CS209106B1 - Způsob automatického řízení výkonu kotle spalujícího uhlí - Google Patents

Abstract

Způsob automatického řízeni výkonu kotle spalujícího uhlí. Vynález ee týká způsobu automatického řízení kotle, při němž ee využívá regresní závislosti výhřevnosti uhlí na jeho složeni, a to na obsahu popela a/nebo na obeahu uhlíku a vodíku. Účelem vynálezu ja snížit kolísáni výkonu kotle kolem požadované hodnoty. Tohoto účelu je dosaženo tím, že - množství uhlí a spalovacího vzduchu sé pro dosaženi požadovaného výkonu reguluje podle údajů o okamžité hodnotě výhřevnosti uhlí, které prává vstupuje do spalovacího prostoru kotle. Tato hodnota se získá průběžným radiometrickým měřením složeni uhlí e bezprostředním stanovením výhřevnosti, která je na jeho složeni závislá. Pro regulační zásahy ee z takto stanovené výhřevnosti vyhodnotí rovněž hodnota tepelných ztrát. Přesnost stanovené výhřevnosti se následně kontroluje pomoci bilance spalin a/nebo celkové tepelné bilance kotle.

Description

Vynález ·β týká způsobu automatického řízeni výkonu kotle spalujícího uhlí, při němž so využívá regresní závislosti výhřevnosti uhlí na obsahu popele v uhlí v původním stavu a/nebo na obsahy uhlíku a vodíku v uhlí v původním stavu.

Řízeni výkonu kotle při spalováni uhlí, jehož výhřevnost se může časová měnit v rozsahu až - 10 % Jmenovité hodnoty, se provádí regulaci množství dodávaného uhlí, případná množství dodávaného stabilizačního paliva plynného nebo kapalného. Tato regulace se u doeud známých způsobů provádí až v závislosti na zmáná parního výkonu kotle, způsobená změnou výhřevnosti spáleného uhlí. Změna parního výkonu, která není lineárně závislá na změně tepelného výkonu, je navíc jeětě zkreslena značnou.tepelnou setrvačnosti kotle, která při větěich výkyvech ve výhřevnosti spalovaného uhli znemožňuje bezprostřední regulaci a stabilizaci tepelného výkonu kotle na požadovaná výši. Proto je nutno v maximální míře homogenizovat apelované uhli a tak stabilizovat jeho výhřevnost. Homogenizace a stabilizace výhřevnosti uhlí věak zvyšuje náklady potřebná na selektivní těžbu uhli, úpravu těženého uhlí a manipulaci s palivem na homogenizačnl skládce dolu nebo elektrárny.

Neni-li homogenizace uhli dostatečná, projeví se při doaud známých způsobech regulace změna výhřevnosti uhlí aa zpožděním úměrným celková setrvačnosti zařízeni, takže dochází ko kolísáni výkonu kotle, která zvyšuje celkovou spotřebu paliva.

Tyto nevýhody odstraňuje do značné míry způsob regulace podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, žo v přívodu uhli do kotle ea trvala měří obsah popela a/nebo obsah uhlíku a vodíku například radiometrickou metodou, z něhož se užitím regresních závislosti průběžně stanovuje hodnota výhřevnosti uhli přiváděného do kotle á na ni závislá hodnota tepelných ztrát kotle při'optimálním přebytku spalovacího vzduohu, který je eouběžně stanovován a a příslušným zpožděním automaticky nastavován v přívodu spalovacího vzduchu do kotle. Tímto zpožděním aa rozumí přesně definovaný časový Interval, který ' uplyne ód změřeni složeni uhlí do jeho vstupu do spalovacího zařízeni, například do hořáku kotle.

Z takto stanovaných hodnot výhřevnosti uhli a tepelných ztrát se průběžně určuje množství uhlí potřebná pro dosaženi požadovaného výkonu kotle a toto množství sa v přívodu uhli do kotle automaticky naetavuja. Hodnota výhřevnosti uhlí přiváděného do kotle stanovená pomoci regresních závislosti ee po jeho opáleni porovná e hodnotami výhřevnosti uhli stanovenými z bilance spalin naba z celková tepelná bilance kotle, popřípadě z obou těchto bilanci, provedených z průběžně měřených parametrů spalovacího vzduchu, spalin, napájecí vody a páry vystupující z kotle. V případě systematická odchylky ee upraví konstanty používaná regresní závieloeti výhřevnosti uhlí ne obeahu popela a/nebo uhlíku a vodíku v uhlí v původním stavu.

