Способ и система автоматического управления подачей воздуха в топку котла

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 23 N 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Ilo изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ЛЮТ СССР

-ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4600404-06 (22) 31.10.88 (46) 15.02.91. Бюл. М- 6 (71) Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола (72) Н.В.Подборнов (53) 621.182.26(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1312326, кл. F 23 N 3/00, 1985. (54) СПОСОБ И СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО

YII?ABJIEHHH ПОДАЧЕЙ ВОЗДУХА В ТОПКУ

КОТЛА, (57) Изобретение относится к теплоэнергетике. Цель изобретения — повышение надежности и достоверности формирования управляющих воздействий при оптимизации подачи воздуха в топку.

Способ заключается в изменении расхо„„Я0„„1627787 А 1 да топлива, воздуха, нагрузки, анализа состава дымовых газов, измерении времени анализа и времени между отборами проб газа и на основании результатов измерений и последующих расчетов формировании управляющих воздействий на подачу воздуха с учетом количества информации, полученной при анализе состава дымовых газов, и цли- тельности этого анализа. Система имеет контур регулирования коэффициегта избытка воздуха р6 с корректированием г последнего на основе результатов анализа, получаемого с дискретного анализатора ° Система дополнительно имеет вторичное устройство аналйзатора с блоками 13 и 14, таймер 18, микропроцессорное вычислительное устройство

16 и реле 15. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1627787

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при автоматизации котельных установок на тепловых электростанциях, в нефтеперерабатывающей и нефтехимической отрасли промышленности при автоматизации работы печей нагрева нефтепродуктов и тепе

Цель изобретения — повышение на- 1р дежнссти и достоверности формирования управляющих воздействий в процессЕ оптимизации подачи воздуха в топку при переменных режимах работы агрегата. 15

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемой системы.

В котельный агрегат или печь нагрева нефтепродуктов (К) в топку подается топливо, Например газ (линия Г) и 2р воздух (линия В). Нагрузка агрегата при измерении ее специальной системы (она различна для различных агрегатов) в конце концов реализуется на линии исполнения (П) в изменении по- 25 дачи топлива, например поворотом заслонки 1 Система управления содержит датчик расхода топлива, имеющий чувствительный элемент 2 преобразователь 3. Подача воздуха по линии В ус-, 3p ловно показана дутьевым вентилятором

4. На воздушной линии также установлен датчик расхода воздуха, имеющий чувствительный элемент 5 и преобразователь 6, Система содержит задатчик

7 коэффициента избытка воздуха М

Выходы преобразователей 3 и 6 соединены с входом блока 8 вычисления отношения воздух — топливо (коэффициента избытка воздуха 0(, ). На вход 4р блока 8 поступает из задатчика 7 заданное значение h g . .Выход блока 8 соеди ен с входом блока 9, в котором формируется необходимый закон регулирования. Выход блока 9 соединен с исполнительным механизмом 10. Последний связан либо с приводом вентилятора 4, либо с направляющими лопатками венти лятора 4, либо с дроссельной заслонкой на воздуховоде (линия В).

На линии отбора продуктов сгорания для анализа (ДГ) ус тановлен управляемый кран t 11 датчик 12 анализатора (например, хроматографического). Выход последнего соединен с входом вторичного устройства анализатора с блоком 13 управления и блоком 14 формирования управляющего воздействия на задатчик 7. Выход блока 14 соединен с реле 15, а выход последнего — с задатчиком 7. Блок 13 управления вторичного устройства анализатора соединен с приводом управляющего крана 11 и приводом контактов реле 15 (замыкание). Привод контактов реле 15, размыкающих цепь, соедИнен через соответствующие устройства сопряжения с микропроцессорным вычислительным устройством 16, имеющим регистры 17. Таймер

18 связан с блоком 13 управления вторичного устройства анализатора и регистрами 17

Выход блока преобразователя 3 соединен с входом дифференцирующего блока 19, выход последнего через соответствующее устройс.тво соединен с регистрами 1/.

