Способ управления процессом горения

 

— 1

О П И С А Н И Е» 422919

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 10.03.72 (21) 1762162!24-6 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 05.04.74. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 06.09.7-1 (5!) М, 1 л, Г 23п 3/00

F 23п 5, 08

Государственный комитет

Совета Иинистров СССР по делам изобретениЯ и открытий (53) УДК 621.182.261 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. Ф. Максименко и Г. H. Делягин

Институт горючих ископаемых (71) Заявптсль (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГОРЕНИЯ

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

Известеп способ управления процессом горения по среднеинтегральной частоте пульсаций пламени. Однако этот способ пе 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, сравнивают полученные приращения сигналов, увеличивают расход воздуха при одинаковых знаках приращения сигпалов, уменьшают его при разных знаках.

В качестве критерия оптимальности используется скорость возрастания энтропии факела.

его энтропия равна:

— Р

8 где (Б) — средняя энергия молекул;

à — свободная энергия;

0 — температура.

Во всяком реальном факеле в силу действия законов гидромеханики возникают обратные течения, порождающие замкнутые трубки тока.

Эти обратные течения, называемые рециркуляциями, направлены к корню факела и яв5 ляются физическим проводпиком обратной связи, возникающей между процессом горения и процессом воспламенения.

Действительно, чем полнее и быстрее сгорает топливо, тем мепыпая его часть (при

10 большей температуре) возвращается по контурам рецпркмляцип к коршо факела и попадает в зону воспламенения, где смешивается со свежим потоком. Следовательно, оптимальному процессу горения соответствует макси15 мальцое увеличение эптроппп.

Этот факт может быть оценен благодаря существовапию контуров рециркуляцип. Каждый такой контур имеет участок, в котором проис20 ходит смешеппе прямого и обратного потоков.

В точках смешеппя возникает сильная термодинамическая нсравиовесцость, причем, чем ближе горение и оптимальному, тем эта неравновесность сильнее (так как градиенты

25 энтропии больше). В процессе смешения возиикают пульсации энергии. которые будут тем больше, чем силы:.се псравновесцость. Отсюда вывод: прп оптимальном горении в контуре рецпркуляцпи пульсации энергии максималь30 иы.

422919

Для пояснения сущности изобретения необходимо указать»а характер связи между пульсациями и коэффициентом избытка воздуха.

На фпг. 1 показаны типичные кривые выгорания топлива; ьа фпг. 2 — контуры рециркуляции; па фиг. 3 — схема управления.

Кривая 1 (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 интенсивно, в зоне II горение закончено, зона 111 промежуточная.

Рассмотрим дaa контура рециркуляции, в которых время реакции ограничено их периодами т1 и т (см. фиг. 1) .

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 из6ьггке воздуха граница смещается настолько (пунктир), что т1 оказывается в зоне II или даже в зоне III. В результате, скорость возрастания энтропии, пройдя через максимум, падае..

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 е одинаковы. В коротких контурах оптимальность достигается при больших избытках воздуха, чем в длинных.

Кривая Wi (см. фиг. 2) представляет собой зависимость дисперсии пульсаций, возника1ощих в длинном контуре рециркуляции, от коэффициента избытка воздуха. Кривая W> то же, для короткого контура рециркуляции.

Оптимальный режим горения достигается в первом контуре при коэффициенте избытка воздуха с. = с.1, а во втором при сс = и, приЧЕМ O. ) V.1.

Разделить пульса»ни, возникающие в разных контурах, можно путем размещения датчиков на разных расстояниях от горелок.

Сигналы Wi u W., равные дисперсиям, возникаюших в контурах рециркуляции разных периодов пульсаций, получают с помощью двух датчиков яркости, установленных на разных расгояниях от горелок. Далеко расположенный датчик пе «видит» коротких контуров, 5 и

40 а близко расположенный воспринимает смесь пульсаций с преобладанием возника1ощих в коротких контурах.

Для увеличения точности можно применять две группы датчиков, находящихся на разных расстояниях от зоны воспламенения, усред1»ять сигналы близко расположенных и удаленных и использовать результаты усреднения по группам в качестве Wi и W .

Кривая W1 соответс1вует длинному контуру, а кривая W — короткому. Тогда и1 = о:,,.

Пользуясь сигналами Wi и W> одновременно, можно предложить закон управления избытком воздуха, приводящий к условию, близкому к оптимальному. При этом полагается, что условия оптимальности горения в разомкнутых трубках тока совпада1оT с условиями оптималы1ости горения во множестве uo» r Ä рое рециркуляции. В противном случае конструкция топочного устройства е является оп1имальной и этот дефект не может быть устранен управлением.

Схема управления (см. фиг. 3) содержит объект управления 1, два датчика яркости 2, фильтры низких частот 3, дисперсиометры 4, логическое управляющее устройство 5 и исполнительный орган б, меняющий избыток воздуха в системе.

Сигналы пульсаций, воспринимаемые датчиками 2, поступают на фильтры 3, которые не пропускают низкочастотну ю составляющую сигналов (or О до — 3 гц). В результате, искл очаются пульсации, связанные с внешними возмущениями. При помощи дисперсиометров

4 вычисляются дисперсии сигналов, поступающих в управляющее устройство 5, осуществляющее закон управления. Сигнал управления, вырабатываемый управляющим устройством, поступает на исполнительный орган 6, который меняет избыток воздуха в топке.

П редм ет изобретения

Способ управления процессом горения в топке путем воздеиствия на расход воздуха по сигналу дисперсии пульсаций, например, яркости факела, измеренных с помощью фотодатчика. отличающийся тем, что, с целью получения оп1имальпого режима горения, дополни1ельно формируют сигнал дисперсии пульсаций яркости факела с помощью дополнительного фотодатчика, смещенного относительно основного по высоте топки, сравнива1от полученные приращения сигналов, увеличивают расход воздуха при одинаковых з»аках прира1цения, и уменьшают его при разных auaI(ax.

422919

Фиг.! дисперсия

Составитель К. Роганов

Техред А. Камышникова

Редактор Н. Вирко

Корректор О. Тюрина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2145!11 Изд. № 689 Тираж 565 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 5