Способ автоматической оптимизации процесса сжигания топлива переменного состава

Изобретение относится к способам и устройствам для сжигания топлива переменного состава. Изобретение предназначено преимущественно для сжигания топлива (смесей углеводородов) неопределенного состава, таких как попутный газ, отходы нефтегазопереработки, и может найти применение для оптимизации процесса сжигания или дожигания топлив неопределенного состава на предприятиях для выработки тепловой или электрической энергии. Способ автоматической оптимизации процесса сжигания топлива, основанный на непрерывном измерении расхода топлива и температуры теплоносителя на выходе теплообменника топливосжигающего устройства, при котором производят однократное снижение расхода топлива, обеспечивающее возможность конкретизации тенденции изменения удельной теплоты сгорания топлива, неизвестной в результате произвольных изменений состава используемого топлива, синхронизируют темп изменения температуры на выходе теплообменника с темпом изменения расхода топлива, далее совершают одновременные и/или неодновременные взаимосвязанные дискретные изменения расхода топлива и подачи воздуха в топливосжигающее устройство согласно одному из алгоритмов оптимизирующих действий, реализуемых компьютером по заданной программе, с обеспечением возможности упрощения способа оптимизации процесса сжигания топлива и повышения точности достижения оптимальных параметров. При этом в качестве показателя оптимизации используется минимально возможный расход топлива, сжигание которого обеспечивает заданную температуру теплоносителя на выходе теплообменника. Изобретение позволяет оптимизировать процесс сжигания топлива переменного состава, а также позволяет снизить трудоемкость процесса оптимизации и повысить оперативность во времени, при одновременном упрощении конструкции системы управления, с сокращением количества выполняемых операций в целом. 1 ил.

 

Изобретение относится к способам и устройствам для сжигания топлива переменного состава. Предназначено преимущественно для сжигания топлива (смесей углеводородов) неопределенного состава, таких как попутный газ, отходы нефте-газопереработки. Может найти применение для оптимизации процесса сжигания или дожигания топлив неопределенного состава на предприятиях для выработки тепловой или электрической энергии.

Из исследованного уровня техники известно, что при добыче нефти одновременно извлекают растворенный (в нефти) попутный нефтяной газ (далее по тексту - ПНГ), который является смесью легкого углеводородного газа (метан -CH4) с тяжелыми углеводородными составляющими и этим существенно отличается от природного газа, где основным составляющим является метан. Еще более тяжелые, чем в ПНГ, углеводородные газы содержатся в составе газообразных продуктов, сопровождающих производственные процессы, например при нефтепереработке. Состав сопровождающих производственные процессы попутных газов претерпевает существенные неуправляемые изменения во времени в зависимости от стадии процесса производства.

При этом существенно изменяются теплотехнические характеристики сжигаемого топлива, например его теплотворная способность:

- температура продуктов сгорания;

- потребность в необходимом количестве окислителя для сжигания.

Так же произвольно, неуправляемо изменяются тепловыделение от сгорания топлива и коэффициент полезного действия (далее по тексту - КПД) топливосжигающего устройства. Как известно из уровня техники, например на территории России, более 80% объема получаемого попутного газа приходится на пять компаний, добывающих нефть и газ: ОАО "НК Роснефть", ОАО "Газпром нефть", ОАО "Нефтяная компания ЛУКОЙЛ", ОАО "ТНК-BP Холдинг", ОАО "Сургутнефтегаз".

Согласно официальным данным, страна ежегодно добывает более 50 млрд кубометров ПНГ, из них:

- 26% идет на переработку;

- 47% используется в промышленных целях;

- 27% сжигают в факелах.

Таким образом, проблема сжигания ПНГ и отходов нефтехимического производства является актуальной не только в РФ, но и за рубежом.

При этом из исследованного уровня техники заявителем не выявлены технические решения, обеспечивающие решение проблемы по сжиганию данных углеродсодержащих продуктов.

Известен способ автоматической оптимизации процесса горения в топке парового котла по патенту РФ №2425290, сущностью является способ автоматической оптимизации процесса горения в топке барабанного парового котла, имеющего топочные экраны, путем измерения параметров, характеризующих КПД котла и соотношение топливо-воздух соответственно, определения отклонений измеренных сигналов от своих заданных значений, последующего изменения с помощью корректирующего регулятора расхода воздуха по сумме этих отклонений и осуществления экстремального регулирования, отличающийся тем, что в качестве параметров, характеризующих КПД котла, используют текущий тепловой поток, поступающий из топки в циркуляционный контур барабанного котла; текущий тепловой поток, вносимый в топку котла с топливом; корреляционное измерение временного сдвига указанных тепловых потоков; синхронизированное отношение указанных тепловых потоков и определяют корреляцию указанного отношения с расходом воздуха, по которой осуществляют экстремальное регулирование с целью устранения оксида углерода и поддержания оптимальной концентрации кислорода в продуктах сгорания.

