Способ регулирования отпуска тепла отопительных котельных с приведением параметров потоков среды в установившееся состояние
Способ регулирования отпуска тепла отопительных котельных с приведением параметров потоков среды в установившееся состояние. Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для регулирования производительности отопительных котельных при отпуске тепла систем теплоснабжения с открытым и закрытым водозабором. В настоящее время применяется способ регулирования отпуска тепла отопительных котельных без регулирования температуры воды на входе в котел. Это приводит к неустановившемуся состоянию потоков среды как в тепловой сети, так и в самом котле и снижению эффективности уходящих газов. Не регулирование температуры воды перед котлом также привело к не созданию условий для автоматического регулирования и достоверных измерений. Цель достигается тем, что производится управление производительности отопительных котлов регулированием температуры воды на входе в котел с достижением установившегося состояния и эффективной температуры уходящих газов. Приведение в установившееся состояние потоков среды применимо для всех инженерных систем предприятий ЖКХ, электроснабжения, газоснабжения, промышленности, транспорта, сельского хозяйства. 1 з.п. ф-лы, 39 ил.
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для регулирования производительности отопительных котельных при отпуске тепла систем теплоснабжения с открытым и закрытым водозабором с приведением в установившееся состояние потоков среды циркулирующей в системе котел-тепловая сеть и в самом котле, регулированием температуры воды на входе в котел. В настоящее время применяется способ регулирования отпуска тепла отопительных котельных без регулирования температуры воды на входе в котел, что приводит к неустановившемуся состоянию потоков среды. Изобретение относится к регулированию производительности отопительных котельны, отпуск тепла которых производится непрерывно.
При известных способах регулирования отпуска тепла отопительными котельными путем воздействия на подачу топлива или первичного теплоносителя по температуре воды, подаваемой потребителю, с коррекцией по температуре наружного воздуха имеются такие недостатки как взрывы котельны; гидроудары в котельных; хлопки в топках котлов и конвективной части; невозможность срабатывания автоматики безопасности котлов; взрыв в тепловых сетях, гидроудары; повышение температуры и давления в обратном трубопроводе тепловой сети; повышенный расход на подпитку тепловой сети; невозможность добиться не пульсирующего горения; «качка» газа в ГРП; резкие колебания расхода воды через котлы и в тепловой сети; исключить работу котлов с недогревом воды; исключить невозможность кислородного регулирования; невозможность включить в работу ПИД регуляторы и осуществить ПИД регулирование; невозможность включить в автоматическом режиме ЧРП регулирование; невозможность реализации аварийного включения резерва (АВР) сетевых и других насосов; возникновение низкочастотных колебаний в тепловой сети; возникновение автоколебаний (генерации) в тепловой сети; формирование гидроударов в тепловой сети; возникновение кризисов теплообмена; высокая шумность работающих котельных; большая погрешность приборного учета энергоресурсов и возникающие при этом неувязки по их балансам; сбои в работе диспетчеризации по съему информации с узлов учета тепловой энергии; исключить влияние электромагнитных возмущений на работу автоматики, серверных устройств; невозможность включить в работу котлы в автоматический режим. Перечисленные недостатки носят длящийся характер.
