Способ автоматического регулирования подачи воздуха в подтопку энерготехнологического котла-утилизатора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХРЕСПУБЛИК(55 )- 23 й Э ТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТОРС О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПОИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБ(71) Научно-производственное обьединениепо автоматизации горно-рудных, металлургических предприятий и энергетических обьектов черной металлургии(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 1359579, 28,01.88.(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 подтопке котла-утилизатора,3 1642192 10 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-утилизатора, 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 - утили- затора, 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 обьема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, поступающего в подтопку котла-утили- затора, 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 умно 35 жения, к второму входу которого подключензадатчик 11 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива,рода в дымовых газах печи подключен к второму входу блока 12 вычисления количествавоздуха, содержащегося в дымовых газах,поступающих из печи 21 в котел - утилизатор20 в единицу времени, к третьему входу блока 12 подключен задатчик 14 процентногосодержания кислорода в воздухе, Выход блока 10 соединен с первым входом блока 12 и свторым входом блока 13 вычисления заданияпо процентному содержанию кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора.Первый, третий и четвертый входы блока 13соединены.с выходами соответственно блоков 12, 8, 7, а пятый вход блока 13 подключенк задатчику 14. Входы корректирующего регулятора 17 соединены с выходом блока 13 и сдатчиком 3 содержания кислорода в дымовыхгазах на выходе котла-утилиэатора, а выходподключен к первому входу регулятора 16.Третий вход регулятора 16 соединен с датчиком 1 расхода общего воздуха в подтопкукотла - утилизатора, четвертый вход - с задатчиком 15 соотношения топливо - воздух, авыход - с исполнительным механизмом 23регулирующего органа 18, 25Способ осуществляют следующим образом,Энерготехнологический котел-утилизатор вырабатывает пар за счет тепла, выделяющегося при сжигании топлива в подтопке, 30и тепла дымовых газов печи. Регулированиеподачи воздуха в подтопку котла-утилизатора осуществляется по отклонению содержания кислорода в дымовых газах на выходекотла-утилиэатора от задания. Задание по 35процентному содержанию кислорода в дымовых газах 02 звд (О ) формируется как отношение количества кислорода,находящегося в задаваемом избыточномвоздухе, подаюшемся на горение в единицу 40времени Чи (м /ч), к количеству дымовыхгазов, образующихся при сжигании топлива в единицу времени Чд.(м /ч), т. е.зЧизб03" = 21 (") 45Количество воздуха, содержащегося вдымовых газах на выходе котла - утилизатора в единицу времени, определяется по форм ле50изб Чизб + Чизб ( М ) р) а количество дымовых газов Чд определяется по формулез Ч,г =Чдк + Чв + Чд.,. + Чв.п. ( - ),Я где Чдк - теоретическое количество дымовых газов, образующихся при сжигании топ(9) лива в подтопке котла-утилизатора, в единицу времени, т, е,зЧдгк В" Чд"( ч ) (4)где Вк - расход топлива, поступающего вподтопку котла-утилизатора, (м /ч);Чдл.к. - удельный объем дымовых газов,образующихся при сжигании топлива, поступающего в котел - утилизатор, в стехиометрических условиях (м /ч);вудЧ 7 к. - количество избыточного воздуха,подающегося на сжигание топлива, поступающего в подтопку котла - утилизатора вединицу времени (м 3/ч);Ч г, и. - теоретическое количество дымовых газов, образующихся при сжиганиитоплива в печи в единицу времени, т. е.3Ч,:ВЧО,(м ), (5)где В - расход топлива, поступающего впечь (м /ч);вЧд.,п - удельный объем дымовых газов,образующихся при сжигании топлива, поступающего в печь, в стехиометрических условияхм /м );Ч - количество воздуха, содержащеигося в дымовых газах, поступающих из печив котел-утилизатор, в единицу вреМени(м /ч).Количество кислорода содержащегосяв воздухе дымовых газов, поступающих изпечи в котел - утилизатор в единицу времени, определяется по формуле30 ул =0 21 Чивз. ( )где 0,21 - процентная доля содержания кислорода в единице объема воздуха.