RU2647940C1 - Method of fuel with variable composition combustion process automatic optimization - Google Patents

Method of fuel with variable composition combustion process automatic optimization Download PDF

Info

Publication number
RU2647940C1
RU2647940C1 RU2017116036A RU2017116036A RU2647940C1 RU 2647940 C1 RU2647940 C1 RU 2647940C1 RU 2017116036 A RU2017116036 A RU 2017116036A RU 2017116036 A RU2017116036 A RU 2017116036A RU 2647940 C1 RU2647940 C1 RU 2647940C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
combustion
heat exchanger
heat
burning
Prior art date
Application number
RU2017116036A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Михайлович Ларионов
Юрий Витальевич Ваньков
Эмиль Ринатович Сайфуллин
Сергей Александрович Назарычев
Алексей Олегович Малахов
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ)
Priority to RU2017116036A priority Critical patent/RU2647940C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2647940C1 publication Critical patent/RU2647940C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C1/00Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
    • F23C1/02Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air lump and liquid fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C1/00Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
    • F23C1/08Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air liquid and gaseous fuel

Landscapes

  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Abstract

FIELD: fuel combustion devices.
SUBSTANCE: invention relates to methods and devices for burning of variable composition fuel. Invention is primarily intended for combusting of fuel (hydrocarbon mixtures) of an undefined composition, such as associated gas, oil and gas processing waste, and can be used to optimize the process of burning or burning off of fuels with an undefined composition in thermal or electric energy generation plants. Method of the combustion process automatic optimization that is based on continuous fuel consumption and coolant temperature measurement at the fuel-burning device heat exchanger outlet, at which the one-time reduction in fuel consumption is performed, which makes it possible to specify the trend of change in the fuel combustion specific heat, unknown as a result of arbitrary changes in the composition of the used fuel, synchronizing the heat exchanger outlet temperature change rate with the rate of fuel consumption change, further performing simultaneous and / or non-simultaneous interrelated discrete changes in fuel consumption and air supply to the fuel-burning device in accordance with one of the optimizing actions algorithms implemented by the computer by a given program, with provision of the possibility to simplify the way to optimize the fuel combustion process and increasing the accuracy of optimal parameters achieving. At that, the minimum possible fuel consumption is used as the optimization indicator, which combustion ensures the set temperature of the heat carrier at the heat exchanger outlet.
EFFECT: invention allows to optimize the fuel with variable composition combustion process, and also allows to reduce the optimization process labor intensity and increase the efficiency in time, while simplifying the control system design, with a general reduction in the number of performed operations.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам и устройствам для сжигания топлива переменного состава. Предназначено преимущественно для сжигания топлива (смесей углеводородов) неопределенного состава, таких как попутный газ, отходы нефте-газопереработки. Может найти применение для оптимизации процесса сжигания или дожигания топлив неопределенного состава на предприятиях для выработки тепловой или электрической энергии.The invention relates to methods and devices for burning fuel of variable composition. It is intended primarily for the combustion of fuel (mixtures of hydrocarbons) of an indefinite composition, such as associated gas, oil and gas processing waste. It can be used to optimize the process of burning or afterburning fuels of an unspecified composition in enterprises for the production of thermal or electric energy.

Из исследованного уровня техники известно, что при добыче нефти одновременно извлекают растворенный (в нефти) попутный нефтяной газ (далее по тексту - ПНГ), который является смесью легкого углеводородного газа (метан -CH4) с тяжелыми углеводородными составляющими и этим существенно отличается от природного газа, где основным составляющим является метан. Еще более тяжелые, чем в ПНГ, углеводородные газы содержатся в составе газообразных продуктов, сопровождающих производственные процессы, например при нефтепереработке. Состав сопровождающих производственные процессы попутных газов претерпевает существенные неуправляемые изменения во времени в зависимости от стадии процесса производства.From the studied prior art it is known that simultaneously extracted (in oil) associated petroleum gas (hereinafter referred to as APG), which is a mixture of light hydrocarbon gas (methane-CH 4 ) with heavy hydrocarbon constituents, is substantially extracted from oil and this substantially differs from natural gas, where the main component is methane. Even heavier than in the APG, hydrocarbon gases are contained in the composition of gaseous products accompanying production processes, for example, in oil refining. The composition of associated gas accompanying production processes undergoes significant uncontrollable changes in time depending on the stage of the production process.

При этом существенно изменяются теплотехнические характеристики сжигаемого топлива, например его теплотворная способность:In this case, the thermotechnical characteristics of the combusted fuel significantly change, for example, its calorific value:

- температура продуктов сгорания;- temperature of combustion products;

- потребность в необходимом количестве окислителя для сжигания.- the need for the required amount of oxidizing agent for combustion.

Так же произвольно, неуправляемо изменяются тепловыделение от сгорания топлива и коэффициент полезного действия (далее по тексту - КПД) топливосжигающего устройства. Как известно из уровня техники, например на территории России, более 80% объема получаемого попутного газа приходится на пять компаний, добывающих нефть и газ: ОАО "НК Роснефть", ОАО "Газпром нефть", ОАО "Нефтяная компания ЛУКОЙЛ", ОАО "ТНК-BP Холдинг", ОАО "Сургутнефтегаз".The heat emission from the combustion of fuel and the efficiency (hereinafter referred to as the efficiency) of the fuel-burning device are also arbitrarily, uncontrollably changed. As is known from the prior art, for example, in Russia, more than 80% of the volume of associated gas is produced by five oil and gas producing companies: OJSC NK Rosneft, OJSC Gazprom Neft, OJSC Oil company LUKOIL, OJSC TNK -BP Holding ", OJSC" Surgutneftegas ".

Согласно официальным данным, страна ежегодно добывает более 50 млрд кубометров ПНГ, из них:According to official figures, the country annually produces more than 50 billion cubic meters of associated gas, of which:

- 26% идет на переработку;- 26% goes for processing;

- 47% используется в промышленных целях;- 47% is used for industrial purposes;

- 27% сжигают в факелах.- 27% are flared.

Таким образом, проблема сжигания ПНГ и отходов нефтехимического производства является актуальной не только в РФ, но и за рубежом.Thus, the problem of burning APG and petrochemical production wastes is relevant not only in the Russian Federation, but also abroad.

При этом из исследованного уровня техники заявителем не выявлены технические решения, обеспечивающие решение проблемы по сжиганию данных углеродсодержащих продуктов.Moreover, the applicant has not identified technical solutions from the investigated prior art that provide a solution to the problem of burning these carbon-containing products.

Известен способ автоматической оптимизации процесса горения в топке парового котла по патенту РФ №2425290, сущностью является способ автоматической оптимизации процесса горения в топке барабанного парового котла, имеющего топочные экраны, путем измерения параметров, характеризующих КПД котла и соотношение топливо-воздух соответственно, определения отклонений измеренных сигналов от своих заданных значений, последующего изменения с помощью корректирующего регулятора расхода воздуха по сумме этих отклонений и осуществления экстремального регулирования, отличающийся тем, что в качестве параметров, характеризующих КПД котла, используют текущий тепловой поток, поступающий из топки в циркуляционный контур барабанного котла; текущий тепловой поток, вносимый в топку котла с топливом; корреляционное измерение временного сдвига указанных тепловых потоков; синхронизированное отношение указанных тепловых потоков и определяют корреляцию указанного отношения с расходом воздуха, по которой осуществляют экстремальное регулирование с целью устранения оксида углерода и поддержания оптимальной концентрации кислорода в продуктах сгорания.There is a method of automatically optimizing the combustion process in the furnace of a steam boiler according to the patent of the Russian Federation No. 2425290, the essence is a method of automatically optimizing the combustion process in the furnace of a drum steam boiler having furnace screens by measuring parameters characterizing the boiler efficiency and the fuel-air ratio, respectively, determining the deviations of the measured signals from their setpoints, subsequent changes with the help of a correcting air flow controller for the sum of these deviations and extreme oh regulation, characterized in that as the parameters characterizing the efficiency of the boiler, use the current heat flow coming from the furnace into the circulation circuit of the drum boiler; the current heat flow introduced into the furnace of the boiler with fuel; correlation measurement of the time shift of these heat fluxes; the synchronized ratio of these heat fluxes and determine the correlation of the specified ratio with the air flow, which carry out extreme regulation in order to eliminate carbon monoxide and maintain optimal oxygen concentration in the combustion products.

