Контроль качества сгорания топлива в методических нагревательных печах (стр. 2 из 20)

Динамика объекта регулирования, которым а данном случае является участок трубопровода между диафрагмой и регулирующим органом (P.O.), аппроксимируемый с достаточной степенью точности звеном чистого запаздывания и апериодическим звеном первого порядка, характеризуется Т₀= 0,2-0,8 и Т_а =0,6—1,5 с и зависит главным образом от расхода и емкости участка трубопровода, импульсных линий и датчиков. Коэффициент передачи по каналу расход-положение P.O. определяется расходной характеристикой и исходным положением регулирующей поворотной заслонки и связан существенно нелинейной зависимостью с измеряемым расходом . Наличие значительных люфтов в сочленении P.O. с И.М. обусловливает резкое отличие коэффициентов передачи по каналу расход-положение И.М. при малых и больших перемещениях последнего.

В таких условиях удовлетворительное качество регулирования достигается при использовании ПИ-регуляторов со сниженным коэффициентом передачи пропорциональной части или при использовании чистых И-регуляторов. Настройка регуляторов выполняется по известным методикам при расходах, равных 60 ... 80% от максимальных. Так как при малых расходах в системе регулирование появляется склонность к автоколебаниям, а при больших — процесс регулирования затягивается, необходимо изменение динамических настроек регулятора по мере изменения расхода. При значительном снижении расходов (ниже 30% от максимального) резко снижается точность их измерения, а следовательно, и регулирования Со. При дальнейшем снижении расходов расходомеры становятся практически нечувствительными, и ошибка в поддержании заданного значения Со может составить 100% и более. Кроме того, из-за резкого снижения скоростей истечения из горелок перемешивание топлива и воздуха становится недостаточным и качество сжигания топлива ухудшается. В этом случае целесообразно перейти на работу с повышенным Со, прекратив снижение расхода воздуха при достижении некоторого предельного значения, определяемого экспериментально для каждой Мин. '" Такой переход оправдан, так как резкое снижение расходов (тепловой нагрузки) осуществляют, как правило, чтобы быстро снизить температуру в рабочем пространстве. Работа с избытком воздуха только ускорит этот процесс. Увеличение угара компенсируется исключением опасности оплавления нагреваемого метала, При длительной работе с такой низкой тепловой нагрузкой целесообразно перейти на дистанционное управление температурой рабочего пространства и процессом горения, отключив ряд горелок в каждой зоне.

Качественное регулирование заданного значения Со по измеренным расходам даже при достаточно больших тепловых нагрузках еще не гарантирует экономимого сжигания топлива и постоянства состава продуктов горения внутри печи.

Неконтролируемые изменения теплоты сгорания топлива, особенно при отоплении смешанным газом, приводят к колебаниям действительного значения Со. которые могут достигать значительной величины. Для устранения этих колебаний в систему регулирования вводят импульс от калориметра, непрерывно измеряющего теплоту сгорания топлива.

Действительное количество воздуха, поступающего в печь, может отличатся от измеренного. Это отличие обусловлено потерями на участках воздухопроводу расположенных после диафрагмы, и подсосами в лечь холодного воздуха из окружающего пространства. Количество теряемого воздуха может быть ориентировочно оценено при теплотехнических испытаниях печи. Количество подсасываемого воздуха зависит от давления в печном пространстве и увеличивается при снижении тепловой нагрузки. Используя эту зависимость, можно сформировать корректирующей импульс, вызывающий снижение заданного значение Со в соответствии с уменьшением тепловой нагрузки (уменьшением расхода воздуха или топлива). Введение такого импульса, а также учет теряемого воздуха позволяют снизить влияние этих факторов, но не устранять его полностью. Кроме того, в принеси эксплуатации печи количество теряемого воздуха к зависимость между количеством подсасываемого воздуха и тепловой нагрузки меняются.

Достаточно точно о составе атмосферы печи (полноте сжигания топлива) можно судить по результатам анализа продуктов сгорания, отбираемых в конце печи, или для печей большой мощности в конце каждой зоны . По найденному содержанию О₂, СО, Н₂, СН₄ и N₂может быть рассчитан действительный коэффициент расхода воздуха. Разность между рассчитанным и заданным значением явится корректирующим сигналом регулятору Со. Применение указанного способа требует обеспечения представительности проб продуктов сгорания, отбираемых для автоматического анализа, решения задачи очистки и охлаждения пробы, а также минимума запаздываний в импульсной линия и собственно газоанализаторе. Динамические характеристики современных автоматических газоанализаторов на порядок больше динамических характеристик объекта управления, чтоприводит при непосредственном регулировании Со по результатам анализа: к большим и знакопеременным динамическим погрешностям. Представительный импульс может быть сформирован только по большому количеству отдельных измерений и, характеризуя тенденцию изменения действительного значения Со, может использоваться в качестве корректирующего сигнала.