На Рис. 1 показан расход теплоносителя через котел измеренный погружным расходосером и расход теплоносителя в тепловую сеть измеренный электромагнитным измерителем; на Рис. 2 показаны расходы теплоносителя по двум направлениям теплосети измеренные электромагнитными измерителями; на Рис. 3 показано изменение давление на всасе подпиточного насоса; на Рис. 4 показано изменение разряжение в топке котла; на Рис. 5 показано изменение давление газа на выходе из ГРП котла №4; на Рис. 6 показано изменение давление газа на выходе из ГРП котла №2; на Рис 7 показан расход воды на подпитку теплосети; на Рис. 7-1 показан расход химочищенной воды на деаэратор; на Рис. 8 показан скачкообразный характер расхода воды через котел; на Рис. 9 показаны гармонические колебания с различной частотой и амплитудой давления в обратном трубопроводе; на Рис. 10 показано изменение температуры воды после регуляторов трубопровода прямой сетевой воды; на Рис. 11 показано изменение температуры воды после регуляторов исходной воды водоподогревателей; на Рис. 12 показано изменение давления сырой воды на вводе в котельную; на Рис. 13 показано изменение температуры котловой воды после ПХВ 1 и ПХВ 2. Из приведенных рисунков следует, что регулирования не производится. Регулируемые параметры не являются величинами постоянными или медленно меняющимися. В системе автоматического регулирования котел-тепловая сеть функционируют регуляторы с отрицательной обратной связью задача которых состоит в удержании регулируемых параметров постоянными величинами.
На рис. 14 изображена схема регулятора с отрицательной обратной связью. Данная система имеет обратную связь выхода со входом, которая служит для измерения результата действия системы. На входе регулятора производится вычитание х=g-у. Величина рассогласования (ошибка регулирования) х воздействует на промежуточные устройства, а через них на управляемый объект. Система работает так, чтобы все время сводить к нулю рассогласование (ошибку регулирования) х. стр. 12 [1]. Задачей системы автоматического регулирования или управления является поддержание требуемого значения регулируемой величины или изменение ее по определенной программе стр. 33 [1]. Также надо учитывать, что непосредственно процесс регулирования связан с работой исполнительного органа регулятора. Но из-за инерции механической части исполнительный орган не может отрабатывать быстро меняющиеся сигналы скачкообразной зависимости. По этой причине регуляторы не работают и регулирование не производится. При рассмотрении выше перечисленных недостатков надо учитывать, что в системе должны поддерживаться постоянные значения регулируемой величины (задания для регуляторов являются постоянные величины). С точки зрения теории автоматического регулирования системы автоматического регулирования, поддерживающие постоянное значение регулируемой величины, называются системами стабилизации стр. 13 [1]. Регулирование по постоянным параметрам предполагает то, что все протекающие процессы будут установившимися, с неизменными во времени величинами.
Суть поведения системы автоматического регулирования исходит из того, что Процесс регулирования определяется решением дифференциального уравнения У(t), как сумму двух решений - частного и общего решения Частное решение называют вынужденным решением Ув(t), общее - переходной составляющей Уп(t). В случае Участ.(t)=const - это будет установившееся значение.
У(t)=Участ.(t)+Уобщ.(х);
У(t)=Ув(х)+Уп(t).
Система будет назваться устойчивой, если с течением времени при t→∞ переходная составляющая стремиться к нулю: Уп(t)→0. Условие достаточной малости динамических отклонений от некоторых установившихся значений для систем автоматического регулирования и следящих систем обычно выполняется. Это требует сама идея работы замкнутой автоматической системы, ст. 50 [1]. В силу линейности системы автоматического регулирования применим принцип суперпозиции, наложения. В силу этого общее решение накладывается на частное. Но так как в устойчивой системе Уп(t)→0, то остается воздействие на систему Участ.(t)=const. С практической точки зрения для работы системы автоматического регулирования формируется электрическая модель физических параметров в виде электрических сигналов постоянной или медленно меняющейся величины. Модели физических параметров формируются путем преобразования физических величин в электрические сигналы измерителями регистраторами. Требования на средства измерения и автоматизации (СИА) и основные параметры электрических непрерывных входных и выходных сигналов тока и напряжения, предназначенных для информационной связи между СИА изложены в ГОСТ 26.011-1980 г., при этом преобразование физических параметров в электрические сигналы производится по линейному закону. Из приведенных приложений следует, что системой формируются сигналы нестационарного процесса.
Из приведенных рисунков 1-12 видно, что сформированные в системе параметры соответствуют по внешнему виду и форме параметрам нестационарного потока с нестационарным режимом течения среды в соответствии ГОСТа 8.586.5-2005 (кар. 1).