Využiti regresní závieloeti výhřevnosti uhlí ne obeahu popela nebo. uhlíku a vodíku v uhli v původním stavu pro regulaci tepelného výkonu kotle má předevěim tu výhodu, že umožňuje předem nastaveni množství uhli přiváděného do kotle, která při jeho předem stanovená výhřevnosti Q^p e ji odpovídajíc! velikosti tepelných ztrát Z? zajieti potřebný výkon v palivu, nutný pro dosaženi požadovaného výkonu. Pro předběžná stanoveni výhřevnosti uhli, za která ee vychází při řízeni množství uhli přiváděného do kotle, ee s výho2 dou využij· regresní závislosti výhřevnosti na obsahu popela v uhlí v původním stavu. Pr© zvýšeni přesnosti je aožné použiti obou regresních vztahů. Výhodná je i to, že tvary těchto regresních závislosti Jsou jednoduché. V prvém případě máji tvar ^Qip ” l * ⁿi · ^αΓ · (¹) vs druhém případě , ^Qip - ®₂ · °^Γ * ⁿ2 “ P2 ’ ^ΗΓ ‘ (¹¹)

V těchto rovnicích značí hodnotu výhřevnosti uhlí v původním stavu, stanovenou poaocl regresních závislostí, A^r obsah popela v uhlí v původním stavu, C^r obsah uhlíku a H^r obsah vodíku (v hmotnostních procentech) v uhlí v původním stavu, ra^, m₂, η_χ, n₂, p₂ jeou empiricky stanovené konstanty, charakterizující spalované uhlí. Tyto konstanty jsou pro těžební lokality známé a průběžně ss při těžbě upřesňuji. Řešeni těchto vztahů je rychlé i při použiti Jednoduché výpočetní techniky, která navíc může s výhodou převzít i řízeni následných regulačních funkci.

Rovněž správné množství spalovacího vzduchu, závislé na velikosti ztrát, lze s výhodou stanovit předem. Tepelný výkon kotle je potom stabilizován na požadovaná hodnotě ,

S mihimálnim kolísáním a e minimální spotřebou stabilizačního paliva. Vzhledem k bezprostřednímu prováděni korekci konstant regresních závislosti používaných k výpočtům výhřevnosti uhlí zcela odpadá náročná a nákladná homogenizace uhlí a určování jeho skutečné výhřevnosti přesnými laboratorními metodami. Tyto analytické metody Jsou časově náročné a umožňuji stanoveni výhřevnosti pouze malého vzorku spalovaného uhlí, který nemusí být i

reprezentativní. Z těchto důvodů nelze Jejich výsledků použit pro operativní regulaci množství uhlí dodávaného do kotle. Stanoveni obsahu popela nebo uhlíku a vodíku radiometrickými metodami Je sice poněkud méně přesné, protože však může být analyzováno spojitě složeni celého množství uhlí přiváděného do kotle, neni tato snížené přesnost na závadu. Způsob regulace je navíc zpřesněn dvěma bezprostředně následujícími kontrolami stanovená výhřevnosti uhlí, a to průběžně z tepelné bilance spalin a diskontinuálně z celkové tepelné bilance kotle. Podle těchto kontrol se jednoduchým způsobem nepřetržitě a s nepatrným časovým zpožděním mohou korigovat konstanty užívaného regresního vztahu.

Předběžné stanoveni ztrát kotle, závislých na výhřevnosti spalovaného uhlí, umožňuje vyhodnoceni pravděpodobné velikosti tepelného příkonu kotle Q^p, který odpovídá požadovanému tepelnému výkonu a určeni a nastaveni potřebného množetví spalovacího vzduchu, která se dodá do kotle pro zajištěni dokonalého spalování potřebného množství uhlí s optimálním přebytkem. Bezprostředně po spáleni uhlí v kotli se vyhodnotí skutečná množství tepla, která bylo dodáno do kotle spáleným uhlím. Toto vyhodnoceni ee provede ze změřených parametrů spalin a jejich tepelné bilance. Oo této bilance se zahrnou následující údaje:

1) množetví a teplota spalin,

2) obsah kysličníku uhličitého, kysličníku uhelnatého, kysličníku siřičitého a vodní páry vs spalinách.

