PL191043B1 - Układ zasilania dodatkowym powietrzem paleniska kotła przemysłowego - Google Patents

Abstract

1. Układ zasilania dodatkowym powietrzem paleniska kotła przemysłowego przez szereg dysz umieszczonych w ścianie paleniska ponad strefą palników, które to dysze są uchylne wokół poziomej osi, który ponadto ma powietrzne kanały z klapami regulacji ilości przepływającego powietrza, znamienny tym, że dyszę (1) ma podzieloną ścianą (2) i przegrodą (6) na górną część (4) i dolną część (5), przy czym do górnej części (4) i dolnej części (5) ma przyłączone odrębne powietrzne kanały (7, 8), w których są umieszczone regulacyjne klapy (9), a każda z części (4, 5) dyszy (1) zawiera co najmniej jedną kierownicę (10) usytuowaną prostopadle i zarazem skośnie do osi (11) dyszy (1), przy czym kąt skośnego ustawienia kierownic (10) względem osi (11) w górnej części (4) jest przeciwny skośnemu ustawieniu kierownic (10) w dolnej części (5) dyszy (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie optymalizacji spalania mieszanki paliwowo powietrznej w palenisku energetycznego kotła.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 156 836 sposób optymalizacji procesów spalania w palenisku energetycznego kotła polega na regulacji ilości wtórnego powietrza dostarczanego do palników na podstawie poziomu zawartości tlenu w spalinach. Według znanego sposobu określa się zawartość tlenu w spalinach przez jej pomiar w jednej części komory spalania i jednocześnie mierzy się asymetrią wskazań zawartości tlenu w spalinach między co najmniej dwoma punktami komory spalania. Na podstawie stwierdzonej asymetrii tych wskazań dostarcza się dodatkowe powietrze z dwóch źródeł o asymetrycznych wydatkach, których asymetria jest odwrotna do asymetrii ilości tlenu w spalinach. Ilość tlenu w spalinach w poszczególnych obszarach paleniska może być inna, co świadczy o nierównym rozprzestrzenianiu się wtórnego powietrza w palenisku. W razie stwierdzenia takiej nierówności przez zmierzenie asymetrii występowanie w tych obszarach niejednakowej ilości tlenu zmienia się wydatki źródeł wtórnego powietrza. Dzięki temu doprowadza się do wyrównania spalania w całej przestrzeni paleniska.

Znane z polskiego opisu patentowego nr 156 836 urządzenie do optymalizacji procesu spalania w energetycznym kotle zawiera co najmniej dwa czujniki w palenisku, rozmieszczone symetrycznie, które mierzą zawartość tlenu w spalinach. Wspomniane czujniki są połączone z regulatorem wtórnego powietrza za pośrednictwem przełącznika wyboru wskazań jednego czujnika pomiaru zawartości tlenu. Ponadto wspomniane czujniki są połączone z wejściami regulatora symetrii spalania, którego wyjście jest połączone z lewym i prawym wentylatorem wtórnego powietrza. Regulator symetrii spalania przekazuje do wspomnianych wentylatorów sygnały odpowiednio zwiększenia i zmniejszenia wydatku powietrza przy wystąpieniu asymetrii zawartości tlenu w spalinach lub równych wydatków, gdy w palenisku jest równoważny rozkład zawartości tlenu w spalinach.

