Обоснование схемы корректирующего контура автоматической системы регулирования расхода общего воздуха котла Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 621.187.7

ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ КОРРЕКТИРУЮЩЕГО КОНТУРА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ОБЩЕГО ВОЗДУХА КОТЛА

Канд. техн. наук, доц. НАЗАРОВ В. И., магистр. техн. наук БУРОВ А. Л.

Белорусский национальный технический университет

В настоящее время сжигание топлива с предельно низкими избытками воздуха является малозатратной, энергосберегающей технологией. В большинстве своем газомазутные котлоагрегаты оснащаются простейшими одноконтурными автоматическими системами регулирования (АСР) «топливо -воздух». Реже это касается крупных котлоагрегатов, где используется двух-контурная каскадная АСР с корректирующим сигналом по концентрации кислорода в режимном сечении котла. Недостаток этого корректирующего сигнала был рассмотрен в [1], где определено, что наиболее приемлемым с точки зрения оптимизации процесса сжигания топлива является сигнал по химическому недожогу, приведенный к оксиду углерода СО.

Исследуем АСР расхода общего воздуха с различными корректирующими сигналами для оценки влияния их на динамические характеристики регулирования соотношения «топливо - воздух». Типовые структуры систем регулирования с различными корректирующими сигналами приведены на рис. 1, их математические модели - на рис. 2. Путем математического моделирования были исследованы динамические характеристики этих систем при обработке возмущения по нагрузке котла (расходу топлива) и разряжения (при различных уровнях присосов воздуха в котел).

а б

Рис. 1. Структурная схема автоматической системы регулирования расхода общего воздуха: а - с коррекцией по О2; б - то же по СО; Вт - сигнал по расходу топлива; О2(СО) - то же концентрации кислорода (оксида углерода) в уходящих газах; О2" (СОзд) - то же задания концентрации кислорода (оксида углерода) в уходящих газах;

Qв - то же по расходу общего воздуха; РК - регулятор корректирующий; РС - то же стабилизирующий; БУ - блок управления; ПБР - пускатель бесконтактный реверсивный; МЭО - механизм электрический однооборотный; НАДВ - регулирующий орган

В каждой АСР внутренний контур образован: стабилизирующим регулятором Жрс(Р); объектом регулирования WнQ(Р), представляющим собой

участок воздушного тракта от напора дутьевого вентилятора до места измерения расхода воздуха Q. Внешний контур образован: контуром стабилизации, корректирующим регулятором Жрк(Р); объектом регулирования WQo2(P) по концентрации Q2; аналогично Шдсо(Р) по концентрации СО. Кроме того, на рис. 2 указаны: Жво2(Р) - передаточная функция по каналу расход топлива Вт - концентрация O2; аналогично Жвсо(Р) по концентрации СО; Идя(Р) - передаточная функция по каналу расход воздуха Q - разрежение S за топкой котла; Wso2(P) - то же по каналу разрежения S - концентрация O2; Wsсo(P) - то же по каналу разрежения S - концентрация СО; ЖО2(Р) - то же преобразователя концентрации O2; ЖСо(Р) - то же преобразователя по концентрации СО.

вт

СОзд

Мрс ММио НН^осо

Рис. 2. Математическая модель автоматической системы регулирования расхода общего воздуха: а - с коррекцией по О2; б - то же по СО

Все передаточные функции моделируемых участков задавали в виде апериодического звена первого порядка с запаздыванием, то есть

Ж (Р )=

V ' Т +1

(1)

Коэффициенты моделей участков представлены в табл. 1 [2].

Таблица 1

Числовые значения коэффициентов передаточных функций для математического моделирования автоматической системы регулирования

расхода общего воздуха

а

б

Передаточная функция модели Параметры модели

К т, с Т, с

2,5 1,5 10

Шво2 1,8 4,0 15

Передаточная функция модели Параметры модели

К т, с Т, с

Шдо2 0,5 4,0 15

Шдх 1,2 3,0 12

№к>2 1,0/1,3 0,5 7

Ш02 0,8 2,0 20

Швео 3,2 - -

^еео 2,1 4,0 15

№яео 0,40/0,38 1,5 10

Шео 0,9 2,0 20

Исследования переходных процессов осуществляли при стандартных и повышенных присосах воздуха в котле. Считалось, что измерения концентрации О2 и СО осуществляются в режимном сечении. Параметры настройки регуляторов обеих АСР были рассчитаны по [3].

Результаты математического моделирования приведены на рис. 3-6. Как видно, на характер переходных процессов АСР РОВ с коррекцией по О2 существенное влияние оказывают изменения присосов воздуха перед режимным сечением котла. Это объясняется тем, что изменение присоса воздуха на 1,00 % изменяет концентрацию кислорода в газах на 0,25 % об., причем величина присосов также зависит и от изменения разрежения за топкой котла. Для АСР РОВ с коррекцией по СО изменения присосов воздуха незначительно сказываются на изменении концентрации оксида углерода. Отсюда для этой АСР динамические процессы будут более оптимальными. Причем возмущение разрежением на выходе из топки котла АСР РОВ с коррекцией по О2 приводит к существенному пережогу топлива (рис. 3а, 4а).

Рис. 3. Переходные процессы в АСР РОВ при ступенчатом увеличении расхода топлива Вт (присосы в котел нормативные): а - с коррекцией по О2; б - то же по СО

0,35

-0.15 -0.20

Рис. 4. Переходные процессы в АСР РОВ при ступенчатом увеличении разрежения Б на выходе из топки (присосы в котел нормативные): а - с коррекцией по О2; б - то же по СО

Рис. 5. Переходные процессы в АСР РОВ при ступенчатом увеличении расхода топлива В (присосы в котел на 30 % больше нормативных): а - с коррекцией по О2; б - то же по СО

а

и с

100

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

-0,1 -0,2

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

I

-0,1 -0.2

Рис. 6. Переходные процессы в АСР РОВ при ступенчатом увеличении

разрежения S на выходе из топки (присосы в котел на 30 % больше нормативных): а - с коррекцией по О2; б - то же по СО

В Ы В О Д

Исследования динамических характеристик каскадной АСР РОВ с различными корректирующими сигналами показали, что сигнал по оксиду углерода дает более приемлемые результаты по сравнению с сигналом по кислороду.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Н а з а р о в, В. И. Обоснование выбора параметра контроля качества процесса горения газомазутного топлива / В. И Назаров // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 1999. - № 5. - С. 64-70.

2. И в а н о в, В. А. Экспериментальные динамические характеристики котла ТГМП-114 при комбинированной программе регулирования / В. А. Иванов, В. Г. Штепа // Энергомашиностроение. - 1976. - № 7. - С. 9-13.

3. К у л а к о в, Г. Т. Инженерные экспресс-методы расчета промышленных систем регулирования / Г. Т. Кулаков. - Минск: Вышэйш. шк., 1984. - 192 с.

Представлена кафедрой ТЭС

Поступила 09.03.2012