Требования к свойствам измеряемой среды и параметрам потока изложены в ГОСТ 8.586.1 - 2005 г. п. 6.2.1, 6.2.2, 6.3.1
6.2.1. Среда может быть либо сжимаемой (газ, в том числе сухой насыщенный и перегретый пар), либо несжимаемой (жидкость).
6.2.2. Среда должна быть однофазной и однородной по физическим свойствам.
Примечание 1 - среда считается однородной, если ее свойства (состав, плотность, давление и др.) изменяются в пространстве непрерывно.
Примечание 2 - среда считается однофазной, если все ее составляющие части принадлежат к одному и тому же жидкому или газообразному состоянию.
6.3.1. Расход среды должен быть постоянным или медленно изменяющимся во времени.
В приведенных рисунках 1-12 показаны протекающие процессы в системах, в которых применяется ПИД и ЧРП регулирование. ПИД регулятор в закон регулирования вводит три составляющие - пропорциональную, интегральную, дифференциальную, каждая из которых выполняет определенные функции. Так, П-компонента (пропорциональная) - задает хорошую устойчивость; И-компонента (интегральная) - устраняет статическую ошибку регулирования. При работе И-компоненты статическая ошибка регулирования в десятки, сотни раз становится меньше, чем при ранее применяемом позиционном регулировании. Интегральная компонента работает следующим образом. При возникновении ошибки регулирования происходит ее суммирование (накопление) интегратором и при достижении суммы равной статической ошибке регулирования через отрицательную обратную связь происходит ее компенсация. При отсутствии ошибки регулирования сумма не накапливается Д-компонента (дифференциальная компонента) - повышает быстродействие, устойчивость системы регулирования и сглаживает пульсации регулируемого сигнала. С применением производной в системе регулирования система становится максимальной по быстродействию. При применении ПИД регулятора переходные процессы протекают не более 1-й секунды. Обоснование применения ПИД регулирования - уменьшение статической ошибки регулирования в десятки, сотни раз по сравнению с позиционным регулированием, что приводит к значительной экономии энергоресурсов Применение ПИД регуляторов дает возможность снизить в десятки, сотни раз статическую ошибку регулирования по сравнению с позиционным регулированием и достичь высокую точность регулирования. Так, разрешающая способность ПИД регулятора по температуре достигает 0,1°С. ЧРП регулирование предназначено для экономного использования регулируемых потоков и работает совместно со встроенными в блоки ЧРП ПИД регуляторами. Из перечисленных недостатков усматривается, что регулирование параметров не производится. Применяемое ПИД и ЧРП регулирование свои функции не выполняют. Применение ПИД регулирования способствует стабилизации регулируемых параметров, повышению устойчивости системы регулирования, ее быстродействию, приводит к отсутствию статической ошибки регулирования, поддерживает с высокой точностью в установившемся режиме регулируемые параметры. Применение ПИД регулирования предполагает и то, что формируемые сигналы для регулирования должны быть дифференцируемыми, так как это дает возможность применять для регулирования дифференциальную составляющую. Обоснованием возможности применения для регулирования производной является разложение в ряд Тейлора дифференцируемой функции стр 143 [2]. (Смысл разложения в ряд Тейлора состоит в том, что дифференцируемую функцию в каждой точке можно представить как суммой значения функции в данной точке и производными n-го порядка в этой точке).