В известном техническом решении показателем оптимальности процесса горения является тепловой КПД котла, который определяют по измеренным значениям теплового потока, поступающего из топки в циркуляционный контур котла и теплового потока, вносимого топливом в топку.

Известный способ осуществляют путем измерения характеризующих КПД котла параметров и соотношения топливо-воздух, определения отклонений измеренных сигналов от заданных значений, последующего изменения с помощью корректирующего регулятора расхода воздуха по сумме этих отклонений и осуществления экстремального регулирования. В качестве характеризующих КПД котла параметров используют:

- поступающий из топки в циркуляционный контур барабанного котла текущий тепловой поток;

- вносимый в топку котла с топливом текущий тепловой поток;

- корреляционное измерение временного сдвига указанных тепловых потоков;

- синхронизированное отношение указанных тепловых потоков.

Определяют корреляцию указанного отношения с расходом воздуха, по которой осуществляют экстремальное регулирование. Для оптимизации горения: 1 - измеряют расход топлива, 2 - измеряют расход воздуха, 3 - определяют соотношение топливо-воздух, 4 - измеряют текущий тепловой поток, поступающий из топки в циркуляционный контур барабанного котла, 5 - измеряют текущий тепловой поток, вносимый в топку котла с топливом, 6 - выполняют корреляционное измерение временного сдвига указанных тепловых потоков, 7 - синхронизируют отношение указанных тепловых потоков, 8 - определяют отклонения измеренных тепловых потоков от своих заданных значений, 9 - вычисляют текущие значение КПД и его отклонение от среднего значения, 10 - определяют корреляцию текущего расхода воздуха с текущими отклонениями КПД и теплового потока, вносимого топливом в топку котла от соответствующих средних значений, 11 - по результатам действий осуществляют экстремальное регулирование воздуха с выходом котлоагрегата на максимальное значение КПД.

Итого, для оптимизации горения по известному аналогу осуществляют 11 операций (действий), на выполнение которых нередко затрачивают время, превышающее продолжительность процессов изменения свойств используемого топлива, например попутных газов производственных процессов, например производства полиэтилена. В этих случаях эксплуатация топливосжигающего устройства происходит в неоптимальных условиях, с негативными последствиями.

Так, при утилизации газообразных отходов производства, например путем сжигания, состав отходов существенно зависит от стадии производственного процесса, и он (состав) изменяется нерегулируемо во времени. Происходящие неконтролируемые изменения состава топлива нарушают оптимальность режима сжигания топлива, ухудшают теплотехнические, экологические, экономические характеристики эксплуатации топливосжигающего устройства.

Таким образом, при использовании аналога не представляется возможным обеспечить стабильную теплопроизводительность топливосжигающего устройства посредством регулирования расхода воздуха без корректировки расхода топлива, что не обеспечивает возможность выполнить оптимизацию процесса сжигания топлива с изменяющимися теплотехническими характеристиками.

Другим недостатком известного способа является его большая трудоемкость и инерционность во времени процесса регулирования в силу постоянно меняющегося во времени состава отходов.

Таким образом, выявленные недостатки существенно ограничивают область применения аналога, т.к. он применим только в случаях, когда персоналу котельной заранее известны состав и удельная теплота сгорания топлива - при расчетах считающиеся неизменными во времени показатели.

