КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области оптимизации регулирования работы аэродинамического тракта котлов, дымососов и дымовой трубы при производстве тепловой энергии на ТЭС и в мощных котельных путем камерного сжигания топлива в топке при помощи горелочных устройств. Она может быть использовано также в металлургической теплотехнике для регулирования уравновешенной тяги внутри топок и газоходов печей.
Известна котельная установка Е-19-Г для получения пара, содержащая топку, горелку, дутьевой вентилятор, дымоход котла, дымосос, шибер, сборный коллектор дымоходов, дымовую трубу, датчик разрежения в топке (см. кн. Ковалев А.П., и др. Парогенераторы. М., Энергоатомиздат, 1985, с.292).
Недостатки известной котельной установки:
1. Ручное управление закрытием и открытием шибера, что не позволяет оперативно регулировать разрежение в топке используя самотягу дымовой трубы и разрежение в сборном коллекторе дымоходов в соответствии с текущей производительностью котла и количеством подключенных к дымовой трубе котлов и приводит к перерасходу топлива из-за недогорания топлива или из-за потерь теплоты, связанных с высокой температурой уходящих в трубу дымовых газов.
2. Отсутствие регулирования производительности за счет плавного изменения числа оборотов двигателя электропривода дымососа в соответствии с изменением производительностью котла, что приводит к перерасходу электроэнергии на электропривод.
3. При резком переходе с одной производительности котла на другую возможное выбивание факела из топки или отрыв факела от горелки из-за отсутствия устройств автоматического регулирования уравновешенной тяги в топке и, как следствие, отсутствие соответствия производительности дутьевого вентилятора производительности дымососа, что приводит к перерасходу топлива и создает аварийные ситуации.
4.Ручной режим регулирования содержания кислорода в уходящих газах путем увеличения или уменьшения подачи воздуха в топку связан с перерасходом топлива из-за потери теплоты с уходящими газами и с химической неполнотой сгорания топлива.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является известная котельная установка ТГМ-84 для получения пара, содержащая топку, в которой установлена горелка, дутьевой вентилятор, дымоход, дымосос, шибер, сборный коллектор дымоходов от других котлов, дымовую трубу, систему автоматического управления, включающую последовательно соединенные исполнительный механизм открытия шибера, задатчик тепловой производительности котельной установки, регулятор соотношения подачи воздуха и топлива, соединенный с дутьевым вентилятором и горелкой, а также датчик разрежения, установленный в топке, датчик содержания кислорода в дымовых газах, двухскоростной электродвигатель привода дымососа (см. кн. Мейкляр М.В. Современные котельные агрегаты ТКЗ. - М.: Энергия, 1978, с.86).
Недостатки известной котельной установки: 1. В автоматическом режиме исполнительный механизм шибера j не связан с задатчиком тепловой производительности котельной установки. Поэтому открытие или закрытие шибера с помощью электродвигателя исполнительного механизма производится оператором дистанционно с пульта управления в ручном режиме, что не позволяет синхронно и плавно управлять с помощью шибера разрежением в топке при изменении тепловой производительности котельной установки, учитывая самотягу дымовой трубы. Это приводит к перерасходу топлива за счет неполноты сгорания топлива вследствие плохого перемешивания с воздухом при недостаточном разрежении в дымоходе или же к дополнительным присосам излишнего балластного холодного воздуха в топку через неплотности в обмуровке при сильном разрежении в дымоходе. Подогретый балластный воздух при температуре дымовых газов в среднем равной 115…120°С выбрасывается в атмосферу. На нагрев подсасываемого холодного балластного воздуха расходуется часть теплоты, выделяемой при сгорании топлива.
2. Так как отсутствует автоматическое регулирование между напорно-расходными характеристиками дымососа и разрежением в сборном коллекторе дымоходов от других котлов, КПД дымососа понижается со снижением его производительности. Это связано с тем, что в известной котельной установке в зависимости от тепловой нагрузки управление производительностью дутьевых вентиляторов и дымососов производится дистанционно путем переключения числа оборотов двухскоростного электродвигателя с 580 об/мин (при малых тепловых нагрузках) на 735 об/мин (при больших тепловых нагрузках) и, дополнительно, за счет изменения углов поворота лопаток входных направляющих аппаратов при этих оборотах. Наибольший КПД дымосос имеет при номинальной производительности, а при понижении производительности напорно-расходные его характеристики ухудшаются, что ведет к перерасходу электроэнергии на электропривод.
