Способ автоматического регулирования подачи воздуха в подтопку энерготехнологического котла-утилизатора

 

Способ автоматического регулирования подачи воздуха в подтопку энерготехнологического котла-утилизатора относится к промышленной теплоэнергетике, в частности к регулированию подачи общего воздуха в подтопку энерготехнологического котлаутилизатора, использующего тепло дымовых газов нагревательных печей и Применяющегося на предприятиях черной металлургии. Целью изобретения является повышение точности регулирования. Это достигается тем, что при поддержании необходимого количества избыточного воздуха в подтопке котла-утилизатора,

с01Оз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 23 N Э/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4478645/06 (22) 26.08.88 (46) 15.04.91. Бюл. М 14 (71) Научно-производственное объединение по автоматизации горно-рудных, металлур. гических предприятий и энергетических объектов черной металлургии (72) Г.Н. Сидорин, В.В. Добров, А,Д. Сергеев, В.А. Дудкина, А.Ф. Циммерман, В.Н. Шадрин и А.И. Осипов (53) 621.182.26 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1359579, 28.01.88. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУ.ЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ВОЗДУХА В ПОД„„!Ж„„1642192 А1

ТОПКУ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА (57) Способ автоматического регулирования подачи воздуха в подтопку энерготехнологического котла-утилизатора относится к промышленной теплоэнергетике, в частности к регулированию подачи общего воздуха в подтопку энерготехнологического котлаутилизатора, использующего тепло дымовых газов нагревательных печей и применяющегося на предприятиях черной металлургии. Целью изобретения является повышение точности регулирования. Это достигается тем, что при поддержании необходимого количества избыточного воздуха в подтîflке котла-утилизатора, 3

1642192

20

30 контролируемого по содержанию кислорода в дымовых газах на выходе котла — утилиэатора, измеряют расход топлива на подтопку котла-утилизатора, содержание кислорода на выходе котла-утили затора, задают величину коэффициента избытка воздуха, величину удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива в стехиометрических условиях в подтопке котла — утилизатора и в печи, величину удельного расхода воздуха, необходимого для сжигания топлива, поступающего в подтопИзобретение относится к промышленной теплоэнергетике, в частности к регулированию подачи общего воздуха в подтопку энерготехнологического котла — утилизатора (ЭТКУ), использующего тепло дымовых газов нагревательных печей и применяющегося на предприятиях черной металлургии.

Цель изобретения — повышение точности регулирования.

На чертеже показана схема системы для осуществления предложенного способа.

Система регулирования подачи воздуха в подтопку котла — утилизатора содержит датчик 1 расхода общего воздуха в подтопку котла — утилизатора, датчик 2 расхода топлива, поступающего в подтопку котла — утилизатора, датчик 3 содержания кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора, датчик 4 содержания кислорода в дымовых газах печи, датчик 5 расхода топлива. поступающего в печь, задатчик 6 коэффициента избытка воздуха, уменьшенного на единицу, блок 7 вычисления количества избыточного воздуха, подаваемого в подтопку котла-утилизатора, первый блок 8 умножения, задатчик 9 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора, в стехиометрических условиях, второй блок 10 умножения, эадатчик 11 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в печь, в стехиометрических условиях, блок 12 вычисления количества воздуха, содержащегося в дымовых газах, поступающих иэ печи в котел-утилизатор в единицу времени, блок 13 вычисления задания по процентному содержанию кислорода в дымовых газах на выходе котла — утилизатора, ку котла — утилизатора, в стехиометрических условиях, и изменяют расход воздуха, подаваемого в подтопку котла — утилизатора до величины задания. При этом дополнительно измеряют расход топлива, поступающего в печь, и содержание кислорода в дымовых газах печи, а задание по содержанию кислорода в дымовых газах на выходе котла — утилиэатора определяют по соотношению, приведенному в описании изобретения. 1 ил. задатчик 14 процентного содержания кислорода в воздухе, задатчик 15 соотношения топливо — воздух, регулятор 16, корректирующий регулятор 17, регулирующий орган 18, задатчик 19 удельного расхода воздуха, необходимого для сжигания топлива, поступак)щего в подтопку котла-утилизатора, в стехиометрических условиях, котел-утилизатор 20, печь 21. задатчик 22 величины коррекции коэффициента избытка воздуха, исполнительный механизм 23.

