Способ автоматического регулирования соотношения топливо-воздух в топке котла



Способ автоматического регулирования соотношения топливо-воздух в топке котла
Способ автоматического регулирования соотношения топливо-воздух в топке котла

 


Владельцы патента RU 2534920:

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) (RU)

Изобретение относится к теплоэнергетике, используется в системах автоматического регулирования паровых и водогрейных котлов. Техническим результатом изобретения является нахождение и поддержание режима работы котла с максимальным КПД путем регулирования соотношения «топливо-воздух» в топке котла изменением расхода дутьевого воздуха. Для этого постоянно измеряют расход воды, проходящей через котел, и температуры ее на входе и выходе котла, по значениям которых рассчитывают значение тепловой мощности котла, первоначально увеличивают расход воздуха рабочим органом на величину порядка 2%, через время тепловой инерции сопоставляют текущее значение тепловой мощности с предыдущим значением и дают команду рабочему органу на увеличение расхода воздуха в случае, если мощность оказалось больше предыдущего значения, или на уменьшение расхода, если мощность оказалась меньше предыдущего значения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, используется в системах автоматического регулирования паровых и водогрейных котлов.

Известно, что для обеспечения максимальной экономии топлива паровых и водогрейных котлов, т.е. для работы с максимальным КПД, необходимо снизить суммарные тепловые потери ∑(q2+q3+q4+q5):

η=PK/BQН=1-∑(q2+q3+q4+q5).

Здесь η - коэффициент полезного действия котла, PK=W(Tвых-Tвх) - тепловая мощность (тепловосприятие) котла, равная произведению расхода воды W через котел и ее нагреву в котле (Tвых-Tвх), В - расход топлива, Qн - низшая рабочая теплота сгорания топлива, q2 - относительная потеря тепла с уходящими газами, q3 - потеря тепла от химического недожога топлива, q4 - потеря тепла от механического недожога топлива в слое q и в уносе q4ун, q5 - потеря тепла от наружных поверхностей котла.

Потери тепла котла зависят от его топочного режима, главным образом, от соотношения «топливо - воздух», т.е. от коэффициента избытка воздуха α. Но эта зависимость неоднозначна: если с увеличением избытка воздуха для горения потеря тепла с уходящими газами q2, зависящая от температуры уходящих газов, и потеря тепла с уносом q4ун, зависящая от скорости газов в топке, растут, то потери q3 и q снижаются. Поэтому суммарные потери тепла ∑q зависят сложным образом от избытка воздуха α; существует минимум суммарных потерь тепла при оптимальном значении избытка воздуха αопт (Маргулова Т.Х. «Компоновка и тепловой расчет котлоагрегата» ГЭИ. М.-Л. 1956. 120 с.).

Существующие системы автоматического регулирования котлов, направленные на поддержание соотношения топливо-воздух, близкого к оптимальному, регулируют расход воздуха, сопоставляя измеренные значения некоторых параметров работы котла с заданными значениями, принятыми в качестве «оптимальных». Заданные «оптимальные» значения температуры уходящих газов Тух или содержания продуктов неполного сгорания топлива (СО, Н2, СН4) в уходящих газах находят в предварительных наладочных испытаниях котла для нескольких нагрузок. Полученные значения избытка воздуха а и соответствующие значения температуры и химического состава газов считают оптимальными для данной тепловой мощности (нагрузки) котла и используют для настройки задатчиков системы регулирования. Наиболее близким к предлагаемому способу является «Способ регулирования расхода воздуха» - Авт. свид. 1035343 А (15.08.83, бюллетень №30).

Недостатками известных способов являются:

1. Оптимальное соотношение «топливо-воздух» устанавливают и поддерживают не по минимуму суммарных потерь тепла ∑q, а по минимуму одной из потерь: q2 (Тух), или q3, не учитывая всех потерь тепла, в связи с чем КПД котла не будет максимальным, режим работы котла неоптимален.

2. Для осуществления способа необходимо проведение предварительных наладочных испытаний котла на нескольких нагрузках с определением многих параметров его работы. Для котлов, работающих на твердых топливах, эти испытания достаточно трудоемки.

3. Полученные в наладочных опытах значения параметров работы котла, принятых в качестве оптимальных, неоднозначны, поскольку качество топлива, особенно твердого (рядовых каменных и бурых углей), непостоянно, меняется даже во время наладочных опытов.

4. Необходима перенастройка задатчиков для каждой нагрузки котла при соответствующем расходе топлива, поскольку оптимальное соотношение топливо-воздух меняется. В связи с этим в переходных режимах работы котла система автоматического регулирования должна быть отключена.

Задачей предлагаемого изобретения является нахождение и поддержание максимального КПД работы котла путем регулирования соотношения «топливо-воздух» в топке котла изменением расхода дутьевого воздуха.

В результате использования предлагаемого изобретения обеспечивается работа котла с максимальным КПД.

