способ регулирования теплоотдачи в канальном газоходе тепловой установки и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ регулирования теплоотдачи в канальном газоходе тепловой установки путем пропускания переменного электрического тока через горячие газы, отличающийся тем, что переменный электрический ток подают с частотой, резонансной частоте основного тона, при которой по длине канального газохода укладывается наибольшее количество стоячих полуволн.

2. Устройство для регулирования теплоотдачи в канальном газоходе тепловой установки, снабженной первым электродом горелкой и вторым электродом - жаровой трубой, содержащее датчики температур теплоносителя на входе и выходе из тепловой установки и датчик температуры уходящих дымовых газов, отличающееся тем, что оно содержит регулирующий блок, исполнительный механизм и генератор переменного электрического тока, причем регулирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных суммирующего блока, блока сравнения и блока подготовки сигнала для исполнительного механизма, работающего скачкообразно, а датчики температуры теплоносителя и дымовых газов подключены к суммирующему блоку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к способам повышения эффективности теплоотдачи от дымовых газов к тепловоспринимающим поверхностям канальных газоходов, и может быть использовано для эффективного сжигания жидкого и газообразного топлива в топках малого объема, водогрейных и паровых котлах.

Известны способы сжигания топлива в топках и теплоотдачи в канальных газоходах путем пропускания электрического тока через воздух, топливно-воздушную смесь или факел пламени в зависимости от теплотехнических и химических параметров рабочих сред тепловой установки [1]

Недостатками таких способов являются наличие сложных дорогостоящих газоанализаторов, отсутствие приборов и систем, контролирующих теплообмен в канальных газоходах, сложность суммирования сигналов различных приборов и т.д.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сжигания топлива [2] заключающийся в пропускании переменного электрического тока через дымовые газы с неизменяющейся заранее заданной частотой.

Устройство, позволяющее осуществить указанный способ, состоит из водогрейного котла с топкой и канальных газоходов, причем горелка подключена к одному электроду, а тепловоспринимающая поверхность к другому электроду источника переменного тока заданной частоты.

Недостатками этого способа являются

невозможность изменения частоты электрического тока в зависимости от основного тона акустических колебаний горячих дымовых газов;

отсутствие автоматического регулирования процессов горения и теплоотдачи;

периодичный характер воздействия электрическим током на теплоотдачу.

Целью изобретения является повышение эффективности теплоотдачи дымовых газов к тепловоспринимающей поверхности канальных газоходов тепловых установок за счет постоянного пропускания электрического тока с частотой, зависящей от частоты основного тона дымовых газов.

Цель достигается тем, что осуществляется регулирование теплоотдачи от горячих дымовых газов к тепловоспринимающим поверхностям канальных газоходов путем пропускания через газы переменного электрического тока с частотой, автоматически поддерживаемой в пределах, наиболее близких с резонансной частотой к основному току акустических колебаний горячих дымовых газов, что соответствует наиболее качественному теплообмену, так как при этом значительно возрастает скорость колебаний частиц газа в узлах и звуковое давление в пучностях волн основного тона [3]

Цель достигается также применением устройства регулирования теплоотдачи, которое позволяет организовать резонансные явления с волнами основного тона акустических колебаний газов в канальных газоходах и содержит первый электрод горелку, второй электрод жаровую трубу, датчики температур теплоносителя на входе и выходе из тепловой установки, датчик температуры уходящих дымовых газов, расходомер теплоносителя, регулирующий блок и исполнительный механизм, при этом регулирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных блока суммирования сигналов датчиков температуры, блока сравнения сигналов датчиков и блока подготовки управляющего сигнала для исполнительного механизма.

По величине сигнала, полученного в результате сложения сигналов датчиков температур теплоносителя U_tи дымовых газов U_тг по формуле U __ (U_t-U) осуществляется регулирование теплоотдачи от дымовых газов путем подбора частоты пропускаемого тока, в большой степени соответствующей резонансу с основным тоном акустических колебаний.

На фиг. 1 представлена схема тепловой установки с устройством регулирования теплоотдачи; на фиг.2 структурная схема регулирующего блока; на фиг.3 график зависимости степени нагрева теплоносителя t и температуры уходящих дымовых газов от частоты электрического поля, пропускаемого через горячие дымовые газы.

Устройство регулирования теплоотдачи (фиг.1) содержит датчики 1 и 2 температуры теплоносителя соответственно на входе и выходе из тепловой установки, датчик 3 температуры уходящих дымовых газов, последовательно соединенные регулирующий блок 4, исполнительный механизм 5 и блок 6 питания установки.

Регулирующий блок 4 (фиг.2) выполнен в виде последовательно соединенных суммирующего блока 7, блока 8 сравнения и блока 9 подготовки сигнала. Датчики 1, 2 и 3 темпеpатур подключены к суммирующему блоку. Устройство установлено на тепловой установке 10, горелка 11 которой является первым электродом, а жаровая труба 12 вторым.

