автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматическое регулирование процесса горения пылеугольного котла, обеспечивающего подавление выбросов окислов азота

Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт

На правах руколиси

БУРОВ Дмитрий Васильевич

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО КОТЛА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ПОДАВЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ОКИСЛОВ АЗОТА

05.13.07. Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена во Всероссийском дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехническом научно-исследовательском институте.

Научный руководитель

к.т.н., Сафронников С.А.

Официальные оппоненты

д.т.н., Тверской Ю.С, к.т.н., Васильев В.И,

Ведущая организация

ОРГРЭС

Защита состоится

на заседании спе-

циализированного совета К. 144.02.01 при Всероссийском дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехническом научно-исследовательском институте.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВТИ.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета А.С.Коньков

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время ТЭС являются одним из крупнейших источников загрязнения атмосферного воздуха. Как показала практика наибольшее распространение по снижению выбросов N0% получили технологические методы - основным из которых является ступенчатое сжигание топлива. При переводе действующих котлоагрегатов на ступенчатое сжигание топлива как правило существующая АСР горения, включающая регуляторы топлива и воздуха не претерпевает модернизации. Это приводит к тому, что при переменных режимах работы котла снижается его экономичность главным образом из-за повышенной суммы потерь ( ^ ),

либо не обеспечивается поддержание расчетного (заданного) значения содержания М0Х в дымовых газах во всем диапазоне изменения нагрузок. Поэтому исследование оптимальных режимов процесса горения на котле со ступенчатым сжиганием топлива и разработка схем автоматического регулирования, обеспечивающих такие режимы весьма актуальны и представляют болшой научный и практический интерес.

Целью работы является разработка и исследование автоматической системы регулирования (АСР) процесса горения прямоточного пылеугольного котла с твердым шлакоудалением и ступенчатым сжиганием топлива, обеспечивающего подавление выбросов окислов азота и надежную экономичную работу оборудования в условиях широкого изменения режимных факторов и нагрузки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

I. Получены новые данные, составляющие расширенное представление о регулировании топочного процесса со ступенчатым сжиганием топлива на основании:

- анализа технологических требований, предъявляемых к работе котла;

- анализа рекимннх факторов, влияющих на образование окислов азота;

- расчетных статической и динамической моделей;

- экспериментальных статических и динамических характеристик.

2. Разработана схема автоматического регулирования процесса горения, включающая АСР тепловой нагрузки, общего воздуха и новую АСР содержания М0Х в дымовых газах.

3. На основе анализа статических и динамических свойств объекта регулирования получены расчетные схемы для двух вариантов регулирования М0Х и разработана методика настройки многосвязных АСР с нейтрализацией взаимосвязей через объект.

4. С помощью расчетных схем выполнены модельные испытания АСР и сопоставление исследуемых вариантов регулирования Ь10к .

5. Получены данные об эколого-экономической эффективности использования АСР в промышленных условиях.

Практическая ценность работы. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования привели к созданию автоматической системы регулирования топочного процесса на котле со ступенчатым сжиганием топлива. Представленные в работе технические решения и рекомендации были использованы СКВ ВТИ при разработке проекта автоматизации реконструированного котла ПК-24 Иркутской ТЭЦ-10. Разработанные способы и схемы автоматического регулирования позволили снизить выбросы окислов азота, не ухудшая при этом остальные технико-экономические показатели котлоагрегата.

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследований, в проведении расчетно-аналитических и экспериментальных исследований статических и динамических характеристик, разработке схем и способов регулирования N0% , разработке и исследовании различных вариантов многосвязной АСР горения, участии в промышленном внедрении разработок, обработке и анализе результатов испытаний.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

- Всесоюзном научно-техническом совещании "Защита озера Байкал от загрязнений". Иркутск, 1988 г.;

- Всероссийском семинаре "Совершенствование управления технологическими процессами на действующих энергоблоках с использованием продукции РНПК "Росэнергоавтоматика". Москва, ВВЦ, 1992 г.;

- Научно-технических советах ОАО Всероссийского теплотехнического научно-исследовательского института. Москва, I988-I99I гг.;

- технических советах АО "Иркутскэнерго", Иркутск, ХУУО, 1992 гг.

Публикации- По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, получено 2 авторских свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка .литературы из 82 наименований и приложения. Общий объем диссертации составляет 285 страниц, в том числе 145 страниц основного машинописного текста, 69 рисунка и Ю таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы и практическая значимость диссертационной работы.

