Оценка экономичности процесса горения в топке котла по регулируемым параметрам этого процесса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка экономичности процесса горения в топке котла по регулируемым параметрам этого процесса.

Семенов Анатолий Дмитриевич, доктор технических наук, доцент,

Коновалова Ирина Игоревна, аспирант, кафедра «Автоматики и телемеханики» Пензенского Государственного Университета.

Аннотация

Разработана методика оценки экономичности процесса горения по регистрируемым временным трендам этого процесса. Методика основана на многомерной линейной интерполяции экспериментальных данных в координатах топливо - воздух - температура, с последующим определением оптимальной зависимости топливо - воздух, обеспечивающей максимальную температуру топочных газов. Экспериментальная проверка методики подтвердила ее эффективность.

Существующие системы автоматического регулирования процесса горения не обеспечивают оптимальные значения его параметров особенно при значительных изменениях нагрузки и состава топлива [1, 2], что приводит к его перерасходу и снижению экономичности процесса горения. Одним из наиболее представительных косвенных способов оценки экономичности процесса горения является анализ состава топочных газов, покидающих топку. На основе зависимости КПД и суммарных потерь от избытка воздуха, определяемой индивидуально для каждого агрегата, целесообразно поддерживать коэффициент избытка воздуха, при котором КПД котла максимален, а суммарные тепловые потери стремятся к минимуму. Однако экспериментальное определение зависимости КПД от избытка воздуха в условиях эксплуатации представляет собой достаточно сложную задачу, решаемую с помощью прямых методов отыскания экстремума многомерной функции.

Предлагается оценивать экономичность процесса горения в топке котла по температуре топочных газов.

При сжигании топлива в топку должно быть подано определённое количество воздуха, содержащего кислород, необходимый для горения.

Излишнее количество воздуха приводит к увеличению потерь тепла с уходящими газами и снижению их температуры, а недостаток воздуха может вызвать появление потерь от химической неполноты сгорания, что также приводит к снижению температуры топочных газов.

Следовательно, чем выше эта температура, тем экономичнее процесс горения.

Построение зависимости температуры топочных газов от расхода топлива и воздуха при заданной нагрузке котла предлагается осуществлять путем линейной интерполяции на неравномерной сетке вышеуказанных параметров, снятых в процессе нормальной эксплуатации котла.

В качестве примера на рисунках 1-4 а и б показаны изменения основных технологических параметров котельных установок НЗЛ-110 и ДЕ - 25/14ГМ снятых с интервалом в одну минуту. На НЗЛ-110 данные регистрировались в течении суток, на ДЕ - 25/14ГМ - в течении смены.

а) б)

Рис. 1. Расход перегретого пара (т/час).

а) б)

Рис. 2. Изменение температуры топочных газов за котлом.

а) б)

Рис. 3. Расход мазута(т/час) и газа (м³ /час).

а) б)

Рис. 4. Расход воздуха (м³/час).

горение топочный газ экономичность

По центрированным данным, представленным на рис. 2 и 3 была получена имитационная динамическая модель топливного тракта, устанавливающая взаимосвязь между подачей топлива и температурой топочных газов. Расчет параметров модели проводился рекуррентным методом наименьших квадратов. Переходные характеристики моделей показаны на рисунке 5. Из графиков следует, что время переходного процесса в топочном тракте обеих котельных установок практически одинаково и составляет величину порядка 3 мин. Следовательно, для уменьшения динамической ошибки при регистрации данных об изменении параметров процесса горения их следует регистрировать через 3 мин.

а) б)

Рис. 5. Переходные характеристики топливного тракта.

На рис. 6 а и б представлены трехмерные графики, полученные в результате интерполяции исходных данных, представленных на рис. 2 - 4.

а) б)

Рис. 6. Экспериментальные и расчетные зависимости температуры топочных газов от подачи топлива и воздуха.

Расход топлива и воздуха на графиках представлен в относительных единицах приведенных к интервалу [-1, +1]. По оси ординат отложены центрированные значения температуры топочных газов. Из полученных графиков следует, что регулирование процесса горения далеко от оптимального. Действительно, экспериментальные точки, по которым проводилось построение зависимости температуры топочных газов от расхода топлива и воздуха, располагаются на значительном удалении от оптимальных значений, обеспечивающих максимальную температуру топочных газов.

На основании полученных графиков рис. 6 можно построить соотношение топливо - воздух, обеспечивающее максимальную температуру в топке. Это соотношение представляет собой проекцию геометрического места точек удовлетворяющих максимуму температуры топочных газов на плоскость расход топлива - расход воздуха.

На рис. 7 а и б показано расчетное соотношение топливо - воздух обеспечивающее максимальную температуру в топке, аппроксимированное уравнением прямой, а также реальные соотношения, построенные по графикам рис. 3 и 4 (отмечены точками).

а) б)

Рис. 7. Оптимальное и аппроксимированное соотношение топливо-воздух.

Анализируя полученные графики можно сделать вывод, что регулирование процесса горения в котельной установке НЗЛ-110 по соотношению пар - воздух приводит к излишней подаче воздуха в топку и требует коррекции коэффициентов настройки регулятора воздуха с целью снижения его подачи. В котельной установке ДЕ - 25/14ГМ регулирование процесса горения осуществляется по соотношению топливо -воздух, приводит к недостаточной подаче воздуха и требует коррекции коэффициентов настройки регулятора воздуха в сторону увеличения его подачи.

Предложенная методика оценки экономичности процесса горения в топке котла позволяет по параметрам этого процесса, снятым в режиме нормальной эксплуатации, определить точность поддержания оптимального соотношения топливо - воздух в системе регулирования процесса горения.

Экспериментально полученная экстремальная зависимость температуры топочных газов от подачи топлива и воздуха в топку позволяет найти оптимальное соотношение топливо - воздух и по найденному соотношению скорректировать работу системы регулирования процессом горения.

Литература

1. Липов Ю.М., Третьяков Ю. М. Котельные установки и парогенераторы. - Москва - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика: Институт компьютерных исследований, 2006. -592с.

2. Плетнев Г.П. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 344с.

Размещено на Allbest.ru