Датчик 2 расхода топлива, поступающего в подтопку котла — утилизатора, подключен к первому входу блока 7 вычисления количества избыточного воздуха, подаваемого в подтопку котла-утилизатора, а также к первому входу блока 8 умножения и к второму входу регулятора 16, Задатчик 6 коэффициента избытка воздуха, уменьшенного на единицу, подключен к второму входу блока 7, к третьему его входу подключен задатчик 19 удельного расхода воздуха, необходимого для сжигания топлива, поступающего в подтопку котла — утииизатора, в стехиометрических условиях, а к четвертому входу — задатчик 22 величины коррекции коэффициента избытка воздуха, Задатчик 9 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в подтопку котла — утилизатора, в стехиометрических условиях, подключен к второму входу блока 8 умножения, Датчик 5 расхода топлива, поступающего в печь 21, подключен к первому входу блока 10 умно35 жения, к второму входу которого подключен задатчик 11 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, . поступающего в печь 21, в стехиометрических условиях, Датчик 4 содержания кисло1642192 рода в дымовых газах печи подключен к второму входу блока 12 вычисления количества воздуха, содержащегося в дымовых газах, поступающих из печи 21 в котел — утилизатор

20 в единицу времени, к третьему входу бло- 5 ка 12 подключен задатчик 14 процентного содержания кислорода в воздухе, Выход блока 10 соединен с первым входом блока 12 и с вторым входом блока 13 вычисления задания по процентному содержанию кислорода в ды- 10 мовых газах на выходе котла-утилизатора.

Первый, третий и четвертый входы блока 13 соединены.с выходами соответственно блоков 12, 8, 7, а пятый вход блока .13 подключен к задатчику 14. Входы корректирующего регу- 15 лятора 17 соединены с выходом блока 13 и с датчиком 3 содержания кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилиэатора, а выход подключен к первому входу регулятора 16.

Третий вход регулятора 16 соединен с датчи- 20 ком 1 расхода общего воздуха в подтопку котла — утилизатора, четвертый вход — с задатчиком 15 соотношения топливо — воздух, а выход — с исполнительным механизмом 23 регулирующего органа 18. 25

Способ осуществляют следующим образом, Энерготехнологический котел-утилизатор вырабатывает пар за счет тепла, выделяющегося при сжигании топлива в подтопке, 30 и тепла дымовых газов печи. Регулирование подачи воздуха в подтопку котла — утилизатора осуществляется по отклонению содержания кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилиэатора от задания. Задание по 35 процентному содержанию кислорода в дымовых газах 02"" () формируется как отношение количества кислорода, находящегося в задаваемом избыточном воздухе, подаюшемся на горение в единицу 40 времени V" (м /ч), к количеству дымовых газов, образующихся при сжигании топлива в единицу времени Чдr(м /ч), т. е. з /изб

0) " =21. (1) 45

Количество воздуха, содержащегося в дымовых газах на выходе котла — утилизатора в единицу времени, определяется по форм ле

50 изб /изб + изб (М ) (2)

Ч а количество дымовых газов V„г определяется по формуле з

Vp,ã Чд.г.к + Va.к. + Чд.r п. + в.п. ()Ы где Чд г к — теоретическое количество дымовых газов, образующихся при сжигании ron(6) (9) лива в подтопке котла-утилизатора, в еди ницу времени, т. е, з

Vp.re. — Вк д.r.к (, ) (4) где В, — расход топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора, (м /ч);

Чд.r.K. — удельный объем дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в котел — утилизатор, в стехиометрических условиях (м /ч); ври

V к. — количество избыточного воздуха, подающегося на сжигание топлива, поступающего в подтопку котла — утилизатора в единицу времени (м3/ч);

V <, и. — теоретическое количество дымовых газов, образующихся при сжигании топлива в печи в единицу времени, т. е.