В первой главе сделан обзор и анализ работ посвященных технологическим методам подавления окислов азота, принципам их контроля и автоматизации.

Показано, что в топках с твердым шлакоудалением преобладает механизм образования топливных Н0Х . Перед сгоранием топлива часть азота вместе с летучими испаряется и ео время последующей фазы горения превращается в топливные N0X путем соединения с кислородом. Одновременно с этим процессом идет процесс частичного восстановления АЮх с помощь» содержащегося в остаточном топливе атомарного азота в молекулярный азот. Возможность такого восстановления крайне важна, поскольку может служить отправной точкой для снижения топливных N0X •

Как показывают многочисленные исследования на образование N0X оказывают следующие факторы: количество кислорода и азота в продуктах сгорания, температура в зоне горения и время прибывания смеси в области повышенных температур. Исходя из этого для снижения топливных N0X наиболее эффективным является ограничение подвода кислорода в топку путем организации ступенчатого сжигания в объеме топки. Такое сжигание может быть достигнуто за счет уменьшения (ниже стехиометрического;

избытка воздуха в верхнем ярусе горелок и дожигания продуктов неполного сгорания с помощью дополнительных воздушных сопл, расположенных выше. Нежелательными последствиями ступенчатого сжигания топлива может быть повышение опасности шлакования и возрастание потерь с уходящими газами. Эти недостатки сводятся к минимуму при оснащении котла соответствупцей системой контроля и автоматического регулирования. В связи с этим важную роль в системе контроля и автоматизации занимает; автоматические газоанализаторы для определения содержания ; n0% , а также хим. недожога. Для непрерывного определения содержания N0X наибольшее распространение среди отечественных приборов получил хемилшинесцентный газоанализатор 344-ХЛ-04. Газоанализатор имеет хорошие динамические характеристики, унифицированный выходной сигнал, но надежность его как и у предшествующих моделей недостаточно высока.

Для определения содержания 0г в дымовых газах наиболее перспективными является электрохимические датчики (ЭХД), выпускаемые рядом отечественных предприятий. В сравнении с традиционными магнитными газоанализаторами электрохимические датчики обладают более высокими динамическими характеристиками и просты в обслуживании. На треугольных котлах из-за повышенного шлакования срок службы этих датчиков пока невысок.

В отношении газоанализаторов хим.недожога проведенный анализ показал, что выпускаемые отечественной промышленностью датчики (серии ГИАМ и др.) ненадежны в эксплуатации и обладают рядом конструкционных недостатков.

Обзор типовых решений АСР горения прямоточных шшеуголь-ных котлов (применительно к котлу ПК-24) показал, что наибольшее распространение получила схема ОРГРЭС, в которой на регулятор топлива возложена функция поддержания температуры водо-парового тракта до первого впрыска по соотношению между рассхо-дом воды и"промежуточным теплом". Регулятор воздуха обычно выполняется по схеме "нагрузка-воздух". Проведенный обзор и анализ известных технических решений по автоматическому регулированию процесса горения показал, их неэффективность для регулирования содержания N0X . В основном это охемы со стабилизацией отдельных показателей (чаще всего содержания кислорода

в уходящих газах, которые применяются на котлах с обычным сжиганием топлива.

Анализ загруженных, источников показывает, что АСР горения на котлах со ступенчатым сжиганием топлива в большей или меньшей степени адаптирована к новым условиям работы. Помимо основных регуляторов топлива и воздуха такая АСР содержит стабилизирующие регуляторы расходов воздуха в отдельные ярусы горелок, которые обычно выполняются по схеме соотношения "нагрузка-сигнал, характеризующий расход воздуха в соответствующий ярус (зону) горения.

По итогам выполненного обзора литературы сформулированы цели и задачи исследований.

Во второй главе на основе анализа режимных факторов и выбора регулирующих воздействий разработана математическая модель объекта для расчета статических зависимостей.

Реконструированный котел (рис. I) имеет тангенциальные концентрические горелки, расположенные в два яруса. Выше верхнего яруса горелок (на отметке 17,5 м) в топку через воздушные сопла вводится третичный воздух. На каждом подводе вторичного воздуха к горелке и соплам третичного воздуха установлены шиберы с дистанционным управлением.