Если в печи осуществляется полное сжигание топлива, то достаточно контролировать только содержание O₂ в продуктах горения . Такой анализ может быть выполнен с достаточным быстродействием и без применения сложных устройств отбора и подготовки пробы с помощью датчика с твердым электролитом (твёрдоэлектролитной ячейки), пропускающего ионы О₂. Э.д.с., развиваемая дат» ком, зависит от его температуры и концентрация О₂, максимальная чувствительность достигается, когда эта концентрация близка к нулю. Для датчика, выполненного из циркония, допустимая рабочая температура равна 2000°С, что позволяет располагать его в любом участке тракта отходящих газов, а также и непосредственно в рабочем пространстве печи, вблизи факела. В первом случае температуру, а следовательно, и градировочную характеристику датчика стабилизируют с помощью дополнительного электроподогрева по сигналу ТП, смонтированной в одном корпусе с датчиком. Во втором случае датчик одновременно используется для стабилизации температуры рабочего пространства (его ТП подключается на вход регулятора топлива) и для регулирования Со. При этом регулирование Со начинается после того, как температура датчика и рабочего пространства достигает заданного значения.

Малые размеры и высокое быстродействие датчика с твердым электролитом позволяют осуществить контроль качества сжигания топлива не только в каждой зоне, но и в каждой горелке н значительно расширить диапазон работы системы регулирования Со, одновременно упрощая эту систему.

Чтобы уменьшить кратковременные колебания Со, связанные с запаздыванием показаний расходомеров или с прекращением регулирования, вызванным отклонением температуры датчика от заданного значения, в систему может быть введен импульс от исполнительного механизма (И.М.), перемещающего регулирующим органом (Р.О.) на трубопроводе топлива. Подключенный через дифференциатор к регулятору расхода воздуха этот импульс обеспечивает одновременный поворот обоих P.O., что приведет к одновременному изменению расходов топлива и воздуха. Оставшееся отклоните Со от заданного значения будет устранено по сигналам расходомеров или сигналу вышедшего на заданную температуру датчика с твердым электролитом.

Управление сжиганием топлива может выть осуществлено также с помощью экстремальных систем регулирования, в которых в результате непрерывного поиска определяется значение Со, обеспечивающее максимальную при данном расходе

Рис2

топлива температуру в области, контролируемой датчиком. На рис. 2 показана принципиальная схема локальной системы, позволяющей реализовать описанные выше способы управления режимом сжигания топлива.

Измерение расхода воздуха выполняется с помощью диафрагмы/ и дифманометра 1 (ДМ-Э). Поправка к показаниям расходомера формируется с помощью ТП 2(ТХА-151), нормирующего преобразователя 3 (Ш-72) и блока нелинейного преобразования 4 (БНП). Вычисление расхода воздуха, приведенного к стандартным условиям, выполняется блоком умножения 5 (БВО), сигнализация достижения минимального расхода, еще обеспечивающего устойчивую работу горелок — блоком б (БСГ).

Величина заданного Со устанавливается на выносном задатчике 7 (РЗД), выходной сигнал которого суммируется с сигналами коррекции в сумматоре блока 8 (БВО). Там же осуществляется деление вычисленного расхода воздуха на скорректированное значение Со. Расход топлива измеряется с помощью

диафрагмы 11 и дифманометра 9 (ДМ-Э) . Для формирования импульса, уменьшающего запаздывание, служат датчик положения вала И.М. 10 (МЭО 25/100) при P.O. IV

и дифференциатор 11 (ЭД). С помощью преобразователя 12 (БНП) реализуется зависимость, в соответствии с которой изменяются параметры динамической настройки регулятора 13 (РБИ-3) при изменении тепловой нагрузки. Для перехода на дистанционное управление служит блок 14 (БРУ-У), соединенный через пускатель 75 (ПРБ-74) с двигателем 16 (МЭО 25/100), перемещающим P.O. III.

Теплота сгорания топлива контролируется датчиком 17 (КГ-7093.01), корректирующий импульс формируется во вторичном приборе 18 (КГ-7093.02). Коррекция задания при изменении тепловой нагрузки осуществляется с помощью блока 19 (БНП). Корректирующий импульс по содержанию О^ в продуктах сгорания зоны печи Vможет поступать в зависимости от положения переключателя 111 либо от комплекта, состоящего из устройства отбора и подготовки пробы 20, автоматического газового анализатора 21 (МН-5106) и интегратора 22 (БПИ), либо от датчика с твердым электролитом 23 в комплекте с преобразователем 24 (Циркон), либо, наконец, от датчика 25, расположенного в пламени горелки VI, и преобразователя 26. В последнем случае ТП датчика 25 через преобразователь 27 подключается на вход регулятора температуры рабочего пространства. Заданная концентрация О2 в месте установки соответствующего датчика вводится с помощью задатчика 28 (РЗД).