Sposób optymalizacji spalania mieszanki paliwowo powietrznej w palenisku energetycznego kotła według wynalazku charakteryzuje się tym, że w palenisku w co najmniej dwóch oddalonych od siebie, rozmieszczonych symetrycznie, punktach mierzy się zawartość tlenku węgla w spalinach i porównuje zmierzone wartości wyznaczając ich różnicę. Gdy bezwzględna wartość tej różnicy jest większa od zadanej progowej wartości zwiększa się ilość wtórnego powietrza dostarczanego do palników po stronie paleniska o większej zawartości tlenu węgla w spalinach, a jednocześnie zmniejsza się ilość wtórnego powietrza dostarczanego do palników po stronie paleniska o mniejszej zawartości tlenku węgla. Zmiany ilości wtórnego powietrza dokonuje się skokowo według schodkowej funkcji (pLi-pPi) = f (ACO), gdzie p_L, i pp, jest wyrażoną w procentach wielkością otwarcia klap wtórnego powietrza w poszczególnych palnikach. Korzystnie schodkowa funkcja (pL-ppi) = f (ACO) ma wysokość stopni równą (p_max - po) : s, gdzie s jest liczbą przyjętych stopni w zakresie od całkowitego zamknięcia po do całkowitego otwarcia p_max palnikowej powietrznej klapy wtórnego powietrza.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera dwa czujniki tlenku węgla zabudowane w palenisku przed obrotowymi podgrzewaczami powietrza, po przeciwnych stronach paleniska. Wyjście czujników tlenu są połączone z wejściami bloku symetryzacji, z którego wejściem jest połączony także zadajnik wartości progowej tlenku węgla. Wyjście bloku symetryzacji jest połączone z wejściem głównego regulatora. Wyjście głównego regulatora jest połączone z wejściami sumatorów, których wyjścia są połączone przez regulatory z wejściami urządzeń wykonawczych klap wtórnego powietrza dysz. Z drugim wejściem wspomnianych sumatorów są połączone sumatory węgla, których wejścia są połączone z wyjściami sygnalizatorów sygnału otwarcia klap wtórnego powietrza i sygnalizatorem dyskretyzowanego sygnału z sygnalizatora ilości węgla w podajniku węgla. Wspomniany sumator węgla ma więc jedno wejście połączone z wyjściem sygnalizatora otwarcia klapy wtórnego powietrza i drugie wejście z sygnalizatorem dyskretyzowanego sygnału sygnalizatora ilości węgla w podajniku węgla.

Przedmiot wynalazku w przykładzie stosowania i wykonania przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 jest wykresem schodkowej funkcji zmiany różnicy otwarcia klap w zależności od różnicy wartości tlenku węgla, a fig. 2 jest schematem blokowym urządzenia.

Rozróżniono w palenisku część lewą i część prawą stosując przy oznaczeniach odpowiednio znak L lub P. Palniki są rozmieszczone w palenisku po lewej stronie i_L= 1_L, 2_L ... n_L oraz po prawej stronie ip = 1p, 2p ... np. Energetyczny kocioł ma kilka węglowych młynów I, II, ... N, przy czym poszczególne węglowe młyny dostarczają mieszankę paliwowo powietrzną do pewnej liczby lewych

PL 191 043 B1 palników jednocześnie do pewnej liczby prawych ip palników. Tak więc, lewa strona paleniska i prawa strona paleniska ma palniki zasilane z każdego węglowego młyna. Do każdego węglowego młyna węgiel jest dostarczany za pomocą węglowego przenośnika, przy czym ilość węgla dostarczanego przez określony przenośnik można mierzyć przez mierzenie na przykład prądu pobieranego przez elektryczny silnik tego przenośnika. Zmierzona wartość jest sygnałem jw₁ ilości węgla dostarczanego przez dany przenośnik, a więc zarazem ilości węgla dostarczanego w mieszance paliwowo powietrznej przez węglowy młyn zaopatrywany w węgiel przez dany przenośnik. Odpowiednio do ilości węgla dostarczanego w mieszance paliwowo powietrznej do i - tego palnika, do tego palnika jest dostarczane wtórne powietrze, przy czym ilość wtórnego powietrza jest regulowana klapą wtórnego powietrza w paliwowej dyszy palnika. Między ilością wtórnego powietrza ip, a ilością iwi węgla dostarczanego do danego palnika zachodzi zależność ipi = k iwi, gdzie iwi jest ilością węgla, a k stałym współczynnikiem.

W idealnym przypadku lewy palnik i prawy palnik zasilane przez jeden i ten sam węglowy młyn są zasilane jednakową ilością węgla, wobec czego klapa wtórnego powietrza w lewym palnika jest uchylona w tym samym stopniu, co klapa wtórnego powietrza w prawym palniku zgodnie z zależno^{ścią ip}L = ^ipp = ^{k i}w.

