Вычислительное устройство автоматической системы управления процессом горения в котлоагрегате

Вычислительное устройство автоматической системы управления процессом горения в котлоагрегате

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Г. Т. Кулаков, А. А. Москаленко, В. Ю. адов и В..С. Полоник (1

1 э

Белорусский ордена Трудового Красного Знамени п6литехническнй инсппут (72) Авторы изобретения (7l ) Заявитель (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГОРЕНИЯ В КОТЛОАГРЕГАТЕ

Устройство относится к автоматике и-вычислительной технике и может быть использовано при автоматической оптимизации процесса горения в котлоагрегате энергетического блока.

Известно устройство автоматического управления, содержащее аналого-цифровой преобра. зователь, соединенный с датчиками температуры, блок сравнения, дешифратор предельных значений и блок регулирования (1).

Недостатками этого устройства являются низкая точность из-за двухпоэиционного регулирования и невозможность его использования для управления процессом горения с целью оптимизации.

Наиболее близким к предлагаемому является вычислительное устройство автоматичес. кой системы управления процессом горения в котлоагрегате, содержащее регулятор общего воздуха, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с датчиками, характеризующими процесс горения, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам блока сравнения, соединенного с анализатором корректирующих. воздействий, и блок регулирования, подключенный к цепям регулирования шиберами горелок (2).

Недостатком устройства является низкая л точность и невозможность использования для оптимизации процесса горения.

Цель изобретения — повьппенне точности работы при оптимизации процесса горения.

Укаэанная цель достигается тем, что уст. ройство дополщпельно содержит: задатчики оптимальных значений кислорода и химического недожога, подключенные к вторым входам блока сравнения, блок операторных ключей с внешними цепями управления, переключатель управления, соединенный с регулятором общего воздуха, и коммутатор управляющих воздействий, включенный между блоком регулирования и цепями регулирования шиберами горелок, причем первый управляющий вьгход анализатора корректирующих воздействий подключен к задатчику оптимального значения )кислорода второй — к коммутатору управкислороду и им ескому недожо у путем сравнения с оптимальными значениями.

Анализатор 5 корректирующих воздействий служит для выработки управляющих воздействий в блок 10 регулирования через блок 8 операторных ключей при оптимизации локальных избытков воздуха, для выбора оптиьаального значения кислорода в задатчике 6 в зависимости от оптимального значения химического недожога и для переключения коммутатора 11 управляющих воздействий.

Блок 8 операторных ключей, соединенный с внешними цепями управления Д и О, служит для выбора оптимального значения кислорода в эадатчике 6 вручную или автоматически .в зависимости от нагрузки и для выдачи уп равляющих воздействий в POB через переключатель 9 управления, в блок 10 регулирования, и в анализатор 5. корректирующих воздействий..

Переключатель 9 управления обеспечивает отключение POB от объекта управления при оптимизации локальных избытков воздуха. Блок т

10 регулирования служит для формирования сигналов определенной длительности, пропорциональной чувствительности исполнительных органов шиберов горелок.

Коммутатор 11 управляющих воздействий используется для распределения сигналов регулирования по шиберам горелок, Оптимальное значение избытка кислорода в уходящих газах для газомазутных котлов беэ учета чувствительности аппаратуры авторегулнрования лежит на пересечении графика зависимости потерь тепла с уходящими газами плюс потери тепла на тягу и дутье от избытка кислорода (0 ) и графика потерь тепла с химическим недожогом от избытка кислорода (0э), так как суммарные потери тепла 01 будут минимальными в точке О опт (фиг.2), что будет соответствовать максимальному значению КПД котлоагрегата. Точка оптимума

О опт имеет место, как правило, при некотором химическом недожоге. Следовательно, точке Оэопт будет соответствовать точка оптимальной величины химического недожога Напоит

Как. видно иэ фиг. 2, избыток кислорода и содержание продуктов химического недожога

Н2 изменяются в противоположных направлениях при отходе от оптимальной точки.

Задача РОВ с КК, состоит в стабилизации текущего значения кислорода Оэ в .соответствии с заданным значением кислорода Оэзд, равным например, Оэопт в зоне + +Ь, лежащей в окрестности точки Оэопт.,где 5 — чувствительность аппаратуры авторегулирования. С учетом чувствительности 8 эа точку оптимума целесообразно выбирать смещенную точку (О опт + о). Точка оптимума является индивидуальной для каждого котлоагрегата и опре3 939870 ляющих 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 входами блока регулирования, переключателя управления и анализатора корректирующих воздействий.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого вычислительного устройства; на фиг. 2 — графики, поясняющие принцип работы устройства.

Вычислительное устройство автоматической системы управления содержит аналогово-цифровой преобразователь 1, соединенный с датчиками, характеризующими процесс горения: кислородомером 2 и хроматографическим газоанализатором 3. Информационные выходы аналого цифрового йреобраэователя подключены к соответствующим входам блока 4 сравнения, который соединен с анализатором 5 корректи. рующих воздействий. Ко вторым входам блока сравнения подключены задатчики оптимальных значений кислорода и химического недожога. Вычислительное устройство содержит также блок 8 операторных ключей с внешними цепями управления Д и О, переключатель 9 управления, соединенный с- регулятором общего воздуха (РОВ), блок 10 регулирования и ком30 мутатор 11 управляющих воздействий, под- ключенный к цепям регулирования шиберами горелок.

Перв4й управляющий выход анализатора 5 корректирующих воздействий подключен к эадатчику б оптимального значения кислорода, второй — к коммутатору 11 управляющих воздействий, остальные три выхода — "Разрешение", "Запрет", и "Реверс" — к входам блока 8 операторных ключей.

Первый задающий выход блока операторных 4О ключей подключен к эадатчику. 6 оптимального значения кислорода, соединенного,с корректором кислорода (КК), а второй регулирующий выход соединен с входами блок4 10 регулирования переключателя управления 9 и анализатора 5 корректирующих воздействий, Выход блока регулирования подключен к общему входу коммутатора 11 управляющих воз- действий.

59

Аналого-цифровой преобразователь 1 служит для преобразования аналоговых сигналов, поступающих иа его входы от кислородомера 2, измеряющего содержание кислорода и от хроматографического газоанализатора 3, определя55 ющего концентрацию продуктов химического недожога в уходящих газах, в двоичныи униарный код. Блок 4 сравнения вырабатывает

3у т тФ 9Ф 3t сигналы "Меньше", Равно", и "Больше по

5 939870 деляется при проведении теплотехнических испытаний.

Однако оптимальное значение кислорода, помимо временных факторов, зависит от электрической нагрузки энергоблока N и локальных избытков воздуха О а 4опт = <(N) (1)

О„„, = (О,„,) (г) 10

2$ (5) Зависимость (1) является определенной.

Она может быть рассчитана и учтена при по1 строении вычислительного устройства автоматической системы управления в виде набора постоянных

02 опт К .02оптн1 (3) где О опт и О опт.,н. — оптимальные значения избытка кислорода соответственно при

j-ой и номинальной . нагрузках;

Kj — поправочный коэффициент для j-ой нагрузки.

Зависимость (2) не может быть рассчитана, так как в уходяших газах измеряется среднее значение кислорода

О ., (4) Зо и 02А1

2 Р;1 а составляющие Отд являются неопределенными. Оптимальный режим будет поддерживаться в определенной зоне регулятором общего воздуха с корректором кислорода при равномерном распределении воздуха по горелкам.

В случае неравномерного распределения воз. духа ко горелкам, которое происходит по мно. гим причинам, содержание кислорода в уходящих газах возрастает, что приводит к увеличению потерь тепла 0з, хотя потери 0з уменьшаются, и к отходу or точки оптимума. Кро- . ме того, увеличение кислорода в уходяших газах усиливает низкотемпературную коррозию и загрязнение окружающей среды. В этом слу4$ чае регулятор общего воздуха с корректором кислорода ие в состоянии стабилизировать расход воздуха в окрестности точки Оаопт. Уве- . личение избытка кислорода в уходящих газах: не является достаточным условием неравномерности распределения воздуха по горелкам, $0 т.е. необходимо дополнительное условие. Таким дополнительным условием является уменьшение содержания водорода в уходящих газах относительно Нз опт.

SS

Таким образом, контроль соотношения между избытком кислорода и содержанием водорода в уходящих газах позволяет выявить перекосы в распределении воздуха по горел. кам и произвести выравнквание локальных юбытков воздуха. Аналогичным контролем существляется выявление условий для перехода на другое оптимальное значение избытка кислорода.

Выравнивание локальных избытков воздуха может быть получено путем регулирования шиберов горелок таким образом, чтобы на каждой из них достичь выполнения условия, при котором текущее значение водорода равнялось бы оптимальному заданному.

Переход на другое оптимальное значение избытков кислорода может быть получен путем переключения.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства все блоки устанавливаются в исходное положение, при котором на блок 4 сравнения через задатчики 6 и 7 оптимальных значений кислорода и химического недожога подаются коды соответствующих заданий, которые набираются окератором (О) или другими вншеними устройствами, а на вход КК с выхода эадатчика 6 безударно подается напряжение оптимального задания по кислороду. Коммутатор 11 управляющих воздействий находится в нейтральном положении. Работа осуществляется по циклам, равным времени измерения самого инерционного датчика — хроматографического газоаналйзатора 3. В каждом цикле производится измерение в уходящих газах текущих значений кислорода Оа и водорода На которые аналогоцифровым преобразователем 1 преобразуются в унитарный двоичный код. Полученные коды поступают в блок 4 сравнения, где сравниваются с предельно допустимыми значениями,,посТупаюпПЬ ми с задатчиков 6 и 7 оптимальных значений кислорода к химического недожога. Предельно заданные значения по кислороду (Оз), (Oq)

* и химическому недожогу Н соответственно равны О,) =. (О опт4 )+а;

Eoz) = (О опт+ )-а; ("Х1 = H2.ОпТ где Ь вЂ” зона регулирования регулятора общего воздуха (см. фиг. 2), причем

Ь) 5.

Уче зоны регулирования достаточен только по кислороду.

Аналоговый сигнал, подаваемый с задатчика 6 на вход КК, соответствует О опт + S.

В результате сравнения текущих значений величин с предельно заданными блок 4 сравнения формирует две группы сигналов по кислороду и водороду ю возможных результатов — "Меньше", "Равно" и ."Больше"—

Ю поступающих в блок 5 аналюатора корректи7 93987 рующих воздействий. Анализатор 5 формирует одно из следующих условий (6) (7) (8) (9) (1o)

При этом анализатор 5 корректирующих воздействий через блок 8 операторных ключей вырабатывает сигнал "Реверс", который в блоке 10 регулирования формируется в регулирующий сигнал обратной полярности и, воздействуя через коммутатор 11 управляющих воздействий,.первый шибер возвращается в . исходное положение.

Задержанный сигнал "Реверс" попадает обратно в анализатор 5 корректирующих воздействий и устанавливает в нем такое состояние, при котором коммутатор 11 управляющих воздействий подключается ко второму шиберу. Кроме того, этот сигнал прм наличии в анализаторе 5 хранящегося сигнала регулирования проходит s цепь разрешения регулирования, осуществляя црикрьпме второго шибера аналогично первому с проверкой полученного результата в следующем цикле измерения.

Работа устройства аналогична для всех шиберов, для которых выполняется условие (10), до нахождения шибера, для которого значение избытка кислорода больше О опт + б, то есть имеет место 2-й случай.

Вр втором случае регулирование осуществляется при каждом цмкле измерения до тех пор,, пока не выполняется условие (10) или равенство

При условии (10) имеем первый случай.

Появление сигнала равенства (11) на выходе анализатора 5 корректирующих воздемствий 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 положение означает окончание регулирования равномерного распределения воздуха по горелкам независимо от номера горелки. При этом переключатель 9 возвращается в исходное положение м подключает Р0В к объекту регулирования. Окончание регулирования через задатчик б оптимальных значений кислорода индицируется оператору. В очередном цикле измере. нмя выполняется условие (6) — Норма". (о, j o,s (o ) н1- Гн);

0 10 1, И с Гн, O lOS g-, И, (Н,)

0, ).0,),H >tel

Каждое из условий отображается оператору через задатчик 6 оптимального значения кислорода в виде соответствующих сигналов: "Норма", "Регулирование", "Несоответствие" и 1S

"Неисправность".

Условие (6) означает, что процесс горения в котлоагрегаге осуществляется оптимальным образом. Если выявляется условие (7), то 7а оно свидетельствует, что оптимальное значение кислорода становится функцией локальных избытков кислорода в соотношении с выра,жением (2). В этом случае анализатор 5 корректирующих воздействий вырабатывает сигнал, 75 разрешающий регулирование, который поступаег 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 диспетчера (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 корректмрующих воздействий, где запоминается на время регулирования цо всем горелкаьэ, а коммутатор 11 управляющих воздействий подключается к одному из шиберов горелок, принимаемому за первый. С этого момента формируется только вторая часть выражения (7), относящаяся к водороду.

Сформированный в блоке 10 регулирования сигнал через коммутатор 11 управляющих воздействий прикрывает шибер первой горелки нэ определенную величину, пропорциональную

SO двойной чувствительности 2 Ь. При этом модача на первую горелку уменьшается, что приводит к некоторому понижению текущего значения кислорода в уходящих газах и к повышению величины водорода. При этом

И возможны два случая: а) значение избытка кислорода для данной горелки по регулирования равняется оптимальному значению о 8

Оропт.i = 1,2... и и б) значение избытка кислорода больше О опт.> + 5.

В первом случае при первом же шаге регулирования текущего значения Н> резко возрастает при незначительном уменьшении 02, так как точка кислорода О опт является критической (кривая Оэ на фиг. 2). Поэтому при повторном цикле измерения имеет место неравенство (11)

Нз (Н2) 9 939870

Если прн работе котлоагрегата выявляется условие (8), то это означает, что заданное оптимальное значение водорода не соответствует элданному оптимальному значению кислорода в йределах выбранной зоны регулиро- S 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 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 кислорода и химического недожога, блока опера- эр торных ключей, переключателя управления и коммутатора управляющих воздействий, связанных определенным образом между собой и с известными блоками, позволяет повысить точность оптимизации процесса горения газомазутных котлов энергоблока. Это обеспечивает значительный экономический эффект эа счет снижения удельного расхода топлива при работе котлоагрегатов.

30

Формула изобретения

Вычислительное. устройство автоматической системы управления процессом горения в котлоагрегате, содержащее регулятор общего воз- 3S духа аналого-цифровой преобразователь, соединенный с датчиками, характеризующими процесс горения, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам блока сравнения, соединенного с анализатором корректирующих воздействий, и блок регулирования, подключенный к цепям регулирования 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 химического недожога, подключенные к вторым входам блока сравнения, блок операторных ключей с внешними цепями управления, переключатель управления, соединенный с регулятором общего воздуха, и коммутатор управляющих воздействий, включенный между блоком.регулирования и цепями регулирования шиберами горелок, причем первый управляющий выход анализатора корректирующих воздействий подключен к задатчику оптимального значения кислорода, второй — к коммутатору управляющих воздействий, остальные три выхода—

"Разрешение", "Запрет" и "Реверс" — к входам операторных ключей, первый задающий выход которого соединен с задатчиком опти- . т= мального значения кислорода, а второй регулирующий выход соединен с входами блока регулирования, переключателя управления и анализатора корректирующих воздействий.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Хутский Г. И. и др. Цифровое вычисли тельное устройство системы автоматического управления пуском энергетического блока.

"Приборы и системы управления", 1968, К ll, с. 28.

2. Авторское свидетельство СССР У 638967, кл. G 06 F 15/20, 1972. я вей ЮМ

ВфЖЮЛ

939870

Составитель И. Аксенов

Техред M. Гергель

Корректор М, Шароши

Редактор Ю. Середа

Подписное

Тираж 598

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4640/56

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4