В предлагаемом способе автоматического регулирования соотношения «топливо-воздух» путем изменения расхода дутьевого воздуха для горения постоянно измеряют расход воды W, проходящей через котел, и температуру ее на входе Tвх и выходе котла Tвых, по значениям которых рассчитывают значение тепловой мощности по выражению PK=W(Tвых-Tвх), первоначально увеличивают расход воздуха рабочим органом на небольшую порядка 1-2% величину, через время тепловой инерции сопоставляют текущее значение тепловой мощности PK с предыдущим значением, и дают команду рабочему органу на увеличение расхода воздуха в случае, если мощность PK оказалось больше предыдущего значения, или на уменьшение расхода воздуха, если мощность PK оказалось меньше предыдущего значения.

Для автоматизации способа используют анализатор, получающий на вход данные измерений расхода воды и температур ее на входе и выходе котла и вырабатывающий команды регулирующему органу. В качестве регулирующего органа используют устройство, изменяющее число оборотов дутьевого вентилятора.

Сущность предлагаемого способа поясняется на фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена схема автоматического регулирования котла,

На фиг.2 представлена зависимость мощности котла PK от расхода воздуха V.

Устройство для осуществления способа содержит котел 1, трубопроводы подвода воды 2 и отвода нагретой воды (пара) 3, подачу топлива 4, линию подвода воздуха 5, дутьевой вентилятор 6, измерительное устройство 7, анализатор 8, регулятор расхода воздуха (рабочий орган) 9.

Устройство работает следующим образом: вода поступает в котел 1 через трубу 2, нагревается, и выходит через трубу 3. Топливо в котел поступает по линии 4, воздух для горения - по трубопроводу 5. Измерительное устройство постоянно измеряет расход воды W и температуры ее на входе Tвх и выходе Tвых котла и направляет значения измеренных величин в анализатор 8. Анализатор рассчитывает мощность котла по выражению Р=W(Tвых-Tвх), сопоставляет с предыдущим значением и вырабатывает команду рабочему органу 9 на открытие или закрытие.

Способ автоматического регулирования осуществляют следующим образом.

При включении системы автоматического регулирования постоянно измеряют расход воды и ее температуры, рассчитывают мощность котла Р, первоначально увеличивают расход воздуха по команде рабочему органу на небольшую порядка 2% величину. Через время тепловой инерции (порядка 1 минуты для небольших котлов) сопоставляют текущее значение мощности PK=W(Tвых-Tвх) с предыдущим значением мощности, и дают команду рабочему органу на увеличение расхода воздуха (открытие) в случае, если мощность PK оказалось больше предыдущего значения PK, или команду на уменьшение расхода воздуха (закрытие), если PK оказалось меньше предыдущего значения. Таким образом находят и поддерживают максимальный КПД (максимальную мощность) при каждой нагрузке котла.

При работе парового котла при расчете мощности вместо температуры воды Tвых используют теплосодержание пара, зависящее от давления и температуры пара на выходе котла.

В переходных режимах работы котла предлагаемый способ будет работать аналогично.

Пример работы системы регулирования показан на фиг.2, где дано изменение тепловой мощности котла PK в зависимости от расхода воздуха. При работе котла в режиме, соответствующем точке 1, первоначальная команда от анализатора рабочему органу на увеличение расхода воздуха приводит к увеличению мощности P2≥P1. В связи с этим анализатором вырабатывается следующая команда рабочему органу на дальнейшее увеличение расхода воздуха. Таким образом, режим работы котла приблизится к оптимальному (максимальной мощности и КПД).

Если исходный режим работы котла соответствует точке 2, то первоначальная команда на увеличение расхода воздуха приведет к снижению мощности, и команда, вырабатываемая анализатором, будет дана на уменьшение расхода воздуха. Режим работы котла будет приближаться к оптимальному. Таким образом, система регулирования постоянно вырабатывает команды на увеличение или уменьшение расхода воздуха, приближая режим работы котла к оптимальному.

При теплотехнических испытаниях водогрейного котла «Братск» со слоевой колосниковой топкой на каменном угле Кузнецкого месторождения марки 2СС при тепловой мощности 0,82 МВт измеренный КПД котла составил 0,77. При этом оптимальное значение коэффициента избытка воздуха составило 1,45.

1. Способ автоматического регулирования соотношения топливо-воздух в топке котла путем изменения расхода дутьевого воздуха для горения топлива, отличающийся тем, что постоянно измеряют расход воды W через котел и температуру ее на входе Tвх и выходе котла Tвых, по значениям которых определяют тепловую мощность котла по выражению PK=W(Tвых-Tвх), первоначально увеличивают расход воздуха рабочим органом на величину порядка 2%, и через время тепловой инерции сопоставляют текущее значение тепловой мощности PK с предыдущим значением, и дают команду рабочему органу на увеличение расхода воздуха в случае, если PK оказалось больше предыдущего значения, или на уменьшение расхода воздуха, если PK стало меньше предыдущего значения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сопоставление значений мощности PK выполняют анализатором, который получает на вход данные измерений расхода воды и температур ее на входе и выходе котла и вырабатывает команды рабочему органу на увеличение или уменьшение расхода воздуха.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве регулирующего органа используется устройство, изменяющее число оборотов дутьевого вентилятора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для контроля и регулирования режима горения теплогенерирующих установок. .