Różne czynniki powodują, że ilość powstającego tlenku węgla po stronie lewej paleniska może być inna od ilości tlenku węgla powstającego po prawej stronie paleniska, tymczasem poprawne działanie kotła powinno się odbywać przy jednakowej ilości powstającego tlenku węgla w lewej i prawej części paleniska. Wyrównaniu takiej asymetrii w ilości tlenku węgla służy sposób według wynalazku.

Realizacja sposobu polega na mierzeniu ilości tlenku węgla po lewej i prawej stronie paleniska w dwóch symetrycznie położonych punktach. Zmierzone wartości porównuje się wyznaczając ich różnicę i bezwzględną wartość tej różnicy porównuje się z zadaną progową wartością ACO_PR. Gdy bezwzględna wartość różnicy jest większa od zadanej progowej wartości wówczas zwiększa się ilość wtórnego powietrza dostarczanego do palników po tej stronie paleniska, po której ilość tlenku węgla jest większa, a zmniejsza się ilość wtórnego powietrza dostarczanego do palników po stronie paleniska o mniejszej zawartości tlenku węgla w spalinach. Stan zróżnicowania ilości wtórnego powietrza dostarczanego do palników lewej i prawej strony utrzymuje się do czasu, aż różnica ilości tlenku węgla zmniejszy się do wartości poniżej zadanej wartości progowej. Różnicę ilości wtórnego powietrza dostarczanego do palników lewej i prawej strony paleniska uzyskuje się przez różnicę w odchyleniach klap wtórnego powietrza w palnikach, przy czym, według wynalazku, różnicowanie uchylenia klap odbywa się skokowo według schodkowej funkcji pu-p_Pi = f (ACO), gdzie p_u i i ppi jest wyrażoną w procentach wielkością otwarcia klap wtórnego powietrza w palnikach odpowiednio lewej i prawej strony paleniska. Wykres schodkowej funkcji pu-ppi = f (ACO) przedstawiono na wykresie fig. 1, gdzie na osi odciętych oznaczono różnicę ACO _(%) ilości tlenku węgla po lewej i prawej stronie paleniska, a na osi rzędnych różnicę pu-ppi otwarcia klap. Po osiągnięciu wartości ACO_PR zadanej progowej różnicy wartości tlenku węgla następuje zróżnicowanie otwarcia p_u i i p_Pi klap, przy czym gdy ACOp_R < ACO < ACOi różnica otwarcia klap wynosi stałą wartość Api, gdy ACOi < ACO < ACO_H różnica otwarcia klap jest większa i wynosi stałą wartość Ap_H i tak dalej. Gdy różnica ACO jest większa od wartości ACOm różnica otwarcia klap Apiv = 100%, czyli jedna klapa jest całkowicie otwarta, druga całkowicie zamknięta. Liczbę s stopni schodkowej funkcji pLi-ppi = f (ACO) przyjmuje się korzystnie s = 3 + 5, w liczbach całkowitych, czyli (p_max - po) : s, gdzie p_max całkowite otwarcie klapy, po całkowite zamknięcie klapy. Przyjmując po = 0 stopień zróżnicowania otwarcia klap p_max: s.

Urządzenie ma lewy czujnik Cl tlenku węgla i prawy czujnik Cp umieszczone przed obrotowymi podgrzewaczami powietrza odpowiednio z lewej i prawej strony paleniska. Wyjścia czujników Cl i Cp są połączone z wejściami bloku symetryzacji BS. Do wejścia bloku symetryzacji BS jest ponadto przyłączone wyjście zadajnika PR wartości progowej ACOpr ustalanej doświadczalnie dla danego energetycznego kotła. Wyjście bloku symetryzacji BS jest połączone z wejściem głównego regulatora RG. Wyjście głównego regulatora RG jest połączone z wejściami lewych S_u i prawych Spi sumatorów. Energetyczny blok ma kilka węglowych młynów dostarczających mieszankę paliwowo powietrzną do dysz palników w palenisku.

