Научная статья на тему 'Оперативное регулирование экономичности горения в энергетических котлах'

Оперативное регулирование экономичности горения в энергетических котлах Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
527
85
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПАРОВЫЕ КОТЛЫ / ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ КОТЛЫ / ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ / ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ / ЭКОНОМИЧНОСТЬ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ / РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ / STEAM BOILERS / POWER BOILERS / COMBUSTION PROCESS / OPTIMIZATION OF COMBUSTION PROCESS / ECONOMY OF COMBUSTION PROCESS / REGULATION OF COMBUSTION PROCESS

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Казаринов Лев Сергеевич, Игнатова Татьяна Александровна, Кинаш Александр Викторович, Колесникова Ольга Валерьевна, Шнайдер Дмитрий Александрович

Рассматривается способ автоматической оптимизации процесса горения в топке энергетического котла на основе прогнозного значения КПД котла, позволяющего понизить инерционность автоматической системы регулирования экономичности процесса горения. Приводятся временные характеристики поиска оптимального значения КПД.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Казаринов Лев Сергеевич, Игнатова Татьяна Александровна, Кинаш Александр Викторович, Колесникова Ольга Валерьевна, Шнайдер Дмитрий Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Operational regulation of combustion economy in power boilers

Method of automatic optimization of the combustion process in the power boiler furnace on the basis of prediction value of boiler coefficient of efficiency which allows reducing of inertance of automatic regulating system of economy of combustion process is examined. Time characteristics of search of optimal coefficient of efficiency value are given.

Текст научной работы на тему «Оперативное регулирование экономичности горения в энергетических котлах»

УДК 625.1

ОПЕРАТИВНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЭКОНОМИЧНОСТИ ГОРЕНИЯ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛАХ

Л.С. Казаринов, Т.А. Игнатова, А.В. Кинаш, О.В. Колесникова, Д.А. Шнайдер

Рассматривается способ автоматической оптимизации процесса горения в топке энергетического котла на основе прогнозного значения КПД котла, позволяющего понизить инерционность автоматической системы регулирования экономичности процесса горения. Приводятся временные характеристики поиска оптимального значения КПД.

Ключевые слова: перовые котлы, энергетические котлы, процесс горения, оптимизация процесса горения, экономичность процесса горения, регулирование процесса горения.

Оптимизация экономичности процессов горения в топке энергетического котла является актуальной задачей, непосредственно связанной с минимизацией расхода топлива. Типовым подходом к решению данной задачи является регулирование соотношения «топливо-воздух» на входе топки котла по содержанию кислорода (02) в дымовых газах [1-3]. Однако содержание 02 не является постоянным в процессе эксплуатации, так как его значение зависит от многих факторов: паровой нагрузки, качественного состава топлива, потерь теплоты с уходящими газами и др.

В этой связи представляется целесообразным осуществлять регулирование экономичности процесса горения по прямым показателям. Однако использование регулирования по прямым показателям экономичности котла обладает повышенной инерционностью. Этот недостаток особенно проявляется для котлов, работающих в условиях переменных характеристиках топлива. Подобные режимы характерны для котлов, в которых сжигаются вторичные энергетические ресурсы технологических производств.

В данной работе предлагается для оптимизации режима горения в топке котла использовать прогнозное значение КПД котла, которое позволяет понизить инерционность автоматической системы регулирования экономичности процесса горения.

Казаринов Лев Сергеевич - д.т.н., профессор, декан приборостроительного факультета ЮУрГУ, заведующий кафедрой автоматики и управления ЮУрГУ; kazarinov@ait.susu.ac.ru.

Игнатова Татьяна Александровна - инженер кафедры автоматики и управления ЮУрГУ; tanya_ignatova@mail.ru. Кинаш Александр Викторович - ведущий специалист по автоматизации ЦЭС ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»; kinash@mmk.ru.

Колесникова Ольга Валерьевна - к.т.н., доцент кафедры автоматики и управления ЮУрГУ; popova_ov@ait.su-su.ac.ru.

Шнайдер Дмитрий Александрович - к.т.н., доцент кафедры автоматики и управления ЮУрГУ; вЬпау-der@ait.susu.ac.ru.