Из известного уровня техники заявителем выявлен наиболее близкий аналог, выбранный в качестве прототипа по патенту Франции №1477667, под названием «Усовершенствование систем управления устройств сжигания жидкостей, в частности печей нефтеперерабатывающих заводов», сущностью которого является улучшение работы устройств сжигания жидкостей, в частности печей нефтеперерабатывающих заводов, которое в основном характеризуется следующими признаками, взятыми в отдельности или в целом: система управления процессом горения в печи, включающая в себя измерение соотношения массы воздуха к топливу устройствами, присутствующими в камере сгорания; эти устройства включают средства регистрации физических величин, таких как температура и расход, во-первых, жидкого топлива, впрыскиваемого в печь, во-вторых, одной или нескольких жидкостей, циркулирующих в теплообменниках, расположенных в зоне излучения и в конвективной зоне, а также вычислительные средства, обрабатывающие эти данные, чтобы дать значение соотношения между массой воздуха и топлива, соответствующего этим величинам, система по п. 1, в которой устройство для измерения необходимого количества воздуха, подаваемого в печь, включает в себя средства для определения суммарного подвода тепла, вносимого горючими жидкостями через все горелки, состоящие из устройств, подключенных к каждому подводящему топливо трубопроводу, измеряющих подвод тепла через каждую горелку, суммирующих значения этих тепловых потоков, чтобы дать значение общего ввода тепла в горелки, система по п. 2, имеющая средства для определения отвода тепла в теплообменниках, расположенных в зоне излучения, включающие датчики, измеряющие входную и выходную температуру жидкостей, циркулирующих в этих теплообменниках, датчики расхода жидкостей в этих теплообменниках и расчетную схему, которая на основании измеренных температур и расходов, а также энтальпийных характеристик жидкостей определяет значение подводимого тепла; необходимое отношение расхода воздуха к расходу топлива обеспечивается вычислениями, которые корректируют имевшееся в печи отношение, связывая его с теплоподводом через горелки и теплоподводом в теплообменнике зоны излучения, система по п. 2, имеющая средства для определения отвода тепла в теплообменниках, расположенных в конвективной части печи, включающие датчики, измеряющие входную и выходную температуру жидкостей, циркулирующих в этих теплообменниках, датчики расхода жидкостей в этих теплообменниках и расчетную схему, которая на основании измеренных температур и расходов, а также энтальпийных характеристик жидкостей определяет значение подводимого тепла; необходимое отношение расхода воздуха к расходу топлива обеспечивается вычислениями, которые корректируют имевшееся в печи отношение, связывая его с теплоподводом через горелки и теплоподводом в конвективные теплообменники, система по п. 2, имеющая средства для определения согласно пп. 3 и 4, теплоподвода в радиационные и конвективные теплообменники, в которой имеется комбинация вычислительных элементов, решающих энтальпийное уравнение печи и связывающих отношение воздух-топливо с величинами тепловых потоков в теплообменниках и через горелки, система по п. 1, имеющая автоматическое устройство для регулировки расхода воздуха в сочетании с измерительными устройствами, определяющими отношение воздух-топливо, и сервосистемой, включающее механическое устройство, контролирующее подачу воздуха в печь и определяющее коэффициент избытка воздуха, система по пп. 1-6, в которой вычислительные средства имеют возможность вырабатывать аналоговые сигналы.

Известное техническое решение, выбранное в качестве прототипа, дает возможность регулировать расход топлива, тем самым устраняется один из недостатков аналога (приведенного выше).

Основными недостатками известного технического решения являются:

- сложность аппаратурного исполнения, т.к. система содержит более 130 элементов конструкции, при этом система управления процессом горения в печи включает в себя средства регистрации физических величин, таких как температура и расход, как воздуха, так и жидкого топлива, впрыскиваемого в печь, предусматривающих возможность сжигания одной или нескольких жидкостей, циркулирующих в теплообменниках, расположенных в зоне излучения и в конвективной зоне,

- применение вычислительных средств для большего (чем в заявленном техническом решении) массива параметров, подвергающихся обработке, для определения имеющихся в печи постоянно меняющихся во времени соотношений:

- воздух-топливо,

- тепловых потоков, проходящих через горелки,

- тепловых потоков в радиационном и конвективном теплообменниках. Указанные измерения выполняются с целью обеспечения возможности дальнейшей корректировки соотношения воздух-топливо, соответствующего этим материальным и тепловым потокам.

Таким образом, известная система характеризуется не только сложностью конструкции в целом, но и сложностью управления процессом горения, приводящей к запаздыванию реакции на изменения характеристик топлива, в силу чего не обеспечивается возможность оперативной регулировки расходов подаваемого в топку топлива и воздуха и, как следствие, указанное известное техническое решение не обеспечивает возможность оптимального сжигания топлива переменного состава.

Целью предлагаемого изобретения является оптимизация процесса сжигания топлива переменного состава, включая его (состава) случайные неконтролируемые изменения с течением времени, устранение недостатков прототипа, состоящее в снижении как трудоемкости процесса оптимизации и повышении его оперативности во времени, при одновременном упрощении конструкции системы управления, так и сокращении количества выполняемых операций в целом.

