Способ автоматического регулирования процесса горения в тепловых агрегатах

 

Использование: автоматическое регулирование процессом горения топлив в котельных агрегатах или других топливоиспользующих установках в условиях необходимости обеспечения требуемых нормативных значений экологических характеристик этих установок. Сущность изобретения: измеряют концентрацию оксидов азота, оксида углерода и бенз(а)пирена в дымовых газах. Находят суммарную условную токсичность выбросов. Определяют разность между найденной условной токсичностью и заранее определенной для заданной тепловой нагрузки нормативной токсичностью. Определенную разность используют в качестве корректирующего сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а конкретнее к автоматическому регулированию процессом горения топлив в условиях необходимости обеспечения требуемых нормативных значений экологических характеристик тепловых агрегатов, и может найти применение преимущественно в котельных установках тепловых электростанций и промышленных предприятий.

Известен способ автоматического регулирования процессов горения топлива в газомазутном паровом котле путем изменения расходов воздуха и рециркулирующих газов по содержанию кислорода в дымовых газах [1].

Этот способ не позволяет обеспечить минимальный выход оксидов азота и других токсичных компонентов с продуктами сгорания топлива.

Известен способ автоматического регулирования процесса горения в топке газомазутного парового котла, в котором снижение выбросов оксидов азота достигается путем корректировки расхода воздуха и рециркулирующих газов по сигналам, поступающим от датчиков концентрации азота и топлива в топке [2].

Недостатком прототипа является то, что возможности этого способа по снижению суммарной токсичности выбросов с продуктами сгорания топлив весьма ограничены. Это связано с тем, что при значительном снижении концентрации оксидов азота в топке котла, как известно, образуются продукты неполного сгорания топлива (например, оксид углерода) и канцерогенные вещества, представленные в основном бенз(а)пиреном. Выход продуктов неполного сгорания топлив и канцерогенных веществ особенно проявляется при применении получившего распространение двухступенчатого сжигания топлив. Поэтому при сжигании топлив для устранения недостатка прототипа требуется минимизировать не концентрацию оксидов азота в дымовых газах, а суммарную токсичность выбросов загрязняющих веществ, поскольку снижение выхода одних токсичных веществ влечет за собою в ряде случаев повышение содержания других.

За условную токсичность выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух с продуктами сгорания топлив принимают суммарное значение приведенной массы выброса загрязнений М= М_i= А_im_i, где М_i - приведенная масса выброса i-го токсичного вещества, усл.т; А_i - показатель относительной агрессивности примеси i-го вида (усл. т/т); m_i - масса выброса примеси i-го вида за принятый промежуток времени, т.

Согласно данным показатель относительной агрессивности составляет: для окиси углерода 1; для оксидов азота 41,1; для бенз(а)пирена 12,6^.10⁸.

Для каждой из нагрузок теплового агрегата при нормативных режимах работы заранее определяют условную токсичность выбросов, которую принимают за нормативное значение.

Цель изобретения - снизить суммарную токсичность выбросов загрязняющих веществ с продуктами сгорания топлив.

В соответствии с предлагаемым изобретением поставленная цель достигается тем, что по дополнительно измеренным концентрациям оксидов азота, окиси углерода и бенз(а)пирена находят суммарную токсичность выбросов этих загрязняющих веществ и сравнивают с заранее определенным для заданной тепловой нагрузки значением нормативной токсичности выбросов. По измеренным сигналам разности между фактической и нормативной токсичностью выбросов формируется сигнал, по которому осуществляется регулирование подачи рециркулирующих газов.

Существенным отличительным признаком предлагаемого изобретения является определение суммарной токсичности выбросов загрязняющих веществ с продуктами сгорания топлив и минимизация их уровня в сравнении с заданным значением. При этом количество рециркулирующих газов для заданной тепловой нагрузки котла устанавливается не по концентрации азота и топлива в топке, а по разности между фактической и нормативной токсичностью выбросов.

Для реализации изобретения предлагается система автоматического регулирования процесса горения. На чертеже изображена предлагаемая система. Система содержит датчики расхода топлива 1 и воздуха 2, газоанализаторы 3-5 для определения содержания в дымовых газах таких токсичных веществ, как оксидов азота, окиси углерода и бенз(а)пирена. В состав системы входит сумматор условной токсичности выбросов 6, подключенный по входному сигналу к выходам газоанализаторов 3-5, а по выходному сигналу сообщен с входом блока 7 расчета разности превышений условной токсичности выбросов над допустимым ее значением. На вход блока 7 подается сигнал от задатчика нормативной токсичности выбросов 8, а выход блока 7 сообщен с входом регулятора 9, который получает сигналы с датчика топлива 1 и датчика воздуха 2, а затем передает управляющий сигнал на направляющие аппараты 10 и 11 и таким образом регулируется подача рециркулирующих газов и воздуха в топку котла 12.

Предлагаемый способ автоматического регулирования процесса горения осуществляется следующим образом.

Для теплового агрегата, сжигающего органическое топливо, составляют нормативную характеристику условной токсичности выбросов с учетом режимов работы в пределах маневренности по нагрузке. При этом для всех нагрузок с помощью газоанализаторов 3-5 измеряют выбросы таких токсичных веществ, как оксидов азота, оксида углерода и канцерогенных веществ. По уровню валовых выбросов для каждой нагрузки определяют суммарную допустимую условную токсичность выбросов. Задатчик условной токсичности выбросов 8 настраивают по соответствующему уровню выбросов во всем интервале нагрузок теплового агрегата.

При изменении нагрузки агрегата от датчика расхода топлива 1 и датчика расхода воздуха 2 поступает сигнал на регулятор 9, а от газоанализаторов 3-5 поступает сигнал на сумматор токсичности 6, выход которого сообщен с блоком расчета разности превышенной условной токсичности выбросов над допустимым уровнем, значение которого для соответствующей нагрузки агрегата устанавливают задатчиком 8. Сформировавшийся сигнал в блоке 7 подается в регулятор 9, который дает управляющий сигнал на направляющие аппараты 10 и 11, которые обеспечивают требуемую подачу рециркулирующих газов и воздуха в топку котла 12. Таким образом обеспечивается нормативный выброс загрязняющих веществ с продуктами сгорания топлива по условной токсичности. В качестве примера для реализации предлагаемого способа приведены такие токсичные компоненты дымовых газов как оксиды азота, окись углерода, канцерогенные вещества. В случае изменения состава токсичных выбросов система может быть настроена соответствующим образом на другие вещества.

Технико-экономическая эффективность технического решения по заявке заключается прежде всего в том, что реализация предложенного способа регулирования процесса горения топлива в тепловых агрегатах позволит достигнуть сокращения платы за выбросы в атмосферу токсичных веществ, и в особенности избежать штрафов за превышение нормативных выбросов.

Формула изобретения

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ В ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТАХ путем изменения количества воздуха и рециркулирующих газов по соотношению топливо-воздух в зависимости от тепловой нагрузки и корректирующего сигнала, отличающийся тем, что, с целью снижения токсичности и выбросов загрязняющих веществ с продуктами сгорания топлива в окружающую среду, измеряют концентрацию оксидов азота, оксида углерода и бенз(а)пирена в дымовых газах, находят суммарную условную токсичность выбросов, определяют разность между найденной условной токсичностью и заранее определенной для заданной тепловой нагрузки нормативной токсичностью и определенную разность используют в качестве корректирующего сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1