способ автоматического регулирования подачи воздуха в топку отопительного котла

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования подачи воздуха в топку отопительного котла, заключающийся в воздействии управляющим сигналом на поворотные заслонки, установленные на воздуховоде после дутьевого вентилятора, отличающийся тем, что регулируют частоту вращения дутьевого вентилятора таким образом, чтобы угол открытия поворотной заслонки находился в заданных пределах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к способам регулирования подачи воздуха в топку отопительного котла.

Известен способ регулирования подачи воздуха в топку котла путем регулирования производительности направляющими аппаратами, заключающийся в изменении угла атаки лопастей рабочего колеса, что достигается остановкой механизма или установкой дополнительных автоматических поворотных устройств.

(Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций. М.: Энергоиздат, 1981, с.241. Плетнев Г.П.)

Недостатками известного способа являются необходимость останова для изменения угла атаки, что очень неудобно и занимает много времени, создает дополнительные сложности и приводит к низкому качеству регулирования, менее эффективно и надежно по сравнению с частотно-регулируемым приводом, а также (если используются автоматические поворотные устройства) к значительному повышению цены, снижению надежности работы.

Известен способ регулирования подачи воздуха в топку котла путем регулирования частоты вращения ротора вентилятора гидромуфтами, связывающими ведущий вал электропривода с ведомым валом, связь происходит за счет сил сцепления частиц воды или масла, отбрасываемых центробежной силой вращения электропривода и заключенных между направляющими лопатками ведущего и ведомого диска.

(Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций. М.: Энергоиздат, 1981, с.241. Плетнев Г.П.)

Недостатком известного способа является то, что внедрение этих устройств на существующих объектах связано с необходимостью изменять компоновку электропривода, высокая цена, дополнительные потери на муфте, бóльшие габариты.

Известен способ автоматического регулирования режима горения в топке котла путем измерения сигналов по расходу топлива и воздуха, подающихся на задатчик, и в процессе эксплуатации посредством датчика, установленного в газовом тракте дымохода, непрерывно измеряют содержание окиси углерода в дымовых газах и совместно с задатчиком формирует сигналы на управляющий блок в виде частотного преобразователя для плавного управления электродвигателем дымососа и (или) вентилятора, постоянно поддерживая содержание окиси углерода в дымовых газах в количестве 0,1-0,2%.

(RU ПАТЕНТ №2247900, МПК F23N 1/02, 10.03.2005)

Недостатком известного способа является то, что изменение частоты питающего напряжения двигателя вентилятора не учитывает инерционность ротора, скорость изменения частоты должна быть согласована с инерционностью ротора вентилятора, например скачкообразное снижение частоты приводит к аварии в работе частотного регулятора, также должны быть согласованы скорости изменения подачи газа, воздуха и разрежения с инерционностью дымососов и вентиляторов, в противном случае возможен кратковременный выход давления воздуха и разрежения за граничные условия и авария в работе котла.

Известен наиболее близкий к изобретению способ регулирования подачи воздуха в топку котла, заключающийся в воздействии управляющим сигналом на поворотные дроссельные заслонки, установленные на воздуховоде после дутьевого вентилятора. При дросселировании регулирование расхода осуществляется за счет изменения эффективного сечения трубопровода с помощью заслонки. В этом случае вентилятор, так же как и при отсутствии регулирования, вхолостую расходует часть своей мощности, преодолевая вводимое в напорный или всасывающий воздуховод сопротивление (шибер), поэтому часть потребляемой агрегатом электроэнергии расходуется вхолостую.

(Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций. М.: Энергоиздат, 1981, с.241. Плетнев Г.П.)

Недостатками известного способа являются его низкая энергоэффективность, энергозатратность, так как часть потребляемой агрегатом электроэнергии расходуется вхолостую, на преодоление сопротивления заслонки, а достоинствами - достаточное быстродействие, отработанность технических решений.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - повышение эффективности процесса регулирования подачи воздуха в отопительных котлах.

Поставленная задача достигается тем, что в способе автоматического регулирования подачи воздуха в топку отопительного котла, заключающемся в воздействии управляющим сигналом на поворотную заслонку, установленную на воздуховоде после дутьевого вентилятора, в отличие от прототипа, регулируют частоту вращения дутьевого вентилятора при выходе угла открытия поворотной заслонки из заданных пределов.