Na figurze 2 pokazano węglowy młyn I i węglowy młyn N. Węglowy młyn I dostarcza mieszankę paliwowo powietrzną, według fig. 2, do palnika w lewej części paleniska, który to palnik ma klapę K_u wtórnego powietrza oraz do palnika w prawej części paleniska, który to palnik ma klapę Kpi wtórnego powietrza. Węglowy młyn N dostarcza mieszankę paliwowo powietrzną, według fig. 2, do palnika w lewej części paleniska, który to palnik ma klapę Kln wtórnego powietrza oraz do palnika w prawej części paleniska z klapą Kpn wtórnego powietrza. W szczególnych rozwiązaniach energetyczny kocioł

PL 191 043 B1 ma więcej niż dwa węglowe młyny, a poszczególne młyny dostarczają mieszankę paliwowo powietrzną do więcej niż dwóch palników, z których jednakże część jest usytuowana w lewej części paleniska, a część w prawej części. Przy poszczególnych klapach K_u, Kpi, K_Ln, K_pn są umieszczone sygnalizatory P_Li, Ppi, Pln, Ppn otwarcia klap. Wyjścia sygnalizatora P_Li, Ppi, Pln, Ppn są odpowiednio połączone z wejściami sumatorów SW_U, SWpi, SWln, SWpn, przy czym z drugimi wejściami sygnalizatora SWLi, SWpi, SWln, SWpn jest połączone wyjście sygnalizatora Di dyskretyzowanego sygnału jwi ilości węgla dostarczanego przez węglowy przenośnik do węglowego młyna. Sygnał jwi pochodzi do sygnalizatora Jwi zainstalowanego przy węglowym przenośniku, a ustalanie ilości węgla transportowanego do węglowego młyna przez węglowy przenośnik może odbywać się przez pomiar prądu pobieranego przez elektryczny silnika napędzający węglowy przenośnik, albo przez pomiar mocy tego silnika.

Wyjście węglowego sygnalizatora, na przykład SWLi jest połączone z wejściem sumatora SLi. Zarazem z drugim wejściem sumatora SLi jest połączone wyjście głównego regulatora RG. Wyjście sumatora SLi przez regulator RW_U jest połączone z urządzeniem wykonawczym UW_U. Identyczne połączenia są dla palnika związanego z węglowym młynem I, a usytuowane w prawej części paleniska. Opis odnoszący się do fragmentu urządzenia związanego z węglowym młynem I odpowiada również fragmentowi związanemu z węglowym młynem N i każdym następnym młynem, w który jest zaopatrzony energetyczny kocioł.

Działanie urządzenia będzie opisane na przykładzie węglowego młyna I. Sygnalizator Jwi przekazuje do sygnalizatora Di ciągły sygnał iwi o stanie napełnienia węglowego przenośnika dostarczającego paliwo do młyna I. Sygnał iwi w sygnalizatorze Di jest dyskretyzowany według przyjętej schodkowej funkcji i po takim przetworzeniu jest podawany do lewego sumatora węgla SW_U i prawego sumatora węgla SWpi. Jednocześnie do sumatorów węgla SWLi i SWpi przekazywane są odpowiednio sygnały otwarcia pLi lewej klapy Kl i ppi prawej klapy K_u. Sygnał z sumatora węgla SWLi jest przekazywany przez lewy sumator S_u i regulator RW_U do lewego urządzenia nastawczego UW_U, który ustawia otwarcie lewej klapy K_u w lewej dyszy palnika odpowiednio do ilości dostarczanego węgla według równania ipi = k · i_Wj, gdzie ipi jest sygnałem ilości wtórnego powietrza, iwi - sygnałem ilości węgla, k - stałym współczynnikiem.

Taki sam proces przebiega po linii prawego palnika, a ponieważ sumatory węgla SWpi i SWpi otrzymują sygnał iwi tej samej wartości, lewa klapa K_u i prawa klapa Kpi zostają uchylone w tym samym stopniu. W tym czasie czujniki Cl i CP mierzą wartość tlenku węgla z lewej i prawej części paleniska i przekazują sygnały do bloku symetryzacji BS gdzie jest wyznaczana różnica (iCOL- iCOp) i porównywana z wartością sygnału przekazywanego do bloku symetryzacji BS przez nadajnik PR wartości progowej ACO_pr. Dopóki (ico_L- ico_p) = 0 lub (ico_L- ico_p) < ACO_pr klapy Kl i Kpi są jednakowo uchylone o wielkość ustaloną sygnałem z sumatorów węgla SWpi i SWpi.