3. Соотношене количества подаваемого в горелку топлива и воздуха производится регулятором по сигналу с задатчика тепловой производительности котельной установки. Корректировка количества подаваемого вентилятором воздуха в топку производится оператором дистанционно вручную по показаниям датчика содержания кислорода в дымовых газах, который никак автоматической электрической связью с дутьевым вентилятором не соединен. Корректировка количества удаляемых дымососом дымовых газов из топки производится оператором дистанционно вручную по показаниям датчика разрежения в топке. Таким образом, отсутствует система оперативного автоматического поддержания уравновешенной тяги в топке между напором вентилятора и отсосом дымососа при изменении паровой нагрузки котельной установки и колебаниях разрежения в дымоходе за счет включений или смене нагрузки на других котлах. При малом количестве подаваемого воздуха на горение происходит потеря топлива из-за химического недожога, а при большой подаче воздуха и малом разрежении происходит выбивание факела в помещение котельной через смотровые лючки и неплотности в обмуровке и бесполезный нагрев излишнего балластного воздуха, который в составе дымовых газов при их температуре выбрасывается в атмосферу. При большом разрежении происходит затягивание факела в конвективную часть газохода и увеличивается потеря теплоты из-за повышенной температуры выбрасываемых в атмосферу дымовых газов, то есть происходит перерасход топлива.
Задачей полезной модели является снижение расхода топлива и электроэнергии за счет дополнительной тонкой регулировки степени перекрытия дымохода и производительности дымососа.
Технический результат достигается тем, что в котельной установке, содержащая топку, в которой установлена горелка, дутьевой вентилятор, дымоход, дымосос, шибер, сборный коллектор дымохода, дымовую трубу, систему автоматического управления, включающую последовательно соединенные исполнительный механизм открытия шибера, задатчик тепловой производительности котельной установки, регулятор соотношения подачи воздуха и топлива, соединенный с дутьевым вентилятором и горелкой, а также регулятор производительности дымососа, соединенный с задатчиком тепловой производительности котельной установки, датчиком разрежения, установленным в топке, и датчик содержания кислорода в дымовых газах, согласно предлагаемой полезной модели, система автоматического управления дополнительно содержит автоматический электронный корректор степени открытия шибера, соединенный с исполнительным механизмом открытия шибера и регулятором производительности дымососа, датчик разрежения, установленный в дымоходе и соединенный с исполнительным механизмом открытия шибера, а также регулятор тонкой регулировки производительности дымососа, соединенный с датчиком содержания кислорода в дымовых газах и дутьевым вентилятором.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг: 1 приведена компоновочная схема заявляемой котельной установки с электрическими узлами связи и автоматического дистанционного управления; на фиг.2 при виде сверху представлена компоновочная схема из трех котельных установок, имеющих общую дымовую трубу и общий сборный коллектор дымоходов от каждого котла.
Деталям и узлам заявляемой котельной установки присвоены следующие позиции:
1-топка, 2-горелка, 3-дутьевой вентилятор, 4-дымоход, 5-дымосос с частотно-регулируемым электроприводом, 6- шибер, 7-сборный коллектор дымохода, 8-дымовая труба, 9-датчик разрежения в топке, 10-исполнительный механизм открытия шибера, 11-датчик разрежения в дымоходе, 12 - задатчик тепловой производительности котельной установки, 13 - регулятор соотношения подачи воздуха и топлива, 14 - регулятор производительности дымососа, 15-датчик содержания кислорода в дымовых газах, 16 - регулятор тонкой регулировки производительности дымососа по содержанию кислорода в дымовых газах, 17-автоматический электронный корректор степени открытия шибера в зависимости от КПД дымососа.
Толстыми линиями на фиг.1 показаны контуры деталей и узлов предлагаемой котельной установки. Электрические связи управления, взаимодействия и регулирования параметров между ними показаны тонкими линиями.
Назначение узлов и взаимосвязь элементов котельной установки.
В топке 1 происходит камерное сжигание топлива, подаваемого через горелку 2 в количестве, устанавливаемом посредством открытия клапана (на фиг.1 условно не показано) с электроприводом по сигналу от регулятора 13 соотношения подачи воздуха и топлива. Степень открытия клапана подачи топлива устанавливается оператором с помощью задатчика 12 тепловой производительности котельной установки. По установленной задатчиком 12 производительности происходит регулирование параметров всех остальных устройств и узлов котельной установки, обеспечивающих ее оптимальный режим работы. Дутьевой вентилятор 3 имеет частотно регулируемый электропривод (на фиг.1 условно не показан), который позволяет плавно изменять количество подаваемого воздуха в горелку 2 по сигналу - с регулятора 13. Поддержание требуемого напора воздуха дополнительно производится за счет угла открытия лопаток входного направляющего аппарата в дутьевом вентиляторе 3, так как напор связан квадратичной зависимостью от числа оборотов. При снижении числа оборотов происходит сильное понижение напора, поэтому,
для поддержания напора при уменьшении
производительности, применен более тонкий способ регулирования с помощью угла поворота лопаток входного направляющего аппарата. Поворот лопаток производится автоматически по электрическому сигналу с датчика 15 содержания кислорода в дымовых газах при помощи электродвигатели - с сервоприводом (на фиг.1 условно не показан).