Реальными возможностями для минимизации N0% или его заданного значения на котле следующие:

Первая - перераспределение расхода воздуха между верхним ярусом горелок и расходом третичного воздуха (при этом расход вторичного воздуха в нижний ярус горелок по возможности должен остаться без изменения). Для снижения l\JOx расход вторичного воздуха в верхний ярус горелок должен быть уменьшен, и одновременно увеличен расход третичного воздуха.

Вторая возможность - перераспределение расходов топлива. Для снижения n0x необходимо увеличить расход пыли в горелки верхнего яруса и одновременно уменьшить расход пыли в горелки нижнего яруса с тем, чтобы расход суммарного топлива остался без изменения. Реализация такого перераспределения расходов топлива более эффективно, если одновременно будет снижаться расход воздуха в нижний ярус горелок и увеличиваться расход третичного воздуха. Очевидно, что реализовать такое комплексное воздействие затруднительно. Поэтому в ряде случаев целе-

Рис. I. Технологическая схема топки с трехступенчатым сжиганием топлива.

I - основная зона горения; II - зона восстановления Ш - зона дожигания; ОГ - основные горелки; •. ВГ - восстановительные горелки; ТВ - третичный возду:

сообразно использовать регулирование только одной группой органов или вообще одним органом. Из проведенного анализа это или изменение расхода вторичного воздуха в верхний ярус горелок, или перераспределение расхода топлива. Поскольку оба способа приводят к изменению избытка воздуха в зоне основного горения (в сторону обратную первоначальной задаче изменения регулирующего воздействия), были проведены режимные испытания с целью оценки эффективности данных методов регулирования на содержание М0Х . Результаты,режимных испытаний показали, что на процесс образования и восстановления в значительно

большей степени влияет изменение избытка воздуха в восстановительной зоне горения, чем основной. При этом наилучшие результаты получаются, когда расход третичного воздуха соответствует некоторому заранее определенному положению шиберов. Как показали результаты испытаний количество таких положений доя всего регулируемого диапазона нагрузок не превышает двух-трех.

Вопрос выбора регулирующих органов подачи топлива и его перераспределения решен путем использования двух станций бесступенчатого регулирования с соответствущей перегруппировкой управления пылепитателями.

Для получения статических зависимостей содержания И0Х от перераспределения расходов топлива и воздуха использованы кинетические представления о том, что переход азота топлива в окислы азота можно представить как процесс состоящий из двух последовательных стадий: разложения азотсодержащих соединений топлива при его сгорании в атомарный азот и затем расходования выделившегося активного азота в конкурируют реакциях образования и разложения N0% . Причем предельное значение содержания А10х целиком определяется отношением констант скоростей прямой и обратной реакций и конечной концентрацией кислорода в восстановительной зоне горения. На основании этих представлений получены выражения для количества М0Х образующегося в основной зоне горения и количества N0% восстановленного в восстановительной зоне горения. Тогда количество выделяемого топкой М0Х определится как разность между количеством образуемого и восстановленного а/0х . Выражение для выделяемого топкой Ы0Х представлено в виде:

ОСИ Вдет

ВЯ ВЯ СТ

:р[ ■ ехр\^

-е

ж

Я-71

-Е

н я/

М-

вя J

где:

К, ; К,

к

ня

в

ня

С^бЯ

Е

2 - константы, определяемые химическои природой реагентов, (об, %) *С-1; Кдя - коэффициенты пропорциональности расходов топлива в основную.и восстановительную зоны горения, (об.$)/кг; ВдЯ - расходы топлива ,в основную и восстановительную зоны горения, кг/сек; . " оСс)~ степень ступенчатости воздуха; ¿¿н - избыток воздуха на выходе из топки; 'т избыток воздуха в горелках верхнего яруса и зоне дожигания;

константы энергии активации реакций в основной и восстановительной зонах горения, (кдж/ моль);

' оСс ня 1 Евя

ня >

Я -

т 'вя

Кр

универсальная газовая постоянная, (кдк/моль. град.°К);

характерные температуры зон основного и восстановительного горения, (град.°К); содержание азота в топливе, (об,%). - константа.

Входными' координатами статической модели являются суммар-

воздуха. ]/СУМ и перераслре-

л -'пер ' воздуха ^пея • а ВЫХ0Д1Ш-

ми - содержание (Уг и Ыих в уходящих газах, и температура

пара за СРЧ 6гещ • Промежуточные переменные, необходимые

В,

ные расходы: топлива "сум деление расходов; топлива

>г

в,

для расчета (• Тня ( Твя , сС" , оСва ,

ВЯ

и др. ) получены из экспериментальных исследований.