Вп Vg. (ч (5) где Вп — расход топлива, поступающего в печь (м /ч); о

Чд р, — удельный объем дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в печь, в стехиометрических условиях м /м );

V .п. — количество воздуха, содержащеи гося в дымовых газах, поступающих из печи в котел-утилизатор, в единицу вреМени (м /ч).

Количество кислорода.. содержащегося в воздухе дымовых газов, поступающих из печи в котел — утилизатор в единицу времени, определяется по формуле

0 on р 21 . хизб (M

Ч где 0,21 — процентная доля содержания кислорода в единице объема воздуха.

Удельный расход воздуха, необходимый для сжигания топлива в стехиометрических о условиях V>,к, известен для каждого вида топлива. Измерив расход топлива, поступающего в подтопку котла — утилизатора, получаем теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания топлива в единицу времени, т. е, Va,к. = Vs.к. Вк (— ) ч (7)

Процесс горения ведется при заданном коэффициенте избытка воздуха (а )

Vвизк. =(a 1 ) Vgо В (8)

Введя в эту формулу величину коррекции коэффициента избытка воздуха в зависимости от расхода сжимаемого топлива (/3 ), получаем з

Чвк =(а — /3Вк — 1) Чвк . Вк(— ), ч

1642192 тогда количество кислорода в дымовых газах, образующихся в подтопке котла-утилизатора в единицу времени, равно кеЛ

02к =021(П вЂ” PB„— 1)4

„„3

"Чв.к . Вк1 (ч ) (10)

Содержание кислорода в дымовых газах печи 02n ($) известно, так как на входе дымовых газов в печи в котел-утилизатор установлен кислородомер, который показывает процентное содержание кислорода, т. е. количество кислорода в дымовых газах, отнесенное к тому количеству дымовых газов, в котором этот кислород находится;

02 "

02п, ивб 100(7 ) ° (11)

Чд.r.ï. + Vs.é. )

С другой стороны, количество кислорода в дымовых газах печи 02п может быть опкм ределено из формулы (6).

Решая совместно уравнение (6) и (11) относительно 02пп " получаем количество код избыточного воздуха, содержащегося в дымовых газах, поступающих из печи в котел- 25 утилизатор в единицу времени о ивб 02п Чд.r.n, Bn ()

21 — 02п

Задание по процентному содержанию кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора, определяемое по формуле (1) с учетом формул (2), (3), (9) и (12), имеет вид; 35 (-дв, — 1>ч.. в. + ---"- "@--01 .V rn Во

«Д г! - вг, вг «г1 г(э) о в. +оп,ч,. (-Рв. — 1)v..ï. iv,„,. "-. — "=в — i v„„„, в„ г1 - б .

Сигнал датчика 5 расхода топлива, по- 40 мз ступающего в печь 21 Вп (— ) поступает

Ч на первый вход блока 10 умножения, сигнал задатчика 11 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, 45 з поступающего в печь Чд.r.n.о (— ), постуэ пает на второй его вход. Выходной сигнал блока 10 представляет собой теоретическое количество дымовых газов, образующихся при сжигании поступающего в печь топлива в единицу времени Чд r.n. мз

Bn Чд r.n. () . Этот сигнал поступает ч 55 на первый вход блока 12 вычисления количества воздуха, содержащегося в дымовых газах, поступающих из печи в котел — утилизатор 20 в единицу времени, и на второй вход блока 13 вычисления задания по процентному содержанию кислорода в дымовых газах на выходе котла — утилизатора, На второй вход блока 12 поступает сигнал датчика 4 содержания кислорода в дымовых

ГаэаХ ПЕЧИ 02п (), На тРЕтИй ВХОД вЂ” СИГНаЛ эадатчика 14 процентного содержания кислорода в воздухе составляет 21,0 ($). Блок

12 формирует сигнал количества воздуха в дымовых газах, поступающих из печи в котел— утилизатор. з

Ve n = 02п Чд г и, Вп (21 02п ) (— ) поступающий на первый вход блока 13, Сигнал датчика 2 расхода топлива, поступающего

3 в подтопку котла-утилиэатора В (— ), ч поступает на первый вход блока 8 умножения, на второй его вход поступает сигнал задатчика 9 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатоз р VArK(э)