В известном техническом решении показателем оптимальности процесса горения является тепловой КПД котла, который определяют по измеренным значениям теплового потока, поступающего из топки в циркуляционный контур котла и теплового потока, вносимого топливом в топку.In a known technical solution, an indicator of the optimality of the combustion process is the thermal efficiency of the boiler, which is determined by the measured values of the heat flux coming from the furnace into the boiler circulation circuit and the heat flow introduced by the fuel into the furnace.

Известный способ осуществляют путем измерения характеризующих КПД котла параметров и соотношения топливо-воздух, определения отклонений измеренных сигналов от заданных значений, последующего изменения с помощью корректирующего регулятора расхода воздуха по сумме этих отклонений и осуществления экстремального регулирования. В качестве характеризующих КПД котла параметров используют:The known method is carried out by measuring the parameters characterizing the boiler efficiency and the fuel-air ratio, determining the deviations of the measured signals from the set values, then changing them using the correcting air flow controller based on the sum of these deviations and performing extreme regulation. The following parameters are used to characterize the boiler efficiency:

- поступающий из топки в циркуляционный контур барабанного котла текущий тепловой поток;- the current heat flow coming from the furnace into the circulation circuit of the drum boiler;

- вносимый в топку котла с топливом текущий тепловой поток;- the current heat flow introduced into the furnace of the boiler with fuel;

- корреляционное измерение временного сдвига указанных тепловых потоков;- correlation measurement of the time shift of these heat fluxes;

- синхронизированное отношение указанных тепловых потоков.- synchronized ratio of these heat flows.

Определяют корреляцию указанного отношения с расходом воздуха, по которой осуществляют экстремальное регулирование. Для оптимизации горения: 1 - измеряют расход топлива, 2 - измеряют расход воздуха, 3 - определяют соотношение топливо-воздух, 4 - измеряют текущий тепловой поток, поступающий из топки в циркуляционный контур барабанного котла, 5 - измеряют текущий тепловой поток, вносимый в топку котла с топливом, 6 - выполняют корреляционное измерение временного сдвига указанных тепловых потоков, 7 - синхронизируют отношение указанных тепловых потоков, 8 - определяют отклонения измеренных тепловых потоков от своих заданных значений, 9 - вычисляют текущие значение КПД и его отклонение от среднего значения, 10 - определяют корреляцию текущего расхода воздуха с текущими отклонениями КПД и теплового потока, вносимого топливом в топку котла от соответствующих средних значений, 11 - по результатам действий осуществляют экстремальное регулирование воздуха с выходом котлоагрегата на максимальное значение КПД.The correlation of this relationship with the air flow rate, which carry out extreme regulation, is determined. To optimize combustion: 1 - measure the fuel consumption, 2 - measure the air flow, 3 - determine the fuel-air ratio, 4 - measure the current heat flow coming from the furnace into the circulation circuit of the drum boiler, 5 - measure the current heat flow introduced into the furnace boiler with fuel, 6 - perform a correlation measurement of the time shift of the specified heat fluxes, 7 - synchronize the ratio of the specified heat fluxes, 8 - determine the deviations of the measured heat fluxes from their given values, 9 - calculate the current value Efficiency and its deviation from the average value, 10 - determine the correlation of the current air flow rate with the current deviations of the efficiency and heat flow introduced by the fuel into the boiler furnace from the corresponding average values, 11 - according to the results of the actions, the air is regulated externally with the boiler unit reaching the maximum efficiency value.

Итого, для оптимизации горения по известному аналогу осуществляют 11 операций (действий), на выполнение которых нередко затрачивают время, превышающее продолжительность процессов изменения свойств используемого топлива, например попутных газов производственных процессов, например производства полиэтилена. В этих случаях эксплуатация топливосжигающего устройства происходит в неоптимальных условиях, с негативными последствиями.In total, to optimize combustion according to the well-known analogue, 11 operations (actions) are carried out, the implementation of which often takes time longer than the duration of the processes of changing the properties of the fuel used, for example associated gas production processes, for example, polyethylene production. In these cases, the operation of the fuel burning device occurs in non-optimal conditions, with negative consequences.

Так, при утилизации газообразных отходов производства, например путем сжигания, состав отходов существенно зависит от стадии производственного процесса, и он (состав) изменяется нерегулируемо во времени. Происходящие неконтролируемые изменения состава топлива нарушают оптимальность режима сжигания топлива, ухудшают теплотехнические, экологические, экономические характеристики эксплуатации топливосжигающего устройства.So, when disposing of gaseous production wastes, for example by burning, the composition of the waste substantially depends on the stage of the production process, and it (composition) changes unregulated over time. The uncontrolled changes in the composition of the fuel violate the optimality of the fuel combustion mode, worsen the thermal, environmental, and economic characteristics of the operation of the fuel-burning device.

Таким образом, при использовании аналога не представляется возможным обеспечить стабильную теплопроизводительность топливосжигающего устройства посредством регулирования расхода воздуха без корректировки расхода топлива, что не обеспечивает возможность выполнить оптимизацию процесса сжигания топлива с изменяющимися теплотехническими характеристиками.Thus, when using an analogue, it is not possible to ensure stable heat production of the fuel-burning device by adjusting the air flow without adjusting the fuel consumption, which does not provide the opportunity to optimize the process of burning fuel with varying thermal characteristics.

Другим недостатком известного способа является его большая трудоемкость и инерционность во времени процесса регулирования в силу постоянно меняющегося во времени состава отходов.Another disadvantage of this method is its great complexity and inertia in time of the regulatory process due to the constantly changing composition of the waste over time.

Таким образом, выявленные недостатки существенно ограничивают область применения аналога, т.к. он применим только в случаях, когда персоналу котельной заранее известны состав и удельная теплота сгорания топлива - при расчетах считающиеся неизменными во времени показатели.Thus, the identified shortcomings significantly limit the scope of the analogue, because it is applicable only in cases when the personnel of the boiler house know in advance the composition and specific heat of combustion of the fuel - in the calculations, the indicators considered to be unchanged in time.