Ыа оснований анализа переходных характеристик для разных типов прямоточных пылеугольных котлов и экспериментальных данных полученных для реконструированного котла ПК-24 построена предварительная динамическая модель объекта регулирования.

Динамические свойства температуры пара за СРЧ У^у при возмущениях суммарными расходами топлива и воздуха, а также перераспределением расходов топлива, если это перераспределение осуществляется не точно (что имеет место в реальных условиях), могут быть аппроксимированы передаточной функцией вида:

к

(т,р + 1)(т2р + 1)"'

где верхний индекс ь соответствует регулирующему воздействию, а никний ^ - регулируемому параметру. Динамические свойства содержания Н0% при возмущениях как по основным каналам регулирования ( Впер , Упер ) так и сУм-1аР~ ными расходами топлива. ВцуМ и воздуха Уцу/ц аппроксимируются выражениями вида:

Это выражение справедливо и для описания динамических свойств содержания при возмущении суммарными расходами топлива

и воздуха. При возмущении перераспределением расхода воздуха У пер и топлива УПер суммарный расход воздуха не изменяется и отклонение содержания 0^ происходит в первый момент за счет изменения аккумуляции воздуха в воздушном коробе. Передаточная функция при этих видах возмущения описывается реальным дифференцирующим звеном с запаздыванием:

к-т-р -%р

(трчт

Третья глава посвящена исследованию статических и динамических свойств объекта регулирования.

Исследования зависимости содержания М0Х от различных режимов работы котла проведены до реконструкции и после. Опыты до реконструкции котла показали, что при номинальной нагрузке (240 т/ч) содержание М0Х около 1000 глг/м3 (при сСт = 1,26). При снижении нагрузки содержание АЮх растет до 1500 мг/м3 из-за повышения избытка до оС^- = 1,46-1,60. Зависимость содержания А!0Х от избытка носит ярко выраженный ха-

рактер. При проектном избытке содержание N0% достигает 1400 мг/м3. Снижение оС т до 1,17 уменьшает содержание М0Х до 1000 мг/м3, однако работа с такими избытками недопустима из-за резкого повышения СО.

Опыты после реконструкции показали общее снижение И0Х Значительно больший эффект подавления №0х наблвдается в тех опытах, в которых была опробована схема трехступенчатого сжигания топлива. На диаграмме (рис. 2) приведены результаты этих опытов ( 21-26). Наилучший результат (700 мг/м3 при <уСу =1,34) получен в опыте 25 (шибера вторичного воздуха верхнего яруса горелок несколько прижаты, а направляющий аппарат дутьевых вентиляторов приоткрыт ( сС ' = 1,34), что привело к увеличению третичного воздуха и несколько увеличен расход пыли на горелки верхнего яруса). Анализ очаговых остатков показал, что режимы в опытах с трехступенчатым сжиганием топлива не увеличивают потерь с хим- и мех.недожогом. При работе реконструированного котла без организации трехступенчатого сжигания содержание М0Х равнялось 880-1050 мг/м3 (при номинальной нагрузке и оС"т = 1,28). Организация трехступенчатого сжигания, осуществляемая путем снижения избытка воздуха на горелки верхнего яруса или увеличения оборотов пы~ лепитателей на эти же горелки уменьшала содержание А/0Х до 700-770 мг/м3 (при ос" = 1,4), т.е. уровень н0х снижался на 30-35$.

На рис. 3 показаны экспериментальные зависимости А'Ох

а) от изменения расхода вторичного воздуха в верхний ярус горелок;

б) от перераспределения расходов топлива между нижним и верхним ярусом горелок.

Сопоставление характеристик показывает более выраженный характер у первого способа регулирования.

На другие параметры ( ; 6Срч ) эти регулирующие воздействия оказывают незначительное влияние (характеристики тлеют пологий характер), что благоприятно сказывается на их использовании для регулирования N0% •

Анализ динамических характеристик показал, что реакция импульса по теплу (} на возмущение перераспределением расхо-

Рис. 2. Котел ПК-24. Содержание n0- при различных режимах.

м

<О

т

Мх,г/м3

\ V.

---/-/ 0 20

60 80 Увя,7.

