способ управления процессом горения

Формула изобретения

1. Способ управления процессом горения путем периодической корректировки исходного положения по меньшей мере одного из регулирующих органов, установленных в трубопроводах подачи топлива и воздуха, в зависимости от результатов измерений содержания оксида углерода в продуктах сгорания, отличающийся тем, что в процессе корректировки осуществляют шаговое перемещение регулирующего органа до достижения концентрации оксида углерода в продуктах сгорания 0,005 0,05 об. после чего положение регулирующего органа изменяют в сторону сокращения подачи топлива и/или увеличения подачи воздуха до первого измерения, когда концентрация оксида углерода не станет менее 0,005 об.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устанавливают шаг перемещения регулирующего органа соответствующим изменению концентрации оксида углерода в продуктах сгорания в пределях 0,005 0,02 об.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что исходные положения регулирующих органов устанавливают в зависимости от соотношения давлений топлива и воздуха в соответствующих трубопроводах или в зависимости от соотношения расходов топлива и воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к автоматизации процессов горения в тепловых установках.

Известны способы контроля и управления процессом горения путем измерения содержания оксида углерода в потоке продуктов сгорания с помощью газоанализатора, например путем измерения электрического сопротивления датчика на основе двуокиси титана с последующей периодической корректировкой исходного положения по меньшей мере одного из регулирующих органов, установленных в трубопроводах подачи топлива или воздуха [1,2]

Однако известные способы недостаточно эффективны. Наиболее высокий коэффициент полезного действия тепловой установки, например котла, можно получить, поддерживая количество воздуха, идущего на горение, близкое к стехеометрическому (коэффициент избытка воздуха в пределах 1,02 1,05).

Между тем в известных способах контролируют только нижний уровень коэффициента избытка воздуха. Отклонение коэффициента в сторону увеличения избытка воздуха не контролируется. При 1,05 происходит снижение КПД установок за счет увеличения количеств продуктов сгорания.

Включение в схему регулирования кислородомера в большинстве случаев, особенно для топок, работающих под разрежением, не дает желаемого результата, так как подсос вторичного воздуха в сочетании с неудовлетворительной аэродинамикой топки не позволяет по наличию свободного кислорода в топке судить о качестве сжигания топлива.

Задачей изобретения является оптимизация процесса горения за счет поддержания коэффициента избытка воздуха в пределах 1,02 1,05.

Поставленная задача решается путем того, что периодически, через установленные промежутки времени, путем шагового перемещения по меньшей мере одного из регулирующих органов, установленных в трубопроводах подачи топлива и воздуха, осуществляют процедуру поиска такого соотношения подачи топлива и воздуха, чтобы концентрация оксида углерода в продуктах сгорания находилась в интервале 0,005 0,05 об. а затем положение регулирующего органа (регулирующих органов) изменяют на один или несколько шагов в сторону сокращения подачи топлива и/или увеличения воздуха и контролируют концентрацию оксида углерода, при этом воздействие на регулирующий орган продолжают до первого измерения, когда концентрация оксида углерода не станет менее 0,005%

Предлагаемый способ позволяет поддерживать коэффициент избытка воздуха в переделах 1,02 1,05, то есть установить количество воздуха, идущего на горение, чуть больше требуемого теоретически. Это, с одной стороны, обеспечивает полноту сжигания топлива (отсутствие химнедожога), а, с другой стороны, процесс горения происходит при минимально необходимом количестве воздуха.

Следует отметить, что на соотношение топливо-воздух оказывают существенное влияние следующие факторы, вызывающие необходимость непрерывной поднастройки процесса горения. Это изменение нагрузки, состава топлива и температуры наружного воздуха. Все эти факторы, за исключением нагрузки, являются инерционными, медленно изменяющимися во времени. С другой стороны, процесс горения является нестандартным и мгновенное разовое изменение концентрации оксида углерода может иметь большую погрешность. Совокупность этих факторов делает необходимым проводить измерение концентрации СО периодически, по мере накопления возмущений.

Внедрение изобретения позволит повысить КПД тепловых агрегатов и снизить содержание вредных выбросов (таких как оксид углерода и окислы азота) в продуктах сгорания.

На чертеже представлен пример выполнения устройства, реализующего данный способ.