1. Экстремальная автоматическая система регулирования экономичности процессов горения

Функциональная схема экстремальной автоматической системы регулирования экономичности процессов горения изображена на рис. 1. Система состоит из двух контуров. Внутренний контур образуют объект 1 регулирования и автоматический регулятор 2 подачи общего воздуха, действующий по упрощенной схеме пар Д, - воздух Св. Внешний контур составляет объект 1 регулирования, экстремальное устройство 3 с входным сигналом по прогнозной оценке показателя экономичности процесса горения фпр(4 а также устройство выработки прогнозной оценки показателя экономичности процесса горения 4 с входным сигналом по тепловой мощности 0вх(О, вносимой в топку котла с топливом, и сигналом Гвых(0, характеризующим значение выходной тепловой мощности, который в вариантном исполнении может измеряться;

• на выходе котла;

• на выходе барабана для барабанных котлов;

• как оценка тепловыделения в топке котла;

• как сигнал, пропорциональный тепловос-приятию топочных экранов.

Рис. 1. Функциональная схема экстремальной автоматической системы регулирования

Процесс автоматической оптимизации процесса горения в топке для энергетических котлов осуществляется следующим образом.

Автоматический регулятор 2 подачи воздуха (рис. 1) действует как регулятор соотношения рас-

Л.С. Казаринов, Т.А. Игнатова, А.В. Кинаш

О.В. Колесникова, Д.А. Шнайдер

ход пара £)„ - расход воздуха и обеспечивает в первом приближении оптимум этого соотношения в статике в соответствии с режимной картой энергетического котла при постоянном расходе топлива. Далее экстремальное устройство 3, действующее по принципу запоминания и оценки экстремума по приращению, устраняет возможную статическую неточность регулятора 2 при действии на экономичность процесса горения изменяющихся во времени факторов и выводит систему регулирования в область экстремума сигнала по прогнозной оценке показателя экономичности процесса горения фпр(/) путем принудительного изменения в заданных пределах расхода воздуха, поступающего в топку энергетического котла.

Схема устройства выработки прогнозной оценки показателя экономичности процесса горения приведена на рис. 2.

&*(')

Рис. 2. Схема устройства выработки прогнозной оценки показателя экономичности процесса горения

Здесь БДП1 - блок динамической задержки сигнала 6„х(0 с передаточной функцией Щ'(р) (где р - сИЖ), соответствующей переходной функции А'(0; БДП2 - блок динамического опережения сигнала Гвых(0 с передаточной функцией ~1,

соответствующей переходной функции /г'(0;

(•)/(•) - блок деления; От~т)(0 - входной сигнал <2т0) с динамическим запаздыванием на тактовый сдвиг т; 1&+т)(0 - выходной сигнал Увт(0 с динамическим опережением на тактовый сдвиг т.

На рис. 3 приведены типовые переходные функции, характеризующие динамические свойства энергетического котла и устройства выработки прогнозной оценки показателя экономичности процесса горения.

На рис. 3 введены следующие обозначения: Ан(0 - нормированная переходная функция котла, определяемая по соотношению

т

К00)

ла импульса тепловой мощности <2т((); А£(0 -нормированная переходная функция, совпадающая с переходной функцией Ин(() в интервале [0;т] и равная единице при (>т; й£(/-т) - нормированная переходная функция, совпадающая с переходной функцией /?„(/) в интервале [т; оо).

Измерение прогнозной оценки показателя экономичности процесса горения в предлагаемом устройстве 4 (рис. 2) отличается от известных способов тем, что используется динамически синхронизированное отклонение сигнала выработки тепла на выходе котла к количеству тепла, внесенного в топку. Существующие подходы к решению данной задачи основаны, например, на использовании среднестатистической оценки показателя экономичности процесса горения:

уСр

фСр _ ■‘вых

&СхР

где <2вх ~ среднее количество тепловой мощности, вносимой в топку котла с топливом за период наблюдения; 7В°РХ - значение сигнала, характеризующего среднее количество выходной тепловой мощности, выработанной за период наблюдения.