Способ осуществляют следующим образом. управляют подачей воздуха посредством измерения расхода топлива, воздуха и заданной нагрузки и формированию по последним управляющих воздействий на подачу воздуха, корректирующее воздействие формируется на основе результатов анализа состава продуктов сгорания дискретным анализатором путем дополнительного измерения времени, затраченного на анализ ., измерения времени между 1fèêëàìè отбора л гроб для анализа ьц, вычисления на основе анализа последней и предыдущих проб средней скорости dx/dc, изменения параметра, характеризующего оптимальное соотношение топливо — воздух, измерения скорости изменения подачи топлива в топку, например, путем диффер"нцирования показаний датчика расхода топлива и если знак измерения скорости расхода топлива (убыль или увеличение) соответствует знаку изменения параметра, характеризующего оптимаЛьное соотношение топливо-воздух, то дополнительно вычисляем величину информативности Л по формуле х мак х мии

ГДЕ Х „ -Х „„И11 — ДналаЗОН ИЗМЕнеНиЯ параметра характеризующего оптимальность соотношения топливо-воздух; абсолютная ошибка метода анализа, корректируем управляю5 1627787 6 щее воздействие на пустимого времени анализа. Это »Олоподачу воздуха н топ- жение и заложено при трансформации ку на основе подсчц- формулы (5) в (2). таиной величины и»- Что же касается скорости измене»1! формативцости, 5 параметра dx/dr,, то она может быть л л интервал времени, оценена на основе данных последнего патра 1енного нп га- результата анализа х и предыдущего 1 зовый анализ ° х и при известном B..емец» цикла (, 2 4

Кроме того, задаваясь величиной 1ð вычислена как

ПРЕДЕЛЬНОЙ МИНИМаЛЬНОй Ин(«а«ОРМатцн»ОСти Зм„„,, подсчитываем Mëêñ»Mëëü»î до-,„/„ = — x — хг пустимое время анализа по формуле 1ц (6) Более достоверная оценка может быть проведена на основе трех последних результатов анализа xr x х у по следующему правилу: (Хи 1(C ХМЯЯ ДМ1ХР - МЯЯ

МОКС

r dx 1

t (1л / Р Mkrrr (2) (dx х 4 — х2 с1(<1) (, (15

Ц (7) и

dx x хъ аа (21 (21 (8) Если знаки в1!числец»1! по формулам (7) и (8) совпадают, то

dx dx

Е (cWI) (1) (9) если знаки pазцые, то

dx 1 Г dx .dx а = 2 (d, (1) (2) . 10) хмакс х мни оя (3) где Д = А ц + Ь > — сумма абсолют»ОЙ ошибки метода измерения параметра (d+) и ошибки (Ь rr), воэ»икшей в результате ухода процесса" эа время анализа (((1 . Если Охарактеризовать

cêîðîсть ухода процесса как скоtt tt рость изменения параметра dx/d (,, то без учета знака

Л В уранцс1»цях индекс! I (1 ) Ir (2) (-.(-Ответствуют последнему 1 !Икпу lf предdx пО следl:CMy. 3 H;Itke»I«rr (- - ) (l ) ц

dI, Ьа, "а (4)

Подставив (4) в (3) с учетом того, что Д = Д + Ь получим (1), Решая (1) относительно (,д, имеем (x+ - х < ) -Дм 1хр1

4 (dx/d(, ixpJ (5) 50 где 1хр Jr(rIgrl = ant lod J м(!(( и если общее время анализа r, превышает а 2О вычисленное по формуле (2), т.е. л

С(1 ) (. krSIH 3H IK цэ!!О»с»! IЯ скОРОсти

РаСХОДаЗ ТОПЛ»ва ЦЕ бЛПГОПРПЯТСТНУЕт знаку изменения пар IMpòpë, коррсктцрование не производим, 25

Формула (1) получеца следующим образом. Считаем, что и «ме »ение анализируемого параметра и рассматриваемом

ДИаlпазОЦЕ Х «Х Ма К IIO+trrrklrr E I CII Ра«В ,ЧИн Ма Кс номерному э а кону р 11 cr1 I д(зле ц! Iя, 8 этОм случае среднее количество »»формации

Л подсчитывпетс(1

Количество информации J может бить задано в нитах, тогда i xpJ = expJ; н битах, ТОГ да ixpJ bxpJ дитах, тог- 55 да i xpJ y dxpJ, Теперь, если задаться минимально допустимой величиной ицформатиннОСТИ J HH, то полУЧим по формуле (5) значение максимально доdx (— ) (2) берутся со с»о»ми «каками.

