Вычислительное устройство автоматической системы управления процессом горения в котлоагрегате

72) Авторы изобретения щов и В.,С. Полоник Т. Кулаков, А. А, Москаленко, В. фена Трудового Красного Знамени п 6 литехническнйинсппут Белорусск 1) Заивител ВЫЧИСЛИТ УПРАВЛЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НИЯ ПРОЦЕССОМ ГОРЕНИЯ В КОТЛОАГРЕГАТЕчей чаром щих ре. шиберами 1Устройство относится к автоматике и вы. числительной технике и может быть иеполь. зовано при автоматической оптимизации проесса горения в котлоагрегате энергетического блока,1Известно устройство автоматического управления, содержащее аналого. цифровой преобра. эователь, соединенный с датчиками температуры, блок сравнения, дешифратор предельных значений и блок регулирования 1).Недостатками этого устройства являются низкая точность из-за двухпоэиционного ре лирования и невозможность его использования для управления процессом горения с це лыо оптимизации,Наиболее близким к предлагаемому является вычислительное устройство автоматической системы управления процессом горения вкотлоагрегате, содержащее регулятор общеговоздуха, аналого-цифровой преобразователь,соединенный с датчиками, характеризующимипроцесс горения, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам блока сравнения, соединенного с анализаторомкорректирующих. воздействий, и блок регулнрования, подключенный к цепям регулированияшиберами горелок 21,Недостатком устройства является низкаялточность и невозможность использования дляоптимизации процесса горения,Цель изобретения - повьппенне точностиработы при оптимизации процесса горения. 1 ОО Укаэанная цель достигается тем, что уст. ройство дополнительно содержит задатчики оптимальных значений кислорода и химического недожога, подключенные к вторым входам блока сравнения, блок операторных клю с внешними цепями управления, переклю тель управления, соединенный с регулято общего воздуха, и коммутатор управляю воздействий, включенный между блоком гулирования и цепями регулированиягорелок, причем первый управляющий вьгход анализатора корректирующих воздействий под ключен к задатчику оптимального значения )кислорода второй - к коммутатору управ.кислороду и химическому недожогу путемсравнения с оптимальными значениями,Анализатор 5 корректирующих воздействийслужит для выработки управляющих воздей.ствий в блок 10 регулирования через блок 8операторных ключей при оптимизации локальных избытков воздуха, для выбора оптиь 4 ального значения кислорода в задатчике 6 в зависимости от оптимального значения химического недожога и для переключения коммутатора 11 управляющих воздействий,Блок 8 операторных ключей, соединенныйс внешними цепями управления Д и О, служитдля выбора оптимального значения кислородав эадатчике 6 вручную или автоматически .взависимости от нагрузки и для выдачи управляющих воздействий в РОВ через переключатель 9 управления, в блок 10 регулирования,и в анализатор 5 корректирующих воздействий,.Переключатель 9 управления обеспечивает от.ключение РОВ от объекта управления при оптимизации локальных избытков воздуха. Блокт10 регулирования служит для формированиясигналов определенной длительности, пропорцио.нальной чувствительности исполнительных органов шиберов горелок.Коммутатор 11 управляющих воздействийиспользуется для распределения сигналов регулирования по шиберам горелок,Оптимальное значение избытка кислородав уходящих газах для газомазутных котлов беэучета чувствительности аппаратуры авторегу.лнрования лежит на пересечении графика зависимости потерь тепла с уходящими газамиплюс потери тепла на тягу и дутье от избыткакислорода (0) и графика потерь тепла с хи.мическим недожогом от избытка кислорода(0 э), так как суммарные потери тепла 0будут минимальными в точке Оопт (фиг,2),что будет соответствовать максимальному значению КПД котлоагрегата. Точка оптимумаОопт имеет место, как правило, при некотором химическом недожоге. Следовательно, точке Оэопт будет соответствовать точка оптимальной величины химического недожога НапоитКак. видно иэ фиг, 2, избыток кислорода исодержание продуктов химического недожогаН 2 изменяются в противоположных направле.ниях при отходе от оптимальной точки.тЗадача РОВ с КК, состоит в стабилизациитекущего значения кислорода Оэ в,соответствии с заданным значением кислорода Оэзд,равным например, Оэопт в зоне + Ь, лежа.щей в окрестности точки Оэоптгде б - чувствительность аппаратуры авторегулирования. Сучетом чувствительности 8 эа точку оптимумацелесообразно выбирать смещенную точку(Оопт + б). Точка оптимума является инди.