Из известного уровня техники заявителем выявлен наиболее близкий аналог, выбранный в качестве прототипа по патенту Франции №1477667, под названием «Усовершенствование систем управления устройств сжигания жидкостей, в частности печей нефтеперерабатывающих заводов», сущностью которого является улучшение работы устройств сжигания жидкостей, в частности печей нефтеперерабатывающих заводов, которое в основном характеризуется следующими признаками, взятыми в отдельности или в целом: система управления процессом горения в печи, включающая в себя измерение соотношения массы воздуха к топливу устройствами, присутствующими в камере сгорания; эти устройства включают средства регистрации физических величин, таких как температура и расход, во-первых, жидкого топлива, впрыскиваемого в печь, во-вторых, одной или нескольких жидкостей, циркулирующих в теплообменниках, расположенных в зоне излучения и в конвективной зоне, а также вычислительные средства, обрабатывающие эти данные, чтобы дать значение соотношения между массой воздуха и топлива, соответствующего этим величинам, система по п. 1, в которой устройство для измерения необходимого количества воздуха, подаваемого в печь, включает в себя средства для определения суммарного подвода тепла, вносимого горючими жидкостями через все горелки, состоящие из устройств, подключенных к каждому подводящему топливо трубопроводу, измеряющих подвод тепла через каждую горелку, суммирующих значения этих тепловых потоков, чтобы дать значение общего ввода тепла в горелки, система по п. 2, имеющая средства для определения отвода тепла в теплообменниках, расположенных в зоне излучения, включающие датчики, измеряющие входную и выходную температуру жидкостей, циркулирующих в этих теплообменниках, датчики расхода жидкостей в этих теплообменниках и расчетную схему, которая на основании измеренных температур и расходов, а также энтальпийных характеристик жидкостей определяет значение подводимого тепла; необходимое отношение расхода воздуха к расходу топлива обеспечивается вычислениями, которые корректируют имевшееся в печи отношение, связывая его с теплоподводом через горелки и теплоподводом в теплообменнике зоны излучения, система по п. 2, имеющая средства для определения отвода тепла в теплообменниках, расположенных в конвективной части печи, включающие датчики, измеряющие входную и выходную температуру жидкостей, циркулирующих в этих теплообменниках, датчики расхода жидкостей в этих теплообменниках и расчетную схему, которая на основании измеренных температур и расходов, а также энтальпийных характеристик жидкостей определяет значение подводимого тепла; необходимое отношение расхода воздуха к расходу топлива обеспечивается вычислениями, которые корректируют имевшееся в печи отношение, связывая его с теплоподводом через горелки и теплоподводом в конвективные теплообменники, система по п. 2, имеющая средства для определения согласно пп. 3 и 4, теплоподвода в радиационные и конвективные теплообменники, в которой имеется комбинация вычислительных элементов, решающих энтальпийное уравнение печи и связывающих отношение воздух-топливо с величинами тепловых потоков в теплообменниках и через горелки, система по п. 1, имеющая автоматическое устройство для регулировки расхода воздуха в сочетании с измерительными устройствами, определяющими отношение воздух-топливо, и сервосистемой, включающее механическое устройство, контролирующее подачу воздуха в печь и определяющее коэффициент избытка воздуха, система по пп. 1-6, в которой вычислительные средства имеют возможность вырабатывать аналоговые сигналы.From the prior art, the applicant has identified the closest analogue selected as a prototype according to French patent No. 1477667, entitled "Improvement of control systems for liquid burning devices, in particular oil refinery furnaces", the essence of which is to improve the operation of liquid burning devices, in particular oil refining furnaces plants, which is mainly characterized by the following features, taken individually or as a whole: a control system for the combustion process in the furnace, including themselves measuring air mass to fuel ratio units present in the combustion chamber; these devices include means for recording physical quantities, such as temperature and flow rate, firstly, liquid fuel injected into the furnace, secondly, one or more liquids circulating in heat exchangers located in the radiation zone and in the convection zone, as well as computing means that process this data to give the value of the ratio between the mass of air and fuel corresponding to these values, the system according to claim 1, in which the device for measuring the required amount of air supplied to the furnace, including includes means for determining the total heat input introduced by combustible liquids through all burners, consisting of devices connected to each fuel supply pipe, measuring the heat input through each burner, summing up the values of these heat fluxes to give the total heat input to the burners, the system of claim 2, having means for determining heat removal in heat exchangers located in the radiation zone, including sensors that measure the input and output temperatures of liquids circulating in these heat exchangers, flow rate sensors of liquids in these heat exchangers and a design scheme that determines the value of heat input based on the measured temperatures and flow rates, as well as the enthalpy characteristics of the liquids; the necessary ratio of air flow to fuel consumption is provided by calculations that correct the ratio existing in the furnace, linking it with heat supply through the burners and heat supply in the heat exchanger of the radiation zone, the system according to claim 2, which has means for determining heat removal in heat exchangers located in the convection part of the furnace including sensors that measure the inlet and outlet temperatures of the fluids circulating in these heat exchangers, fluid flow sensors in these heat exchangers, and a design diagram that warping the measured temperatures and flow rates, as well as the enthalpy of liquids determines the value of heat input; the necessary ratio of air flow to fuel consumption is provided by calculations that correct the ratio existing in the furnace, linking it with heat supply through the burners and heat supply to convective heat exchangers, the system according to claim 2, having means for determining according to paragraphs. 3 and 4, heat supply to radiation and convective heat exchangers, in which there is a combination of computing elements that solve the enthalpy equation of the furnace and linking the air-fuel ratio with the values of heat fluxes in the heat exchangers and through the burners, the system according to claim 1, having an automatic device for adjusting the flow air in combination with measuring devices that determine the air-fuel ratio, and a servo system, including a mechanical device that controls the flow of air into the furnace and determines the coefficient cess of excess air, system according to claims. 1-6, in which computing tools have the ability to generate analog signals.

Известное техническое решение, выбранное в качестве прототипа, дает возможность регулировать расход топлива, тем самым устраняется один из недостатков аналога (приведенного выше).The known technical solution, selected as a prototype, makes it possible to regulate fuel consumption, thereby eliminating one of the disadvantages of the analogue (above).

Основными недостатками известного технического решения являются:The main disadvantages of the known technical solutions are:

- сложность аппаратурного исполнения, т.к. система содержит более 130 элементов конструкции, при этом система управления процессом горения в печи включает в себя средства регистрации физических величин, таких как температура и расход, как воздуха, так и жидкого топлива, впрыскиваемого в печь, предусматривающих возможность сжигания одной или нескольких жидкостей, циркулирующих в теплообменниках, расположенных в зоне излучения и в конвективной зоне,- the complexity of the hardware design, because the system contains more than 130 structural elements, while the control system of the combustion process in the furnace includes means for recording physical quantities, such as temperature and flow rate, of both air and liquid fuel injected into the furnace, providing for the possibility of burning one or more liquids circulating in heat exchangers located in the radiation zone and in the convection zone,

- применение вычислительных средств для большего (чем в заявленном техническом решении) массива параметров, подвергающихся обработке, для определения имеющихся в печи постоянно меняющихся во времени соотношений:- the use of computing tools for a larger (than in the claimed technical solution) array of parameters to be processed, to determine the relationships existing in the furnace of constantly changing time ratios:

- воздух-топливо,- air-fuel,

- тепловых потоков, проходящих через горелки,- heat flows passing through the burner,

- тепловых потоков в радиационном и конвективном теплообменниках. Указанные измерения выполняются с целью обеспечения возможности дальнейшей корректировки соотношения воздух-топливо, соответствующего этим материальным и тепловым потокам.- heat fluxes in radiation and convective heat exchangers. These measurements are carried out in order to ensure the possibility of further adjustment of the air-fuel ratio corresponding to these material and heat flows.

Таким образом, известная система характеризуется не только сложностью конструкции в целом, но и сложностью управления процессом горения, приводящей к запаздыванию реакции на изменения характеристик топлива, в силу чего не обеспечивается возможность оперативной регулировки расходов подаваемого в топку топлива и воздуха и, как следствие, указанное известное техническое решение не обеспечивает возможность оптимального сжигания топлива переменного состава.Thus, the known system is characterized not only by the complexity of the design as a whole, but also by the complexity of controlling the combustion process, which leads to a delay in the reaction to changes in the characteristics of the fuel, which does not provide for the possibility of prompt adjustment of the flow rate of fuel and air supplied to the furnace and, as a consequence, the indicated The known technical solution does not provide the possibility of optimal combustion of fuel of variable composition.