Сущностью заявленного технического решения является способ автоматической оптимизации процесса сжигания топлива, основанный на непрерывном измерении расхода топлива и температуры теплоносителя на выходе теплообменника топливосжигающего устройства, отличающийся тем, что производят однократное снижение расхода топлива, обеспечивающее возможность конкретизации тенденции изменения удельной теплоты сгорания топлива, неизвестной в результате произвольных изменений состава используемого топлива, синхронизируют темп изменения температуры на выходе теплообменника с темпом изменения расхода топлива, далее совершают одновременные и/или неодновременные взаимосвязанные дискретные изменения расхода топлива и подачи воздуха в топливосжигающее устройство согласно одному из алгоритмов оптимизирующих действий, реализуемых компьютером по заданной программе, с обеспечением возможности упрощения способа оптимизации процесса сжигания топлива и повышения точности достижения оптимальных параметров, при этом в качестве показателя оптимизации используется минимально возможный расход топлива, сжигание которого обеспечивает заданную температуру теплоносителя на выходе теплообменника.

Режим горения с минимально возможным расходом топлива, сжигание которого обеспечивает заданную температуру на выходе теплообменника, - оптимальный, так как соответствует максимальному КПД топливосжигающего устройства и оптимальному соотношению топливо-воздух.

Снижение трудоемкости процесса оптимизации достигается тем, что в отличие от ближайших аналогов, в заявленном техническом решении отсутствует необходимость непрерывно измерять параметры, определяющие:

- тепловой поток, вносимый топливом в топку топливосжигающего устройства;

- тепловой поток, сообщаемый теплоносителю;

- соотношение топливо-воздух;

При этом отсутствует необходимость выполнения целого ряда вычислений, основанных на результатах указанных выше измерений.

Блок-схема осуществления процесса автоматической оптимизации сжигания топлива переменного состава показана на чертеже, где:

1 - топливосжигающее устройство с теплообменником;

2 - устройство автоматической регулировки подачи топлива;

3 - расходомер топлива;

4 - устройство автоматической регулировки подачи воздуха;

5 - датчик температуры теплоносителя на входе теплообменника;

6 - датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника;

7- компьютер (ЭВМ, персональный компьютер, оснащенный программой разработки Заявителя).

Последовательность выполнения действий по заявленному способу для осуществления прямой и обратной связи между элементами блок-схемы указана на чертеже, где действия показаны стрелками, которые заявителем не пронумерованы с целью исключения загромождения чертежа.

Заявляемый способ при сжигании газообразного топлива осуществляют следующим путем.

Исходные данные:

- Положение (степень открытия) устройства автоматической регулировки подачи топлива 2, определяемое, например, в процентах;

- Показание расходомера топлива 3;

- Степень открытия устройства автоматической регулировки подачи воздуха 4;

- Температура, теплоносителя измеряемая датчиком температуры теплоносителя на входе теплообменника 5;

- Температура теплоносителя, измеряемая датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 (датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника).

Далее исходные данные фиксируются в памяти компьютера 7 (ЭВМ, персональный компьютер, оснащенный программой разработки Заявителя); например с использованием разработанной заявителем программы ЭВМ.

При сохранении (в пределах погрешностей измерений) показаний указанных приборов ЭВМ, персональный компьютер, оснащенный программой разработки Заявителя-7, дает команду устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 на сужение его проходного сечения, например, на 2% в течение 1 минуты, относительно имеющейся по факту пропускной способности.

Сужение проходного сечения устройства автоматической регулировки подачи топлива 2 сокращает подачу топлива.

Условия сжигания топлива в топливосжигающем устройстве с теплообменником 1 изменяются, что отражается на показаниях датчика температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6.

Далее компьютер 7 анализирует (по заданной программе) эти показания, определяет тенденцию изменения температуры теплоносителя на выходе теплообменника и соответствующий этой тенденции характер начального режима горения: с недостатком воздуха (Пример 1, с избытком воздуха (Пример 2), со стехиометрическим соотношением топливо-воздух (Пример 3) соответственно).

Таким образом, постоянство выходной температуры теплоносителя в пределах точности измерения соответствует недожогу топлива (см. Пример 1).

В указанном случае компьютер 7 подает устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 команду на дальнейшие повторяющиеся снижения подачи (расхода) топлива.

На устройство автоматической регулировки подачи воздуха 4 от персонального компьютера, оснащенного программой разработки Заявителя-7, никаких сигналов не поступает, и подача воздуха сохраняется постоянной. Когда датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 зарегистрирует уменьшение температуры теплоносителя на выходе теплообменника, компьютер 7, приняв сигнал от датчика 6, подает устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 команду на увеличение подачи топлива, возвращает расход топлива к сохранившемуся в памяти компьютера предыдущему значению. На этом процесс оптимизации режима горения завершается в связи с достижением минимального расхода топлива, сжигание которого обеспечивает заданное значение температуры теплоносителя на выходе теплообменника.