Удельный расход воздуха, необходимыйдля сжигания топлива в стехиометрическихоусловиях Чв,., известен для каждого видатоплива. Измерив расход топлива, поступающего в подтопку котла - утилизатора,получаем теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания топлива вединицу времени, т. е,Чв.к. = Чв.к. Вк ( - )ч(7)Процесс горения ведется при заданномкоэффициенте избытка воздуха (а )Чвизкб = ( д 1 )Чво,к.Вк (8)Введя в эту формулу величину коррекции коэффициента избытка воздуха в зависимости от расхода сжимаемого топливатогда количество кислорода в дымовых газах, образующихся в подтопке котла-утили- затора в единицу времени, равнокеЛ02 к =0,21(й - РВк - 1) 4 фмз5 ВЧв,к,Вк 1( ч ) (10) Содержание кислорода в дымовых газах печи 02 п ) 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;(ЯО02 п, б100 ( )(11)Чд.г.п. + Чв.й)С другой стороны, количество кислорода в дымовых газах печи 02 п может быть опколределено из формулы (6).Решая совместно уравнение (6) и (11) ОтНОСИтЕЛЬНО 02 пП ПОЛУЧаЕМ КОЛИЧЕСТВОкадизбыточного воздуха, содержащегося в дымовых газах, поступающих из печи в котел утилизатор в единицу времениоиэб 02 п Чд.г.п, Вп ( )21 - 02 п30Задание 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(ц-дв,-1)чв. ч "- - ";В -ч, в.11 -б.Сигнал датчика 5 расхода топлива, помзступающего в печь 21 Вп ( - ) поступаетч 1на первый вход блока 10 умножения, сигнал задатчика 11 удельного объема дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, 45зпоступающего в печь Чд,г,п, ( - ), постуэпает на второй его вход. Выходной сигнал блока 10 представляет собой теоретическое количество дымовых газов, образующихся при сжигании поступающего в печь топлива вединицу времени Чдг,п.=зВп Чд,г и ( - ) . Этот сигнал поступаетч 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 02 п (в ), На тРЕтИй ВХОД - 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 Чивэпб 02 пЧд г иВп/(21 - 02 п ) ( - ) поступающий на первый вход блока 13, Сигнал датчика 2 расхода топлива, поступающего3 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-утилизатозр д (-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 временизЧд.г.п. = Вп Чд.г.п. ( - )чСигнал датчика 2 поступает на первый вход блока 7 вычисления количества избыточного воздуха, подаваемого в подтопку котла в утилизато, на второй его вход поступает сигнал задатчика 6 коэффициента избытка воздуха, уменьшенного на единицу ( а - 1), на третий вход - сигнал задатчика 19 удельного расхода воздуха, необходимого для сжигания топлива, поступающего в подтопку котла-утилизатора. в стехиометзрических условиях Чво.к, ( - ), на четвертый вход - сигнал задатчика 22 величины коррекции коэффициента избытка воздуха. Блок 7 формирует сигнал количества избыточного воздуха, подаваемого на горение топлива в подтопку котла в утилизато в единицу временизЧвк, =(Гй - 3 Вк 1)Вк Чвк. ( ч )(7 в)Этот сигнал поступает на четвертый вход блока 13, на пятый его вход поступает сигнал задатчика 14. Блок 13 формирует сигнал задания по процентному содЕржанию10 1642192 кислорода в дымовых газах на выходе котла-утилизатора Составитель А, Зосимов Редактор М, Келемеш Техред М, Моргентал Корректор А,ОсауленкоЗаказ 1136 Тираж 364 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 изб избЯю - 21 " + л (о)изб + т + изб + тЭтот 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 т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, дополнительно измеряют расход топлива, поступающего в печь, содержание кислорода в дымовых газах печи и заданные значения содержа ния кислорода в дымовых газах на выходекотла-утилизатора 02". определяютпосо- отношению оф о,. ч,. в.(л-/3 В)н., в+ , а"ЙЗА - 02 л02 Д =21о15 (а в, 1)чв. чмв Ф-"- 31 ч,. в.2 - Оь,где а - коэффициент избытка воздуха вподтопке котла - утилизатора;Р - величина коррекции коэффициента избытка воздуха;20 Чд, - удельный объем дымовых газов,образующихся при сжигании топлива, поступающего в котел - утилизатор, в стехиометрических условиях;оЧд,г,п, - удельный объем дымовых газов,25 образующихся при сжигании топлива, поступающего в печь, в стехиометрических условиях;Чв.к. - удельный расход воздуха, необходимый для сжигания топлива, поступающе 30 го в подтопку котла-утилизатора, встехиометрических условиях;В, - расход топлива, поступающего вподтопку котла - утилизатора;Вп - расход топлива, поступающего в35 печь;02 п - процентное содержание кислорода в дымовых газах печи;21 - процентное содержание кислородав воздухе,40