Целью предлагаемого изобретения является оптимизация процесса сжигания топлива переменного состава, включая его (состава) случайные неконтролируемые изменения с течением времени, устранение недостатков прототипа, состоящее в снижении как трудоемкости процесса оптимизации и повышении его оперативности во времени, при одновременном упрощении конструкции системы управления, так и сокращении количества выполняемых операций в целом.The aim of the invention is to optimize the process of burning fuel of variable composition, including its (composition) random uncontrolled changes over time, eliminating the disadvantages of the prototype, consisting in reducing both the complexity of the optimization process and increasing its efficiency over time, while simplifying the design of the control system, and reducing the number of operations performed as a whole.

Сущностью заявленного технического решения является способ автоматической оптимизации процесса сжигания топлива, основанный на непрерывном измерении расхода топлива и температуры теплоносителя на выходе теплообменника топливосжигающего устройства, отличающийся тем, что производят однократное снижение расхода топлива, обеспечивающее возможность конкретизации тенденции изменения удельной теплоты сгорания топлива, неизвестной в результате произвольных изменений состава используемого топлива, синхронизируют темп изменения температуры на выходе теплообменника с темпом изменения расхода топлива, далее совершают одновременные и/или неодновременные взаимосвязанные дискретные изменения расхода топлива и подачи воздуха в топливосжигающее устройство согласно одному из алгоритмов оптимизирующих действий, реализуемых компьютером по заданной программе, с обеспечением возможности упрощения способа оптимизации процесса сжигания топлива и повышения точности достижения оптимальных параметров, при этом в качестве показателя оптимизации используется минимально возможный расход топлива, сжигание которого обеспечивает заданную температуру теплоносителя на выходе теплообменника.The essence of the claimed technical solution is a method for automatically optimizing the fuel combustion process, based on continuous measurement of fuel consumption and coolant temperature at the outlet of the heat exchanger of the fuel burning device, characterized in that they produce a one-time reduction in fuel consumption, which makes it possible to specify the trend in the specific heat of combustion of the fuel, unknown as a result arbitrary changes in the composition of the fuel used, synchronize the rate of change heats at the outlet of the heat exchanger with a rate of change in fuel consumption, then make simultaneous and / or non-simultaneous interconnected discrete changes in fuel consumption and air supply to the fuel-burning device according to one of the optimization algorithms implemented by the computer according to a given program, providing the possibility of simplifying the method of optimizing the fuel combustion process and increase the accuracy of achieving optimal parameters, while the minimum zhny fuel, combustion of which delivers a predetermined coolant temperature at the outlet of the heat exchanger.

Режим горения с минимально возможным расходом топлива, сжигание которого обеспечивает заданную температуру на выходе теплообменника, - оптимальный, так как соответствует максимальному КПД топливосжигающего устройства и оптимальному соотношению топливо-воздух.The combustion mode with the lowest possible fuel consumption, the combustion of which provides a given temperature at the outlet of the heat exchanger, is optimal, since it corresponds to the maximum efficiency of the fuel burning device and the optimal fuel-air ratio.

Снижение трудоемкости процесса оптимизации достигается тем, что в отличие от ближайших аналогов, в заявленном техническом решении отсутствует необходимость непрерывно измерять параметры, определяющие:Reducing the complexity of the optimization process is achieved by the fact that, unlike the closest analogues, in the claimed technical solution there is no need to continuously measure parameters that determine:

- тепловой поток, вносимый топливом в топку топливосжигающего устройства;- heat flow introduced by the fuel into the furnace of the fuel burning device;

- тепловой поток, сообщаемый теплоносителю;- heat flow communicated to the coolant;

- соотношение топливо-воздух;- fuel-air ratio;

При этом отсутствует необходимость выполнения целого ряда вычислений, основанных на результатах указанных выше измерений.Moreover, there is no need to perform a number of calculations based on the results of the above measurements.

Блок-схема осуществления процесса автоматической оптимизации сжигания топлива переменного состава показана на чертеже, где:The flowchart of the process of automatic optimization of burning fuel of variable composition is shown in the drawing, where:

1 - топливосжигающее устройство с теплообменником;1 - fuel burning device with a heat exchanger;

2 - устройство автоматической регулировки подачи топлива;2 - device for automatic adjustment of fuel supply;

3 - расходомер топлива;3 - fuel flow meter;

4 - устройство автоматической регулировки подачи воздуха;4 - device for automatic adjustment of air supply;

5 - датчик температуры теплоносителя на входе теплообменника;5 - temperature sensor of the coolant at the inlet of the heat exchanger;

6 - датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника;6 - temperature sensor of the coolant at the outlet of the heat exchanger;

7- компьютер (ЭВМ, персональный компьютер, оснащенный программой разработки Заявителя).7- computer (computer, personal computer equipped with the applicant's development program).

Последовательность выполнения действий по заявленному способу для осуществления прямой и обратной связи между элементами блок-схемы указана на чертеже, где действия показаны стрелками, которые заявителем не пронумерованы с целью исключения загромождения чертежа.The sequence of actions according to the claimed method for the implementation of direct and feedback between the elements of the flowchart is shown in the drawing, where the actions are shown by arrows that the applicant is not numbered in order to avoid cluttering the drawing.

Заявляемый способ при сжигании газообразного топлива осуществляют следующим путем.The inventive method for the combustion of gaseous fuels is carried out in the following way.

Исходные данные:Initial data:

- Положение (степень открытия) устройства автоматической регулировки подачи топлива 2, определяемое, например, в процентах;- The position (degree of opening) of the device for automatically adjusting the fuel supply 2, determined, for example, in percent;

- Показание расходомера топлива 3;- fuel flow meter reading 3;

- Степень открытия устройства автоматической регулировки подачи воздуха 4;- The degree of opening of the device for automatic adjustment of air supply 4;

- Температура, теплоносителя измеряемая датчиком температуры теплоносителя на входе теплообменника 5;- The temperature of the coolant measured by the temperature sensor of the coolant at the inlet of the heat exchanger 5;

- Температура теплоносителя, измеряемая датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 (датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника).- The temperature of the coolant, measured by the temperature sensor of the coolant at the outlet of the heat exchanger 6 (temperature sensor of the coolant at the outlet of the heat exchanger).

Далее исходные данные фиксируются в памяти компьютера 7 (ЭВМ, персональный компьютер, оснащенный программой разработки Заявителя); например с использованием разработанной заявителем программы ЭВМ.Further, the initial data are recorded in the memory of computer 7 (a computer, a personal computer equipped with the applicant's development program); for example, using a computer program developed by the applicant.

При сохранении (в пределах погрешностей измерений) показаний указанных приборов ЭВМ, персональный компьютер, оснащенный программой разработки Заявителя-7, дает команду устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 на сужение его проходного сечения, например, на 2% в течение 1 минуты, относительно имеющейся по факту пропускной способности.If you save (within the measurement errors) the readings of these computer devices, a personal computer equipped with the Applicant-7 development program instructs the device to automatically adjust the fuel supply 2 to narrow its bore, for example, by 2% for 1 minute, relative to bandwidth fact.

Сужение проходного сечения устройства автоматической регулировки подачи топлива 2 сокращает подачу топлива.Narrowing the flow area of the automatic fuel flow control device 2 reduces the fuel supply.

Условия сжигания топлива в топливосжигающем устройстве с теплообменником 1 изменяются, что отражается на показаниях датчика температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6.The conditions for burning fuel in a fuel burning device with a heat exchanger 1 change, which is reflected in the readings of the temperature sensor of the coolant at the outlet of the heat exchanger 6.