Продукты сгорания удаляются из топки 1 при помощи дымососа Ь с частотно-регулируемым электроприводом. Производительность дымососа 5 устанавливается регулятором 14 производительности дымососа по сигналу с задатчика 12 тепловой производительности котельной установки посредством выбора числа оборотов электродвигателя для привода дымососа. Тонкая регулировка производительности выполняется за счет изменения углов поворота лопаток входного направляющего аппарата дымососа по электрическому сигналу, поступающему от датчика 9 разрежения в топке на электродвигатель с сервоприводом для поворота лопаток (на фиг.1 электродвигатель с сервоприводом условно не показан). Шибер 6 имеет электрический двигатель с сервоприводом (на фиг.1 условно не показан) и служит для закрытия дымохода 4 при остановке котельной установки и для регулирования разрежения в дымоходе 4, которое создается за счет самотяги дымовой трубы 8 и сборного коллектора 7 дымоходов от других котлов (см. фиг.2).
Первоначальное положение шибера 6 устанавливается при помощи исполнительного механизма 10 по сигналу с задатчика 12 тепловой производительности котельной установки.
Автоматический электронный корректор 17 степени открытия шибера,, в зависимости от КПД дымососа служит для тонкой регулировки степени перекрытия дымохода 4 при помощи шибера 6 в соответствии с разрежением в сборном коллекторе 7 и самотягой дымовой трубы 8 при нескольких параллельно работающих котлах. Сравниваются два электрических сигнала - от регулятора 14 производительности дымососа и от датчика 11 разрежения в дымоходе - таким образом, чтобы не происходило передавливание дымовых газов в дымоход соседней котельной установки (см. фиг.2).
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
С помощью задатчика 12 (см. фиг.1) на щите управления устанавливается необходимая тепловая производительность, по величине которой подаются электрические сигналы в первый контур регулирования: на исполнительный механизм 10 для открытия шибера 6, на регуляторе 14 производительности дымососа 5 с частотно-регулируемым электроприводом, на регулятор 13 соотношения подачи воздуха и топлива на горелку 2, который соединен электрической связью с частотно-регулируемым электроприводом дымососа 5 и регулирующим клапаном подачи топлива (на фиг.1 условно не показан).
Первый контур обеспечивает грубую первоначальную регулировку взаимодействия узлов при оптимизации энергетических и расходно-напорных характеристик дутьевого вентилятора 3, дымососа 5 в соответствии с текущими аэродинамическими характеристиками сборного коллектора 7 дымоходов и самотяги дымовой трубы 8 и количеством параллельно работающих котельных установок (см. фиг.2).
1
Во втором контуре регулирования по сигналу с датчика  15 оптимизируется при помощи регулятора 16 количество подаваемого воздуха в горелку 2, при котором исключается недогорание топлива и исключается подача излишнего балластного воздуха. Одновременно по сигналу с датчика 9 разрежения через исполнительный механизм регулятора 14 происходит тонкая регулировка производительности и напора дымососа 5, которая обеспечивает для заданной тепловой производительности котельной установки уравновешенную тягу, исключающую присосы балластного воздуха в топку! 1 и дымоход 4. Затем по сигналу с датчика 11 с помощью электронного корректора 17 происходит тонкая регулировка положения шибера 6 в проходном сечении дымохода 4 в соответствии с текущей производительностью дымососа 5, разрежением в сборном коллекторе 7 и самотягой дымовой трубы 8.
Пример конкретного исполнения.
:
В таблице 1 представлены результаты испытаний по применению второго контура тонкого регулирования энергетических и расходно-напорных характеристик дутьевого вентилятора и дымососа на котле ТГМ-84Б при сжигании газа для паровой нагрузки 320 т/ч.
Таблица 1. Результаты испытаний по применению второго контура тонкого регулирования энергетических и расходно-напорных характеристик дутьевых вентиляторов и дымососов на котле ТГМ-84Б для паровой нагрузки 320 т/ч
Условия испытаний
Разрежение вверху топки, кГ/м<sup>2</sup>
Содержание кислорода в режимном сечении, %
Температура уходящих газов,°С
КПД, %
Без применения 2-го контура регулирования
2,5
1,4
125
94,07
С применением 2-го контура регулирования
1,2
1,1
115
94,75
Как видно из табл.1, применение второго контура тонкого регулирования энергетических и расходно-напорных характеристик дутьевых вентиляторов и дымососов на котле ТГМ-84Б дает повышение КПД на 0,68%.
Таким образом, использование предлагаемой котельной установки позволит снизить расход топлива и расход электроэнергии за счет того, что регулирование проходного сечения дымохода перед сборным коллектором осуществляется исполнительным механизмом открытия шибера по сигналу с задатчика тепловой производительности котельной установки с последующей корректировкой по производительности дымососа и разрежению в дымоходе, а уравновешенная тяга в топке устанавливается по электрическим сигналам с задатчика тепловой производительности на регулятор соотношения подачи топлива и воздуха и на регулятор производительности дымососа с последующей автоматической корректировкой по электрическим сигналам с датчика содержания кислорода в дымовых газах и с датчика разрежения в топке.