студент Лесюк Ю.В., доц.,
к.т.н. Чигур І.І.
Івано-Франківський
національний технічний університет нафти і газу,
м.
Івано-Франківськ
АВТОМАТИЧНЕ РЕГУЛЮВАННЯ ПОДАЧІ ПАЛИВА І ПОВІТРЯ
У ВОДОГРІЙНОМУ КОТЛІ
Виробництво тепла є досить
важливою проблемою сучасного життя, а модернізація і покращення цього процесу
завжди актуальні. На даний момент значна кількість котелень гостро потребують
модернізації, оскільки більшістю процесів в них управляє людина вручну,
допускаючи помилки.
Однією з основних проблем на
котельнях, як в економічному, так і в екологічному питанні, є та обставина, що
не регулюється співвідношення «паливо-повітря» в топках котлів. Двигуни весь
час працюють на максимальній потужності, а оператор котельні для регулювання
подачі повітря та відсмоктування газів, що йдуть вручну відкриває або закриває
шибера. Внаслідок такої системи управління швидше зношуються двигуни, мають
місце шкідливі викиди в атмосферу через брак повітря, а також знижується ККД
через надлишок повітря. Ідеальне співвідношення для горіння паливо/повітря -
1/10, але реально використовують 1/8-1/7, а через ручне налаштування воно може
збиватися до 1/3, що призводить до великих паливним втрат і до підвищення
вмісту шкідливих газів у викидах .
Одним з найефективніших способів енергозбереження при цьому є створення автоматичної системи регулювання подачі палива і повітря в топку котла, яка дозволить оптимізувати процеси горіння палива, що дозволить підвищити економічність роботи котла і істотно знизити шкідливі викиди в атмосферу. [1]
Подачу повітря і палива в котел
необхідно здійснювати в певному співвідношенні: недостатня, або, навпаки, зайва
подача повітря може знизити ККД котла.
Реальна кількість повітря, яка
необхідна для повного згорання кілограма палива, має бути трохи більшою, ніж
теоретична, так як на практиці при спалюванні палива не весь обсяг теоретично
необхідного повітря застосовується. Деяка його частина не бере участі в реакції
горіння, що спричинює недостатнє перемішування палива з повітрям, а також те,
що повітрю не вистачає часу для того, щоб сполучитися з вуглецем, що міститься
в паливі, і воно іде у вільному стані в газоходи котла, що значно збільшує
втрати теплоти. Збільшення рівня надлишку повітря допомагає підвищити
температуру точки роси, спричинюючи при цьому корозію поверхонь нагріву з
низькими температурами, а зменшення такого коефіцієнта може привести до
задимлення і підвищення забруднення поверхні нагріву.
Для конкретних умов згорання
палива встановлене конкретне значення коефіцієнта надлишку повітря, яке відповідає
мінімальним втратам теплоти. Значення коефіцієнта надлишку повітря для сучасних
котлів незначне, тому діапазон його зміни, в межах яких можливе бездимне
згорання палива, досить малий. Тому співвідношення подачі повітря і палива в
топку зобов'язане підтримуватися за допомогою автоматичної системи регулювання
(АСР) з великою точністю, яка допоможе забезпечити максимальний ККД котла, а
також мінімізацію втрат теплоти. [2]
Потрібна
якість регулювання співвідношення досягається в
одноконтурної АСР, структура якої наведена на рис.1.
Рисунок 1 -
Структурна схема АСР співвідношення «паливо-повітря»
В промислових АСР для керування об'єктами з самовирівнюванням, незалежно від їх динамічних характеристик, як правило, застосовують регулятори, які реалізують стандартний ПІ-алгоритм. Це забезпечує прийнятну якість регулювання та більшу стійкість до впливу зовнішніх збурень, ніж у випадку використання більш складних алгоритмів, особливо тих, які містять диференціальні складові. Тому для роботи АСР вибирають ПІ-регулятори, налаштування яких повинні забезпечувати мінімум середньоквадратичних відхилень при допустимому запасі стійкості. [3]
Функціональна
схема водогрійного котла з регулятором співвідношення витрат «паливо-повітря»
зображена на рис.2.
FFICA (поз. 1-в) - регулятор співвідношення витрат «паливо-повітря»
(МІК-25); FFICA (поз. 2-б) - регулятор
витрати газу, який йде в котел на згоряння МІК-21; РIСA (поз. 3-б) - регулятор
розрідження в котлі (МІК-21); LICA (поз. 4-б) - регулятор рівня води в барабані
котла (МІК-21).
Рисунок 2 - Функціональна схема водогрійного котла
з АСР співвідношення
«паливо-повітря»
Схема автоматизації, представлена
на рисунку, виконує такі функції:
- подачу газу,
для згоряння в
котлі, з корекцією по тиску пари на виході;
- подачу повітря
за регульованим співвідношенням до витрати газу;
- регулювання розрядження
в котлі;
- регулювання
рівня води в барабані котла.
Схема підключення обладнання
розроблюваної автоматизованої системи
управління водогрійного котла з регулятором співвідношення витрат
«паливо-повітря» зображена на рис.3.
Рисунок 3 – Схема підключень водогрійного котла
з АСР співвідношення
«паливо-повітря»
Впровадження такого методу
дасть можливість поліпшити показники з економіки передачі та вироблення
теплової енергії, збільшити безпеку і надійність функціонування теплоджерела,
при цьому, враховуючи, що автоматизація процесу згоряння палива веде до
зменшення попадання в атмосферу токсичних викидів, то, зрозуміло, стає
очевидним позитивний вплив такої методики на екологічну безпеку. [2]
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Олейник Е.А. Автоматическое
управление технологическими параметрами газового топочного устройства:
[Електрон. ресурс]. – Режим доступу:
http://masters.donntu.edu.ua/2012/iii/oliinyk/diss/index.htm
2. Портал ЭнергоСовет -
Энергосбережение и Энергоэффективность (энергетическая эффективность).
Автоматизация процессов горения на источниках теплоты: [Електрон. ресурс]. –
Режим доступу: http://www.energosovet.ru/bul_stat.php?idd=10
3. Ткачев К.О. Разработка
автоматической системы регулирования соотношения топливо-воздух сварочной зоны:
[Електрон. ресурс]. – Режим доступу:
http://rudocs.exdat.com/docs/index-47998.html
4. Портал ЭнергоСовет -
Энергосбережение и Энергоэффективность (энергетическая эффективность).
Автоматизация режимов горения (поддержание оптимального соотношения
топливо-воздух): [Електрон. ресурс]. – Режим доступу: http://www.energosovet.ru/entech.php?idd=10