Сформированный в системе нестационарный сигнал не может быть управляющим сигналом для работы ПИД регуляторов, регулирования в целом и не может быть достоверно измерен, в частности, электромагнитным измерителем. Невозможность достоверного измерения сформированного в системе сигнала в виде низкочастотной и высокочастотной составляющей скачкообразной зависимости связано с формированием ложного сигнала при прохождении через дифференцирующие звенья. Формирование помехи можно увидеть при прохождении модулированного сигнала через дифференцирующее звено. Пусть входной сигнал U(t)=U(t)cos(ω0t) является модулированным. U(t) - представляет собой закон изменения амплитуды во времени, т.е. огибающую или сам передаваемый сигнал. Продифференцируем это выражение, считая для простоты, что дифференцирующая цепь идеальна:
В результате получилось два слагаемых. Первое слагаемое 
является полезным, так как содержит требуемую производную от огибающей, а второе (- ω0U(t)sinω0t) вредным, так как оно представляет собой ложный сигнал, который может в сотни, тысячи раз превышать по уровню полезный сигнал стр. 96 [1]. Из данного примера следует, что именно из-за частоты формируется ложный сигнал. Для примера взят гармонический сигнал. Но сигнал произвольной формы можно представить в виде гармонических сигналов. При недостоверных измерениях все последующие расчеты являются фальсифицированными. Измерения переданной или полученной тепловой энергии в условиях изменяющихся расходов и температур теплоносителя приводят к значительным отклонениям от истинного значения. Эти отклонения являются причинами отсутствия баланса между передаваемой и получаемой тепловой энергией. Надо иметь в виду, что при установившемся режиме, управляющий сигнал является величиной постоянной (частота его равна нулю), и при прохождении через дифференцирующие звенья, помех создаваться не будет. Измерения должны производиться установившихся величин. Под установившемся значением мы понимаем неизменную во времени величину. Первая и все высшие производные по времени этой величины равны нулю. Все переходные процессы в измерительных устройствах завершены; следовательно, измерительный прибор и измеряемая величина находятся в установившемся состоянии. Измерение возможно, если свойства звеньев соответствуют свойствам измерительного сигнала.
Поэтому типовые характеристики этих двух компонентов должны иметь общее математическое описание [3] стр. 38.
Также достоверно не может быть измерен нестационарный поток ультразвуковым расходомером из-за рассеивания измерительного ультразвукового сигнала вплоть до невозможности его работы. Измерение расхода нестационарного потока среды электромагнитными, ультразвуковыми расходомерами, приборами использующие явление электромагнитного резонанса и других приводит к нештатной ситуации работы приборов. Параметры нестационарного потока измеряются с помощью стандартных сужающих устройств (ГОСТ 8.586.5-2005).
Наиболее близким к предложенному техническим решением является представленные результаты работ по автоматизации процессов мониторинга и анализа эксплуатационных режимов источников теплоты института автоматики и процессов управления ДВО РАН, ЗАО «ВИРА», г. Владивосток А.Н. Виноградов, Ф.Э. Гербек, В.В. Раздобудько, Р.С. Кузнецов, В.П. Чипулис).
Недостатком технических решений является то, что при наладке автоматики регулирования и процессов мониторинга не наступает установившегося состояния (см. публикацию в журнале «ИСУП», №4(12). 2006).
На Рис. 15, 16, 17, 18 приведены параметры теплосети во времени, параметры работы котлов, сравнение утвержденного и фактического температурного графика, графики нормативного и фактического значений температуры теплоносителя в подающем трубопроводе на фоне температуры наружного воздуха. Из приведенных рисунков 5-18 видно, что сформированные в системе параметры по внешнему виду и форме соответствуют параметрам нестационарного потока с нестационарным режимом течения среды в соответствии ГОСТа 8.586.5-2005 (кар.1).
Также близким к предложенному техническим решением является измерение расхода жидкости с использованием сигнала ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Способ включает поляризацию движущейся по трубопроводу жидкости сильным магнитным полем, отметку жидкости поочередно в двух рядом расположенных участках трубопровода путем изменения ее ядерной намагниченности. В одном из этих участков регистрируют сигнал ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Определяют значение отсчитываемого от момента отметки интервала времени t0 из условия, что амплитуды сигнала ЯМР после отметок в первом и втором участках трубопровода имеют одинаковые значения. Расход жидкости Q в трубопроводе определяют по формуле Q=V/2t0, где V - объем участка трубопровода, в котором регистрируется сигнал ЯМР. Однако практическое применение способа выявило присутствие так называемой «релаксационной погрешности».
