УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В МНОГОГОРЕЛОЧНОМ КОТЛЕ

Полезная модель относится к области промышленной теплоэнергетики, а именно к автоматическому регулированию подачи топлива, и может быть использована в системах автоматического регулирования процессов горения в топках многогорелочных котлов.
Известно устройство, описанное в способе автоматического управления и контроля котлоагрегата, содержащее котел, горелки, дутьевой вентилятор, дымосос, контроллер, входы которого соединены с датчиком давления газа, с датчиком кислорода в отходящих газах, с датчиком давления подаваемого воздуха, с датчиком разряжения в дымовом тракте, с датчиком окиси углерода в дымовых газах, причем выходы контроллера соединены с частотным преобразователем дутьевого вентилятора и с частотным преобразователем дымососа (см. пат. РФ №2300705, F23N 1/00).
Недостатком известного устройства является его низкая надежность в динамических режимах регулирования процесса горения в топке котла. Это вызвано тем, что при включении или отключении горелок многогорелочного котла не обеспечивается оптимальное соотношение расхода воздуха и топлива, так как не учитывается температура дутьевого воздуха.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является устройство для регулирования тепловой мощности водогрейного котла, содержащее горелки с индивидуальными дутьевыми вентиляторами, узел регулирования давления газа во всех горелках, состоящий из регулирующего клапана, асинхронного электропривода и тиристорного пускателя, блок управления качеством сжигания топлива, первый вход которого соединен с датчиком давления газа, установленным на выходе узла регулирования давления газа во всех горелках, второй вход подключен к датчику температуры дутьевого воздуха, установленному на выходе дутьевого вентилятора, третий вход блока управления качеством сжигания топлива соединен со счетчиком определения количества включенных горелок, четвертый вход - с датчиком кислорода в отходящих газах, пятый вход - с устройством выбора режима работы, при этом выход блока управления качеством сжигания топлива соединен с тиристорным пускателем узла регулирования давления газа во всех горелках (см. пат. РФ №18757, F24H 1/00).
д.в.
Недостатком указанного устройства является низкая точность регулирования, вызванная дискретностью изменения давления газа перед горелками. Это обусловлено тем, что в устройстве величина давления определяется по режимной карте в зависимости от температуры t°C дутьевого воздуха, что приводит к неоптимальному расходу газа и увеличению выброса в атмосферу продуктов сгорания, что ухудшает экологические характеристики. Отсутствие четких ограничений по регулированию давления газа и ограничений по коррекции кислорода в отходящих газах снижают надежность работы многогорелочного котла.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в коррекции автоматического режима горения многогорелочного котла, работающего по режимной карте.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве автоматического управления режимом сжигания топлива в многогорелочном котле, содержащем горелки с индивидуальными дутьевыми вентиляторами, узел регулирования давления газа во всех горелках, состоящий из регулирующего клапана, асинхронного электропривода и тиристорного пускателя, блок управления качеством сжигания топлива, первый вход которого соединен с датчиком давления газа, установленным на выходе узла регулирования давления газа во всех горелках, второй вход подключен к датчику температуры дутьевого воздуха, установленному на выходе дутьевого вентилятора, третий вход блока управления качеством сжигания топлива соединен со счетчиком определения количества включенных горелок, четвертый вход - с датчиком кислорода в отходящих газах, пятый вход - с устройством выбора режима работы, при этом выход блока управления качеством сжигания топлива соединен с тиристорным пускателем узла регулирования давления газа во всех горелках, согласно изменению, оно снабжено датчиком угла регулирующего клапана, при этом блок управления качеством сжигания топлива состоит из модуля формирования линеаризованного задания давления газа и модуля регулирования давления газа, который содержит первый элемент сравнения, регулятор давления газа, второй элемент сравнения, регулятор угла регулирующего клапана и блок коррекции содержания кислорода в отходящих газах, при этом модуль формирования линеаризованного задания давления газа состоит из блока задания давления газа согласно режимной карте, соединенного на выходе с блоком линеаризации зависимости давления газа от температуры дутьевого воздуха, при этом первый вход модуля формирования линеаризованного задания давления газа соединен с датчиком температуры дутьевого воздуха, второй вход соединен со счетчиком определения количества включенных горелок, третий вход - с устройством выбора режима работы, при этом первый вход первого элемента сравнения соединен с выходом блока линеаризации зависимости давления газа от температуры дутьевого воздуха, второй вход - с выходом датчика давления газа, третий вход через блок коррекции содержания кислорода в отходящих газах соединен с датчиком кислорода в отходящих газах, выход первого элемента сравнения через регулятор давления газа соединен с первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом датчика угла регулирующего клапана установленного на регулирующем клапане узла регулирования давления газа во всех горелках, выход второго элемента сравнения соединен с регулятором угла регулирующего клапана, выход которого является выходом блока управления качеством сжигания топлива.