видуальной для каждого котлоагрегата и опре. 3 939870ляющих воздействий, остальные три выхода -"Разрешение", "Запрет", и "Реверс" - к входам блока операторных ключей, первый задающий выход которого соединен с эадатчи.ком оптимального значения кислорода, а второй регулирующий выход соединен с входамиблока регулирования, переключателя управ.ления и анализатора корректирующих воздействий.На фиг, 1 представлена структурная схема 1 Опредлагаемого вычислительного устройства;на фиг. 2 - графики, поясняющие принципработы устройства.Вычислительное устройство автоматическойсистемы управления содержит аналогово.цифровой преобразователь 1, соединенный с датчиками, характеризующими процесс горения: кислородомером 2 и хроматографическим гаэоана.лиэатором 3. Информационные выходы аналогоцифрового преобразователя подключены к соответствующим входам блока 4 сравнения,который соединен с анализатором 5 корректирующих воздействий. Ко вторым входам алло.ка сравнения подключены задатчики оптималь.ных значений кислорода и химического недожога, Вычислительное устройство содержит также блок 8 операторных ключей с внешнимицепями управления Д и О, переключатель 9управления, соединенный с регулятором общеговоздуха (РОВ), блок 10 регулирования и комЭОмутатор 11 управляющих воздействий, под-ключенный к цепям регулирования шиберамигорелок.Первомай управляющий выход анализатора 5корректирующих воздействий подключен к эадатчику б оптимального значения кислорода,второй - к коммутатору 11 управляющихвоздействий, остальные три выхода - "Разрешение", "Запрет", и "Реверс" - к входамблока 8 операторных ключей.Первый задающий выход блока операторных 4 Оключей подключен к эадатчику, 6 оптимальногозначения кислорода, соединенного,с корректо.ром кислорода (КК), а второй регулирующийвыход соединен с входами блок 4 10 регулирования переключателя управления 9 и анализатора 5 корректирующих воздействий, Выход блока регулирования подключен к общему входу коммутатора 11 управляющих воз.действий.50Аналого-цифровой преобразователь 1 служит для преобразования аналоговых сигналов, поступающих иа его входы от кислородомера 2, измеряющего содержание кислорода и от хро. матографического газоанализатора 3, определя 55 ющего концентрацию продуктов химическогоЫ недожога в уходящих газах, в двоичныи уни. арный код. Блок 4 сравнения вырабатывает5 939870 6деляется при проведении теплотехнических кам и произвести выравнивание локальных испытаний. юбытков воздуха, Аналогичным контролем осуществляется выявление условий для пере. Однако оптимальное значение кислорода,помимо временных факторов, зависит от элекхода на другое оптимальное значение иэбьптрической нагрузки энергоблока й и локальных избытков воздуха О ка кислорода,Выравнивание локальных избытков воздухаможет быть получено путем регулирования аш.беров горелок таким образом, чтобы на кажОаопт = ф(4) (1) Оопт = (Ом) (2) дой из них достичь выполнения условия, при котором текущее значение водорода равня 0 лось бы оптимальному заданному.Зависимость (1) является определенной Переход на другое оптимальное значениеОна может быть рассчитана и учтена при по- избытков кислорода может быть получен пу.строении вычислительного устройства автоматической системы управления в виде набора по устройство работает следующим образом.стоянныхПри включении устройства все блбки уста.О,опт - К,О,опт(3)навливаются в исходное положение, при кото.где Оопт и Огопт,н. - оптимальные значениЯ ром на блок 4 сравнения через задатчики 6избытка кислорода и 7 оптимальных значений кислорода и химисоответственно прического недожога подаются коды соответству.1.ой и номинальной 2 вющих заданий, которые набираются оцерато.ром (О) или другими вншеними устройства.К - поправочный коэффи-а на вход КК с выхода эадатчика 6 беэ.ударно подается напряжение оптимального эациент для 1-ой нагруз 25 дания по кислороду, Коммутатор 11 управля.ющих воздействий находится в нейтральномЗависимость (2) не может быть рассчитана, положении. Работа осуществляется по циклам,так как в уходящих газах измеряется среднее равным времени измерения самого инерционзначение кислорода ного датчика - хроматографического газоаналй.ОИ 1.. (4) затора 3. В каждом цикле производится изме.О =,2 и( ЗОи2.СР И1=1 рение в уходящих газах текущих значенииа составляющие От,; являются неопределенны- кислорода Оа и водорода а которые аналогоми. Оптимальный режим будет поддерживать. цифровым преобразователем 1 преобразуютсяся в определенной зоне регулятором общего в унитарный двои д, у. в нита ный двоичный код, Полученные коды по.