а)

Ц9 {,0 /,/ (<<м)

и 1

1,0 2 Г"

з ■

Ф Вм

5) <о V

0 М р V

Рис. 3. Статические характеристики А/Ож от перераспределения расходов воздуха (а) и топлива (б). . I — расчетная; 2 - экспериментальная; 3 - линеаризованная.

дов топлива Впер не носит исчезающего характера как следовало бы ожидать. Незначительная неравномерность в установившемся режиме объясняется неточностью перераспределения расходов топлива менду ярусами, а также тем, что в результате перераспределения топлива уменьшается тепловая нагрузка радиационных поверхностей нагрева (на которые приходится большая часть испарительной поверхности экранных труб) и соответственно увеличивается относительная тепловая нагрузка полурадиационных и конвективных поверхностей нагрева, что в итоге приводит к некоторому снижению тепловоспркятия поверхностями нагрева.

Реакция (}пр на возмущения воздухом Усу/г1 и 1//7еР выраяена очень слабо, что позволило без особого ущерба для точности построения расчетной модели этими связями пренебречь.

На содержание 0% наибольшее влияние оказывают возмущения суммарными расходами топлива и воздуха и в меньшей степени возмущения перераспределением расходов Упер и Впер , которые носят исчезающий (дифференцирующий) характер.

Анализ динамических характеристик содержания ИОх по каналам основных "регулирующих воздействий Упер и $пер по~ казал их общий характер и близость динамических свойств. Возмущение со стороны суммарного расхода воздуха на содержание

М0Х оказывает более сильное влияние, чем аналогичное возмущение со стороны топлива.

В целом анализ динамических характеристик показал наличие взаимных перекрестных связей между регулирующими воздействия!,ш и регулируемыми параметрами соизмеримыми в отдельных случаях по своим динамическим свойствам с основными каналами регулирования.

3 четвертой главе сформулированы задачи управления процессом горения, разработаны и исследованы варианты АСР горения пылеугольного котла со ступенчатым сжиганием топлива.

Задача управления, возлагаемая на регулирующие органы подачи топлива и воздуха в общем случае сформулирована как комплекс задач (рис. 4а):

- обеспечение заданной тепловой нагрузки котла;

- обеспечение требуемого суммарного коэффициента избытка воздуха;

- минимизация содержания N0% ;

- недопущение превышения выше нормы величины хим- и мех. недожога.

Первая из этих задач решается воздействием на расход топлива в котел, а остальные путем изменения суммарного расхода воздуха в котел и перераспределения расходов воздуха и/или топлива между ярусами. Реализация АСР горения в соответствии с представленной схемой включает в себя:

- локальную АСР суммарного расхода топлива, поддерживающую заданную тепловую нагрузку котла;

- взаимосвязанную АСР суммарного расхода воздуха и перераспределения расходов воздуха и/или топлива между ярусами в функции которой входят совместное решение трех остальных задач.

При реализации АСР воздуха и перераспределения главное, как автоматически определить чем вызвано появление хим- и мех. недожога: недостатком суммарного расхода воздуха или чрезмерным перераспределением расходов воздуха и/или топлива между ярусами. Тшсая задача может быть решена например с использованием алгоритма экстремального регулирования, или путем реализации простейшей экспертной системы, но в настоящее время оба способа трудно реализуемы. С другой стороны исследованиями установлено, что появление хим- и мех.недожога связано с недопустимым перераспределением расходов топлива, а не с недостатком общего расхода воздуха. Исходя из этого взаимосвязанная АСР воздуха и перераспределения распадается на две локальные АСР: традиционную АСР воздуха и АСР минимизации содержания n0x , с учетом ограничения по хим- и мех.недожогу (рис. 46). Ввиду отсутствия надежных датчиков хим- и мех.недожога на определенный период времени предложен вариант без их использования. Для этого задача минимизации содержания N0X с учетом ограничения величины хим- и мех.недожога заменена на задачу поддержания заданной зависимости N0X от нагрузки (рис. 4в). В реальных условиях заданное значение N0% определялось в результате режимных испытаний, в которых для каждой тепловой нагрузки измерялись значения всех режимных параметров (в том числе Н0Х), совокупность которых соответствовала минимуму суммарного расхода топлива

it

б)

Рис. 4. Структурные схемы взаимосвязи задач управления а) - общий вариант; б) - в предположении о влиянии на недожог

только перераспределения расходов воздуха и/или топлива; в) -при отсутствии датчиков хим- и мех.недожога.