Далее компьютер 7 анализирует (по заданной программе) эти показания, определяет тенденцию изменения температуры теплоносителя на выходе теплообменника и соответствующий этой тенденции характер начального режима горения: с недостатком воздуха (Пример 1, с избытком воздуха (Пример 2), со стехиометрическим соотношением топливо-воздух (Пример 3) соответственно).Next, computer 7 analyzes (according to a given program) these readings, determines the tendency of the temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger, and the nature of the initial combustion mode corresponding to this trend: with a lack of air (Example 1, with an excess of air (Example 2), with a stoichiometric fuel-air ratio (Example 3) respectively).

Таким образом, постоянство выходной температуры теплоносителя в пределах точности измерения соответствует недожогу топлива (см. Пример 1).Thus, the constancy of the outlet temperature of the coolant within the accuracy of the measurement corresponds to underburning of the fuel (see Example 1).

В указанном случае компьютер 7 подает устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 команду на дальнейшие повторяющиеся снижения подачи (расхода) топлива.In this case, the computer 7 instructs the automatic adjustment of the fuel supply 2 command for further repeated reduction of the supply (flow) of fuel.

На устройство автоматической регулировки подачи воздуха 4 от персонального компьютера, оснащенного программой разработки Заявителя-7, никаких сигналов не поступает, и подача воздуха сохраняется постоянной. Когда датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 зарегистрирует уменьшение температуры теплоносителя на выходе теплообменника, компьютер 7, приняв сигнал от датчика 6, подает устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 команду на увеличение подачи топлива, возвращает расход топлива к сохранившемуся в памяти компьютера предыдущему значению. На этом процесс оптимизации режима горения завершается в связи с достижением минимального расхода топлива, сжигание которого обеспечивает заданное значение температуры теплоносителя на выходе теплообменника.To the device for automatically adjusting the air supply 4 from a personal computer equipped with the Applicant-7 development program, no signals are received, and the air supply is kept constant. When the temperature sensor of the coolant at the output of the heat exchanger 6 detects a decrease in the temperature of the coolant at the output of the heat exchanger, the computer 7, having received a signal from the sensor 6, instructs the automatic fuel flow control device 2 to increase the fuel supply, returns the fuel consumption to the previous value stored in the computer memory. This completes the process of optimization of the combustion mode due to the achievement of the minimum fuel consumption, the combustion of which provides a predetermined value of the temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger.

Если после снижения подачи топлива при постоянной подаче воздуха регистрируемая датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 выходная температура теплоносителя становится ниже заданного (потребителем) значения, начальный режим горения происходит с избытком воздуха (Пример 2) или со стехиометрическим соотношением топливо-воздух (Пример 3). Компьютер 7 подает устройству регулировки подачи воздуха 4 команду на плавное сокращение подачи (расхода) воздуха. Датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 постоянно измеряет температуру теплоносителя на выходе теплообменника (далее по тексту - выходную температуру теплоносителя). Если сокращение расхода воздуха приводит к тому, что выходная температура теплоносителя становится больше заданного (потребителем) значения на величину, превышающую точность измерения этого параметра, компьютер 7 подает сигнал устройству автоматической регулировки подачи воздуха 4 завершить плавное сокращение подачи (расхода) и стабилизировать расход воздуха. После стабилизации подачи воздуха от компьютера 7 идет команда устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 на следующее сокращение подачи топлива. Когда после очередного снижения подачи топлива сокращением подачи (расхода) воздуха не удается повысить температуру теплоносителя на выходе теплообменника до заданного (потребителем) значения, устройство автоматической регулировки подачи топлива 2, устройство регулировки подачи воздуха 4 по команде компьютера 7 возвращают расходы топлива и воздуха к предыдущим значениям. Это означает, что достигнуто стехиометрическое соотношение топлива и воздуха (α=1), обеспечивающее полное сжигание топлива, что является целью заявляемой автоматической оптимизации процесса сжигания.If, after a decrease in the fuel supply with a constant air supply, the output temperature of the heat carrier recorded by the temperature sensor at the outlet of the heat exchanger 6 falls below a predetermined (consumer) value, the initial combustion mode occurs with excess air (Example 2) or with a stoichiometric fuel-air ratio (Example 3) . The computer 7 instructs the device for adjusting the air supply 4 command to smoothly reduce the supply (flow) of air. The temperature sensor of the coolant at the outlet of the heat exchanger 6 constantly measures the temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger (hereinafter referred to as the outlet temperature of the coolant). If the reduction in air flow leads to the fact that the outlet temperature of the coolant becomes higher than the set value (by the consumer) by an amount exceeding the accuracy of measuring this parameter, computer 7 sends a signal to the automatic air flow control device 4 to complete the smooth reduction of the flow (flow) and stabilize the air flow. After stabilizing the air supply from the computer 7, a command is issued to the device for automatically adjusting the fuel supply 2 for the next reduction in fuel supply. When after another decrease in fuel supply by reducing the supply (flow) of air, it is not possible to increase the temperature of the coolant at the heat exchanger outlet to a predetermined (by the consumer) value, the automatic fuel supply control device 2, the air supply control device 4, by the command of computer 7, return the fuel and air consumption to the previous values. This means that a stoichiometric ratio of fuel and air (α = 1) is achieved, which ensures complete combustion of the fuel, which is the goal of the claimed automatic optimization of the combustion process.

После оптимизации начального режима горения показания датчика температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 непрерывно поступают в компьютер 7, где производится сравнение текущей выходной температуры теплоносителя с заданным (потребителем) начальным значением. Уменьшение выходной температуры теплоносителя при постоянной подаче (расходе) топлива и воздуха означает снижение удельной теплоты сгорания топлива (Пример 4). Это следует из анализа известных соотношений, определяющих зависимость от углеродного числа удельной теплоты сгорания топлива и количества воздуха, необходимого для полного сгорания единицы объема топлива. Когда выходная температура теплоносителя снижается на заданную контрольную величину, например на 3°C, превышающую точность измерения этой температуры, компьютер 7 подает устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 команду на плавное непрерывное увеличение подачи топлива в возрастающем с течением времени темпе, например в течение первой минуты на 1% относительно начальной величины, второй минуты - на 2%, третьей минуты - на 3% и т.д. Когда темп увеличения подачи топлива превышает темп снижения его (топлива) удельной теплоты сгорания, начинается рост выходной температуры теплоносителя, что фиксируется датчиком 6, и сигнал передается компьютеру 7. Со временем выходная температура теплоносителя достигает заданного потребителем значения. От компьютера 7 на устройство автоматической регулировки подачи топлива 2 идет команда на прекращение увеличения подачи топлива со снижающейся удельной теплотой сгорания. Подачу (расход) топлива стабилизируют при продолжающемся снижении удельной теплоты сгорания. Как только температура теплоносителя снизится на заданную контрольную величину (это фиксируется датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6), компьютер 7 подает устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 сигнал на повторное увеличение подачи топлива. В результате регистрируемая датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 выходная температура теплоносителя принимает значения, достаточно близкие (с отклонением в пределах 2%) к заданному начальному значению. Такой процесс синхронизации увеличения подачи (расхода) топлива с уменьшением удельной теплоты сгорания осуществляют в течение всего времени снижения удельной теплоты сгорания топлива.After optimization of the initial combustion mode, the readings of the temperature sensor of the coolant at the output of the heat exchanger 6 are continuously supplied to the computer 7, where the current output temperature of the coolant is compared with a predetermined (consumer) initial value. A decrease in the outlet temperature of the coolant with a constant supply (flow) of fuel and air means a decrease in the specific heat of combustion of the fuel (Example 4). This follows from an analysis of the known relationships that determine the dependence on the carbon number of the specific heat of combustion of the fuel and the amount of air required for complete combustion of a unit volume of fuel. When the outlet temperature of the coolant decreases by a predetermined control value, for example, by 3 ° C, which exceeds the accuracy of measuring this temperature, computer 7 instructs the automatic fuel supply control device 2 to continuously smoothly increase the fuel supply at an increasing rate over time, for example, during the first minute 1% relative to the initial value, the second minute - 2%, the third minute - 3%, etc. When the rate of increase in fuel supply exceeds the rate of decrease in its (fuel) specific heat of combustion, the output temperature of the coolant begins to increase, which is detected by sensor 6, and the signal is transmitted to computer 7. Over time, the output temperature of the coolant reaches a value set by the consumer. From computer 7 to the device for automatically adjusting the fuel supply 2, a command is sent to stop the increase in fuel supply with decreasing specific heat of combustion. The supply (consumption) of fuel is stabilized with a continuing decrease in specific heat of combustion. As soon as the coolant temperature decreases by a predetermined control value (this is detected by the coolant temperature sensor at the output of the heat exchanger 6), the computer 7 sends a signal to the automatic fuel supply control device 2 to re-increase the fuel supply. As a result, the output temperature of the coolant recorded by the temperature sensor at the outlet of the heat exchanger 6 takes on values quite close (with a deviation of 2%) to a predetermined initial value. Such a synchronization process of increasing the supply (consumption) of fuel with a decrease in the specific heat of combustion is carried out during the entire time the specific heat of combustion of the fuel is reduced.

