УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНВЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА ЭКОНОМАЙЗЕРА СОДОРЕГЕНЕРАЦИОННОГО КОТЛОАГРЕГАТА

Полезная модель относится к устройствам, позволяющим диагностировать состояние поверхности нагрева экономайзера содорегенерационного котлоагрегата (СРК) по экспериментальным динамическим характеристикам.
Экономайзер представляет собой рекуперативный теплообменник, позволяющий более полно использовать тепло, выбрасываемое через трубу в атмосферу вместе с дымовыми газами. Их температура при движении вдоль поверхности теплообмена всегда уменьшается. Задача состоит в уменьшении конечного значения температуры, что повышает эффективность работы экономайзера.
Известно устройство [RU №2325595 C1], содержащее дымоход и емкость с подогреваемой жидкостью. Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности контролировать эффективность процесса теплообмена и существенное загрязнение нагреваемой жидкости. Предлагаемое устройство позволяет определить постоянные времени и время запаздывания для процессов, происходящих при включении и выключении обдува паром конвективной поверхности нагрева экономайзера (рис.1):
1
вэ
Т - постоянная времени, характеризующая инерционность переходного процесса изменения температуры дымовых газов θ(t) при выключении обдува паром поверхности экономайзера;
1
τ - время запаздывания для процесса выключения обдува паром поверхности экономайзера;
2
вэ
T - постоянная времени, характеризующая инерционность переходного процесса изменения температуры дымовых газов θ(t) при включении обдува паром поверхности экономайзера;
2
τ - время запаздывания для процесса включения обдува паром поверхности экономайзера.
вэ
вэ
Технически результат заключается в определении зависимости температуры дымовых газов после прохождения поверхности водяного экономайзера θ(t) от времени и нахождения передаточных функций W(p) и переходных функций Δθ(t) для этих процессов с целью диагностирования эффективности работы экономайзера
где W(p) - передаточная функция процесса конвективного теплообмена;
вэ
вэ
Δθ(р)- оператор выходного сигнала θ(t);
вэ
вэ
Δθ(t) - нормированный выходной сигнал (нормированная температура θ(t));
об
ΔG(p) - оператор входного сигнала, соответствующего полному выключению или полному включению задвижки паропровода;
вэн
вэ
θ - начальное значение температуры θ(t);
вэк
вэ
θ - конечное значение температуры θ(t).
вэ1
Начальное значение температуры дымовых газов перед экономайзером принимается постоянным, то есть θ=const.
Технически результат достигается тем, что в устройство, состоящее из трубы котлоагрегата, емкости с нагреваемой жидкостью, поверхности теплообмена, обдуваемой паром, дополнительно устанавливается термопара ТХК, соединенная через аналого-цифровой преобразователь с ПЭВМ. Градуировочный график позволяет преобразовать получаемое напряжение в температуру. В паропроводе установлена задвижка для полного включения и выключения подачи пара.
вэ
вэ
вэ
2
2
Сущность полезной модели представлена рисунками: на рис.1 изображена схема экономайзера с термопарой, аналого-цифровым преобразователем, ПЭВМ, градуировочным графиком и задвижкой трубопровода; на рис.2 изображена зависимость от времени реальной температуры дымовых газов θ(t) а на рис.3 нормированной Δθ(t) для переходного процесса, получаемого при полном закрытии задвижки паропровода; на рис.4 изображена зависимость от времени нормированной температуры Δθ(t) для переходного процесса, получаемого при полном открытии задвижки паропровода, и аппроксимирующая эту зависимость функция с ее параметрами τ и Т.
вэ
Устройство состоит из трубы котлоагрегата 2, по которой поднимаются дымовые газы 1, и емкости с нагреваемой жидкостью 7, которые разделены металлической поверхностью и представляют собой рекуперативный теплообменник, называемый водяным экономайзером. Через паропровод 9 подается на поверхность конвективного теплообмена АВ пар, очищающий эту поверхность от несгоревших твердых частиц, осаждающихся из трубы котлоагрегата на поверхность теплообмена, и обеспечивающий повышение КПД водяного экономайзера. Знаками «+» в круге обозначено направление движения пара перпендикулярно поверхности рисунка от нас. Задвижка 8 предназначена для регулирования расхода пара с целью уменьшения затрат тепла при обеспечении эффективной работы экономайзера. Хромель-копелевая термопара 3 обеспечивает измерение температуры дыма за экономайзером. Аналого-цифровой преобразователь 4, обеспечивает преобразование аналогового сигнала в цифровую форму и усиление сигнала термопары, измеряющей температуру θ(t). Использовался АЦП L-154, работающий совместно с программой PowerGraph. Компьютер 5 обеспечивает запись и обработку полученных результатов. Градуировочный график 6 позволяет преобразовать получаемое напряжение в температуру.
вэ1
вэ
вэ
вэ
вэ
об
Устройство работает следующим образом. При постоянном значении температуры θ входящих дымовых газов 1 получаем зависимости температуры дымовых газов после прохождения поверхности водяного экономайзера θ(t) от времени при полном закрытии и открытии задвижки 8 (рис.2). Тепло передается от горячего дыма 1 к холодной жидкости 7, которые движутся прямоточно. Таким образом, еще некоторая часть тепла выбрасываемых в атмосферу дымовых газов используется для нужд СРК. Расход пара для заданного режима работы СРК должен быть минимальным и обеспечивающим минимум потерь тепла с уходящим в атмосферу дымом (θ=min). С помощью градуировочного графика 6 преобразуем получаемое напряжение в температуру. Для обработки результатов удобно использовать программы MathCAD или Excel, так как они дают возможность аппроксимировать полученные кривые и строить графики. В соответствии с формулой Δθ (1) строим кривые нормированных выходных сигналов Δθ(t) (рис.3). Поскольку изображение ступенчатой функции ΔG(p) равно 1/р, кривые нормированных сигналов имеют вид экспонент, изменяющихся в пределах от 0 до 1 и в начальный период от 0 до τ кривые практически не изменяются, считаем изображение по Лапласу выходного сигнала равным
Ему соответствует выходной сигнал.
где Ф(t-τ) - ступенчатая функция Хевисайда.
Аппроксимируя этой зависимостью экспериментальные результаты, получаем
1
1
2
2
T=14,3 мин; τ=3,3 мин; Т=18 мин; τ=23 мин.
2
1
2
вэк
Полученные параметры следует рассматривать как диагностические и интерпретировать их изменение в зависимости от условий эксплуатации. Например, увеличение τ может определяться увеличением неполноты сгорания топлива в результате ухудшения его качества. Это вызывает увеличение слоя копоти на поверхности теплообмена. Увеличение значений T и Т в течение длительного срока (примерно год) может обусловливаться появлением слоя накипи на поверхности теплообмена со стороны жидкости. В этом случае θ будет расти, что ухудшает эффективность работы экономайзера.