Недостатком этого технического решения также является то, что не усматривается нестационарность параметров среды. Появление «релаксационной погрешности» является доказательством отсутствия регулирования (см.патент РФ №2324900).
Наблюдаемая в системе низкочастотная составляющая является доказательством отсутствия регулирования. По своей сути низкочастотная составляющая является неотработанной ошибкой регулирования по причине невозможности работы исполнительным органам регуляторов. Из рисунков 7, 9 видно, что ошибка регулирования имеет колебательный характер, система начинает генерировать, раскачиваться и колебания могут перерасти в гидроудар. На Рис. 7, отображен сформированный гидроудар.
Объяснение возникновения автоколебаний (генерации), формирование гидроудара в автоматической системе регулирования необходимо увязывать с понятием замкнутой автоматической системы с контуром положительной обратной связи (ПОС). Автоматические системы с ПОС способствуют выделения тепла, в отличие от систем с отрицательной обратной связью (ООС). На рис. 19 приведена функциональная схема котельной с линиями рециркуляции и тепловой сетью. На данной схеме стрелками показаны контуры положительной обратной связи. При приведении такой системы на границу неустойчивости, система может легко перейти в неустойчивое состояние. Неустойчивость формируется ухудшением рециркуляций. Для устойчивости автоматической системы с ПОС необходимо равенству единице коэффициента усиления замкнутой цепи. Если коэффициент усиления замкнутой цепи больше единицы, то система начинает накапливать энергию и процесс развивается, что проявляется в формировании автоколебаний и при переходе системы в неустойчивое состояние формированию гидроудара. Перевод системы в неустойчивое состояние может произойти не только ухудшением циркуляции на котельной, но и при всевозможных переключениях в тепловой сети, что и часто наблюдается.
Из выше сказанного следует, что невозможность работы ПИД регуляторов, работы системы регулирования в целом, произвести достоверные измерения параметров связано с высокочастотной составляющей, сформированной в системе регулирования, то есть связано с нестационарностью, с не наступлением установившегося состояния.
На рис. 20 представлена режимная карта действующего котла ПТВМ-120 Э ст. №1. На рис. 21 представлена режимная карта действующего котла ПТВМ-100 №1. На рис. 22 представлена режимная карта действующего котла ПТВМ-120Э ст. №5. В приведенных режимных карт усматриваются общие и повторяющиеся недостатки такие как, не достигается эффективная температура уходящих газов. При минимальной теплопроизводительности температуры уходящих газов достигают величин лишь соответственно 79,83, 89°С, что не соответствует требованиям конструктора. Температура уходящих газов при минимальной теплопроизводительности котла должна быть не менее 120°С. В топках котлов газ не сжигается по низшей теплоте сгорания, что приводит к образованию конденсата и диссоциации. В режимных картах не указываться температура воды на входе, выходе котлов, в зависимости от теплопроизводительности котлов. Согласно ТИ 34-70-051-86 Прил. 3, П. 2.12 в режимных картах должны указываться температура воды на входе, выходе, температура уходящих газов котлов, при сжигании природного газа температуру воды на входе в котел поддерживать не ниже 70°С, коэффициент избытка воздуха а должен изменяться в пределах 1,05-1,15, при этом кислород в уходящих газах может изменяться от 0,9 до 1,8%. В уходящих газах повышенное содержание кислорода (от 3,4% до 10%). Котлы не достигают расчетной номинальной теплопроизводительности и максимальной температуры воды за котлом, согласно проекта. Расход условного топлива на выработку 1 Гкал тепловой энергии с ростом выработки тепла увеличивается, а должен уменьшаться.
Из приведенных режимных карт усматривается, что температура уходящих газов не является эффективной. Эффективная температура уходящих газов определяется следующей формулой:
tyx.газ.=tпв+Δtxк; Фор. 1. где:
tух.газ. - эффективная температура уходящих газов;
tпв - температура питательной воды на входе в котел;
Δtxк - минимально допустимый температурный напор, то есть, разность температур между температурой газов на выходе и воды на входе в котел.