Если в период постоянства расхода топлива и воздуха регистрируемое датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 текущее значение выходной температуры теплоносителя не опускается до контрольного значения, значит, снижение удельной теплоты сгорания топлива завершилось. Получив такую информацию, компьютер 7 и управляемые им устройство автоматической регулировки подачи топлива 2 и устройство регулировки подачи воздуха 4 осуществляют действия, соответствующие завершающему этапу оптимизации процесса горения. В зависимости от величины текущего отклонения выходной температуры теплоносителя от заданного значения компьютер 7 вычисляет, на сколько необходимо изменить расходы топлива и воздуха, чтобы уменьшить текущее отклонение выходной температуры теплоносителя. Процесс оптимизации завершают, когда от датчика температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 и расходомера топлива 3 в компьютер 7 поступает информация о том, что выходная температура теплоносителя приняла начальное заданное значение при минимально возможном расходе топлива.If during the period of constant fuel and air consumption recorded by the temperature sensor at the outlet of the heat exchanger 6, the current value of the output temperature of the heat carrier does not fall to the control value, then the decrease in the specific heat of combustion of the fuel is completed. Having received such information, the computer 7 and the automatic fuel supply control device 2 and the air supply control device 4 controlled by it carry out the actions corresponding to the final stage of the combustion process optimization. Depending on the magnitude of the current deviation of the coolant output temperature from the set value, the computer 7 calculates how much it is necessary to change the fuel and air consumption in order to reduce the current deviation of the coolant output temperature. The optimization process is completed when information from the temperature sensor of the coolant at the outlet of the heat exchanger 6 and the fuel flow meter 3 receives information that the output temperature of the coolant has taken an initial set value at the lowest possible fuel consumption.

Если после оптимизации начального режима горения датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 регистрирует постоянство выходной температуры теплоносителя, то для компьютера 7 эта информация не однозначна. Поэтому компьютер 7 подает устройству 2 команду сократить подачу топлива на заданную величину, например на 2% относительно начального значения, в течение одной минуты. Если датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 фиксирует уменьшение температуры теплоносителя на выходе теплообменника (Пример 5), то по команде компьютера 7 устройство автоматической регулировки подачи топлива 2 возвращает сохранившееся в памяти компьютера значение подачи (расхода) топлива, восстанавливая оптимальный процесс сжигания топлива с постоянной теплотой сгорания. Такой процесс контроля оптимальности процесса сжигания топлива в автоматическом режиме периодически выполняют в течение заданного контрольного промежутка времени, например через каждые 10 мин.If, after optimization of the initial combustion mode, the temperature sensor at the outlet of the heat exchanger 6 registers a constant output temperature of the heat carrier, then for computer 7 this information is not unique. Therefore, the computer 7 instructs the device 2 to reduce the fuel supply by a predetermined amount, for example, by 2% relative to the initial value, within one minute. If the temperature sensor of the coolant at the outlet of the heat exchanger 6 detects a decrease in the temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger (Example 5), then, at the command of computer 7, the automatic fuel flow control device 2 returns the fuel supply (flow) stored in the computer's memory, restoring the optimal process of burning fuel with a constant calorific value. This process of controlling the optimality of the fuel combustion process in automatic mode is periodically performed for a given control period of time, for example, every 10 minutes.

Если после контрольного снижения подачи топлива при постоянной подаче воздуха датчик температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 не фиксирует снижение выходной температуры теплоносителя (Пример 6), то компьютер 7, получив от датчика температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 такую информацию, идентифицирует ее как начало повышения удельной теплоты сгорания топлива (при постоянстве подачи воздуха), компьютер 7 подает устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 команду первично сократить подачу топлива на заданную величину, например на 2% относительно начального значения (подачи топлива), в течение одной минуты. Для устранения нарастающего недожога компьютер 7 подает устройству автоматической регулировки подачи топлива 2 команду на непрерывное уменьшение подачи топлива в возрастающем с течением времени темпе, например в течение первой минуты - на 1% относительно начальной величины подачи топлива, второй минуты - на 2%, третьей минуты - на 3% и т.д. Устройство регулировки подачи воздуха 4, управляемое компьютером 7, подачу (расход) воздуха сохраняет неизменной. С течением времени темп сокращения подачи топлива превышает темп повышения его (топлива) удельной теплоты сгорания и фиксируемая датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 температура теплоносителя на выходе теплообменника начинает уменьшаться. Когда температура (теплоносителя на выходе теплообменника) снизится до заданного контрольного значения, например - на 2% ниже заданного потребителем значения температуры теплоносителя на выходе теплообменника, по команде компьютера 7 устройство автоматической регулировки подачи топлива 2 прекращает снижение подачи (расхода) топлива.If after a control decrease in fuel supply with a constant air supply, the temperature sensor at the outlet of the heat exchanger 6 does not detect a decrease in the outlet temperature of the heat carrier (Example 6), then computer 7, having received such information from the temperature sensor at the outlet of the heat exchanger 6, identifies it as the beginning of the increase in specific calorific value of the fuel (with constant air supply), computer 7 instructs the automatic fuel control device 2 to initially reduce the fuel supply by this value, for example 2% relative to the initial value (fuel) for one minute. To eliminate the growing underburning, computer 7 instructs the automatic fuel supply control device 2 to continuously decrease the fuel supply at a rate that increases over time, for example, during the first minute - by 1% relative to the initial fuel supply, the second minute - by 2%, and the third minute - by 3%, etc. The device for adjusting the air supply 4, controlled by a computer 7, the supply (flow) of air remains unchanged. Over time, the rate of reduction of the fuel supply exceeds the rate of increase of its (fuel) specific heat of combustion and the temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger fixed by the temperature sensor at the outlet of the heat exchanger 6 begins to decrease. When the temperature (of the coolant at the outlet of the heat exchanger) drops to a predetermined control value, for example, 2% lower than the user-set value of the temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger, at the command of computer 7, the automatic fuel flow control device 2 stops reducing the flow (flow) of fuel.