Если после снижения подачи топлива при постоянной подаче воздуха регистрируемая датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 выходная температура теплоносителя становится ниже заданного (потребителем) значения, начальный режим горения происходит с избытком воздуха (Пример 2) или со стехиометрическим соотношением топливо-воздух (Пример 3). Компьютер 7 подает устройству регулировки подачи воздуха 4 команду на плавное сокращение подачи (расхода) воздуха. Датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 постоянно измеряет температуру теплоносителя на выходе теплообменника (далее по тексту - выходную температуру теплоносителя). Если сокращение расхода воздуха приводит к тому, что выходная температура теплоносителя становится больше заданного (потребителем) значения на величину, превышающую точность измерения этого параметра, компьютер 7 подает сигнал устройству автоматической регулировки подачи воздуха 4 завершить плавное сокращение подачи (расхода) и стабилизировать расход воздуха. После стабилизации подачи воздуха от компьютера 7 идет команда устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 на следующее сокращение подачи топлива. Когда после очередного снижения подачи топлива сокращением подачи (расхода) воздуха не удается повысить температуру теплоносителя на выходе теплообменника до заданного (потребителем) значения, устройство автоматической регулировки подачи топлива 2, устройство регулировки подачи воздуха 4 по команде компьютера 7 возвращают расходы топлива и воздуха к предыдущим значениям. Это означает, что достигнуто стехиометрическое соотношение топлива и воздуха (α=1), обеспечивающее полное сжигание топлива, что является целью заявляемой автоматической оптимизации процесса сжигания.

После оптимизации начального режима горения показания датчика температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 непрерывно поступают в компьютер 7, где производится сравнение текущей выходной температуры теплоносителя с заданным (потребителем) начальным значением. Уменьшение выходной температуры теплоносителя при постоянной подаче (расходе) топлива и воздуха означает снижение удельной теплоты сгорания топлива (Пример 4). Это следует из анализа известных соотношений, определяющих зависимость от углеродного числа удельной теплоты сгорания топлива и количества воздуха, необходимого для полного сгорания единицы объема топлива. Когда выходная температура теплоносителя снижается на заданную контрольную величину, например на 3°C, превышающую точность измерения этой температуры, компьютер 7 подает устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 команду на плавное непрерывное увеличение подачи топлива в возрастающем с течением времени темпе, например в течение первой минуты на 1% относительно начальной величины, второй минуты - на 2%, третьей минуты - на 3% и т.д. Когда темп увеличения подачи топлива превышает темп снижения его (топлива) удельной теплоты сгорания, начинается рост выходной температуры теплоносителя, что фиксируется датчиком 6, и сигнал передается компьютеру 7. Со временем выходная температура теплоносителя достигает заданного потребителем значения. От компьютера 7 на устройство автоматической регулировки подачи топлива 2 идет команда на прекращение увеличения подачи топлива со снижающейся удельной теплотой сгорания. Подачу (расход) топлива стабилизируют при продолжающемся снижении удельной теплоты сгорания. Как только температура теплоносителя снизится на заданную контрольную величину (это фиксируется датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6), компьютер 7 подает устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 сигнал на повторное увеличение подачи топлива. В результате регистрируемая датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 выходная температура теплоносителя принимает значения, достаточно близкие (с отклонением в пределах 2%) к заданному начальному значению. Такой процесс синхронизации увеличения подачи (расхода) топлива с уменьшением удельной теплоты сгорания осуществляют в течение всего времени снижения удельной теплоты сгорания топлива.

Если в период постоянства расхода топлива и воздуха регистрируемое датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 текущее значение выходной температуры теплоносителя не опускается до контрольного значения, значит, снижение удельной теплоты сгорания топлива завершилось. Получив такую информацию, компьютер 7 и управляемые им устройство автоматической регулировки подачи топлива 2 и устройство регулировки подачи воздуха 4 осуществляют действия, соответствующие завершающему этапу оптимизации процесса горения. В зависимости от величины текущего отклонения выходной температуры теплоносителя от заданного значения компьютер 7 вычисляет, на сколько необходимо изменить расходы топлива и воздуха, чтобы уменьшить текущее отклонение выходной температуры теплоносителя. Процесс оптимизации завершают, когда от датчика температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 и расходомера топлива 3 в компьютер 7 поступает информация о том, что выходная температура теплоносителя приняла начальное заданное значение при минимально возможном расходе топлива.