Gdy na przykład z powodu niejednakowych ilości paliwa podawanego do palników w lewej części paleniska i palników w prawej części paleniska w obszarach tych wystąpi różnica powstającego tlenku węgla, a przy tym (ico_L- ico_p) > ACOpr, wówczas blok symetryzacji BS przekazuje sygnał do głównego regulatora RG, który następnie przekazuje sygnały do sumatorów SLi i Spi zwiększenia otwarcia klapy po tej stronie paleniska, gdzie występuje większa wartość tlenku węgla i zmniejszenia otwarcia klapy po tej stronie, gdzie występuje mniejsza wartość tlenku węgla. Tym samym pojawia się różnica między otwarciem lewej i prawej klapy, przy czym skrajnie jedna z klap jest całkowicie zamknięta, a druga całkowicie otwarta, co można oznaczyć jako 100% różnicy otwarcia. Różnica otwarcia klap jest stopniowana według schodkowej funkcji, co pokazano na wykresie fig. 1, zgodnie ze sposobem według wynalazku.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ zasilania dodatkowym powietrzem paleniska kotła przemysłowego przez szereg dysz umieszczonych w ścianie paleniska ponad strefą palników, które to dysze są uchylne wokół poziomej osi, który ponadto ma powietrzne kanały z klapami regulacji ilości przepływającego powietrza, znamienny tym, że dyszę (1) ma podzieloną ścianą (2) i przegrodą (6) na górną część (4) i dolną część (5), przy czym do górnej części (4) i dolnej części (5) ma przyłączone odrębne powietrzne kanały (7, 8), w których są umieszczone regulacyjne klapy (9), a każda z części (4, 5) dyszy (1) zawiera co najmniej jedną kierownicę (10) usytuowaną prostopadle i zarazem skośnie do osi (11) dyszy (1), przy czym kąt

   PL 191 043 B1 skośnego ustawienia kierownic (10) względem osi (11) w górnej części (4) jest przeciwny skośnemu ustawieniu kierownic (10) w dolnej części (5) dyszy (1).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że ma oś (11) usytuowaną w połowie wysokości dyszy (1), a po bokach w osi (11) ma czopy (3) osadzone w łożyskach.
3. 3. Układ weeług zzstrz. 1, zznmieenn tym, iż ggrna cczęć (4) i dolna cczęć (5) są ppddielone półkami (12) równoległymi do osi (11) i prostopadłymi do kierownic (10).
4. 4. we^c^^^u czasm. Z, zznmieenn tym, iż (płki ((2) są (zdmieszzczna w iń^r^r^^c^ti omeetościach od siebie.
5. 5. Ukłaaweeługczsttz. ty zznmieenn tym, Zż ^ma cpdłzwy ((1) Cossz ((1 utwe-zzna z wwózna pobocznicy walca równoległej do osi (11) dyszy (1), która to pobocznica jest zakreślona promieniem (14) ze środka leżącego na osi (11) dyszy (1).
6. 6. weeług zaasm. ty zzamieeny tym, żż ppdeeCrzna kanały ((, 8) ι™^ wwsplnn oOugowę (15) podzieloną wewnętrznie przegrodą (6).
7. 7. Uk^a we^e^łL^u zzstrz. 6, zr^ć^r^i^r^r^^ ttim, Zż kraa/węd ((1) przzerzOo (() sięęg ool ((11 ddszy (1), a kierownice (10) od strony osi (11) mają skośne krawędzie (17) nachylone wzajemnie przeciwnie pod kątem do osi (11).
8. 8. we^e^łr^c^ zzstrz. ty zzymieeny tym, Zż ppwier·zzhrιia włoki ((1) Cossz ((1 j ed więk^z od powierzchni wylotu (19).
9. 9. wi^d^g zzstrz. Z, zttim. zżw zgmaC iczęcc (() i w ColnaCcczkci (() Cossz ( (1 ma krótką kierownicę (2) usytuowaną od strony wylotu (19), ustawioną skośnie do bocznej ściany (21) i dolegającą do bocznej ściany (21) boczną krawędzią (22).