Из-за продолжающегося увеличения удельной теплоты сгорания топлива температура теплоносителя на выходе теплообменника повысится до заданного (потребителем) значения, что фиксируется датчиком температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 и сообщается компьютеру 7. По команде компьютера 7 устройство автоматической регулировки подачи топлива 2 начинает повторно снижать подачу топлива в возрастающем с течением времени темпе. Таким образом, осуществляется синхронизация темпа снижения расхода топлива с темпом повышения его (топлива) удельной теплоты сгорания в течение всего времени изменения удельной теплоты сгорания.Due to the continuing increase in the specific heat of combustion of the fuel, the temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger will increase to a predetermined value (by the consumer), which is detected by the temperature sensor of the coolant at the outlet of the heat exchanger 6 and is communicated to computer 7. At the command of computer 7, the automatic fuel flow control device 2 starts to reduce the flow fuel at an increasing rate over time. Thus, the rate of reduction of fuel consumption is synchronized with the rate of increase of its (fuel) specific heat of combustion during the entire time the specific heat of combustion changes.

Если в период постоянной подачи (расхода) топлива и воздуха текущее значение температуры на выходе теплообменника в течение заданного промежутка времени не достигает заданной (потребителем) величины, это означает, что рост удельной теплоты сгорания топлива завершился. Получив от датчика температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 такой сигнал, компьютер 7 осуществляет завершающий этап оптимизации процесса сжигания топлива путем взаимосвязанных изменений расходов топлива и воздуха. Так же, как в Примере 4, процесс оптимизации завершают, когда от датчика температуры теплоносителя на выходе теплообменника 6 и расходомера топлива 3 в компьютер 7 поступает информация о том, что выходная температура теплоносителя приняла начальное заданное значение при минимально возможном расходе топлива.If, during the period of constant supply (consumption) of fuel and air, the current temperature at the heat exchanger outlet does not reach the value set by the (consumer) during a specified period of time, this means that the increase in the specific heat of combustion of the fuel is completed. Having received such a signal from the temperature sensor of the coolant at the output of the heat exchanger 6, computer 7 carries out the final stage of optimizing the fuel combustion process by interrelated changes in fuel and air consumption. As in Example 4, the optimization process is completed when information from the coolant temperature sensor at the outlet of the heat exchanger 6 and the fuel flow meter 3 receives information that the coolant output temperature has taken its initial set value at the lowest possible fuel consumption.

Все алгоритмы оптимизирующих действий (примеры 1-6) реализуются алгоритмом компьютера 7 в соответствии с разработанной Заявителем программой, основанной на известных положениях и соотношениях теории топочных процессов.All algorithms for optimizing actions (examples 1-6) are implemented by the algorithm of computer 7 in accordance with the program developed by the Applicant, based on well-known provisions and relationships of the theory of combustion processes.

При любых изменениях подачи (расхода) и теплотехнических показателей сжигаемого топлива реализацией алгоритмов Примеров 1…5 путем оптимизации уменьшают, по сравнению с прототипом, зависимость результатов процесса сжигания от изменений характеристик топлива, окислителя, влияния квалификации персонала и других субъективных факторов. Сжигание топлива в оптимальных условиях способствует повышению КПД и сокращению межремонтных интервалов при эксплуатации оборудования, повышению экологической безопасности эксплуатации топливосжигающего устройства. Кроме того, автоматизация процесса оптимизации работы топливосжигающего устройства освобождает обслуживающий персонал от необходимости отслеживания за происходящими изменениями, коррекции последствий непредвиденно происходящих изменений и снижает трудоемкость работы эксплуатационного персонала. Сравнение с прототипом особенностей предлагаемого способа оптимизации показывает, что при его применении в полном объеме достигаются все цели заявляемого изобретения.With any changes in the flow (flow rate) and thermotechnical parameters of the combusted fuel, the implementation of the algorithms of Examples 1 ... 5 by optimization reduces, in comparison with the prototype, the dependence of the results of the combustion process on changes in the characteristics of the fuel, oxidizer, the influence of personnel qualifications and other subjective factors. Combustion of fuel under optimal conditions helps to increase efficiency and reduce maintenance intervals during equipment operation, and increase the environmental safety of the operation of a fuel-burning device. In addition, automation of the process of optimizing the operation of the fuel-burning device frees maintenance personnel from the need to monitor the changes that occur, correct the consequences of unforeseen changes, and reduces the laboriousness of the operating personnel. Comparison with the prototype of the features of the proposed optimization method shows that when it is fully applied, all the objectives of the claimed invention are achieved.

Описанный процесс автоматической оптимизации процесса сжигания топлива осуществляется при любых, превышающих заданную ошибку измерения, изменениях свойств топлива и окислителя (воздуха), например теплотворной способности топлива.The described process of automatic optimization of the fuel combustion process is carried out at any changes of the properties of the fuel and oxidizer (air) that exceed the specified measurement error, for example, the calorific value of the fuel.

Процесс оптимизации осуществляют непрерывно в течение всего времени эксплуатации топливосжигающего устройства, причем без вмешательства персонала котельной и без влияния субъективных факторов, при любых непредвиденных изменениях свойств топлива и воздуха. То есть, заявляемый способ без вмешательства субъективных факторов, например персонала, обеспечивает эксплуатацию топливосжигающего устройства в оптимальном режиме, с максимальным КПД, с минимальным экологическим ущербом.The optimization process is carried out continuously throughout the entire life of the fuel-burning device, and without the intervention of boiler personnel and without the influence of subjective factors, with any unforeseen changes in the properties of fuel and air. That is, the inventive method without the intervention of subjective factors, such as personnel, ensures the operation of the fuel burning device in the optimal mode, with maximum efficiency, with minimal environmental damage.

Существенное отличие заявляемого способа от прототипа в том, что оптимизацию горения выполняют с использованием в качестве контролирующего параметра температуры теплоносителя на выходе теплообменника топливосжигающего устройства. По заявляемому способу оптимизацию осуществляют выполнением пяти операций, тогда как оптимизация по известному способу (прототипу) требует совершения одиннадцати операций.A significant difference of the proposed method from the prototype is that combustion optimization is performed using the temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger of the fuel-burning device as a control parameter. According to the claimed method, optimization is carried out by performing five operations, while optimization by a known method (prototype) requires eleven operations.

Таким образом, применение заявленного способа сжигания приводит к существенному уменьшению количества операций, снижает трудоемкость оптимизации, упрощает быстродействие процесса оптимизации, способствует повышению эффективности использования топлива, позволяет увеличить межремонтные интервалы, расширяет область применения топливосжигающих устройств для тепловой утилизации производственных отходов.Thus, the application of the inventive combustion method leads to a significant reduction in the number of operations, reduces the complexity of optimization, simplifies the speed of the optimization process, improves fuel efficiency, allows to increase maintenance intervals, expands the scope of fuel-burning devices for the thermal utilization of industrial waste.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, т.к. из исследованного заявителем уровня техники не выявлены технические решения, обладающие заявленной совокупностью признаков и обеспечивающие получение заявленных технических результатов. При этом совокупность признаков известна по отдельности из того или иного источника.The claimed technical solution meets the criterion of "novelty" presented to the invention, because from the prior art examined by the applicant, technical solutions have not been identified that have the claimed combination of features and ensure the receipt of the claimed technical results. Moreover, the set of features is known individually from a particular source.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, т.к. заявленное техническое решение явно не вытекает из исследованного уровня техники. Заявленное техническое решение обеспечивает реализацию технических результатов, недостижимых при использовании прототипа. Например, расчет вносимого топливом в топку котла теплового потока возможен только при известности закономерностей изменения свойств топлива. Отсутствие знания закономерностей изменения свойств топлива, как это наблюдается в практике сжигания попутных нефтяных газов (ПНГ), делает невозможным применение прототипа.The claimed technical solution meets the criterion of "inventive step" for inventions, because The claimed technical solution clearly does not follow from the investigated prior art. The claimed technical solution provides the implementation of technical results that are unattainable when using the prototype. For example, the calculation of the heat flow introduced by fuel into the furnace of a boiler is possible only if the laws governing the change in the properties of fuel are known. The lack of knowledge of the laws of changes in the properties of fuels, as is observed in the practice of associated petroleum gas (APG) burning, makes the use of a prototype impossible.