при выполнении ограничения по суммарным выбросам NOx

Z VfiiOx^ VnnK .

При эксплуатации заданное значение NUx может уточняться исходя из сопоставления сверхнормативных затрат на топливо и платы за выбросы.

Структура разработанной АСР включает в себя ряд стабилизирующих регуляторов расходов воздуха и топлива в отдельные ярусы, с выполнением этих регуляторов по схеме соотношения: "функционально преобразованный сигнал по нагрузке блока - сигнал характеризующий расход воздуха или топлива в соответствующий ярус горелок" и корректирующий регулятор содержания n0x, воздействующий на один или несколько стабилизирующих регуляторов. В структуре АСР реализованы два предпочтительных варианта организации регулирующих воздействий для управления содержанием nqx путем перераспределения расхода вторичного воздуха верхнего яруса горелок и расхода третичного воздуха, а также перераспределения топлива между нижним и верхним ярусами горелок (именуемых далее вариант I и вариант П). Г^зра-ботанная система регулирования защищена двумя авторскими свидетельствами.

АСР включает:

- регулятор тепловой нагрузки РТН (схема ОРГРЭС);

- регулятор общего воздуха (соотношение "нагрузка-расход воздуха" с коррекцией по 0г );

- регулятор расхода вторичного воздуха в верхний ярус горелок (по схеме соотношения "функционально преобразованный сигнал нагрузки - сигнал, характеризующий расход воздуха в верхний ярус горелок";

- регулятор расхода третичного воздуха;

- регуляторы расхода тошшва в ишшпй и верхний ярусы горелок, воздействующие на соответствующие станции бесступенчатого регулирования;

- корректирующий регулятор содержания N0X •

По первому варианту канал регулирования nox тлеет двухсторонние перекрестные связи с каналом регулирования 0'g • Действие PIH на АСР воздуха и содержания n0x проявляется в одностороннем порядке (связи со стороны каналов регулирования

и Н0Х на РТН не учитываются ввиду их слабого действия) Поэтому в варианте I исследуемая АСР рассматривается как двух-

связная с исключением из рассмотрения регулирующего воздействия JtBcyto (рис. 5а).

Для развязки контуров регулирования реализована смешанная автономность, причем компенсация регулирующих воздействий от корректора 0% к корректору N0% достигается по автономности I, а противоположных воздействий по автономности П.

Более сложная картина имеет место, когда в качестве регулирующего воздействия АСР содержания АЮос используется перераспределение расходов топлива (вариант П). В том случае, если перераспределение осуществить достаточно точно не удается, то это изменение суммарного расхода топлива оказывает влияние и на суммарную тепловую нагрузку и на содержание , т.е. рассматриваемая система принимает вид трехсвязной АСР (рис. 56). Для развязки контуров регулирования реализована односторонняя автономность. Компенсация возмущений от АСР содержания А/Ох к АСР воздуха и РТН обеспечивается по автономности П. Для достижения инвариантности регулирующих воздействий РТН при работе АСР воздуха оказалось целесообразным применить развязку контуров по автономности I.

Выполнена оптимизация параметров настройки корректирующих регуляторов с помощью расчетных схем для двух вариантов регулирования NQX . Каждый из вариантов имеет несколько структурных подварианта, отличающихся использованием различных устройств компенсации, а для отдельных структурных подва-риантов рассмотрены разные варианты значений параметров настройки.

По результатам оптимизации для лучших структурных подва-риантов выполнено моделирование и сопоставление полученных результатов. Показано, что для исходной двухсвязной АСР (вариант I) наилучшими результатами-обладает подвариант реализующий смешанную автономность, а также один из вариантов с "затрубленными" ПН, каждый из которых предпочтителен для определенного вида возмущений. Для исходной трехсвязной АСР (вариант П) наилучшее качество процессов регулирования практически при всех видах возмущений получено в подварианте с тремя устройствами компенсации.

В пятой главе приведены результаты практической реализации разработанных технических решений на базе микропроцессор-

0гзд

Опрзд

й

а.)

Рис. 5. Расчетные схемы АСР горения.

а) - вариант I управления содержанием ЛЮх ;

б) - вариант П.

них средств управления "Ремиконт", изложен опыт наладки и освоения созданной АСР горения на котле ПК-24.