Технический результат заключается в повышении КПД многогорелочного котла для различных режимов его работы, повышении его надежности и улучшении экологических характеристик теплостанции.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства автоматического управления режимом сжигания топлива многогорелочного котла.
Заявляемое устройство содержит многогорелочный котел 1 с горелками 2, которые оснащены индивидуальными дутьевыми вентиляторами 3. Устройство также содержит узел регулирования давления газа во всех горелках 4, состоящий из регулирующего клапана 5 с асинхронным электроприводом 6 и тиристорным пускателем 7, блок управления качеством сжигания топлива 8. Причем первый вход блока управления 8 соединен с датчиком давления газа 9, установленным на выходе узла регулирования давления газа во всех горелках 4, второй вход подключен к датчику температуры дутьевого воздуха 10, установленному на выходе дутьевого вентилятора 3. Третий вход блока управления 8 соединен со счетчиком определения количества включенных горелок 11, четвертый вход - с датчиком кислорода в отходящих газах 12, при этом пятый вход соединен с устройством выбора режима работы 13. Выход блока управления 8 качеством сжигания топлива соединен с тиристорным пускателем 7 узла регулирования давления газа во всех горелках 4. Кроме того, устройство дополнительно содержит датчик угла 14 регулирующего клапана 5, а блок управления качеством сжигания топлива состоит из модуля регулирования давления газа 15 и модуля формирования линеаризованного задания давления газа 16. При этом модуль формирования линеаризованного задания давления газа 16 содержит блок задания давления газа согласно режимной карте 17, соединенный на выходе с блоком линеаризации 18 зависимости давления газа от температуры дутьевого воздуха. Первый вход модуля формирования линеаризованного задания давления газа 16 соединен с датчиком температуры дутьевого воздуха 10, второй вход - со счетчиком определения количества включенных горелок 11, третий вход - с устройством выбора режима работы 13. Модуль регулирования давления газа 15 содержит первый элемент сравнения 19, регулятор давления газа 20, второй элемент сравнения 21, регулятор угла 22 регулирующего клапана, блок коррекции кислорода в отходящих газах 23. При этом первый вход первого элемента сравнения 19 соединен с выходом блока линеаризации 18 зависимости давления газа от температуры дутьевого воздуха, второй вход - с выходом датчика давления газа 9, третий вход через блок коррекции содержания кислорода в отходящих газах 23 соединен с датчиком кислорода 12. Выход первого элемента сравнения 19 через регулятор давления газа 20 соединен с первым входом второго элемента сравнения 21, второй вход которого соединен с выходом датчика угла 14 регулирующего клапана 5. Выход второго элемента сравнения 21 соединен с регулятором угла 22 регулирующего клапана, выход которого является выходом блока управления 8 качеством сжигания топлива 8. При этом блок управления 8 выполнен на основе программируемого контроллера.
д.в.
Отличительной особенностью заявляемого технического решения является то, что линеаризация зависимости давления газа перед котлом от температуры t°С дутьевого воздуха обеспечивает повышение точности за счет уменьшения дискретности регулирования давления газа. В результате обеспечиваются наиболее полное сжигание газа и соответственно его экономия, улучшаются экологические характеристики за счет сокращения выброса продуктов неполного сгорания в атмосферу. Коррекция режима горения по содержанию кислорода в уходящих газах позволяет учесть и скомпенсировать несовершенство режимной карты. Благодаря введению ограничений по регулированию давления газа и коррекции по кислороду повышается надежность работы многогорелочного котла.
Устройство работает следующим образом.
После длительного останова котла 1 с устройства выбора режима работы 13 на блок управления качеством сжигания топлива 8 подается команда «розжиг котла». В течение времени прогрева котла регулирование давления газа перед всеми горелками 2 ведется вручную согласно режимной карте, по которой определяются взаимозависимость числа и комбинаций включенных горелок, температура дутьевого воздуха и давление газа перед горелками. Ориентация на режимную карту необходима потому, что в режиме розжига содержание кислорода в отходящих газах не отражает реальную картину процесса горения в многогорелочном котле.