Заявленное техническое решение осуществимо при эксплуатации топливосжигающих устройств с применением газообразных, жидких и твердых топлив, с организацией факельного и/или слоевого горения. Способ осуществим с применением общедоступных средств измерения и автоматизации, персональных компьютеров. Эти свойства заявляемого способа соответствуют критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям.The claimed technical solution is feasible when operating fuel-burning devices using gaseous, liquid and solid fuels, with the organization of flare and / or layer burning. The method is feasible using publicly available measuring and automation tools, personal computers. These properties of the proposed method meet the criterion of "industrial applicability" presented to the invention.

Claims (1)

Способ автоматической оптимизации процесса сжигания топлива, основанный на непрерывном измерении расхода топлива и температуры теплоносителя на выходе теплообменника топливосжигающего устройства, отличающийся тем, что производят однократное снижение расхода топлива, обеспечивающее возможность конкретизации тенденции изменения удельной теплоты сгорания топлива, неизвестной в результате произвольных изменений состава используемого топлива, синхронизируют темп изменения температуры на выходе теплообменника с темпом изменения расхода топлива, далее совершают одновременные и/или неодновременные взаимосвязанные дискретные изменения расхода топлива и подачи воздуха в топливосжигающее устройство согласно одному из алгоритмов оптимизирующих действий, реализуемых компьютером по заданной программе, с обеспечением возможности упрощения способа оптимизации процесса сжигания топлива и повышения точности достижения оптимальных параметров, при этом в качестве показателя оптимизации используется минимально возможный расход топлива, сжигание которого обеспечивает заданную температуру теплоносителя на выходе теплообменника.A method for automatically optimizing the fuel combustion process, based on continuous measurement of fuel consumption and coolant temperature at the output of the heat exchanger of the fuel burning device, characterized in that they produce a one-time reduction in fuel consumption, which makes it possible to specify the trend in the specific heat of combustion of the fuel, unknown as a result of arbitrary changes in the composition of the fuel used synchronize the rate of change of temperature at the outlet of the heat exchanger with the rate of change of fuel flow, then make simultaneous and / or non-simultaneous interconnected discrete changes in fuel consumption and air supply to the fuel burning device according to one of the optimization actions algorithms implemented by the computer according to a given program, providing the possibility of simplifying the method of optimizing the fuel combustion process and increasing the accuracy of achieving optimal parameters, at the same time, the minimum possible fuel consumption, the burning of which ensures adannuyu coolant temperature at the outlet of the heat exchanger.
RU2017116036A 2017-05-04 2017-05-04 Method of fuel with variable composition combustion process automatic optimization RU2647940C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017116036A RU2647940C1 (en) 2017-05-04 2017-05-04 Method of fuel with variable composition combustion process automatic optimization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017116036A RU2647940C1 (en) 2017-05-04 2017-05-04 Method of fuel with variable composition combustion process automatic optimization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2647940C1 true RU2647940C1 (en) 2018-03-21

Family

ID=61707827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017116036A RU2647940C1 (en) 2017-05-04 2017-05-04 Method of fuel with variable composition combustion process automatic optimization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2647940C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737572C1 (en) * 2020-03-05 2020-12-01 Виктор Петрович Хвостенко Method of optimizing combustion process of hydrocarbon fuel in boiler
RU2775733C1 (en) * 2021-08-11 2022-07-07 Акционерное общество "Ангарская нефтехимическая компания" Method for optimizing the combustion process of gaseous fuel

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1477667A (en) * 1966-03-08 1967-04-21 Thomson Houston Comp Francaise Improvements to fluid combustion control systems, particularly in refinery furnaces
RU2425290C2 (en) * 2009-10-26 2011-07-27 Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" Automatic optimisation method of combustion process in drum steam boiler furnace
RU2499959C1 (en) * 2012-07-03 2013-11-27 Андрей Владиславович Курочкин Method of air heating, device for its realisation and method to control air heating

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1477667A (en) * 1966-03-08 1967-04-21 Thomson Houston Comp Francaise Improvements to fluid combustion control systems, particularly in refinery furnaces
RU2425290C2 (en) * 2009-10-26 2011-07-27 Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" Automatic optimisation method of combustion process in drum steam boiler furnace
RU2499959C1 (en) * 2012-07-03 2013-11-27 Андрей Владиславович Курочкин Method of air heating, device for its realisation and method to control air heating

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737572C1 (en) * 2020-03-05 2020-12-01 Виктор Петрович Хвостенко Method of optimizing combustion process of hydrocarbon fuel in boiler
WO2021177857A1 (en) 2020-03-05 2021-09-10 Виктор Петрович ХВОСТЕНКО Method for optimizing the combustion process of a hydrocarbon fuel in a boiler
RU2775733C1 (en) * 2021-08-11 2022-07-07 Акционерное общество "Ангарская нефтехимическая компания" Method for optimizing the combustion process of gaseous fuel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9506649B2 (en) Methods and apparatus to control combustion process systems
Striūgas et al. Estimating the fuel moisture content to control the reciprocating grate furnace firing wet woody biomass
JP5996762B1 (en) Waste combustion control method and combustion control apparatus to which the method is applied
JP2009162436A (en) Flow control apparatus
KR20120106965A (en) Method for correcting the combustion settings of a set of combustion chambers and apparatus implementing the method
RU2647940C1 (en) Method of fuel with variable composition combustion process automatic optimization
EP2385321A2 (en) A method for regulating the combustion process in solid fuel central heating boilers
Lin et al. Experimental research on gas interchangeability indices for domestic fully premixed burners
JP2011214773A (en) Device and method of controlling temperature of sludge incinerator
JPS6352680B2 (en)
Skopec et al. Combustion of lignite coal in a bubbling fluidized bed combustor under oxyfuel conditions
Rehan et al. Modeling time variations of boiler efficiency
US4488867A (en) Method for controlling the heat load of a plant fed with natural gas of variable calorific value and density
RU2737572C1 (en) Method of optimizing combustion process of hydrocarbon fuel in boiler
RU2425290C2 (en) Automatic optimisation method of combustion process in drum steam boiler furnace
JP5179163B2 (en) Combustion control system for combustion furnace and combustion control method thereof
Rogaume et al. Effect of excess air on grate combustion of solid wastes and on gaseous products
KR100804233B1 (en) Oxygen concentration control method in case of firing multiple fuels
Skok et al. Woodchip combustion process quality and the amount of combustion air
CN1963307A (en) Furnace combustion power control method
JP2014219113A (en) System for measuring internal temperature of combustion furnace and system for controlling combustion in combustion furnace
Saifullin et al. Approbation of the algorithm for combustion optimization of a multicomponent fuel with air
RU2775733C1 (en) Method for optimizing the combustion process of gaseous fuel
RU2493488C1 (en) Method to optimise fuel burning process
RU2551714C2 (en) Method to monitor and control coefficient of oxidant excess during fuel combustion