Из Фор. 1 следует, что эффективная температура уходящих газов зависит от температуры воды поступающей в котел и минимально допустимого температурного напора уходящих газов. Из формулы 1 усматривается, что увеличение температуры воды перед котлом приводит к увеличению температуры уходящих газов, снижение температуры воды приводит к снижению температуры уходящих газов, т.е. температура воды перед котлом является функцией температуры уходящих газов и должна регулироваться. Минимально допустимый температурный напор необходимо увязывать с интенсивностью теплообмена, достижению оптимальной разности температур между греющей и нагреваемой средой, то есть между температурой воды в конвективной части (на выходе из котла) и температурой уходящих газов. Известно, что интенсивный теплообмен начинает происходить при разнице температур в 12-16°С между греющей и нагреваемой средой. Следует отметить, что снижение температуры уходящих газов приводит к недогреву воды в котле. Кроме недогрева воды с понижением температуры уходящих газов ухудшается тяга, что приводит созданию подпора топки котла уходящими газами. При ухудшении тяги, газы отводятся не в полной мере, что приводит к их диссоциации, к снижению температуры в топке котла и дополнительному недогреву воды в котле.
Регулирование температуры воды перед котлом производится линиями рециркуляции. Занижение температуры воды перед котлами или ее удержание на низком уровне, также приводит к снижению линейной скорости воды в поверхностях нагрева. Снижение линейной скорости воды в поверхностях нагрева приводит к нарушению тепло- и массе обмену в топке котла. Тепло отводится не в полной мере, что и способствует формированию гидроударов. Появившиеся гидроудары в трубопроводах топки котла и наблюдается в виде высокочастотной составляющей сигнала. Линии рециркуляции являются контурами положительной обратной связи и таким образом влияют на их параметры и устойчивость. Контур регулирования с положительной обратной связью легко может перейти в неустойчивое состояние. Таким образом, снижение линейной скорости воды не только ухудшает тепло-массу обмен, но и способствует формированию колебаний (генерации) тепловой сети, скачков расхода воды через котлы, формированию гидроударов - созданию неустойчивости гидросистемы. Неустойчивость приводит к останову котлов, порыву тепловых сетей, авариям на котельных. При рассмотрении контура циркуляции с точки зрения автоматического регулирования, как контура с ПОС, дает основание утверждать, что гидроудар формируется не только при резком закрытии задвижки, а гидроудар формируется и при переходе системы в неустойчивое состояние при изменении параметров контуров с ПОС, которые зависят от линий рециркуляций. Таким образом, формирование гидроудара напрямую связано с режимом ведения котла.
На Рис. 23 показан расчет, который наглядно показывает, что снижение температуры перед котлом при постоянном расходе воды через котел, приводит к снижению температуры воды за котлом. Также при увеличении расхода воды через котел при удержании постоянной температурой воды перед котлом приводит к снижению температуры за котлом. Таким образом, снижение температуры перед котлом и увеличение расхода воды через него приводит к работе котла с недогревом.
На рис. 24 приведен пример расчета потерь тепла для котла ПТВМ- 120 при понижении температуры перед котлом на 5°С при расходе воды через котел 1500 т/час. Потери составили 7, 5 Гкал. На рис. 25 приведен пример расчет потерь тепла для котла ПТВМ- 120 при увеличении расхода воды через на 500 т/час. При этом потери тепла составили 10 Гкал. Отрицательным последствием работы котлов с недогревом является снижение их КПД. Из приведенных расчетов следует, что понижение температуры воды перед котлом на 5°С приводит к понижению КПД котла до 20%. Примеры приведены для минимальной теплопроизводительности котла, так как при минимальных нагрузках потери максимальные. Известно, что работающая автоматика дает экономии до 30%, работающее в автоматическом режиме ЧРП регулирование с ПИД регулированием электродвигателей дает экономию электроэнергии до 60%.
