система автоматического управления тепловым режимом агрегата

Формула изобретения

Система автоматического управления тепловым режимом агрегата, содержащая исполнительные органы с датчиками положения и приводами, установленные на трактах подачи топлива и окислителя в топочное устройство, воспламенитель, термочувствительный элемент и управляющую аппаратуру, отличающаяся тем, что она снабжена пультом управления, в качестве воспламенителя использован один или несколько плазмотронов, в качестве термочувствительного элемента использована термопара, в качестве управляющей аппаратуры использован компьютер, причем датчики положения исполнительных органов, термопара, датчики системы запуска и охлаждения плазмотронов соединены через пульт управления со входами компьютера, выходы которого через пульт управления соединены с приводами исполнительных органов подачи топлива и окислителя и системами запуска и охлаждения плазмотрона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться для управления тепловым режимом котлоагрегатов и промышленных печей.

Наиболее близким к изобретению является устройство для автоматического управления тепловым режимом бойлера по патенту GB N 1489727, кл. F 23 N 5/00, 1977.

В известном устройстве в топку подаются по трубопроводам газ и воздух, причем на трубопроводе для подачи газа установлен электроуправляемый клапан, а на трубопроводе для подачи воздуха установлен датчик наличия потока, который через контакты реле управляющей аппаратуры соединен с клапаном подачи газа на вспомогательную горелку. При обнаружении потока воздуха датчиком наличия потока через контакты реле управляющей аппаратуры срабатывает искровой генератор, соединенный с электровоспламенителем. После этого вспомогательная горелка зажимается. После обнаружения датчиком пламени на вспомогательной горелке сигнал с него через контакты реле управляющей аппаратуры открывает клапан подачи газа к основной горелке. Устройство также содержит термочувствительный элемент, соединенный с управляющей аппаратурой для включения и отключения подачи газа на основную горелку при изменении количества тепла, поступающего в топку.

Недостатком известного устройства является недостаточная надежность за счет использования электровоспламенителя для зажигания вспомогательной горелки, а также управления тепловым процессом в дискретном режиме.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в создании системы для автоматического управления тепловым режимом агрегата с высокой надежностью за счет использования плазмотронов для поджигания топлива, а также непрерывное управление тепловым процессом агрегата.

Указанная задача решается за счет того, что система автоматического управления тепловым режимом агрегата, содержащая исполнительные органы с датчиками положения и приводами, установленные на трактах подачи топлива и окислителя в топочное устройство, воспламенитель, термочувствительный элемент и управляющую аппаратуру, снабжена пультом управления, в качестве воспламенителя использован один или несколько плазмотронов, в качестве термочувствительного элемента использована термопара, в качестве управляющей аппаратуры использован компьютер, причем датчики положения исполнительных органов, термопара, датчики системы запуска и охлаждения плазмотрона соединены через пульт управления со входами компьютера, выходы которого через пульт управления соединены с приводами исполнительных органов подачи топлива и окислителя и системами запуска и охлаждения плазмотрона.

На чертеже представлена блок-схема системы автоматического управления тепловым режимом агрегата.

Система включает топочное устройство /муфель/ 1, два плазмотрона 2, которые подсоединены к одному источнику питания 3. Для обеспечения надежного запуска плазмотронов в систему включены осцилляторы 4. /В линии питания второго плазмотрона также включен свой осциллятор/.

Топочное устройство работает на угольной пыли, смешанной с воздухом, который доставляет эту пыль и поддерживает ее горение в топочном устройстве. Для этого используется вентилятор 5 и блок подачи угольной пыли 6, в котором имеется шнековый дозатор, приводимый в действие электродвигателем с регулируемой частотой вращения вала. Расход воздуха регулируется заслонкой 7, в механизме которой предусмотрены свой привод 8 и датчик 9 угла отклонения заслонки от нулевого положения.

Воспламенение угольно-воздушной смеси осуществляется плазменной дугой от одного или нескольких плазмотронов в зоне А. Для этого к плазмотронам подведен постоянный ток от источника 3 питания. На этот ток при запуске накладывается /для обеспечения запуска/ амплитуда переменного электрического тока частотой 8 - 12 кГц от осцилляторов 4.

В качестве плазмообразующего газа в данных плазмотронах используется воздух, который подается по двум каналам N₁ и N₂ от отдельного компрессора /на чертеже он не показан/ через регулятор-распределитель 10. Давление воздуха в каждом из каналов контролируется соответственно датчиками 11 и 12.

Подача воздуха по двум каналам объясняется следующим. При неизменяемых стабильных параметрах воздуха дуга плазмы образуется в плазмотроне только в одном каком-то месте. Стойкость конструкции при этом снижается из-за высокой температуры дуги, достигающей нескольких десятков тысяч градусов. С целью повышения стойкости конструкции дугу следует перемещать на достаточно значительном расстоянии /естественно, в той зоне, где может образоваться дуга плазмы/. Это можно осуществить только, подавая различные расходы воздуха G₁ и G₂, соотношение которых и частота их изменения подбираются опытным путем.