Если после оптимизации начального режима горения датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 регистрирует постоянство выходной температуры теплоносителя, то для компьютера 7 эта информация не однозначна. Поэтому компьютер 7 подает устройству 2 команду сократить подачу топлива на заданную величину, например на 2% относительно начального значения, в течение одной минуты. Если датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 фиксирует уменьшение температуры теплоносителя на выходе теплообменника (Пример 5), то по команде компьютера 7 устройство автоматической регулировки подачи топлива 2 возвращает сохранившееся в памяти компьютера значение подачи (расхода) топлива, восстанавливая оптимальный процесс сжигания топлива с постоянной теплотой сгорания. Такой процесс контроля оптимальности процесса сжигания топлива в автоматическом режиме периодически выполняют в течение заданного контрольного промежутка времени, например через каждые 10 мин.

Если после контрольного снижения подачи топлива при постоянной подаче воздуха датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 не фиксирует снижение выходной температуры теплоносителя (Пример 6), то компьютер 7, получив от датчика температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 такую информацию, идентифицирует ее как начало повышения удельной теплоты сгорания топлива (при постоянстве подачи воздуха), компьютер 7 подает устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 команду первично сократить подачу топлива на заданную величину, например на 2% относительно начального значения (подачи топлива), в течение одной минуты. Для устранения нарастающего недожога компьютер 7 подает устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 команду на непрерывное уменьшение подачи топлива в возрастающем с течением времени темпе, например в течение первой минуты - на 1% относительно начальной величины подачи топлива, второй минуты - на 2%, третьей минуты - на 3% и т.д. Устройство регулировки подачи воздуха 4, управляемое компьютером 7, подачу (расход) воздуха сохраняет неизменной. С течением времени темп сокращения подачи топлива превышает темп повышения его (топлива) удельной теплоты сгорания и фиксируемая датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 температура теплоносителя на выходе теплообменника начинает уменьшаться. Когда температура (теплоносителя на выходе теплообменника) снизится до заданного контрольного значения, например - на 2% ниже заданного потребителем значения температуры теплоносителя на выходе теплообменника, по команде компьютера 7 устройство автоматической регулировки подачи топлива 2 прекращает снижение подачи (расхода) топлива.

Из-за продолжающегося увеличения удельной теплоты сгорания топлива температура теплоносителя на выходе теплообменника повысится до заданного (потребителем) значения, что фиксируется датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 и сообщается компьютеру 7. По команде компьютера 7 устройство автоматической регулировки подачи топлива 2 начинает повторно снижать подачу топлива в возрастающем с течением времени темпе. Таким образом, осуществляется синхронизация темпа снижения расхода топлива с темпом повышения его (топлива) удельной теплоты сгорания в течение всего времени изменения удельной теплоты сгорания.

Если в период постоянной подачи (расхода) топлива и воздуха текущее значение температуры на выходе теплообменника в течение заданного промежутка времени не достигает заданной (потребителем) величины, это означает, что рост удельной теплоты сгорания топлива завершился. Получив от датчика температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 такой сигнал, компьютер 7 осуществляет завершающий этап оптимизации процесса сжигания топлива путем взаимосвязанных изменений расходов топлива и воздуха. Так же, как в Примере 4, процесс оптимизации завершают, когда от датчика температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 и расходомера топлива 3 в компьютер 7 поступает информация о том, что выходная температура теплоносителя приняла начальное заданное значение при минимально возможном расходе топлива.

Все алгоритмы оптимизирующих действий (примеры 1-6) реализуются алгоритмом компьютера 7 в соответствии с разработанной Заявителем программой, основанной на известных положениях и соотношениях теории топочных процессов.

При любых изменениях подачи (расхода) и теплотехнических показателей сжигаемого топлива реализацией алгоритмов Примеров 1…5 путем оптимизации уменьшают, по сравнению с прототипом, зависимость результатов процесса сжигания от изменений характеристик топлива, окислителя, влияния квалификации персонала и других субъективных факторов. Сжигание топлива в оптимальных условиях способствует повышению КПД и сокращению межремонтных интервалов при эксплуатации оборудования, повышению экологической безопасности эксплуатации топливосжигающего устройства. Кроме того, автоматизация процесса оптимизации работы топливосжигающего устройства освобождает обслуживающий персонал от необходимости отслеживания за происходящими изменениями, коррекции последствий непредвиденно происходящих изменений и снижает трудоемкость работы эксплуатационного персонала. Сравнение с прототипом особенностей предлагаемого способа оптимизации показывает, что при его применении в полном объеме достигаются все цели заявляемого изобретения.

Описанный процесс автоматической оптимизации процесса сжигания топлива осуществляется при любых, превышающих заданную ошибку измерения, изменениях свойств топлива и окислителя (воздуха), например теплотворной способности топлива.