ι3) spalná tepla uhlíku, vodíku a eiry, ' 4) obsah vody ve spáleném uhlí v původním etevu,

5) množetví spáleného uhli e stabilizačního paliva, ' \

6) množetví spalovacího vzduchu.

Z množství teple, vyplývajícího z této tepelné bilance, ee odečte

1) množetví teple dodané do kotle stabilizačním palivem,

2) množství tepla spotřebované na odpařeni vody obsažené v uhlí v původním etevu,

3) tepelná ztráta způsobená tepelným obsahem vodní páry odcházející ee spalinami, která vznikla spálením vodíku obsaženého v palivu.

Z takto stanoveného množství tepla dodaného do kotle změřeným množstvím uhli se stanoví ekutečná okamžitá výhřevnost q£ spáleného uhli. Porovnáním této hodnoty e předem stanovenou velikosti výhřevnosti Q^p , vyhodnocenou z radiometricky zmářenáho obsahu popela A^r v uhli v původním etevu nebo uhlíku C^r a vodíku H^r v uhli v původním etevu, sa průběžná upřesňuji velikosti konstant používaných regresních závislostí.

V důsledku toho se bezprostředně upraví potřebná množství uhli přiváděné do kotle a tak ee trvale stabilizuje výkon kotle na požadovaná úrovni. Výhodou tohoto bózproetředního regulačního zásahu ja podstatná sníženi spotřeby stabilizačního paliva, která ee použije prakticky jen při extrémním pokleau výhřevnosti spalovaného uhli.

Správnost průběžně prováděných výpočtů a stanoveni výhřevnosti spáleného spáleného uhli ee potom znovu kontroluje zpravidla v delělm časovém intervalu, ve kterém už je možno zanedbat vliv tepelná setrvačnosti kotle, a to z celkové tepelná bilance kotle za hodnocený časový interval, rovný například jedná hodině. Z provedená bilance ee stanoví průměrná výhřevnost uhli spáleného v tomto časovém intervalu.

Předem stanovaná velikost tepelných ztrát Z?, která mají vliv na celková množství uhli potřebná pro doeaženi požadovaného tepelného výkonu, je určena vztahem av ch + Z,

ZP

Absolutní velikost ztráty tepla aálánim kotle je pro daný Oaji velikost vyjádřená v procentech z celkového množství je určena vztahem sv ev < . wo ®v kotel prakticky konstantní, tepla dodaného palivem do kotle (X) .

kde Z^_v je velikoet těchto ztrát sáláním při jmenovitém výkonu q” a Z_#v je velikost ztrát sáláním při výkonu Qy.

Absolutní velikoet ztrát tepla chemickou nedokonalosti spalováni ²ch J^e určena množstvím tepla, která by se uvolnilo spálením množetví kysličníku uhelnatého zjiětěného vo spalinách na kysličník uhličitý. Tato složka ztrát ao udržuje pro daný kotel ne přibližně konstantní velikosti.

Velikoet ztrát Ζ_χρ, t.j. ztrát závislých ne výhřevnosti spalovaného uhli a přebytku e( spalovacího vzduchu a na vlastním opalovacím režimu kotle, může být vyjádřena vztahem ^Zzp “ ^ai · oC b, + b_ ,et ^a2 + —*--— ^C1 + c₂ .eí <«[p)² (XII) němž konstanty a^, a₂, b^, b₂> c^, c₂ Jeou v podstatě určeny

1) regresními závislostmi (1), (II) charakterizujícími výhřevnost spalovaného uhli.

2) konstantami charakterizujícími daný kotel,

3) konstantami, které charakterizují druh spalovaného uhli,

4) rozdílem entalpii spalin a spalovacího vzduchu.