По окончании режима «розжиг котла» включается система автоматического управления режимом сжигания топлива, которая базируется на режимной карте и содержании кислорода в отходящих газах.
зад
д.в.
зад
гор
зад
зад
кл
зад
кл
В заявляемом устройстве с датчика температуры дутьевого воздуха 10, со счетчика определения количества включенных горелок 11 и с устройства выбора режима работы 13 поступают сигналы на модуль формирования линеаризованного задания давления газа 16. В этом модуле по параметрам записанным в блок задания давления газа согласно режимной карте 17 и полученным сигналам с устройств 10, 11, 13 в блоке линеаризации 18 осуществляется формирование с малой дискретностью сигнала задания давления газа Р в зависимости от температуры t°С дутьевого воздуха, количества включенных горелок и выбранного режима работы. Сигнал задания давления газа Р подается на модуль регулирования давления газа 15, где на первом элементе сравнения 19 сравнивается с текущим сигналом давления газа на горелках Р, который снимается с датчика давления газа 9. Сигнал ошибки ΔР с выхода элемента сравнения 19 подается на регулятор давления газа 20, который формирует сигнал задания угла α на угол открытия регулирующего клапана 5. С целью исключения статической ошибки передаточная функция регулятора давления газа 20 принимается интегральной. Так как передаточная функция регулирующего клапана 5 представляет собой интегральную зависимость давления газа от частоты вращения электродвигателя 6, введен внутренний контур регулирования угла открытия α клапана 5. Сигнал задания угла α подается на второй элемент сравнения 21, где сравнивается с текущим сигналом угла регулирующего клапана α, который снимается с датчика угла 14 регулирующего клапана 5. Сигнал ошибки Δα с выхода элемента сравнения 21 подается на регулятор угла 22 регулирующего клапана 5. Регулятор угла 22 формирует сигнал управления для тиристорного пускателя 7, который через асинхронный электропривод 6, воздействуя на регулирующий клапан 5, обеспечивает заданное давление газа перед котлом. При этом регулятор давления газа 20 имеет ограничения по максимальному и минимальному значениям давления газа, так как выход давления газа за допустимые границы вызывает срабатывание защиты. Указанные ограничения повышают надежность и стабильность работы многогорелочного котла. Кроме того, регулятор давления газа 20 имеет зону нечувствительности для исключения частых (колебательных) изменений угла открытия клапана 5. Регулятор угла 22 представляет собой широтно-импульсный модулятор рассогласования сигналов α и α с изменяющимися на выходе шириной и промежутками между импульсами.
Качество регулирования режима сжигания топлива многогорелочного котла 1 существенно зависит от точности режимной карты, которая составляется экспериментально-расчетным путем, при этом определяющим является состав отходящих газов (разовые замеры) для различных режимов. Основной массив данных режимной карты рассчитывается по эмпирическим зависимостям. Режимная карта, составленная на основе замеров при одних погодных условиях, может иметь существенные погрешности для других.
зад
зад
о2
о2
В заявляемом устройстве в автоматическом режиме осуществляется корректировка несовершенства режимной карты, износа горелок и других изменений, возникающих в процессе эксплуатации котла. С датчика кислорода 12 в отходящих газах через блок коррекции содержания кислорода в отходящих газах 23 на третий вход элемента сравнения 19 подается сигнал, который достаточно точно отражает как энергетические показатели (полноту сжигания топлива), так и экологические (выбросы в атмосферу угарного газа и окислов азота). Блок коррекции кислорода в отходящих газах 23 отключается при розжиге котла и резких изменениях содержания кислорода, например, при включении или отключении группы горелок. Через экспериментально-расчетное время задержки на включение t 02 блок коррекции 23 включается и осуществляет коррекцию задания давления газа перед котлом Р на величину ±ΔР. При этом контур коррекции давления газа (±ΔР) по сигналу с датчика кислорода 12 имеет ограничения по максимальному и минимальному значениям, которые также получены экспериментально-расчетным путем. Указанные ограничения повышают надежность и стабильность работы многогорелочного котла.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет обеспечить дополнительную экономию газа и улучшить экологические характеристики тепло-станции благодаря уменьшению дискретности регулирования давления газа перед горелками в зависимости от температуры дутьевого воздуха. Автоматическое регулирование режима горения по содержанию кислорода в уходящих газах позволяет скорректировать несовершенство режимной карты. Благодаря введению ограничений по регулированию давления газа и ограничений коррекции по содержанию кислорода повышается надежность и обеспечивается стабильность работы многогорелочного котла.