Процесс оптимизации осуществляют непрерывно в течение всего времени эксплуатации топливосжигающего устройства, причем без вмешательства персонала котельной и без влияния субъективных факторов, при любых непредвиденных изменениях свойств топлива и воздуха. То есть, заявляемый способ без вмешательства субъективных факторов, например персонала, обеспечивает эксплуатацию топливосжигающего устройства в оптимальном режиме, с максимальным КПД, с минимальным экологическим ущербом.

Существенное отличие заявляемого способа от прототипа в том, что оптимизацию горения выполняют с использованием в качестве контролирующего параметра температуры теплоносителя на выходе теплообменника топливосжигающего устройства. По заявляемому способу оптимизацию осуществляют выполнением пяти операций, тогда как оптимизация по известному способу (прототипу) требует совершения одиннадцати операций.

Таким образом, применение заявленного способа сжигания приводит к существенному уменьшению количества операций, снижает трудоемкость оптимизации, упрощает быстродействие процесса оптимизации, способствует повышению эффективности использования топлива, позволяет увеличить межремонтные интервалы, расширяет область применения топливосжигающих устройств для тепловой утилизации производственных отходов.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, т.к. из исследованного заявителем уровня техники не выявлены технические решения, обладающие заявленной совокупностью признаков и обеспечивающие получение заявленных технических результатов. При этом совокупность признаков известна по отдельности из того или иного источника.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, т.к. заявленное техническое решение явно не вытекает из исследованного уровня техники. Заявленное техническое решение обеспечивает реализацию технических результатов, недостижимых при использовании прототипа. Например, расчет вносимого топливом в топку котла теплового потока возможен только при известности закономерностей изменения свойств топлива. Отсутствие знания закономерностей изменения свойств топлива, как это наблюдается в практике сжигания попутных нефтяных газов (ПНГ), делает невозможным применение прототипа.

Заявленное техническое решение осуществимо при эксплуатации топливосжигающих устройств с применением газообразных, жидких и твердых топлив, с организацией факельного и/или слоевого горения. Способ осуществим с применением общедоступных средств измерения и автоматизации, персональных компьютеров. Эти свойства заявляемого способа соответствуют критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям.

Способ автоматической оптимизации процесса сжигания топлива, основанный на непрерывном измерении расхода топлива и температуры теплоносителя на выходе теплообменника топливосжигающего устройства, отличающийся тем, что производят однократное снижение расхода топлива, обеспечивающее возможность конкретизации тенденции изменения удельной теплоты сгорания топлива, неизвестной в результате произвольных изменений состава используемого топлива, синхронизируют темп изменения температуры на выходе теплообменника с темпом изменения расхода топлива, далее совершают одновременные и/или неодновременные взаимосвязанные дискретные изменения расхода топлива и подачи воздуха в топливосжигающее устройство согласно одному из алгоритмов оптимизирующих действий, реализуемых компьютером по заданной программе, с обеспечением возможности упрощения способа оптимизации процесса сжигания топлива и повышения точности достижения оптимальных параметров, при этом в качестве показателя оптимизации используется минимально возможный расход топлива, сжигание которого обеспечивает заданную температуру теплоносителя на выходе теплообменника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики. Способ сжигания металла M, который выбран из щелочных, щелочноземельных металлов, алюминия и цинка, а также их сплавов и/или смесей, с использованием горючего газа, при этом сжигание осуществляется посредством пористой горелки, которая включает в себя пористую трубу в качестве горелки.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар. Горелочное устройство содержит цилиндрический корпус, пароперегреватель, установленный на корпусе, распылительную паровую форсунку, топливопровод, камеру газогенерации, дополнительные паровые форсунки, сопло для выхода продуктов горения.

Изобретение относится к печи для проведения эндотермического процесса. Печь содержит трубы (2) для подачи газообразного сырья сверху вниз, заполненные катализатором для преобразования газообразного сырья в конечный продукт в виде синтез-газа с отведением его и топочных газов.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения носителей для катализаторов, обладающих высокой площадью поверхности и термостабильностью в условиях сверхвысоких температур, например, в процессах сжигания монотоплива, в том числе "зеленого топлива" на основе водометанолового раствора нитрата гидраксиламмония.