Выходной сигнал блока 8, поступающий на третий вход блока 13, представляет собой теоретическое количество дымовых газов. образующихся и ри сжигании топлива в подтопке котла — утилизатора в единицу времени з

Чд.г.п. = Вп Чд.г.n. (— ) ч

Сигнал датчика 2 поступает на первый вход блока 7 вычисления количества избыточного воздуха, подаваемого в подтопку котла — утилизатора, на второй его вход поступает сигнал задатчика 6 коэффициента избытка воздуха, уменьшенного на единицу (a - 1}, на третий вход — сигнал задатчика

19 удельного расхода воздуха, необходимого для сжигания топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора. в стехиометз рических условиях V>,, (— ), на четверЧ тый вход — сигнал задатчика 22 величины коррекции коэффициента избытка воздуха.

Блок 7 формирует сигнал количества избыточного воздуха, подаваемого на горение топлива в подтопку котла †утилизато в единицу времени з

Чв.к. =(г /ЗВк 1 )Вк Vî.ê. (, ) (% )

Этот сигнал поступает на четвертый вход блока 13, на пятый его вход поступает сигнал задатчика 14. Блок 13 формирует сигнал задания по процентному содЕржанию

1642192 кислорода в дымовых газах на выходе котла †утилизато

Составитель А. Зосимов

Редактор М. Келемеш Техред М. Моргентал Корректор A,,Осауленко

Заказ 1136 Тираж 364 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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

О вд 21 K + л (o ) изб + т + изб + т

Этот сигнал и сигнал датчика 3 содержания кислорода в дымовых газах на выходе котла — утилизатора поступают на входы корректирующего регулятора 17, выходной сигнал которого поступает на первый вход регулятора 16. На входы этого регулятора поступают также сигналы датчика 2, датчика

1 расхода общего воздуха в подтопку котла— утилизатора, задатчика 15 соотношения топливо — воздух. Регулятор 16 воздействует на исполнительный механизм 23, изменяя положение регулирующего органа 18, уменьшая или увеличивая расход общего воздуха в подтопку котла-утилизатора.

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования подачи воздуха в подтопку энерготехнологического котла — утилизатора путем измерения расхода топлива в подтопке котла — утилиэатора и содержания кислорода в дымовых газах на его выходе, задания коэффициента избытка воздуха в подтопке котла-утилизатора, величины коррекции этого коэффициента, величин удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива в стехиометрических условиях в котле — утилизаторе и в печи, на выходе которой установлен котел-утилизатор, и величины удельного расхода воздуха, необходимого для сжигания топлива в подтопке котла — утилизатора в стехиометрических условиях, определения по заданным величинам заданного значения содержания кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора и изменения расхода воздуха в подтопке котла — утилизатора до достижения содержания кислорода в дымовых газах на его выходе заданного значения, о т5 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности регулирования, дополнительно измеряют расход топлива, поступающего в печь, содержание кислорода в дымовых газах печи и заданные значения содержа10 ния кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора 02 ". определяютпосоотношению

»

v,. в„

<в — 11вв-1)v., в. + — --„ — в- -" —

»»»вЂ” "- 1 — 01»

01 =21

1 о

15 (a — /1В» — 1 )V e. +Ч»(В1+-2.1 — «>yV„» e»

21 - 01» где а — коэффициент избытка воздуха в подтопке котла — утилизатора;

P — величина коррекции коэффициента избытка воздуха;

20 Чд,i — удельный объем дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в котел — утилизатор, в стехиометрических условиях;

12

Чд,i.п, — удельный объем дымовых газов, 25 образующихся при сжигании топлива, поступающего в печь, в стехиометрических условиях;

V8.<. — удельный расход воздуха, необходимый для сжигания топлива, поступающе-.

30 ro в подтопку котла — утилизатора, в стехиометрических условиях;

В, — расход топлива, поступающего в подтопку котла — утилизатора;

Вп — расход топлива, поступающего в

35 печь;

Ог — процентное содержание кислорода в дымовых газах печи;

21 — процентное содержание кислорода в воздухе, 40