Чтобы дополцительц(з Обезопасцзь От 1«оэ!!Ожцого изменения направления изменения параметра (уб11ли цлц увеличе. ния) в момент совершения последнего цикла анализа дополни гель»о измеряется увеличение цли уменьшение подачи топлива. Если, например, увеличение количества Горючих компонентов, полученное на основе анализа и рассчи танное по формулам (6) и (10), совпадает (благоприятствует) по знаку с увеличением расхода топлива, то естественно коррЕктирующее действие необходимо при регулировании н сторону увеличения коэффициента избытка воздуха (tt(). Если подобного совпадения знаков нет, то корректирование 1х . »е обходимо приостановить. Конечц >, ec1627787 ли время затраченное на анализ, будет превышать максимально допустимое, то результаты анализа "обесценены" с точки зрения вмешательства в

5 корректировку О, Если, время расчета по фор..ю лам (! ) и (2) и время формирования управляющего воздействия соизмеримо с временем анализа ья, то их необходимо учитывать. Другими сло- 10 вами в cáöåì виде под (,а необходимо ф1 поьчзмать общее время з ап аздыв ани я в системе от момента отбора пробы до внесения управляющего воздействия.

Система автоматического управления !5 работает следующим образом, Вепичина нагрузки агрегата (.;) устанавливается положением заслонки 1, установленной ня линии Г подачи газ».

Для этой цели котельный агрегат или нефтенягревательн»я печь снабжаются специальными регуляторами нагрузки.

Поскольку данные системы не имеют прямого отношения к предлагаемой системе и rio cvnerr структуре различны 25 для разных агрегатов, то ня схеме регулятор нагрузки не показан. Чувствительные элементы 2 и 5, преобразо в»тели 3 и 6, э»датчик 7, бпоки 8 и

9 и исполнительный механизм !0 образуИт обычную систему автоматического регулирования подачи воздуха для горения по сформированному для э»датчика апти.<»пьного соотношения коэффициента избытк» воздуха g . Cpirrrrreние:заданного значения 4 с действи35 тельным производится в блоке 8, в котором Последнее формируется на основе действительных расходов воздуха и газа. Сигнал рассогласования из бле-4 ка 8 поступает в блок 9, где по определенному закону фоомируется сигнал, поступающий на исполнительный механизм 10, связанный с приводом вентилятора 4 или его направляющим аппара- 45 том. Формирование задания для задатчика 7 — величины производится на основе анализа пробы продуктов сгорания датчиком 12 анализатора. Пробы в анализатор поступают циклически. Управ.ление циклами осуществляется от управляющего устройства блока 13 управ ления путем периодического открытия крана 11. Одновременно с открытием крана 11 (отбором пробы дпя анализа) подается этим же управляющим устройст вом имупльс на замыкание контактов реле 15 и включается электронный секундомер 18 (таймер). Данные о результатах анализа и времени их получения заносятся в регистры 17. Там же хранятся данные о значениях х ЕКс хМиН М

Ф ОКс МИН М

1 „и, 1!икропро цес сорное вычислительное устройство, работая по специальной программе, реализует (вычисляет) л значения J и ь М,по формулам (1) и (2) и передает первое из них в блок

14 формирования заданного значения g по результатам анализа. Например, если значение М формируется, в зависимости от содержания в продуктах сгорания одного из горючих компонентов и пусть