Высокое содержание кислорода в уходящих газах приводит к преждевременному ржавлению труб котлов. Наличие влаги в топке котла способствует образованию кислоты, которая способствует разрушению труб. Дополнительно на оборудование воздействует вибрация из-за колебаний расхода воды и уходящих газов. Работа котла с недогревом приводит к увеличению расхода воды в тепловую сеть, так как для передачи одного и того же количества тепла при более низкой температуре требуется большее его количество, что приводит к отклонению от расчетных параметров в том числе и повышению температуры в обратном трубопроводе.
На рис. 26, 27, 28 приведены «летние» режимные карты, которых вообще не должно быть. В летних режимных картах параметры еще более худшие. Из приведенных режимных карт видно стремление занизить температуру уходящих газов и приблизить к температуре воды в конвективной части. Существующий способ ведения режимов котлов приводит к работе котлов с недогревом и приводит к нестационарности.
Для примера рассмотрим построение графика зависимости температуры воды перед за котлом, температуры уходящих газов в установившемся состоянии для котла ПТВМ-120 при расходе воды через котел 1500 т/час.
На Рис. 29 приведен график при следующих параметрах: при выработке котлом 30 Гкал температура tпер.кот. составит 90°С, tза кот. - 110°С, тух.газ. - 126°С; при выработке котлом 120 Гкал температура перед котлом tпер.кот. составит 70°С, tзa кот. - 150°С, ух.газ.- 166°С. На Рис. 30 приведен график при следующих параметрах: при выработке котлом 30 Гкал температура перед котлом tпер.кот. составит 90°С, tза кот. - 110°С, tух.газ. - 126°С; при выработке котлом 60 Гкал температура перед котлом tпер.кот. составит 110°С, tза кот. - 150°С, tух.газ. - 166°С; при выработке котлом 120 Гкал температура перед котлом tпер.кот. составит 70°С, tза кот. - 150°С, tух.газ. - 166°; на Рис. 31 приведен график при следующих параметрах: при выработке котлом 30 Гкал температура воды перед котлом tпер.кот. составит 90°С, tзa кот. - 110°С, tух.газ. - 126°С; при выработке котлом 90 Гкал температура воды перед котлом tпер.кот. составит 90С, tза кот. - 150°С, tух.газ. - 166°С; при выработке котлом 120 Гкал температура воды перед котлом tпер.кот. составит 70°С, tза кот. - 150°С, tух.газ. - 166°С. Реализация предлагаемого способа приведена на рис. 32 для котла ПТВМ-120 и температурного графика тепловой сети 150/70°С. Особенностью данного графика является увязка теплопроизводительности котла с температурой вводы на входе и выходе котла в виде прямых линий.
Такого типа графики можно применить и для других типов котлов, проведя перерасчет выработки тепла с учетом их теплопроизводительности и расхода воды. Линейные зависимости изменения температур котла увязываются с графиками настройки ПИД регуляторов и легко программируются.
По данному графику работа происходит следующим образом.
Допусти, при tнар.=-10°С, тепловая сеть потребляет Qтc=60 Гкал.
Котел должен выработать в тепловую сеть 60 Гкал. При Т1=110°С, Т2=54°С. При этом температура перед котлом - 80°С, за котлом - 120°С. При изменении нагрузки изменение температур T1, Т2, перед, за котлом производится по прямым линиям.
Неустановившийся, колебательный характер расхода воды приводит к перегрузкам электродвигателей насосов, задвижек, исполнительных механизмов регуляторов и не достижению установившегося состояния. Неустановившееся состояние регулируемых потоков приводит и к неустановившемуся состоянию в электрических цепях. Перегрузка электродвигателей формирует нежелательные переходные процессы (электрические удары), которые мешают работе автоматике регулирования и безопасности. При электрических ударах автоматика ведет себя не предсказуемо. Взрывы в топках, конвективной части котлов именно связаны с несвоевременным срабатыванием автоматики безопасности. Также следует учитывать, что при электрических ударах, в электрических цепях создаются мощные электромагнитные возмущения, которые производят наводки в оборудовании, приводящие к отключению оборудования, сбои в работе контроллеров, выводу из строя оборудование.
