionT h i COi3 COzonT cf) Cbil Hiont де А - зона регулирования регулятора общего воздуха (см. фиг. 2), причем Д 6. Учен зоны регулирования достаточен только о кислороду. Аналоговый сигнал, подаваемый с задатчика б на вход КК, соответствует 02опт В результате сравнения текущих значений еличин с предельно заданными блок 4 сравнения формирует две группы сигналов по кислороду и водороду из возможных резульатов - Меньше||, Равно и Больше поступающих в блок 5 анализатора корректирующих воздействий. Анализатор 5 формиру ет одно из следующих условий oJsO $ o l|V4-.CHxl; . На 1:Нг1. , .НгЧНгЗ Каждое из условий отображается оператору через задатчик б оптимального значения кисл рода в виде соответствующих сигналов: Нор ма, Тегулирование, Несоответствие и Неисправность. Условие (6) означает, что процесс горения в котлоагрегате осуществляется оптимальным образом. Если выявляется условие (7), то оно свидетельствует, что оптимальное значение кислорода становится функцией локальных избытков кислорода в соотной1ении с выра,жением (2). В этом случае анализатор S кор ректируюших воздействий вырабатывает сигнал разрешающий регулирование, который поступа ет в блок 8 операторных ключей. Блок 8 операторных ключей формирует окончат1вльный сигнал регулирования только в том случае, если существует разрешение одновременно по двум внешним цепям: от диспетчера (Д) и оператора или оперативного устройства (О), что связано с отключением РСШ от объекта регулирования. Выходной сигнал блока 8 через переключа тель 9 управления производит отключение РОВ, обеспечивая возможность погорелочного регулирования путем воздействия на ошберы горелок. Этот же сигнал Поступает в блок 10 регулирования и в анализатор 5 корректируюашх воздействий, где запоминается tta время регулирования по всем горелкам, а коммутатор 11 управляющих воздействий подключается к одному из ошберов горелок, .П{ 1нямае мому за первый. С этого момента формируется только вторая часть выражения (7), относящаяся к водороду. Сформированный в блоке 10 регулирования сигнал через коммутатор И управляющих воз действий прикрывает шибер первой горелки на определенную величину, пропорциональную двойной чувствительности 2 5. При этом подача на первую горелку уменьшается, что приводит к некоторому понижению текущего значения кислорода в уходящих газах и к повышению величины водорода. При зтом возможны два случая: а) значение избытка кислорода для данной горелки до регулирования равняется оптимальному значению Озопт. 1,2 ... п и б) значение избытка кислорода больще Ojont.i 5. В первом случае при первом же шаге регулирования текущего значения Hj рбзко возрастает при незйачительном уменьшении Oj, так как точка кислорода OjonT является критической (кривая Оз на фиг. 2). Позтому при повторном цикле измерения имеет место неравенство н, н,) При этом анализатор 5 корректирующих воздействий через блок 8 операторных ключей вырабатывает сигнал Реверс, который в блоКС 10 регулирования формируется в регулируюишй сигнал обратной полярности и, воздействуя через коммутатор 11 управляющих воздействий, первый шибер возвращается в исходное положение. Задержанный сигнал Реверс попадает обратно в анализатор 5 корректирующих воздействий и устанавливает в нем такое состояние, при котором коммутатор 11 управляющих воздействий подключается ко второму шибе V Р ™™ « «гнал при наличии в анализаторе 5 хранящегося сигнала регулирования проходит в цепь разрешения регулирования, осуществляя прикрытие второго шибера аналогично первому с проверкой полученного результата в следующем цикле измерения. Работа устройства аналогична для всех шиберов, для которых выполняется условие (10), до нахождения шибера, для которого значение избытка кислорода больше О2опт1 , то есть имеет место 2-й случай. ВР втором случае регулирование осуществляется при каждом цикле измерения до тех пор, пока не вьшолняется условие (10) или равенство (И) На Н, При условии (10) имеем первый случай. Появление сигаала равенства (11) на выходе анализатора 5 корректирующих воздействий приводит к возврату шибера на половину регулирующего шага и установке анализатора 5 в исходное положение. Возврат |цибера на половину регулирующего шага приводит к смещению точки на величину 6. Установка анализатора 5 в исходное положение означает окончание регулирования равномерного распределения воздуха по горелкам независимо от номера горелки. При этом переключатель 9 возвращается в исходное положение и подключает РОВ к объекту регулиования. Окончание регулирования через задатчик 6 оптимальных значений кислорода индицируется оператору. В очередном цикле измерения выполияется условие (6) - ЕЬрма. Если при работе котлоагрегата выявляется условие (8), то это означаеу, что заданное оп тимальное значение водорода не соответствует заданному оптимальному значению кислорода в Пределах выбранной зоны регулирования Д. В этом случае информационный сигнал с анализатора 5 корректирующих воздействий поступает в задатчик 6 оптимальных значений кислорода, сигнализируя оператору данное условие. Если существует разрешение на изменение задания по кислороду, то этот сигнал выбирает в задатчике 6 другое оптимальное значение кислорода, чтобы выполнялось условие (6). Условие (9) отображается оператору как технологическая неисправность. Применение в предлагаемом вычислительном устройстве автоматической системы управ ления задатчиков оптимальнь1Х значений кислорода и химического недожога, блока операторных ключей, переключателя управления и коммутатора управляющих воздействий, связанных определенным образом между собой и с известными блоками, позволяет повысить точность оптимизации процесса горения газомазутных котлов энергоблока. Это обеспечивает значительный экономический эффект за счет снижения удельного расхода топлива при работе котлоагрегатов. Формула изобретения Вычислительное устройство автоматической системы управления процессом горения в ко лоагрегате, содержащее регулятор общего воз духа аналого-цифровой преобразователь, соеди ненный с датчиками, характеризующими проИцесс горения, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам блока сравнения, соединенного с анализатором корректирующих воздействий, и блок регулирования, подключенный к цепям регулирования шиберами горелок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно содержит задатчики оптимальных значений кисло рода и химического недожога, подключенные к вторым входам блока сравнения, блок операторных ключей с внешними цепями управления, переключатель управления, соединенный с регулятором общего воздуха, и коммутатор управляющих воздействий, включенный между блоком.регулирования и цепями регулирования ишберами горелок, причем первый управляющий выход анализатора корректирующих воздействий подключен к задатчику оптимального значения кислорода, второй - к коммутатору управляющих воздействий, остальные три выхода Разрешение, Запрет и Реверс - к входам операторных ключей, первый задающий выход которого соединен с задатчиком оптимального значения кислорода, а второй регулирующий выход соединен с входами блока регулирования, переключателя управления и анализатора корректирующих воздействий. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Хутский Г. И. и др. Цифровое вычислительное устройство системы автоматического управления пуском энергетического блока. Приборы и CHCTeiyibi управления, 1968, N11, с. 28. 2.Авторское свидетельство СССР № 638967, кл. G 06 F 15/20, 1972. HuuSepQH юрелоя

Н, Q%

UfZ