В качестве примера рассмотрен водогрейный котел. Устройство содержит топку 1 тепловой установки 2, газоход 3, отборную трубку 4, источник разрежения 5, нагреватель 6, газоанализатор 7, горелочное устройство 8, измерительный контур 9, сбросной трубопровод 10, трубопровод 11, заслонку 12, включенную в измерительный контур 9 и заслонку 13.

На трубопроводе подачи топлива, например природного газа, установлен регулирующий орган, выполненный в виде заслонки 14, а на трубопроводе подачи воздуха, регулирующий орган, выполненный в виде заслонки 15.

Устройство работает следующим образом.

Продукты сгорания направляют в газоход 3, расположенный на выходе теплового агрегата 2. Пробу продуктов сгорания отбирают через трубку 4 посредством разрежения и направляют в нагреватель 6, например теплообменник, в котором теплоносителем служит, например, горячая вода, вырабатываемая в котле.

Нагрев производится до температуры выше 60^oC, т. е. точки росы продуктов сгорания, для предупреждения выпадения конденсата из продуктов сгорания. Емкость измерительного контура 9, состоящего из соединенных трубопроводами источника разряжения 5, нагревателя 6, газоанализатора 7, принимают равной объему продуктов сгорания, отбираемому из газохода 3 в течение 5 мин. Цикл измерений и настройки системы на требуемое соотношение "газ-воздух" производят через каждые 15 мин.

С этой целью производят измерение концентрации СО в продуктах сгорания, находящихся в измерительном контуре 9.

При измерении возможно два варианта.

Первый концентрация CO в продуктах сгорания более 0,005% В этом случае производят воздействие на регулирующий орган 14 в сторону уменьшения подачи топлива, или на регулирующий орган 15 в сторону увеличения подачи воздуха, или на оба органа одновременно в указанных направлениях. За шаг принимают такое угловое перемещение заслонки, что в результате концентрация оксида углерода в продуктах сгорания изменяется на 0,005 0,02 об.

После каждого шага воздействия и минутной паузы производят следующее измерение концентрации CO. Пусть длительность цикла "измерение-воздействие на регулирующий орган-пауза" составляет 3 мин. Регулирование производят до тех пор, пока концентрации CO не будет находиться в диапазоне 0,005 0,05 об. После этого приоткрывают воздушную заслонку 15 и снова измеряют содержание CO в продуктах сгорания. Шаговое открытие воздушной заслонки 15 производят до тех пор, пока концентрация CO не станет менее 0,005%

Второй случай, когда первое измерение показывает концентрацию CO в продуктах сгорания менее 0,005% (практически 0%). В этом случае воздействуют на регулирующий орган 14 в сторону увеличения подачи топлива, или на рабочий орган 15 в сторону уменьшения подачи воздуха, или на оба органа одновременно в указанную выше сторону. Эту процедуру (шаговое воздействие на регулирующий орган, пауза, измерение) производят до тех пор, пока концентрация CO не достигнет интервала 0,005 0,05% Далее направление воздействия на регулирующие органы изменяют на противоположное и воздействуют до тех пор, пока измерение не покажет, что концентрация CO в продуктах сгорания менее 0,005%

Пусть процедура по первому или второму варианту длится 9 мин. Далее следует выдержка 6 мин и процедура повторяется. Для некоторых типов тепловых установок целесообразно предлагаемый способ использовать как коррекцию регулирования соотношения "газ-воздух", например, для водогрейных котлов, в которых регулирование подачи газа производят количеством включенных горелок при неизменном количестве воздуха, идущего на горение (котлы, например, типа ПТВМ). Перед описанным выше процессом корректировки регулирование подачи газа и воздуха производят по соотношению их расходов. С целью сокращения времени выхода котла на оптимальный режим при резком возмущении (включение или выключение газовой горелки) грубую настройку производят предварительно по соотношению давления газа и воздуха, а затем корректируют согласно предложенному способу.

Пробу продуктов сгорания направляют частично на рециркуляцию в измерительный контур 9, а частично на сброс в атмосферу через трубопровод 10 и заслонку 13.

Регулирование соотношения рециркулируемого газа и газа, выбрасываемого в атмосферу, производят при помощи регулирующих заслонок 12 и 13, а также изменением производительности работы источника 5 разрежения (который может быть выполнен в виде насоса).