его содержание превышает установленный предел. Тогда в блоке 14 формируется сигнал на увеличение коэффициента избытка воздуха для задятчикя 7 и наоборот, при уменьшении содержания i.орючего компонента в блоке 14 *ормируется сигнал на умеrlr,lUE rrèå С . Однако в зависимости от полученного зна— чения информативности J, вычисленного в устройстве 16, длительность перестановочного усилия (воздействия) на э»датчик 7 будет различной. Когда 3=0, сформированный в блоке сигнал по результатам анапиза не будет во действовать на задатчик 7 (время воздействия будет бесконечно малы.i). Вычислительный блок, через время, рассчитанное по уравнению (2) 4 через устройство сопряжения размыкает контакты реле !5 и таким образом преграждает путь воздействия на э»датчик 7 от блок» 14 независимо от величины сформированного там воздействия. Увеличение или убыль расхода газа формируется в дифференцирующем блоке 19 по сигналам от ripeобразователя 3 и заносится в один из регистров 17 и используется в программе также для подачи размьиающего сигнала в реле 15 в том-случае, если знак изменения расхода топлива не бл гопри" ятствует изменениям параметра, например содержание горючих компонентов по двум последним измерениям в цикле увеличилось, а расход топлива,зафиксированный блоком 19, умен.шается.

Формула изобретения

1. Способ автоматического управления подачей воздуха в топку котла пуА тем измерения нагрузки котла, расхода топлива и воздуха и .формирования управляющих воздействий на направляющие аппараты или приводы дутьевых вентиляторов и формирование корректирующе-.

1Г2 782 го воздействия по параметру, определенному на основе газового анализа

3 дымовых газов и характеризующему .оптимальность соотношения топливовоздух,. отличающийся тем, что, с целью повышения достовер ности формирования управляющих воз †. действий, дополнительно измеряют величину интервала времени, потраченного на проведение газового анализа и измеряют скорость изменения параметра, характеризующего оптимальность соотношения топливо-воздух, а корректирующее воздействие формируют пропорционально количеству информации J, полученной при измерении упомянутого параметра, по сопгношенин> рое определяют нл основе критерия минимальной информативности 1 „, сто соотношению аГ „ ми 1

1. ЛЛаКС= ("МаКС ХМяк Лл J

/ dx f .10 Èí

Й 6 х йаKс х лл иk К сл + с1 /с1л!

20 где х, х М„, — максимлльное и мима кс.t Мии нимлльиое значения параметра при его изменениях во время гл- 5 эовог.о анализа; абсолютная ошибка измерения параметра: (dx/dt. t — абсолютная величинл

cKopoc ти и зменеttHA параметра; багз — интервал времени, потраченного на газовый.лнлпиэ.

Составитель А.Зосимов

Редактор 1О.Середа Техред А.Кравчук Корректор Л.Патай

Заказ 328 Тираж 348 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Улсгород, ул. Гагарина,101

2. Способ по п.1, о т л и ч л ю

35 шийся тем, что, с целью повышения надежности формирования управляющих воздействий, дополнительно измеренное значение интервала времени, потраченного на газовый анализ, сравнивают с максимально допустимым значением этого интервала времени и корректирующее воздействие формируют тотолько при измеренной величине упомянутого интервала, которое не превышает максимально допустимого значения

h этого интервала времени с м кс, кото-, 3. Способ по и.1, о т л и ч л ю шийся тем, что дополнительно измеряют производную изменения расхода топлива во времени и корректирующее воздействие формируют только при со ответствии направления иэменен|гя расхода топлива, увеличения или уменьшения этого рас-.ода, определенное по знаку измеренной производной р".ñxîäë, с изменением состава топлива, определенном по результатам глзового анализа.

4. Система автоматического управления подачей воздуха в топку котла, содержащая контур регулирования из— быткл воздуха с элдлтчиком Koýôôèèè— ента избытка воздуха и датчиком рлсхода топлива, анализатор составл дымо-. вых газов с датчиком состава газов и блоком управления, блок формирования корректирук1щего воздействия нл элдат JHK коэАфициентл избытка Воздуха и вычислительHое микропрoцE ссclðttoе уст— ройство, о т л и ч а ю щ л я с я тем,,что, с целью повышения нлдсжности, онл дополнительно содержит таймер, ре ле и дифференцирующий блок, таймер, связан с блоком управления анализатора состава дымовых газов и микропроцессорным вычислительньгм устройством, последнее подключено к блоку формирования корректиру лцего воздействия и реле, которое установлено в линии связи блока формирования корректирующего воздействия с задатчиком коэффициента избытка воздуха, а дифференцирующий блок соединен с датчиком расхода топлива и микропроцессорным вычислитепьным устройством.