воздуха с корректором кислорода при равно- ступают Рст пают в блок 4 а авнения, где сравниваются смерном распределении воздуха по горелкам.З 5 предельнодопустимыми значениямипоступающйми с задатчиков 6 и 7 оптимальных значенийВ случае неравномерного распределения воэми с задатчико 6л о а и химического недожога. Предельно. гим причинам, содержание кисло ода.р Ржание кислорода. в уходя- заданные значения по кислороду ЮзРи химическом недожогу Н соответственночению потерь тепла Оэ, хотя потери 0 з умень Р"ы +шаются, и к отходу от точки оптимума, Кро. ) 2,1 ФЪОПТ lме того, увеличение кислорода в уходяппгх . 02 1 = (,Ооп"г +д) Ьгазах усиливает низкотемпературную коррозиюи загрязнение окружающей среды. В этом слу.ьИх = Коггг (5)45чае регулятор общего воздуха с корректоромкислорода ие в состоянии стабилизировать рас. где Ь - зона регулирования регулятора обход воздуха в окрестности точки Оаопт. Уве- . щего воздуха (см, фиг. 2), причемличение юбытка кислорода в уходящих газах . Ь) б.н является достаточным условием неравно. Учеч зоны регулирования достаточен толькоеЮмерности распределения воздуха по горелкам, .по кислороду,т.е,.; необходимо дополнительное условие. Таким Аналоговый сигнал, подаваемый с задатчи+ б,дополнительным условием является Умень. ка 6 на вход КК, соответствует Огопт +шение содержания водорода в уходящих газах В результате сравнения текущих значенийотносительно Нэ опт величин с предельно заданными блок 4 сравТаким образом, контроль соотношения меж. пения формирует дв рупп55 е г ы сигналов поизбытком кислорода и содержанием водо. кисл роду д родуо и во о ю возможных резульдутатов - "Меньше", "Равно" и ."Больше" -ода в уходящих газах позволяет выявить . татов - еропост ающих в блок 5 аналюатора корректиперекосы в распределении воздуха по горел по уп щих7 939870 8 рующих воздействий, Анализатор 5 формиру. Огопт, = 1,2 и и б) значение избытка ет одно из следующих условий кислорода больше Огопт,; + б,(6)В первом случае при первом же шаге ре.гулирования текущего значения Нг резко возрастает при незначительном уменьшении Ог,так как точка кислорода Огопт являетсякритической (кривая Оз на фиг. 2), Позто.му при повторном цикле измерения имеетместо неравенствоО о во,о, н:н0 7101 ф Й( нОс.ОЗ., И ъГ 14 з.3;0 70.1 ННД(11)Нг Нг При условии (10) имеем первый случай,Появление сигнала равенства (11) на вы. ходе анализатора 5 корректирующих воздеист. вий приводит к возврату шибера на половину регулирующего шага и установке анализатора 5 в исходное положение.Возврат шибера на половину регулирующего шага приводит к смещению точки О,опт на величину б. Установка анализатора 5 в исходное положеиие означает окончание регулирования равномерного распределения воздуха по горел. кам независимо от номера горелки. При этом переключатель 9 возвращается в исходное положение и подключает РОВ к объекту регули. рования. Окончание регулирования через задатчик б оптимальных значений кислорода индицируется оператору. В очередном цикле измере ния выполняется условие (6) - Норма". Каждое из условий отображается оператору через задатчик 6 оптимального значения кислорода в виде соответствующих сигналов: "Норма", "Регулирование", "Несоответствие" и 1 "Неисправность",Условие (6) означает, что процесс горенияв котлоагрегаге осуществляется оптимальнымобразом. Если выявляется условие (7), то зпоно свидетельствует, что оптимальное значениекислорода становится функцией локальныхизбытков кислорода в соотношении с выра. ,жением (2), В этом случае анализатор 5 корректирующих воздействий вырабатывает сигнал, ц разрешающий регулирование, который поступает в блок 8 операторных ключей.Блок 8 операторных ключей формирует окончательный сигнал регулирования только в том случае, если существует разрешение одно- ЗП временно по двум внешним цепям: от дис. петчера (Д) и оператора или оперативного устройства (О), что связано с отключением РОВ от объекта регулирования.Выходной сигнал блока 8 через переключатель 9 управления производит отключение РОВ, обеспечивая возможность погорелочного регулирования путем воздействия на шиберы горелок, Этот же сигнал поступает в блок 10 регулирования и в анализатор 5 корректиру. ющих воздействий, где запоминается на время регулирования цо всем горелкаа, а коммута. тор 11 управляющих воздействий подключается к одному из шиберов горелок, принимае.