Установлено [3] что при постоянном режиме горения без пропускания электрического тока через горячий газ в жаровой трубе образуются акустические волны с прочностями и узлами стоячие волны, которые имеют постоянную частоту, называемую основным тоном. Так, для известного способа основной тон можно определить следующим образом:

f Гц (1) где v скорость звука в воздухе, 331 м/с;

t_ср температура горячих газов в середине жаровой трубы, ^оС;

L длина жаровой трубы, м;

D диаметр жаровой трубы, м;

(L+0,8D) L_э акустическая длина жаровой трубы.

В акустической длине жаровой трубы может располагаться одна, две, три и более стоячих полуволн, которые определяют теплоотдачу к стенке жаровой трубы.

Стоячая волна имеет максимальную скорость колебаний частиц газа в узлах и максимальное звуковое давление в пучностях. Чем больше таких узлов и пучностей вписывается в жаровую трубу при условии резонанса с основным тоном, тем лучше теплоотдача от горячих дымовых газов к стенкам жаровой трубы.

При наложении электрического поля на пламя его частота подбирается следующим образом:

1 + f, Гц (2) где n целое число, начиная с О.

Предлагаемый способ осуществлен на вертикальном цилиндрическом водогрейном котле, жаровая труба которого и горелка подключены к генератору переменного тока, частоту которого посредством исполнительного механизма можно изменять скачкообразно в зависимости от конкретного основного тона f и целого числа n.

При длине жаровой трубы L 0,237 м и диаметре D 0,068 м основной тон в соответствии с (1) будет

f 600 Гц

Значения резонансной частоты (Гц) в соответствии с (2)

n 0 1 2 3 4 5 6

600 750 900 1050 1200 1350 1500

Регулирующий блок cмонтирован на базе электронного потенциометра КСП-4, электронная схема которого выполняет роль суммирующего блока 7 (фиг.2), блок 8 сравнения представляет собой систему подвижных контактов, установленных на штанге и подвижной каретке самопишущего прибора. В случае, когда Uⁿ⁺¹>Uⁿ, подвижная каретка отодвигает подвижной контакт, установленный на штанге, вправо на расстояние, пропорциональное значению Uⁿ⁺¹-Uⁿ, определяя (откладывая) тем самым оптимальное значение сигнала Uⁿ⁺¹ (соответствующее значению частоты ⁿ⁺¹). При этом поступает сигнал на блок 9 подготовки (на чего положительный контур) и посредством исполнительного механизма 5 изменяется частота переменного электрического поля, накладываемого на канальный газоход, до следующего пикового значения (фиг.3).

В случае, если Uⁿ⁺¹<U<SUB>ⁿ, подвижная каретка не достигает крайне правого контакта и блок 9 подготовки сигнала (фиг.2), состоящий из двух шаговых искателей (положительного и отрицательного), подает отрицательный сигнал на исполнительный механизм (микроэлектродвигатель), который возвращает систему в предыдущее более оптимальное состояние.

Блок питания устройства представляет собой генератор частоты переменного электрического тока с фиксированными рабочими частотами, рассчитанными и установленными в соответствии с приведенными математическими формулами.

Прямого преобразования сигналов датчиков в силовую электрическую энергию нет. В цепь управления регулирующего блока подается ток низкого напряжения, а к блоку питания промышленный ток.

Способ регулирования теплоотдачи осуществляется следующим образом.

Посредством горелки 11 сжигается топливо, горячие дымовые газы поступают в жаровую трубу 12, отдавая свое тепло теплоносителю через ее стенки. Датчики 1, 2 и 3 температуры подают сигналы на суммирующий блок 7, который складывает сигналы по закону U=U_t-U_tг и передает сигнал U¹на блок 8 сравнения, который, в свою очередь, сравнивает сигнал U¹ с сигналом U^o и передает его на блок 9 подготовки сигнала для исполнительного механизма, изменяя тем самым частоту электрического тока, пропускаемого через горячие газы.

В случае, если Uⁿ⁺¹<U<SUB>ⁿ, блок 8 сравнения дает положительный сигнал на блок 9 подготовки, а значение Uⁿ⁺¹ откладывает в своей "памяти", при этом частота электрического поля скачкообразно увеличивается со значения " до ⁿ⁺¹ и система переходит в новое качественное состояние с улучшенной теплоотдачей. Если же Uⁿ⁺¹<U<SUB>ⁿ, то блок 8 сравнения дает отрицательный сигнал на блок 9 подготовки и система возвращается в предыдущее, более оптимальное, состояние. Контролируя работу тепловой установки путем поддерживания резонансной частоты наложенного электрического тока таким образом, чтобы обеспечить наибольшее количество стоячих полуволн по длине жаровой трубы, устройство обеспечивает оптимальный режим (фиг.3) ее работы.