СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к устройствам для управления процессами горения и может быть использована при сжигании природного газа в энергетических установках.
Известна система контроля и регулирования горелки с трубопроводами подачи топлива и воздуха, включающая регулятор и исполнительный механизм подачи воздуха, датчик и задатчик температуры в камере сгорания, задатчик коэффициента избытка воздуха, микро-ЭВМ, устройство, с помощью которого формируется корректирующее воздействие и выделяется экстремум по температуре, соответствующий оптимальному значению расхода воздуха (SU 1462068, F23N 3/00, 1989). Недостатком данной системы является значительная сложность и большое транспортное запаздывание по приведению соотношения между топливом и воздухом к оптимальному.
Наиболее близким к предложенной системе является система контроля и регулирования газовой горелки энергетической установки с трубопроводами подачи природного газа и воздуха, включающая фотоприемник (прибор контроля) температуры пламени и связанное с ним запорно-регулирующее устройство на трубопроводе подачи воздуха (RU 2183797, F23N 5/24, 2002). Осуществляемое с помощью этой системы регулирование подачи воздуха только по температуре пламени не обеспечивает достаточной точности регулирования соотношения между газом и воздухом.
Для повышения точности регулирования указанного соотношения предложена система контроля и регулирования газовой горелки энергетической установки с трубопроводами подачи природного газа и воздуха, включающая фотоприемник температуры пламени и запорно-регулирующее устройство на трубопроводе подачи воздуха, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно фотоприемники интенсивности ультрафиолетового и инфракрасного излучения пламени, микропроцессорный анализатор процесса горения, к входам которого присоединены фотоприемники температуры пламени, интенсивности ультрафиолетового и инфракрасного излучения пламени, а также ПИД-регулятор, вход которого соединен с выходом микропроцессорного анализатора процесса горения, и блок управления запорно-регулирующим устройством на трубопроводе подачи воздуха, соединенный с выходом ПИД-регулятора.
Технический результат - повышение точности регулирования соотношения между газом и воздухом, обеспечивающего практически безынерционное поддержание оптимального соотношения газ-воздух при сжигании газа, - обеспечивается в предложенной системе благодаря тому, что при формировании регулирующего воздействия учитывается не только температура пламени, но и его спектральные характеристики. Оптимальный режим работы газовой горелки характеризуется сочетанием наибольшей температуры ядра факела горелки с наибольшей интенсивностью его излучения в ультрафиолетовой (УФ) области, а увеличение интенсивности излучения в инфракрасной (ИК) области свидетельствует о неполноте сгорания топлива.
Сущность полезной модели иллюстрируется прилагаемой фигурой, на которой изображена схема предлагаемой системы контроля и регулирования.
В соответствии с фигурой система контроля и регулирования газовой горелки 1, содержащей трубопровод подвода природного газа 2, трубопровод подвода воздуха 3 с запорно-регулирующим устройством 4 и канал выхода продуктов сгорания 5, включает фотоприемник температуры пламени (пирометрический прибор контроля) 6, фотоприемники интенсивности УФ и ИК излучения пламени 7 и 8, входы которых параллельно подключены к входу фотоприемника температуры пламени 6, микропроцессорный анализатор процесса горения 9, к входам которого присоединены выходы фотоприемника температуры пламени 6 и фотоприемников 7 и 8, ПИД-регулятор 10, входы которого соединены с выходом микропроцессорного анализатора 9 и датчика 11 положения запорно-регулирующего устройства 4, а выход - с блоком 12 управления запорно-регулирующим устройством 4. В качестве фотоприемников температуры пламени могут быть использованы известные промышленные пирометры, а в качестве фотоприемников интенсивности УФ и ИК излучения - известные селективные фотодатчики, работающие в соответствующей области излучения, например, 100-400 нм в УФ области и от 800 нм в ИК области.
Система работает следующим образом. Сигнал датчика фотоприемника температуры пламени 6 воспринимается одновременно фотоприемниками интенсивности УФ и ИК излучения пламени 7 и 8. После прохождения через встроенные в каждый фотоприемник фильтры низких частот, усилители и аналого-цифровые преобразователи сигналы от всех трех фотоприемников поступают на входы микропроцессорного анализатора процесса горения 9, который с помощью соответствующей программы вырабатывает управляющий сигнал для изменения расхода воздуха в трубопроводе 3 из условия одновременного достижения максимальной температуры факела горелки и смещения спектра пламени в УФ область путем сравнения сигналов от фотоприемников 7 и 8. При смещении спектра пламени в ИК область и увеличении сигнала, поступающего от фотоприемника 8, что свидетельствует о неполноте окисления газа, анализатор 9 вырабатывает управляющий сигнал для увеличения расхода воздуха в трубопроводе 3. При чрезмерном избытке воздуха, при котором спектр пламени смещен в УФ область, но снижена температура пламени (уменьшается сигнал от фотоприемника 6), анализатор 9 вырабатывает управляющий сигнал для уменьшения расхода воздуха в трубопроводе 3. Сигнал от анализатора 9 поступает в ПИД-регулятор 10, который с учетом сигнала датчика 11 положения запорно-регулирующего устройства 4 вырабатывает управляющее воздействие и передает его через блок управления 12 на запорно-регулирующее устройство 4.