Изобретение относится к устройствам для нагрева воздуха путем смешения с продуктами полного окисления углеводородного газа и может найти применение в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к области энергетики и металлургии. Способ отопления шахтных агрегатов включает подачу газообразного топлива и воздуха в разогретый продуваемый слой кусковых материалов, их перемешивание в межкусковом пространстве с образованием исходной холодной газовоздушной смеси и ее воспламенение в межкусковом пространстве, при этом в разогретый продуваемый слой кусковых материалов подают отдельными струями с параметрами крутки от 0,1 до 5,0 смесь газа и воздуха при отношении количества кислорода к количеству горючих газов от 0,1 до 7,0, а воспламенение газовоздушной смеси осуществляют ее подогревом до температуры 800-1050°C.

Изобретение относится к котлу и способу его работы. Котел содержит вертикальную призматическую топку для комбинированного сжигания в факеле пыли твердого топлива и приготавливаемой на ее основе и распыливаемой форсунками водоугольной суспензии с вертикальной осью в центре, ограждающими фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным и подовым перекрытиями, экранирующими стены и перекрытия трубами с циркулирующей пароводяной средой, размещенными на стенах вдоль потолочного перекрытия горелками, по крайней мере, в один горизонтальный ряд, имеющими вертикально-щелевые конфузорные сопловые насадки для раздельного вывода воздушных потоков вдоль стен и топливных пылеугольных потоков вдоль вертикальной оси топки и форсунки для распыливания и вывода топливных распыленных водоуглесуспензионных потоков также вдоль вертикальной оси топки, установленными на стенах в несколько горизонтальных рядов дополнительными соплами с двумя каналами для вывода в топку вдоль ограждающих стен и вертикальной оси топки охлаждающих факел газообразных потоков продуктов сгорания и топливодожигающих и защищающих от шлакового загрязнения дополнительных воздушных потоков, окном в подовом перекрытии для вывода образующихся кусков шлака и сепарирующих крупных золотопливных частиц, примыкающим к подовому перекрытию окном в задней стене для вывода зологазовых продуктов, а также горизонтальный газоход с ограждающими боковыми и задней стенами, потолочным и подовым перекрытиями, последовательно установленными пучками труб пароперегревателя, экономайзера и размещенными в шахматном порядке в несколько рядов швеллерковыми вертикальными золоотделительными ловушками, окном для ввода зологазового потока, совмещенным с зологазовыводящим окном топки, окнами в подовом перекрытии для отвода золы из трубных пучков и ловушек, окном в задней стене, примыкающим к потолочному перекрытию для вывода очищенного от золы газового потока в газоход с воздухоподогревателем, дымовую трубу и сброса в атмосферу, подключенный к дополнительным соплам и горизонтальному газоходу перекачивающий охлажденные продукты сгорания газоход с вентилятором.

Способ относится к сжиганию низкореакционного топлива, преимущественно растительных отходов, и может быть применен в сельском хозяйстве, в деревообрабатывающей промышленности.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах теплоснабжения и при сжигании топлива для нагрева рабочих тел, где сжигание различных топлив происходит в псевдоожиженном слое.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в вертикальных четырехгранных призматических топках котлов электростанций, промышленных котельных и теплоэлектроцентралей при сжигании одновременно или отдельно угольной пыли, природного газа и жидкотопливной смеси.

Изобретение относится к способам и устройствам для сжигания топлива переменного состава. Изобретение предназначено преимущественно для сжигания топлива неопределенного состава, таких как попутный газ, отходы нефтегазопереработки, и может найти применение для оптимизации процесса сжигания или дожигания топлив неопределенного состава на предприятиях для выработки тепловой или электрической энергии. Способ автоматической оптимизации процесса сжигания топлива, основанный на непрерывном измерении расхода топлива и температуры теплоносителя на выходе теплообменника топливосжигающего устройства, при котором производят однократное снижение расхода топлива, обеспечивающее возможность конкретизации тенденции изменения удельной теплоты сгорания топлива, неизвестной в результате произвольных изменений состава используемого топлива, синхронизируют темп изменения температуры на выходе теплообменника с темпом изменения расхода топлива, далее совершают одновременные иили неодновременные взаимосвязанные дискретные изменения расхода топлива и подачи воздуха в топливосжигающее устройство согласно одному из алгоритмов оптимизирующих действий, реализуемых компьютером по заданной программе, с обеспечением возможности упрощения способа оптимизации процесса сжигания топлива и повышения точности достижения оптимальных параметров. При этом в качестве показателя оптимизации используется минимально возможный расход топлива, сжигание которого обеспечивает заданную температуру теплоносителя на выходе теплообменника. Изобретение позволяет оптимизировать процесс сжигания топлива переменного состава, а также позволяет снизить трудоемкость процесса оптимизации и повысить оперативность во времени, при одновременном упрощении конструкции системы управления, с сокращением количества выполняемых операций в целом. 1 ил.

Наверх