Данная оценка является инерционной и не может служить для целей оперативной оптимизации процесса горения в топке энергетического котла.

Использование для указанной цели оценки показателя экономичности процесса горения по текущим значениям сигналов

(,) = ^ых(0

а* (о

некорректно, так как импульс тепловой мощности на входе котла проходит на выход котла с динамическим запаздыванием. Поэтому оба сигнала 8ВХ(0 и Увых(/) являются динамически не синхронизированными.

Предлагается корректное измерение показателя экономичности процесса горения, основанное на динамической синхронизации сигналов процессов подачи теплой мощности с топливом на вход котла и выработки теплой мощности на выходе котла [4] в соответствии со схемой устройства на рис. 2:

Ч£Г°(0

фпр(0 =

Й2"т)(0

где /г(0 - переходная функция котла по выходному сигналу Увых(/) при подаче с топливом на вход кот-

При этом величина тактового сдвига т выбирается исходя из условий обеспечения требуемой скорости сходимости процесса поиска оптимального соотношения топливо-воздух и заданной точности прогноза.

2. Результаты расчетов

Сравнительные временные характеристики поиска оптимального значения КПД, получаемые в соответствии с предлагаемым способом и способом, изложенным в [3], приведены на рис. 4.

22

Вестник ЮУрГУ, № 17, 2008

Оперативное регулирование экономичности горения в энергетических котлах_________________

Здесь представлены траектории выхода экстремального регулятора в область максимума показателя экономичности процесса горения: А0-А1-А2-А3-А4-...- для способа, изложенного в [3]; Ао-ВНЗ2-В3-В4-...- для предлагаемого способа. Шаги поиска экстремального регулятора равны интервалу времени Т\ переходного процесса /гн(/) (см. рис. 3). Шаги поиска предлагаемого экстремального регулятора состоят из такта задержки т, переходный процесс в котором соответствует переходной функции И'({), и интервалу времени 7^ переходного процесса, соответствующего переходной функции А£^(0 обратного динамического

оператора \}¥’(р)\ 1. Так как обратный динамический оператор [И^"(р)] 1 дает прогнозную оценку

показателя экономичности процесса горения, суммарный шаг поиска Тг по заявленному способу будет меньше интервала времени Т\. Т2 < Тх. В итоге быстродействие системы экстремального регулирования по заявленному способу будет выше. Эксперименты с котлом типа ТП-200-1, показали, что при величине шага Т\ = 2 мин величина шага Т2 соответствовала 0,8 мин.

Рис. 4. Сравнительные временные характеристики поиска оптимального значения КПД

Заключение

1. Для повышения эффективности процессов горения в топках энергетических котлов, работающих в резко выраженных динамических режимах, целесообразно использовать системы автоматической оптимизации по прямым показателям экономичности.

2. Использование в качестве критерия оптимизации прямых показателей экономичности, вычисляемых на основе статистических оценок, приводит к повышенной инерционности системы автоматического регулирования. Для решения быстродействия системы автоматической оптимизации целесообразно использовать прогнозные оценки показателей.

3. В работе предложена прогнозная оценка показателей экономичности, основанная на динамической синхронизации.

Литература

1. Плетнев, Г. П. Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций / Г. П. Плетнев. -М.: Энергоиздат, 1981. -368 с.

2.А. с. 735869 СССР. Способ автоматической оптимизации процесса горения в котле / В. Ю. Вадов, Ю. С. Денисов. - Опубл. 1980, Бюл. № 19.

3. А. с. 1064078 А СССР. Способ автоматической оптимизации процесса горения в топке барабанного парового котла / Г. П. Плетнев, А. Н. Лес-ничук, В. С. Мухин - Опубл. 1983, Бюл. № 48.

4.Казаринов, Л. С. Оперативное управление

технологическими процессами с прогнозом показателей энергетической эффективности / Л. С. Казаринов, Д. А. Шнайдер // Вестник ЮУр-ГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». - 2008. — Вып. 8,

№ 17(117). - С. 9-12.

Поступила в редакцию 28 апреля 2008 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.