Оптимизация работы горелочных устройств опасных производственных объектов, использующих природный газ

Оптимизация работы горелочных устройств опасных производственных объектов,

использующих природный газ Прудан Ф. М.1, Малиев Е. М.2, Гриценко Д. Г.3,

Бурданов И. В.4, Кривонос А. Н.5

1 Прудан Федор Михайлович /Prudan Fedor Mihajlovich - заместитель директора;

2Малиев Евгений Михайлович /Maliev Evgenij Mihajlovich - заместитель директора по качеству;

3Гриценко Дмитрий Геннадьевич / Gricenko Dmitrij Gennadievich - технический директор;

4Бурданов Игорь Васильевич /Burdanov Igor Vasiljevich - эксперт;

5Кривонос Андрей Николаевич / Krivonos Andrej Nikolaevich - технический директор,

ООО ЭКЦ «Дедал», г. Краснодар

Аннотация: разработаны предложения по внедрению энергосберегающих технологий на основе алгоритмов нечеткой логики. Предложены рекомендации по практической реализации системы автоматического управления горелки теплогенерирующей установки на основе газоанализатора кислорода, помещенного в тракт отвода продуктов сгорания.

Ключевые слова: энергосбережение, автоматика, газоанализатор.

Потери энергетического топлива в значительной мере зависят от совершенства его сжигания. Наряду с конструкцией топочного устройства и режимом работы котла, эффективность процесса горения зависит от качества работы систем автоматического регулирования, подачи топлива и воздуха в топку.

Оптимизация процесса горения в топках различных устройств, использующих природный газ, осуществляется в основном двумя путями - посредством внедрения автоматической системы управления по режимной карте или с помощью систем полностью автоматического адаптивного управления с обратной связью. Применение в теплогенерирующих установках технологических машин, в которых происходит сжигание газообразного топлива - природного газа, элементов интеллектуального управления в системе регулирования подачи газа и кислорода в топку теплогенератора может быть наиболее перспективным. Система автоматического управления, построенная на основе элементов нечеткой логики, повышает КПД установки на 5-8 %, ведёт к снижению ПДВ, снимается проблема перерасхода топлива, повышается безопасность процесса выработки тепловой энергии.

Большинство современных теплогенераторов состоит из следующих основных функциональных частей:

- Горелка.

- Нагнетатель воздуха с электроприводом.

- Камера сгорания.

- Теплообменник.

- Система воздуховодов для отвода нагретого воздуха.

- Система отвода газов - продуктов сгорания.

В камеру сгорания подается в заданном количестве газ и кислород (атмосферный или очищенный воздух), в результате сгорания газы поступают в теплообменник, где происходит нагревание постоянно циркулирующего теплоносителя (воздуха) без смешивания сред, который по системе воздуховодов поступает на технологические нужды.

В настоящее время используются три основных способа регулирования процессов сгорания топлива [2]:

- поддержание соотношения давления топлива и воздуха в соответствии с заранее разработанной режимной картой;

- автоматическое регулирование процесса горения, основанное на поддержании заданного остаточного содержания кислорода в отходящих газах;

- автоматическое регулирование процесса горения, основанное на поддержании заданного содержания оксида углерода в отходящих газах.

Регулирование по режимной карте является относительно грубым и недостаточно эффективным способом, не учитывающим влияние изменений температуры и влажности воздуха, теплотворной способности и температуры газа и ряда других внешних факторов. В связи с этим, при составлении режимных карт допускают наличие значительного избытка воздуха, чтобы ни при каких условиях не допустить возникновения химнедожога. В результате, в некоторых режимах количество воздуха превышает оптимальное в 1,5...2 раза, что увеличивает расход электроэнергии на дутьё и, кроме того, приводит к необходимости нагрева избыточно подаваемого воздуха, т. е. к дополнительному расходу топлива.

Автоматизированные системы регулирования процесса сгорания топлива на основе контроля содержания кислорода [1, с. 200] строятся так, чтобы вблизи точки оптимального режима сгорания топлива содержание кислорода в отходящих газах поддерживалось на некотором минимальном, заранее заданном уровне. В своё время этот метод воспринимался как совершенный - достаточно упомянуть, что на некоторых типах котлов подобные системы регулирования в обязательном порядке предусматриваются проектной документацией. Однако большие надежды, возлагавшиеся на этот метод, не вполне себя оправдали, что обусловлено следующими причинами:

- концентрация кислорода в дымовых газах зависит не только от интенсивности дутья, но от других условий эксплуатации (неконтролируемый подсос воздуха, изменение характеристик горелок, изменение теплотворной способности и вида топлива, колебания влажности воздуха), а это снижает эффективность работы системы с регулированием по величине содержания кислорода;

- экстрактивные системы, используемые для отбора и последующего охлаждения пробы с выполнением измерений концентрации по поглощению света в ИК-области спектра, либо с выполнением измерений электрохимическим методом, требуют значительных затрат времени, сложны в эксплуатации, требуют постоянного удаления конденсата и пыли;

- попытки использования неравновесных электрохимических методов оказались неудачными вследствие нестабильности характеристик датчиков и влияния параметров анализируемой среды (температуры, влажности, состава газа) на результаты измерений;

- контроллеры, работающие с газоанализаторами и имеющие устойчивые (надежные) алгоритмы, работающие с учётом переходных процессов в топке при изменении её мощности, не получили пока широкого распространения.

В итоге газоанализаторы, смонтированные на теплогенерирующих установках, обычно используются в мониторинговом режиме, а не задействованы в системе автоматического регулирования.

Измерения [3] показывают, что при остаточном содержании в дымовых газах углекислого газа и кислорода CO2 = 6 %, O2 = 10.3 %, КПД установки 90 %, при соотношении CO2 = 8 %, O2 = 6.7 % КПД 92.3 %, CO2 = 10 %, O2 = 3.2 % КПД 93,6 %.

Может быть предложена альтернативная схема забора дымовых газов (на рисунке 1) для контроля за содержанием кислорода.

Применение газоанализатора достаточной селективности и быстродействия, расположенного в тракте дымовых газов, позволяет включить его в систему автоматического регулирования процессом отопления, а разработка алгоритма управления контроллером с применением нечетких алгоритмов, повысить КПД установки благодаря поддержанию оптимального соотношения кислород - углекислый газ, в дымовых газах поступающих в теплообменник.

Литература

1. Газоснабжение: учеб. Пособие для студ. Высш. Учеб. Заведений. / О. Н. Брюханов, В. А. Жила, А. И. Плужников. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 448 с.

2. Средства измерений и контрольно-измерительные приборы КИП: Информация о любых измерительных приборах КИП и их производителях и поставщиков. В разделе «Сфера деятельности» КИПиА разделены на области их применения, и в каждом подразделе есть таблица средств измерений, в которой указаны лаборатории, занимающиеся ремонтом, калибровкой и поверкой измерительных приборов КИП. Электрон. дан. (1 файл, «Энергетика Татарстана», № 1, 2009, с. 27-33). - М., [2006-2009] [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://kipinfo.ru/info/stati/?id=195.) (дата обращения: 11.02.2015).

3. Компания Weishaupt: Сайт компании Weishaupt о продукции, услугах, товарах и научных разработках компании. Электрон. дан. (1 файл PDF, Основы сжигания жидкого топлива). - М., [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.weishaupt.ru/export/download/weishaupt_courses/fire_1.pdf. (дата обращения: 10.02.2015).

4. Практическое пособие по выбору энергосберегающих проектов. / В семи разделах. Под общей редакцией д. т. н. О. Л.Данилова, П. А. Костюченко, 2006. 668 с.