УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА ГОРЕНИЯ В ТОПКЕ КОТЛА

Область техники
Полезная модель относится к области тепло-водоснабжения промышленных и жилых объектов.
Уровень техники
Горение топлива в топке водогрейных и энергетических котлов обеспечивается двумя одновременно работающими электроприводами - дымососа и дутьевого вентилятора. Обязательный элемент котла - дымовая труба для выбрасывания уходящих газов в верхние слои атмосферы, обусловливает наличие естественной тяги как дополнение к напору, создаваемому дымососом.
Регулирование разрежения в топке котла и напора дутьевого воздуха в горелках до недавнего времени осуществлялось методом дросселирования путем изменения угла открытия шиберов, устанавливаемых в дымоходе и канале подачи воздуха. В настоящее время применяются частотно-регулируемые асинхронные электроприводы дымососа и дутьевого вентилятора с индивидуальными преобразователями частоты. При этом разрежение в топке и напор дутьевого воздуха регулируются частотой вращения электроприводов при полностью открытых шиберах, чем обеспечивается значительный эффект энергосбережения.
В процессе эксплуатации выявлена проблема, заключающаяся в том, что при определенных условиях, например, малой тепловой мощности, вырабатываемой котлоагрегатом, величина естественной тяги может превышать требуемую для поддержания разрежения в топке. Результатом этого является переход электропривода дымососа из двигательного режима в генераторный, размыкание контура регулирования разрежения, колебательный режим и, как следствие, отключение котла аварийной защитой.
Для исключения генераторного режима на практике применяется смешанное регулирование частотой вращения дымососа и углом открытия шибера, что противоречит задаче энергосбережения.
Известны широко используемые и примененные в данном устройстве преобразователи частоты [1] для индивидуального электропривода механизмов на основе инвертора напряжения, содержащие выпрямитель, фильтрующий конденсатор и инвертор напряжения. Недостатком такого преобразователя применительно к электроприводу дымососа является отсутствие возможности передачи в питающую электросеть электрической мощности при переходе электродвигателя из двигательного режима в генераторный. В случае такого режима механическая энергия с вала электродвигателя преобразуется инвертором в электрическую, что ведет к повышению напряжения на конденсаторе и его разрушению. Во избежание этого в системе управления формируется запрет на работу инвертора, что равносильно запрету регулирования и размыканию контура автоматического регулирования технологического показателя. Проблема может быть решена применением реверсивного выпрямителя, что усложняет и удорожает изделие, а при малой мощности генераторного режима в сравнении с двигательными такое устройство экономически нецелесообразно.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и выбранное в качестве прототипа является устройство [2] для регулирования частоты вращения нескольких асинхронных электродвигателей, содержащее общее звено постоянного тока с нереверсивным выпрямителем и индивидуальные инверторы напряжения по количеству электродвигателей. Устройство не имеет возможности инвертирования электроэнергии в питающую электросеть, но генерируемая энергия одного электродвигателя потребляется другими, работающими в двигательном режиме, благодаря общей шине постоянного тока, объединяющей все инверторы напряжения по входам.
Недостатком этого устройства является взаимовлияние электроприводов в динамических режимах и неприменимость для устройств общепромышленного назначения ввиду объектно-ориентированного исполнения на конкретный технологический процесс.
Задача полезной модели - исключение отрицательного воздействия естественной тяги на качество регулирования разрежения в топке котла без дополнительных потерь электроэнергии и удорожания применяемого оборудования.
Указанная задача решается тем, что преобразователь частоты электропривода дымососа дополнительно снабжен датчиком выпрямленного напряжения, соединенным входом с выпрямителем, а выходом - с блоком управления ключом. Блок управления своим выходом подключен к полупроводниковому ключу, который соединен входом с выпрямителем преобразователя частоты электропривода дымососа, а выходом - с выпрямителем преобразователя частоты электропривода дутьевого вентилятора.
Соединение выпрямителей двух преобразователей частоты через управляемый ключ обеспечивает в случае необходимости переток электрической энергии из электропривода, работающего в генераторном режиме, в электропривод с двигательным режимом, где она полезно потребляется.
На фиг.1 приведена структура предлагаемого устройства, включающая два преобразователя частоты 1 и 2, первый из которых соединен с электродвигателем 3 дымососа, а второй - с электродвигателем 4 дутьевого вентилятора. Каждый преобразователь частоты состоит из выпрямителя 5 и 6, инвертора 7 и 8 и фильтрующего конденсатора 9 и 10, соединенных как показано на фиг.
Выход выпрямителя 5 через ключ 11 соединен с выходом выпрямителя 6. Управляющий вход ключа 11 подключен к выходу блока управления 12, а вход этого блока через датчик напряжения 13 соединен с выходом выпрямителя 5.
Устройство работает следующим образом
Нормальным режимом эксплуатации устройства является двигательный режим обоих электроприводов - дымососа и дутьевого вентилятора. При этом величина выпрямленного напряжения на выходе 5, измеряемая датчиком напряжения 13, не превышает величину уставки, содержащейся в блоке управления 12. Ключ 11 закрыт, и каждый электропривод работает без взаимосвязи с другим.
При переходе электропривода дымососа в генераторный режим напряжение на конденсаторе 9 повышается, и по достижении уставки в блоке управления 12 ключ 11 открывается, чем обеспечивается контур обмена энергией между электроприводами дымососа и вентилятора. В результате генерируемая электрическая энергия расходуется в электродвигателе дутьевого вентилятора, а его преобразователь частоты потребляет из сети меньшее количество энергии.
Этим достигается полная управляемость электропривода дымососа даже при его переходе в генераторный режим, что предотвращает колебания разрежения в топке котла и его аварийные отключения.
Использование предлагаемого устройства позволяет снижать капитальные затраты на модернизацию котловых электроприводов путем применения более простого и дешевого преобразователя частоты в сравнении с обеспечивающими рекуперацию энергии, и экономить электроэнергию в сравнении с другими способами предотвращения генераторного режима.
Возможно применение полезной модели для групповых электроприводов других механизмов, для одного или нескольких из которых может быть характерен генераторный режим. При этом схема фиг.1 должна быть изменена применительно к задачам этих электроприводов. Например, если генераторный режим возможен для обоих электроприводов на фиг.1, то ее следует расширить ключом с двусторонней проводимостью и добавлением блока управления и датчика напряжения, связанными со вторым преобразователем частоты.
Предлагаемая полезная модель прошла промышленную апробоцию на котле №3 районной теплостанции «Жулебино», г.Москва, планируется широкое внедрение на теплостанциях Московской объединенной энергетической компании.
Литература
1. Г.М.Иванов, А.Г.Иванов. Электропривод в химической и целлюлозно-бумажной отраслях промышленности. М.: Федеральное агенство по образованию. Московский государственный индустриальный университет, 2008.
2. Панов А.С., Куцый К.Л., Горбачевский Н.К., Осипов О.Н. Модернизация электротехнического комплекса производства резиновых смесей // Труды V Международной (16 всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. 2007. стр.406-407