Výhodou způsobu podle vynálezu je, že předem stanovená velikost ztrát, která s© projeví při určeni potřebného množství uhli o výhřevnosti Q^_p , je vyjádřena jako funkce této veličiny a jako taková je průběžně kontrolována a upřesňována.

Skutečné ztráty jsou e výhodou minimalizovány regulaci množství spalovacího vzduchu dodávaného do kotle v závislosti na měnící se výhřevnosti spalovaného uhli a požadovaném tepelném výkonu, a to na úroveň odpovídající optimálnímu přebytku oc. spalovacího vzduchu.

Způsob automatického řízeni výkonu kotle spalujícího uhli se s výhodou uskutečni tak, že všechna potřebná vyhodnoceni provádí samočinný počítač, jehož výstupy“ jsou upraveny pro bezprostřední řízení všech regulačních zásahů a kontrolováni jejich provedeni, a Jehož vstupy jeou upraveny pro příjem Informaci z jednotlivých měřicích čidel. Použitím počítače je zaručeno včasné provedení tepelné bilance spalin a celková tepelné bilance kotle, Jejich vyhodnoceni a samočinné operativní provedeni korekci konstant regresních vztahů. Navíc použití samočinného počítače pro automatické řízeni výkonu kotle podle vynálezu umožňuje současné řízení všech kotlů kotelny, například elektrárny, automatickou signalizaci provozních a poruchových stavů se zvolenou prioritou, průběžnou signalizaci a registraci měřených a vypočtených veličin, jejich integraci podle času a vytištění přehledů v požadované skladbě za zvolené časové období.

Přiklad použití způsobu podle vynálezu pro automatické řízeni výkonu granulaSniho kotle js znázorněn na přiloženém výkrese, který představuje zjednodušené technologické schéma zařizeni. Granulačnl kotel 1, Je opatřen palivovým hořákem 15. jemuž je předřazen uhelný mlýn 2. K němu Je napojena palivová sušárna 4, do niž ústi vážící dopravník 6, spojený β měřicím dopravníkem ,5. Zásobník uhli 3. s regulačním hraditkem 9 je uložen nad měřicím dopravníkem 5, poháněným elektromotorem 14, Nad měřicím dopravníkem 5 je umístěn analyzátor B složení uhli pro bezdotekové stanoveni složeni uhli. K vážícímu dopravníku 6 je připojeno čidlo 7, která snímá a vyhodnocuje hmotnost dopravovaného uhlí. K palivovému hořáku 15 Je připojeno potrubím regulovatelné dmychadlo 11 spalovacího vzduchu, opatřené čidlem 12 pro měření množství a teploty spalovacího vzduchu. Do výstupu dmychadla 11 spalovacího vzduchu je zařazen regulátor 10 množství spalovacího vzduchu. Na výstupu spalin z kotle je umístěn analyzátor 13 spalin. Do potrubí, přivádějícího do kotle napájecí vodu, js zařazeno čidlo 19 pro měřeni množství a čidlo 20 pro měření teploty napájecí vody. Na výstupu páry z kotle je umístěno čidlo 16 pro měřeni tlaku páry, Sídlo 17 pro měřeni množství vyrobené páry a čidlo 18 pro měřeni teploty páry. Výstupy všech Sídel a analyzátoru jaou připojeny ke vstupu řídicího poSitaSe 21, s jehož výstupy jsou spojeny věechny regulační prvky zařízeni.

Funkce tohoto zařízeni je následující:

Radiometrický analyzátor £ aloženl uhlí trvale zjiěfuje obeah vody a popela, popřípadě obsah vody, uhlíku a vodíku v uhlí, dopravovaném měřicím dopravníkem £ do palivová auěárny 4. Podle údaje analyzátoru 8 vypočte řidiči počítač 21 užitím příslušného regresního vztahu množatvl uhlí potřebná pro dosaženi požadovaného výkonu kotle a naatavi toto množství jednak pomoci regulačního hradítka 9 na zásobníku 3 uhlí, jednak pomoci rychlosti měřicího dopravníku £, Jehož poháněči motor 14 má plynule regulovatelná otáčky. Dopravovaná uhlí ja trvale váženo na vážícím dopravníku 6 pomoci čidla 7 hmotnosti dopravovaného uhlí. Po zváženi aa uhlí vyauSl v palivová euSárně 4, ze které vstupuje de uhelného mlýna