мому за первый. С этого момента формируется только вторая часть выражения (7), от. носящаяся к водороду,Сформированный в блоке 10 регулирования сигнал через коммутатор 11 управляющих воэ. действий прикрывает шибер первой горелки на определенную величину, пропорциональную двойной чувствительности 2 Ь. При этом цо. дача на первую горелку уменьшается, что приводит к некоторому понижению текущего значения кислорода в уходяших газах и к повышению величины водорода. При этом возможны два случая: а) значение избытка кислорода для данной горелки по регулирования равняется оптимальному значению Нг.Мг(10)При этом анализатор 5 корректирующихвоздействий через блок 8 операторных ключейвырабатывает сигнал "Реверс", который в блоке 10 регулирования формируется в регулирующий сигнал обратной полярности и, воздействуя через коммутатор 11 управляющихвоздействий,.первый шибер возвращается висходное положение.Задержанный сигнал "Реверс" попадает об.ратно в анализатор 5 корректирующих воздействий и устанавливает в нем такое состояние,при котором коммутатор 11 управляющихвоздействий подключается ко второму шиберу, Кроме того, этот сигнал при наличии ванализаторе 5 хранящегося сигнала регулирования проходит в цепь разрешения регулирования, осуществляя нрикрьпие второго шиберааналогично первому с проверкой полученногорезультата в следующем цикле измерения.Работа устройства аналогична для всех шиберов, для которых выполняется условие (10),до нахождения шибера, для которого значениеизбытка кислорода больше Огопт + 8 тоесть имеет место 2.й случай,Вр втором случае регулирование осуществляется при каждом цикле измерения до тех пор,, пока не выполняется условие (10) или ра.венство9 939870Если прн работе котлоа регата выявляется условие (8), то это означаеу, что заданное оптимальное значение водорода не соответствует элданному оптимальному значению кислорода в йределах выбранной зоны регулиро- % вания Ь, В этом случае информационный сигнал с анализатора 5 корректирующих воздействий поступает в задатчик 6 оптимальных значений кислорода, сигнализируя оператору данное условие, Если существует разрешение 10 на изменение задания по кислороду, то этот сигнал выбирает в задатчике 6 другое оптимальное значение кислорода, чтобы выполнялось условие (6).Условие (9) отображается оператору как 15 технологическая неисправность.Применение в предлагаемом вычислительном устройстве автоматической системы управления задатчиков оптимальных значений кис. лорода и химического недожога, блока опера О торных ключей, переключателя управления и коммутатора управляющихвоздействий, свя. занных определенным образом между собой и с известными блоками, позволяет повысить точность оптимизации процесса горения газо. 23 мазутных котлов энергоблока, Это обеспечивает значительный экономический эффект эа счет снижения удельного расхода топлива при работе котлоагрегатов. 10 30 Формула изобретения Вычислительное. устройство автоматической системы управления процессом горения в котлоагрегате, содержащее регулятор общего воз духа аналого-цифровой преобразователь, соединенный с датчиками, характеризующими процесс горения, информационные выходы которого подключены к соответствующим входамблока сравнения, соединенного с анализаторомкорректирующих воздействий, и блок регулирования, подключенный к цепям регулирова.ния шиберами горелок, о т л и ч а ю ш ее с я тем, что, с целью повышения точности,оно дополнительно содержит задатчики оптимальных значений кислорода и химическогонедожога, подключенные к вторым входамблока сравнения, блок операторных ключей свнешними цепями управления, переключательуправления, соединенный с регулятором об.щего воздуха, и коммутатор управляющихвоздействий, включенный между блоком.регу.лирования и цепями регулирования шиберамигорелок, причем первый управляющий выходанализатора корректирующих воздействий подключен к задатчику оптимального значениякислорода, второй - к коммутатору управляющих воздействий, остальные три выхода -"Разрешение", "Запрет" и "Реверс" - к входам операторных ключей, первый задающийвыход которого соединен с задатчиком оптимального значения кислорода, а второй регулирующий выход соединен с входами блокарегулирования, переключателя управления ианализатора корректирующих воздействий. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Хутский Г. И, и др. Цифровое вычислительное устройство системы автоматического управления пуском энергетического блока."Приборы и системы управления", 1968, Кф 11,с. 28. 2. Авторское свидетельство СССР й 638967,кл. 6 06 Е 15/20, 1972,ФаийЮМЩОЮЮЮ939870 Составитель И, Аксенов Техред М. Гергель ектор М, Шароши Середа дакто аказ 4640/56 одписн иал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ по дел 3035, Мо