Для охлаждения катода и анода плазмотрона используется вода, которая подается по своим магистралям для каждого электрода. В сливных участках этих магистралей установлены соответственно датчики давления 13 и 14 и температуры 15 и 16. Значение давления воды ограничено и сверху, и снизу /т.е. по максимуму и минимуму/, значение температуры ограничено только сверху.

Температура продуктов сгорания внутри топочного устройства контролируется термопарой 17.

Запуск, настройка режима работы системы осуществляется с пульта 18 управления. При этом существует возможность вести все эти процедуры как вручную, так и в автоматическом режиме при помощи компьютера 19, соединенного с пультом 18 управления через свой блок сопряжения.

Элементы 3, 4, 10, 11, 12 входят с состав системы запуска плазмотрона и обеспечения его работы, а элементы 13, 14, 15, 16 входят в состав системы охлаждения плазмотрона.

Настройку режима работы устройства ведут /при отключенном компьютере/ с пульта управления через блок сопряжения /интерфейс/, который условно отнесен к узлу пульта управления. Показания всех датчиков /температуры, угла отклонения заслонки, скорости вращения привода подачи угольной пыли/ подаются на регистрирующие и показывающие приборы пульта управления и кроме того на блок напряжения, а если включен персональный компьютер /ПК/, то и на входное устройство ПК.

В ПК заложена программа, по которой ПК ведет процесс с учетом поступающих к нему оперативных данных от всех датчиков.

ПК отрабатывает заложенную в него программу, выдает управляющие сигналы через блок сопряжения на те органы управления, о которых говорилось ранее /привод подачи угольной пыли, привод воздушной заслонки "первичного" воздуха и источник питания плазмотрона/.

При ручке режимов работы в положении "Автомат" установка отключается от регулирования с пульта управления.

Система работает следующим образом:

1. При отладке и настройке системы.

1.1. Включается компрессор плазмообразующего воздуха /на чертеже он не показан/ и с помощью регулируемых вентилей выставляется вручную максимальные значения давлений в каналах N₁ и N₂.

1.2. Открываются вентили охлаждающей воды и устанавливается необходимое давление в системе охлаждения.

При этом системой блокировки предусмотрено, что при отсутствии воды в системе охлаждения или снижения ее давления ниже определенного уровня плазмотроны отключаются от источника питания. Последующий пуск плазмотронов возможен только после устранения причин, вызвавших отказ при запуске.

1.3. С пульта 18 управления включается источник 3 питания и выставляется заданный уровень напряжения на его выходных клеммах.

1.4. Включением осциллятора 4 осуществляется "поджиг" плазмотрона, после чего ручкой на пульте управления устанавливается заданное значение тока на дуге, и осциллятор отключается от плазмотрона.

1.5. Включается вентилятор 5 подачи "первичного" воздуха и устанавливается заданный угол открытия заслонки 7 по показанию датчика 9.

1.6. Включается электродвигатель блока 6 подачи пыли, и регулятором напряжения устанавливается необходимая частота вращения его вала. Факт включения электродвигателя блока 6, частота вращения - все это фиксируется на пульте управления и дисплее компьютера.

1.7. При достижении температуры в топочном устройстве определенного значения, о чем сигнализирует показание термопары 17, система переключателем на пульте управления 18 переводится в автоматический режим, т.е. к работе подключается компьютер 19, который по заданной программе поддерживает выбранный /установленный вручную при наладке/ режим работы топочного устройства 1.

2. При выбранном режиме с заданной циклограммой работы системы оператор производит следующие манипуляции.

2.1. Включает пульт управления.

2.2. Производит выбор необходимой программы работы системы установкой необходимой дискеты в компьютер.

2.3. Переводит переключатель режима работы пульта управления в положение "автомат".

2.4. Нажатием кнопки "пуск" включает систему в работу.

При этом введенная в компьютер программа должна обеспечить:

а/ определенное соотношение расходов G₁ и G₂ через плазмотрон, соответствующее выражению

G₁ + G₂ = G = Const (1)

для выбранного установившегося режима работы и, кроме того, для обеспечения большей долговечности плазмотрона расходы G₁ и G₂ изменяются в определенных пределах во времени, т.е.

G₁ = f(t) и G₂ = f(t) (2)

но при соблюдении, естественно, соотношения /1/.

б/ температура охлаждающей воды не должна превышать определенного заранее значения, в противном случае включается световая и звуковая сигнализация, а плазмотрон отключается от источника-питания;

в/ вести процесс /выдерживать режим/ - поддерживать значение температуры в топочном устройстве /показания термопары 17/ все время в определенном интервале, а чтобы осуществить это, компьютер, "получая" информацию о значении температуры, может воздействовать на три исполнительных органа: электродвигатель блока 6 подачи, изменяя частоту вращения его двигателя; заслонку в трассе "первичного" воздуха /регулируя угол наклона - регулируется расход/; мощность плазмотронов, которая зависит пропорционально от величины напряжения на его электродах и расхода воздуха /1/.

Настоящая система может быть использована, например, для поддержания режима работы котлов ТЭС или крупных котельных.