На чертеже представлено устройство, реализующее предложенный способ регулирования.

Устройство содержит дутьевой вентилятор 1, электрически связанный с частотным преобразователем 2, подключенный через датчик положения заслонки 3 к регулятору 4, текущее значение разрежения измеряется датчиком разрежения 5, связанным с регулятором 6, контролирующий поворотную заслонку 7, с помощью задатчика 8.

Принцип работы системы, реализующий данный способ регулирования, следующий.

Необходимую подачу воздуха (измеряют по значению разрежения) в процессе эксплуатации котлоагрегата задают задатчиком 8 и сравнивают с текущим значением, поступающим от датчика разрежения 5. Разностный сигнал формируют в регуляторе 6, который управляет положением поворотной заслонки 7 подачи воздуха в топку котлоагрегата. В зависимости от положения датчика положения поворотной заслонки 3 регулятор 4 формирует сигналы управления частотным преобразователем 2, который, в свою очередь, плавно изменяет работу дутьевого вентилятора 1, учитывая угол открытия поворотной заслонки, и изменяют частоту вращения рабочего колеса дутьевого вентилятора таким образом, чтобы угол открытия поворотной заслонки находился в заданных пределах. При этом устанавливают на регуляторе 4 значения x1 (минимальный уровень открытия поворотной заслонки) и х2 (максимальный уровень открытия поворотной заслонки), при выходе за эти граничные значения регулятор 4 формирует сигналы управления частотным преобразователем 2, который, в свою очередь, плавно изменяет работу дутьевого вентилятора 1 в сторону увеличения (если уровень открытия поворотной заслонки больше значения х2) или уменьшения (если уровень открытия поворотной заслонки меньше значения x1) частоты вращения дутьевого вентилятора.

Как показывает практика, наиболее эффективным процессом сжигания топлива является процесс горения, когда разрежение находится в пределах 20-30 Па.

Пример конкретной реализации

Необходимую подачу воздуха (измеряют по значению разрежения) в процессе эксплуатации котлоагрегата, например 25 Па (разрежение в топке отопительного котла), задают задатчиком 8, например TAG Xenta 401, и сравнивают с текущим значением, поступающим от датчика разрежения 5, например газоанализатор дымовых газов КМ900. Разностный сигнал формируют в регулятор 6, например ТАС Xenta 401, который управляет положением заслонки 7 подачи воздуха в топку котлоагрегата. В зависимости от значения датчика положения заслонки 3, например МЭО - 100/63-0,6 ЗУМ - 99, регулятор 4, например TAG Xenta 401, формирует сигналы управления частотным преобразователем 2, например LG iG5 - RUS, который, в свою очередь, плавно изменяет работу дутьевого вентилятора 1, например ВДН - 9, учитывая угол открытия поворотной заслонки, и изменяют частоту вращения рабочего колеса дутьевого вентилятора таким образом, чтобы угол открытия поворотной заслонки находился в заданных пределах. При этом устанавливают на регуляторе 4 значения х1=85% (минимальный уровень открытия поворотной заслонки) и х2=95% (максимальный уровень открытия поворотной заслонки), при выходе за эти граничные значения регулятор 4 формирует сигналы управления частотным преобразователем 2, который, в свою очередь, плавно изменяет работу дутьевого вентилятора 1 в сторону увеличения (если уровень открытия поворотной заслонки больше значения х2=95%) или уменьшения (если уровень открытия поворотной заслонки меньше значения xl=85%) частоты вращения дутьевого вентилятора.

Функции задатчика 8 и регулятора 6 совмещены в TAG Xenta 401.

В отличие от других схем регулирования, которые управляют только заслонками или только регулированием частоты вращения ротора вентилятора, при данном способе осуществляется плавное управление работой технологического электрооборудования, отсутствуют большие пусковые токи, снижается энергопотребление за счет уменьшения частоты питания двигателя дутьевого вентилятора и оптимально ведется процесс работы котлоагрегатов различного типа, а также засчет 5, 6, 7 поддерживается быстродействие системы, то есть используются преимущества обоих методов.

Итак, заявленное изобретение позволяет повысить эффективность процесса регулирования подачи воздуха в отопительных котлах.