На рис. 33, 34, 35 представлены графики резких колебаний напряжения и тока нагрузки, показывающие неустановившееся состояние. Котельные, ЦТП оснащены ПИД регуляторами, электромагнитными измерителями, электродвигателями, электрические цепи которых при не наступлении установившегося состояния из-за реализации производной формируют помехи. Таким образом, из-за не наступления установившегося состояния весь комплекс является источником помех. Уходящие газы также должны быть установившимся потоком с неизменными во времени величинами. Но так как поток уходящих газов является не установившимся, возникают перепады давления, что приводит к повышенному звуку работы котельных.
Целью изобретения является повышение экономичности работы отопительных котельных.
Поставленная задача достигается тем, что в способе регулирования отпуска тепла отопительных котельных с приведением параметров потоков среды в установившееся состояние, отличающийся тем, что производится управление производительности отопительных котлов регулированием температуры воды на входе в котел с достижением эффективной температуры уходящих газов в соответствие с формулой:
tyx.газ.=tпв+Δtxк;
где: tyx.газ. - эффективная температура уходящих газов;
tпв - температура питательной воды на входе в котел;
Δtxк - минимально допустимый температурный напор;
т.е. разность между температурой газов на выходе и воды на входе в котел
Заявленный способ позволяет повысить экономичность отопительных котельных.
Предлагаемый способ регулирования отпуска тепла отопительных котельных с приведением параметров потоков среды в установившееся состояние регулированием температуры воды на входе в котел обладает изобретательским уровнем и промышленно применим. Данный способ регулирования отпуска тепла может быть применен на известном оборудовании. Других известных технических решений аналогичного назначения при проведении поиска по научно-технической литературе и патентной документации не обнаружено. С приведением в установившееся состояние параметров потока среды создадутся условия для работы систем автоматического регулирования и достоверного измерения. Приведение в установившееся состояние потоков среды не ограничивается описанными примерами и применимо для всех инженерных систем предприятий ЖКХ, электроснабжения, газоснабжения, промышленности, транспорта, сельского хозяйства.
РИСУНКИ: 1-7,7.1,8-38.
Используемая литература.
[1]. Теория систем автоматического регулирования. Монография, посвященная систематическому изложению теории автоматического регулирования и управления под общей редакцией Бессекерского В.А, Попова Е.П., раздел 1,2, стр. 766, М: Издательство «Наука» 1975.
[2]. Дифференциальное и интегральное исчисления. Учебник для студентов высших технических учебных заведений под редакцией Пискунова Н.С. Издание десятое, стереотипное, глава 4, стр. 456 (146), М: Издательство « Наука» 1972.
[3]. Измерения в промышленности. Справочник. 1 книга. Теоретические основы. Под редакцией проф. докт. П. Профоса. Москва " Металлургия" 1990 г.
ГОСТ 26.011-1980 г; ГОСТ 8.586.5-2005 г.; Статья в журнале «ИСУП», №4(12) 2006; Патент РФ №2324900; ТИ 34-70-051-86.
1. Способ регулирования отпуска тепла отопительных котельных с приведением параметров потоков среды в установившееся состояние, отличающийся тем, что производится управление производительностью отопительных котлов регулированием температуры воды вход-выход котла по прямолинейной зависимости с достижением оптимальной температуры уходящих газов в соответствии с рис. 32.
2. Способ регулирования отпуска тепла по п. 1, отличающийся тем, что в системе котел - тепловая сеть - домовая сеть формируются электрические сигналы, пригодные для автоматического регулирования и достоверного измерения.