Изобретение относится к устройству (20) измерения давления для измерения давления в среде горения внутри газовой турбины, к способу измерения давления в среде горения внутри газовой турбины.

Изобретение относится к теплоэнергетике, касается автоматизации барабанных паровых котлов, а именно экономичности процесса горения в топке. .

Изобретение относится к автоматизации теплоэнергетических объектов, в частности к автоматическому регулированию котла с пылесистемами прямого вдувания. .

Изобретение относится к системе управления подачей и сжиганием пылевидного топлива. .

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при регулировании подачи воздуха в топку отопительного котла. .

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к автоматическому регулированию процесса горения в топке котлоагрегата. .

Изобретение относится к устройству для регулирования топливоокислительной смеси в подводящем трубопроводе горелки, содержащему устройство для изменения состава топливоокислительной смеси и измерительный прибор для регистрации состояния топливоокислительной смеси при горении, а также схему для управления устройством для изменения состава в зависимости от зарегистрированного измерительным прибором состояния.

Изобретение относится к области энергетики. Дозатор включает в себя дозирующую емкость (DB) и, по меньшей мере, один шлюз (S), расположенный выше по потоку, для плавной, непрерывной, дозированной подачи пылевидного насыпного материала из легких, полидисперсных частичек из устройства обеспечения (В, SG) в несколько транспортных труб (FR1, FR2, FR3) к потребителю, расположенному ниже по потоку, причем дозирующая емкость (DB) и шлюз (S) имеют по одному разгрузочному устройству (AE/DB, AE/S) и причем на каждой транспортной трубе (FR1, FR2, FR3) установлен зонд для измерения потока материала (FIC1, FIC2, FIC3), а дозирующее устройство имеет регулятор давления для регулирования разности давлений между дозирующей емкостью (DB) и потребителем. Разгрузочное устройство (AE/DB) дозирующей емкости (DB) для каждой из транспортных труб (FR1, FR2, FR3) имеет ей принадлежащий и в нее входящий регулятор течения пылевидного потока (FI1, FI2, FI3), причем зонд для измерения потока материала (FIC1, FIC2, FIC3) соединен с регулятором течения пылевидного потока (FI1, FI2, FI3), который входит в соответствующую транспортную трубу (FR1, FR2, FR3), и разгрузочное устройство (AE/S) шлюза (S) входит через регулятор течения пылевидного потока (F14) в дозирующую емкость (DB). Регулятор давления для первого регулирования разности давлений (PDC1-2) в шлюзе (PIS1) и дозирующей емкости (РI2) соединен, по меньшей мере, с одним измерителем давления (PIS1), принадлежащим шлюзу (S), и одним измерителем давления (PI2), установленным на дозирующей емкости (DB), для второго регулирования разности давления (PDC3-R) в дозирующей емкости при разгрузке и в потребителе соединен с измерителем давления (РI3), принадлежащим разгрузочному устройству (AE/DB) дозирующей емкости (DB), и измерителем давления (PIR), который включает регулирование разности давлений между дозирующей емкостью (DB) и потребителем, причем регулятор давления управляет давлением в дозирующей емкости (РI3) в зависимости, по меньшей мере, от второго регулирования разности давлений (PDC3-R), и причем регулятор давления для первого управления разностью давления (PISA4-PIS1) между давлением в устройстве обеспечения (PISA4) и давлением в шлюзе (PIS1) соединен с измерителем давления (PISA4), принадлежащим устройству обеспечения (SG, В), и с измерителем давления (PIS1) шлюза (S), и управляет давлением в шлюзе (PIS1) в зависимости, по меньшей мере, от одного уровня наполнения шлюза (LIS/S) и первого регулирования разности давлений (PISA4-PIS1) путем приведения в действие, по меньшей мере, одного вытяжного устройства (V), выполненного с возможностью соединения со шлюзом (S). Изобретение позволяет обеспечить непрерывную, дозированную подачу пылевидного топлива. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу управления воздушным потоком, подаваемым в камеру сгорания, и к камере сгорания. Камера сгорания газовой турбины содержит корпус с трубопроводом подачи топлива для подачи топлива в корпус и трубопроводом подачи воздуха-носителя для подачи воздуха в корпус. Упомянутая камера сгорания также содержит регулирующую систему для регулировки массового расхода воздуха-носителя, подаваемого в корпус, согласно характеристикам топлива. Трубопровод подачи топлива и трубопровод подачи воздуха-носителя соединены с по меньшей мере общим соплом. По меньшей мере общее сопло используется как для впрыскивания топлива, так и воздуха-носителя. Регулирующая система выполнена с возможностью поддержания импульса топлива и воздуха-носителя, по существу постоянным. Регулирующая система содержит датчик для измерения отличительной характеристики топлива, дросселирующий клапан, соединенный с трубопроводом подачи воздуха-носителя, блок управления, для управления дросселирующим клапаном на основании отличительной характеристики топлива, измеренной датчиком. Обеспечивается корректировка смешиваемых количеств топлива и воздуха, снижение выбросов и эффективная работа, в том случае, когда состав топлива изменяется со временем. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх