11 ПЗ Сист. автомат. регулир. общего возд. при работе котла БКЗ 320 140 560 на различ. вид. топл. (1233012), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Рисунок 1.8 – Типичная зависимость показателей качества сжигания топлива от коэффициента избытка воздуха

Например, расхода пара Qпара: содержания кислорода в дымовых газах (О₂); электрической мощности (Р_эл), потребляемой из сети вентилятором и дымососом; температуры дымовых газов (Т_дг) для различных систем автоматики котла и вариантов их настройки. Так новая оптимизированная автоматика котла с автоматической коррекцией коэффициента α на графиках обозначена как – (А). Существующая автоматика котла с дополнительно установленными приборами контроля качества сжигания топлива и ручной регулировкой α по режимной карте – (К). Существующая автоматика котла без переделок схемы, которая работает фактически не по режимной карте – (Ф), в результате длительной эксплуатации после наладки.

Рисунок 1.9 – Графики зависимостей от нагрузки котла

Приблизить работу котла к показателям режимно-наладочной карты можно, имея информацию о содержании свободного кислорода и оксида углерода в уходящих газах. Такую информацию можно получить от стационарных анализаторов дымовых газов. Установка этих приборов позволяет оператору получать от них непрерывно данные и вручную корректировать режим согласно наладочной карте. При этом оператор может своевременно обнаруживать серьезные неисправности в газовоздушном тракте технологического оборудования по расхождению параметров – заданных в режимной карте и измеренных анализаторами. Возможность оперативного контроля технического состояния котла и ручная коррекция позволяют существенно повысить эффективность, надежность и экономичность работы теплогенерирующей установки [8].

Следующим логичным этапом энергоэкологической оптимизации сжигания топлива является внедрение технологических решений, направленных на организацию горения с низким или предельно низким коэффициентом избытка воздуха. Положительного эффекта можно достичь даже на существующем газогорелочном оборудовании, только при использовании систем непрерывного автоматического контроля и регулирования соотношения «топливо – воздух». Это – наиболее малозатратный и эффективный способ экономии топлива с одновременным уменьшением образования вредных веществ в топке. При этом необходимо поддерживать подачу воздуха так, чтобы значение коэффициента α находилось в довольно узкой области (зона А на рисунке 1.8), нижнюю границу которой определяет появление следов оксида углерода (на уровне 100 – 300 ppm), а верхнюю – рост потерь теплоты с уходящими газами и повышение интенсивности образования оксидов азота, сопутствующее росту концентрации свободного кислорода. К проблемам применения данного способа стоит отнести сложность получения высококачественной топливо – воздушной смеси для исключения химического недожога. Особенно это важно при небольших нагрузках котла, когда в целях регулирования расхода давление воздуха снижают до критического значения, при котором горелочное устройство не может обеспечить аэродинамические условия интенсивного смесеобразования в корне факела. Это может вызывать увеличение потерь теплоты от химического недожога топлива и снижение экологичности работы котлоагрегата вследствие выбросов высокотоксичного оксида углерода (СО). Для исключения подобных ситуаций при наладке идут на увеличение расхода воздуха, что в свою очередь ведет к возрастанию потерь теплоты с уходящими газами. Основной причиной, ограничивающей сжигание топлива с предельно низким коэффициентом избытка воздуха, является сложность поддержания оптимального соотношения «топливовоздух» на границе возникновения химического недожога. Обеспечить это можно только на базе микропроцессорных систем регулирования, для которых в свою очередь необходима оперативная информация о составе уходящих газов [8].

Исторически первой возникла технология измерения СО₂ (благодаря относительной простоте анализатора) и применялась в котельной технике уже в начале 40-х годов прошлого века. Для данного вида топлива (в основном, для угля) с постоянным соотношением содержания «углерод/водород» (С/Н) в его составе коэффициент избытка воздуха жестко связан математически с концентрацией СО₂ в продуктах сгорания.

Однако, различное соотношение С/Н характерно не только для разных видов топлив (газообразного и жидкого). Колебания этого соотношения обычны даже для одного и того же топлива в зависимости от его происхождения, условий транспортировки, хранения и поставки. Это значительно усложняет получение точной косвенной информации об α. Кроме того, концентрация СО₂ может объективно свидетельствовать о значении α только при отсутствии химнедожога. Каждый процент концентрации СО снижает на столько же содержание СО₂ в продуктах сгорания при одном и том же значении α. Таким образом, именно при низких избытках воздуха, то есть в зоне риска по появлению химнедожога, регулирование по СО₂ оказывается неприемлемым.

Поэтому традиционно состязаются следующие методы управления:

• по концентрации остаточного кислорода (О₂) в продуктах сгорания;

• по концентрации продуктов химнедожога (СО);

• с использованием совместной информации о концентрации О₂ и продуктов неполного горения (СО).

В настоящее время, особенно в зарубежной технике, распространены анализаторы концентрации кислорода в отходящих газах. Однако наличие СО в продуктах сгорания также искажает результат измерения. Имеет место и зависимость значения α от соотношения С/Н в топливе. Но эта зависимость гораздо слабее, чем для СО₂, а в диапазоне α от 1,0 до 1,15, соответствующем максимальной эффективности сжигания топлива, влиянием вида топлива можно пренебречь. Но при снижении нагрузки котла поддержание постоянной концентрации кислорода за котлом неизбежно приводит к химнедожогу [9].

Анализаторы содержания СО были по началу сигнализаторами аварийного химнедожога, с порогом чувствительности около 35000 ppm (3,5 % об.). Но современные датчики уверенно работают в диапазоне от 0 до 2000 ppm. Однако концентрация СО объективно позволяет судить только о завершенности процесса горения, но никак не о коэффициенте избытка воздуха. При зафиксированном соотношении «топливо-воздух» и, следовательно, при α=const, концентрация СО в продуктах сгорания может отличаться на порядок в зависимости от турбулентности потоков и других факторов влияния.

Результаты выполненного анализа возможности эффективного использования информации о составе продуктов сгорания сводятся к следующим тезисам:

• измерение концентрации диоксида углерода ни само по себе, ни в совокупности с другими измерениями не может эффективно служить задаче управления качеством сжигания топлива. Именно в требуемом диапазоне регулирования α от 1,05 до 1,10 оно дает максимальные ошибки, как в силу сильной зависимости от соотношения С/Н в топливе, так и в связи с искажающим влиянием химнедожога;

• концентрация избыточного кислорода, даже измеренная с помощью циркониевого датчика, определяет избыток воздуха в точке измерения, но не дает объективной информации о полноте сгорания. Тем не менее, надежная и чувствительная система управления с О₂корректирующим контуром в сочетании с предварительно определенной оптимальной кривой «нагрузка  О₂ » позволяет экономить от 2 до 4 % топлива в годовом исчислении;

• информация о концентрации оксида углерода, являясь показателем полноты сгорания, не дает возможности судить о коэффициенте избытка воздуха. Такие системы могут найти ограниченное применение на крупных энергетических агрегатах при условии постоянства характеристик топлива и слабо переменных режимах работы агрегатов;

• наиболее объективный результат измерения коэффициента избытка воздуха в продуктах сгорания может быть получен на основе совместной обработки информации о концентрации кислорода и продуктов химнедожога в отходящих газах. Эта информация является необходимой для оценки не только полноты, но и экологических характеристик сжигания топлива [9].

Как и в любом технологическом процессе, на предприятиях ТЭС производят автоматическое регулирование с целью повышения экономичности самого производства.

Экономич­ность работы котла оценивают по КПД, равному отношению по­лезной теплоты, затраченной на генерирование и перегрев пара, к располагаемой теплоте, которая могла быть получена при сжи­гании всего топлива.

Без учета теплоты, вносимой в топку воздухом, и потерь на про­дувку КПД котла имеет вид:

, (1.2)

где – энтальпии перегретого пара и питательной воды, – расход топлива, – низшая рабочая теплота сгорания топлива.

КПД через тепловые потери, сопровождающие процесс сжигания:

. (1.3)

Задача регулирования экономичности состоит в поддержании максимального КПД парового котла или сведении к минимуму тепловых потерь, сопровождающих процесс сжигания топлива и передачи выделившейся теплоты воде и пару. Регулирования экономичности непосредственно по КПД или суммарной оценке потерь не получило пока широкого распространения из-за отсутствия надежных и точных способов, и средств их непрерывного измерения.

Одним из наиболее представительных косвенных способов оценки экономичности процесса горения служит анализ состава топочных газов, покидающих топку. На основе зависимости КПД и суммарных потерь от избытка воздуха, определяемой индивиду­ально для каждого агрегата, целесообразно поддерживать коэффи­циент избытка воздуха , при котором

КПД парового котла и суммарные потери .

Значение коэффициента избытка воздуха можно оценить по со­держанию свободного кислорода в газах, покидающих топочную камеру, по приближенной формуле:

. (1.6)

Значение в основном влияет на (потеря теплоты с уходя­щими газами), и (потери теплоты от химического и механи­ческого недожогов топлива).Качественные зависимости и представлены в виде графиков, изображенных на рисунке 1.10.

Участок регулирования экономичности процесса горения по со­держанию кислорода в топочных газах состоит из топочной каме­ры и примыкающего к ней газохода конвективного перегревателя до места измерения содержания [2].

Входное регулирующее воздействие − расход воздуха, поступающий в топку ; выход­ная (регулируемая) величина − содержание свободного кислорода в поворотной камере газохода за пароперегревателем, представлено на рисунке 1.11.

Оптимальное значение в поворотной камере при номиналь­ной нагрузке и сжигании пылевидного топлива лежит в пределах от 3 до 5 процентов; при сжигании мазута и газа – значительно ниже от 0,05 до 1,5 процента.

Рисунок 1.10 − Графики зависимости и для пылеугольного котла

Кривые переходного процесса участка по содержанию кислорода в дымовых газах за пароперегревателем при нанесении возмущения в сторону увеличения расхода воздуха , и газового топлива приведены на рисунке 1.11.

Инерционность участка определяется в основном запаздыванием в измерительном устройстве. При математическом описании динамических свойств этот участок можно представить в виде последовательного соединения двух звеньев: звена транспортного запаздывания и инерционного звена первого порядка с постоянной времени Т [2].

Основным способом регулиро­вания избытка воздуха за пароперегревателем служит изменение его количества подаваемого в топку с помощью дутьевых венти­ляторов. Существует несколько вариантов схем автоматического управления подачей воздуха в зависимости от способов косвенной оценки экономичности процесса горения по соотношению различных сигналов.

Характеристики

Список файлов ВКР