Способ управления процессом горения

ОП ИСАН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 422919 Союз Советских Социалистических РеспубликГосударстеенныи комите Совета Иинистров СССР по делам изобретениЯ и открытий. ф, Максименко и Г. Н, ДелягинИнститут горючих ископаемых 71) Заявптсл(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГОРЕНИЯ Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в технике автоматического управления топочными процессами в котлоагрегатах.Известен способ управления процессом горения по среднеинтегральной частоте пульсаций пламени. Однако этот способ не очень точен.Цель изобретения - получение оптимального режима горения.1Для достижения этой цели дополнительно формируют сигнал дисперсий пульсаций яркости факела с помощью дополнительного фото- датчика, смещенного относительно основного по высоте топки, сравнивают полученные при ращения сигналов, увеличивают расход воз. духа при одинаковых знаках приращения сигналов, уменьшают его при разных знаках. испольфакела. лу деиствият обратные 3 В качестве критерия оптимальпост уется скорость возрастания энтропи Его энтропия равна: Н) - Ргде (Б) - средняя энергия моле Г - свободная энергия; О - температура. Во всяком реальном факеле в сизаконов гидромеханики возникаю течения, порождающие замкнутые трубки тока.Эти обратные течения, называемые рецир. куляциями, направлены к корню факела и являются физическим проводником обратной связи, возникающей между процессом горения и процессом воспламенения.Действительно, чем полнее и быстрее сгорает топливо, тем меыпая его часть (при большей температуре) возвращается по контурам рецпркмляцип к корню факела и попадает в зону воспламенения, где смешивается со свежим потоком. Следовательно, оптимальному процессу горения соответствует максимальное увеличение энтропии. Этот факт может оыть оценен благодаря су- ществовапию котуров рециркуляцип. Каждый такой контур имеет участок, в котором происходит смешение прямого и обратного потоков, В точках смешения возникает сильная термодинамическая нсравновеспость, причем, чем ближе горение и оптимальному, тем эта неравновесность сильнее (так как градиенты энтропии больше). В процессе смешения воз. никают пульсации энергии. которые будут тем больше, чем сплы:,се псравновесность. Отсюда вывод: прп оптимальном горении в контуре рецпркуляцпи пульсации энергии максимальны,45 50 55 Для пояснения сущности изобретения необходимо указать па характер связи между пульсациями и коэффициентом избытка воздуха.-а фпг. 1 показаны типичные кривые выгорания топлива; па фпг. 2 - контуры рециркуляции; па фиг. 3 - схема управления.Кривая Л (см, фиг, 1) относится к случаю маого избытка воздуха, а кривая Б - к случаю большого избытка.Оценивая увеличение энтропии скоростью ее возрастания, можно показать изменение последней при изменении избытка воздуха, Для этого на графике (см. фиг. 1) выделяют 3 зоны, В зоне 1 горение протекает интенсивно, в зоне 11 горение закончено, зона 11 промежуточная.Рассмотрим два контура рециркуляции, в которых время реакции ограничено их периодами т и т (см. фиг. 1).По мере увеличения избытка воздуха скорость возрастания энтропии для первого контура увеличивается, а граница зоны 1, вследствие увеличения крутизны линии выгорания, смещается влево. При достаточном избьггке воздуха граница смещается настолько (пунктир), что т, оказывается в зоне 11 или даже в зоне 111. В результате, скорость возрастания энтропии, пройдя через максимум, падае;.Для второго контура по мере увеличения расхода воздуха скорость изменения энтропии все время падает, а экстремум этой зависимости условно соответствует стехиометрии.Из сказанного следует, что для контуров рециркуляции различной длины условия оптимальности горения по избытку воздуха пе одинаковы. В коротких контурах оптимальность достигается при больших избытках воздуха, чем в длинных.Кривая У (см. фиг. 2) представляет собой зависимость дисперсии пульсаций, возника;ощих в длинном контуре рециркуляции, от коэффициента избытка воздуха. Кривая У то же, для короткого контура рециркуляции. Оптимальный режим горения достигается в первом контуре при коэффициенте избытка воздуха я = сь а во втором при сс = аг, причем а. ) аьРазделить пульсации, возникающие в разных контурах, можно путем размещения датчиков на разных расстояниях от горелок.Сигналы У 7 и Ф;, равные дисперсиям, возникаюших в контурах рециркуляции разных периодов пульсаций, получают с помощью двух датчиков яркости, установленных на разных расгояниях от горелок. Далеко расположенный датчик пе видит коротких контуров,5 о 15 20 25 зо 35 40 а близко расположенный воспринимает смесь пульсаций с преобладанием возника,"ощих в коротких контурах.Для увеличения точности можно применять две группы датчиков, находящихся на разных расстояниях от зоны воспламенения, усредпять сигналы близко расположенных и удаленных и использовать результаты усреднения по группам в качестве Г, и К,.Кривая К, соответствует длинному контуру, а кривая У - короткому. Тогда и, = кои,. Пользуясь сигналами У и Р одновременно, можно предложить закон управления избытком воздуха, приводящий к условию, близкому к оптимальному. При этом полагается, что условия оптимальности горения в разомкнутых трубках тока совпадают с условиями оптимальности горения во множестве копгуров рециркуляции. В противном случае конструкция топочного устройства не является огпимальной и этот дефект не может быть устранен управлением.Схема управления (см. фиг, 3) содержит объект управления 1, два датчика яркости 2, фильтры низких частот 3, дисперсиометры 4, логическое управляющее устройство 5 и исполнительный орган б, меняющий избыток воздуха в системе.Сигналы пульсаций, воспринимаемые датчиками 2, поступают на фильтры 3, которые не пропускают пизкочастотную составляющую сигналов (от О до - 3 гц). В результате, искл.очаются пульсации, связанные с внешними возмущениями. При помощи дисперсиометров 4 вычисляются дисперсии сигналов, поступающих в управляющее устройство 5, осуществляющее закон управления. Сигнал управления, вырабатываемый управляющим устройством, поступает на исполнительный орган 6, который меняет избыток воздуха в топке. П р ед м е т изобретения Способ управления процессом горения в топке путем воздеиствия на расход воздуха по сигналу дисперсии пульсаций, например, яркости факела, измеренных с помощью фото- датчика. отличающийся тем, что, с целью получения огпимальпого режима горения, дополнительно формируют сигнал дисперсии пульсаций яркости факела с помощью дополнительного фотодатчика, смещенного относительно основного по высоте топки, сравнивают полученные приращения сигналов, увеличивают расход воздуха при одинаковых знаках приращения, и уменьшают его при разных знаках.422919 Фиг./ дисперсия Фиг.2 оставитель К. РогановТехред А. Камышник Заказ 2145/11 Тираж 565вета Министров СССкрытийб., д. 4,5 9ого комитета Созобретений и о5, Раушская н ппсное пография, пр. Сапунова, 2 тактор Н. Вирк Изд.6 ПИ Государственн по делам Москва, Ж Корректор О. Тюрина