Промышленные испытания прошла АСР горения (соответствующая первому варианту управления содержанием А10% ), которая по совокупности оценок качества регулирования и технической реализации оказалась более предпочтительной в данных условиях работы котла.

В процессе испытаний опробованы варианты с "затрубленными" параметрами настройки обоих корректоров и с применением развязки между корректорами с помощью устройств компенсации. Приведены иллюстрации работы взаимосвязанной АСР воздуха и перераспределения при различных видах возмущений.

В заключении показаны перспективы дальнейшего использования разработанных в диссертации технических решений на других электростанциях энергосистемы.

Внедрение разработанной АСР горения на котле ПК-24 позволило получить годовой экономический эффект 193,3 тыс.руб. (в ценах 1991 г.).

3 приложении приведены некоторые результаты оптимизации параметров настройки и моделирования АСР горения. Расчет выполнен с помощь® комплекса методик-программ для оптимизации параметров настройки многосвязных систем регулирования, адаптированных для ПЭВМ. Приведены акты внедрения диссертационной работа, с также расчет экономической эффективности от внедрения разработанных технических решений.

Выводы

I. Проанализированы технологические способы п-сдавления и принципы их автоматизации, рассмотрены основные источники и факторы, влияющие на образование окислов азота и метода их контроля. Показано, что для котлов с тверда.! шлаксуда-лением наибольшее распространение получил способ ступенчатого сжигания топлива. Проведенный анализ показал, что основной проблемой на котле со ступенчатым сжиганием топлива является поддержание расчетного (заданного) значения содержания N0% во всем диапазоне изменения нагрузки, не ухудшая при этом его экономических показателей.

2. На основании исследования режимов работы реконструированного котла определены два способа регулирования N0% :

а) за счет изменения подачи воздуха в верхний ярус горелок, при соответствующем раскрытии шиберов третичного воздуха.

б) за счет перераспределения топлива ыезду низшим и верхним ярусом горелок.-

3. Еэзработана статическая модель объекта регулирования и получены расчетные статические зависимости содержания А10% от регулирующих воздействий. Полученные экспериментальные статические характеристики в основном подтвердили правильность полученных результатов.

4. На основании расчетных данных и экспериментальных динамических характеристик построена линейная динамическая модель объекта для двух способов регулирования М0Х . Показано, что динамические свойства объекта по каналу регулирования близки для обоих исследуемых'вариантов, Выявлено наличие взаимных перекрестных связей между регулирующими воздействиями и регулируемыми параметрами и показана целесообразность развязки контуров регулирования.

5. Выполнены разработка и модельные исследования АСР горения, предусматривающая два варианта регулирования N0$ , и обеспечивающая автономность локальных АСР за счет нейтрализации взаимных перекрестных связей в объекте, что позволяет повысить качество регулирования. Предложена методика настройки разработанной АСР.

6. Разработанные схемы АСР горения были приняты за основу при проектировании систем автоматизации котла ПК-24. Внедрение разработок на Иркутской ТЗЦ-10 позволило получить годовой экономический эффект 193,3 тыс.рублей (в ценах I9SI г.).

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Бурев Д.В. Дистанционные методы контроля газообразных выбросов Т5С в атмосфере// Энергохозяйство за рубеже;.!. 1939. * 4. С. 5-9.

2. Буров Д.В., Кстлер В.Р. Аналитическая статическая модель процесса сбрззовагая топливных N0% пои ступенчатой о/лгэнип топлива// Теплоэнергетике. 1992. й 12.

3. Буров Д.В., Котлер В.Р. Новый подход к проблеме регулирования топочного процесса// Теплоэнергетика. 1993. № I.

4. Зуров Д.В., Котлер В.Р., Еиленко В.А., Сафронников С.А. Разработка АСР горения пылеугольного котла со ступенчатым сжиганием топлива// Теплоэнергетика. 1993. № 8.

5. Буров Д.В., Биленко В.А., Чесноковский В.З. Сравнительный анализ динамики исследуемых вариантов регулирования

nqx // Теплоэнергетика. 1995. № 7.

6. A.c. 1657879 СССР. Способ автоматического регулирования процесса горения/ Биленко В.А., Буров Д.В., Котлер В.Р., Сафронников O.k.// Открытия. Изобретения. 1991. № 23.

7. A.c. I7I9796 СССР. Способ автоматического регулирования процесса горения/ Буров Д.В., Еиленко В.А. // Открытия. Изобретения. 1992. J6 10.