2. Uhlí umletá na požadovanou zrnitost vstupuje spolu s předehřátým spalovacím vzduchem do palivového hořáku 15. Množství spalovacího vzduchu, dodávaného dmychadlem 11 spalovacího vzduchu, je regulováno jednak otáčkami dmychadla, jednak regulační klapkou 10, řízenou počítačem 21. Množství a teplota spalovacího vzduchu jo měřena čidlem 12. Rozbor spalin je prováděn spojitě analyzátorem 13, napojeným na vatup počitače 21. Tímto analyzátorem ee určuje tlak a teplota spalin a obeah kysličníku uhelnatého, kysličníku uhličitého, kysličníku siřičitého, kyslíku a vodní péry obsažené ve spalinách.

Z údajů o parametrech spalin, spojitě přiváděných do počítače, vyhodnotí počítač užitím spalných tepel uhlíku, vodíku a elry a dalělch potřebných údajů množetvi tepla dodaného do kotle spáleným uhlím. Z tohoto údaje.a z množství spáleného uhlí vypočte počítač ekutečnou okamžitou výhřevnost spáleného uhlí, pomoci které provede při systematické odchylce korekci konstant používané regresní závislosti. Tím se okamžitě a trvale upravuje množství přiváděného uhlí podle jeho ekutečné výhřevnosti e v závislosti ne nl 1 množetvi spalovacího vzduchu.

Po uplynuti přiměřeného časového Intervalu, například po jedné hodině, provádí počítač celkovou tepelnou bilanci kotle. K tomu využívá údajů čidel pro měřeni teploty a množství napájecí vody e čidel pro měřeni teploty, tlaku a množetvi vyrobené péry.

Z těchto údajů. Integrovaných ze daný časový interval, počítač vypočte množství vyrobeného tepla. Z registrovaných údajů o množství dodaného tepla, zlákaných z bilance epalln, vypočte počítač průměrné ztráty, z nichž upřesni velikost ztrát závislých ne výhřevnosti paliva. Skutečnou průměrnou výhřevnost spáleného uhlí potom porovná e průměrnou hodnotou vypočtenou z předem etanovených okamžitých hodnot výhřevnosti uhlí přiváděného do kotle a v případě systematické odchylky provede za předpokladu aprévnosti věech měřicích a regulačních funkol korekci konstant používaných regresních závislosti.

Způeob automatického řízeni výkonu kotle podle vynálezu může být použit pro regulaci výkonu uhelných kotlů elektráren, výtopen a tepláren. Zvláět výhodné je jeho využiti v těch případech, kdy dodávané uhlí má značně proměnlivou výhřevnost.

Claims (1)

1. předmět vynalezu

   Způsob automatického řízeni výkonu kotle apelujícího uhlí, využívající regresní závislosti výhřevností uhlí na obsahu popola v uhlí v původním etavu a/nebo na obeahu uhlíku a vodíku v uhlí v původním stavu, vyznačující so tin, že v přívodu uhlí do kotle ee trvale měři obeeh popela a/nebo obeah uhlíku a vodíku například radiometrickou metodou, z něhož se užitím regresních závislosti průběžně stanovuje hodnota výhřevností uhlí přiváděného do kotle a na ni závielá hodnota tepelných ztrát kotle při optimálním přebytku spalovacího vzduchu, který je souběžně stanovován a s příslušným zpožděním automaticky nastavován v přívodu spalovacího vzduchu do kotle, a z takto stanovených hodnot výhřevnosti uhlí a tepelných ztrát se průběžně určuje množství uhlí potřebná pro dosaženi požadovaného výkonu kotle, která ee v přívodu uhlí do kotle automaticky nastavuje, přičemž hodnota výhřevnosti uhlí stanovená pomocí regresních závislosti se po jeho spáleni porovná β hodnotami výhřevnosti uhlí stanovenými z bilance epalin a/nebo z celkové tepelná bilance kotle, a v případě systematické odchylky ae upraví konstanty používané regresní závislosti výhřevnosti uhlí ne obsahu popela «/nebo uhlíku a vodíku v uhlí v původním stavu.