RU2707097C2 - Device for energy-saving control of air and heat flows of forced-draft mechanism of industrial boiler unit - Google Patents
Device for energy-saving control of air and heat flows of forced-draft mechanism of industrial boiler unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707097C2 RU2707097C2 RU2018125107A RU2018125107A RU2707097C2 RU 2707097 C2 RU2707097 C2 RU 2707097C2 RU 2018125107 A RU2018125107 A RU 2018125107A RU 2018125107 A RU2018125107 A RU 2018125107A RU 2707097 C2 RU2707097 C2 RU 2707097C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- boiler
- air
- fan
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
- Y02P70/62—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product related technologies for production or treatment of textile or flexible materials or products thereof, including footwear
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства и сушки синтетических нитей, волокон и нетканых материалов, в частности к процессу управления тепловыми и воздушными потоками промышленного котлоагрегата, и может быть использовано в других областях промышленности, где находят применение машины и аппараты для производства и потребления тепловой и электрической энергии.The invention relates to the production and drying of synthetic threads, fibers and nonwoven materials, in particular to the process of controlling heat and air flows of an industrial boiler, and can be used in other industries where machines and apparatus for the production and consumption of heat and electric energy are used .
Известно устройство для управления процессом охлаждения, вытяжки и формирования изотропного волокнистого холста из расплава, содержащее аэродинамическое устройство, состоящее из четырех групп автоматизированных электроприводов вентиляторов нагнетания и разрежения воздуха, выполненное с возможностью реализации функции синхронного управления асинхронными электроприводами и приводами постоянного тока для стабилизации скоростных режимов и технологических параметров [Поляков А.Е., Филимонова Е.М., Ямских И.С., Мухина П.М. Устройство для управления процессом охлаждения, вытяжки и формирования изотропного волокнистого холста из расплава. Патент на полезную модель №170675, Бюл. №13, 03.05.2017].A device is known for controlling the process of cooling, drawing and forming an isotropic fibrous web from a melt, comprising an aerodynamic device consisting of four groups of automated electric drives for injection and rarefaction fans, configured to implement the synchronous control function of asynchronous electric drives and DC drives to stabilize high-speed modes and technological parameters [Polyakov A.E., Filimonova E.M., Yamskikh I.S., Mukhina P.M. A device for controlling the process of cooling, drawing and forming an isotropic fibrous web from a melt. Utility Model Patent No. 170675, Bull. No. 13, 05/03/2017].
Недостатком устройства является несовершенство единого непрерывного процесса управления воздушными и тепловыми потоками при выработке энергетических ресурсов в промышленных котлоагрегатах.The disadvantage of this device is the imperfection of a single continuous process for controlling air and heat flows during the development of energy resources in industrial boilers.
Задачей изобретения является совершенствование автоматической системы управления тягодутьевым механизмом промышленного котлоагрегата с целью обеспечения энергосберегающих режимов и сбалансированного распределения воздушных и тепловых потоков.The objective of the invention is to improve the automatic control system of the draft mechanism of an industrial boiler to ensure energy-saving modes and a balanced distribution of air and heat flows.
Технический результат - повышение энергетической эффективности использования воздушных и тепловых потоков за счет модернизации конструктивного решения тягодутьевых механизмов (ТДМ) и применения современных систем энергосберегающих электроприводов переменного тока с частотным управлением.The technical result is an increase in the energy efficiency of using air and heat flows due to the modernization of the constructive solution of draft-blowing mechanisms (TDM) and the use of modern systems of energy-saving AC electric drives with frequency control.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для энергосберегающего управления воздушными и тепловыми потоками тягодутьевого механизма промышленного котлоагрегата, содержит регулируемый электропривод дутьевого вентилятора котлоагрегата, вход которого подключен к первому выходу микроЭВМ, на первый вход которой поступает сигнал задания давления воздуха перед горелкой котлоагрегата, состоящий из последовательно соединенных цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом суммирующего устройства, второй вход которого соединен с выходом датчика температуры подаваемого в котлоагрегат воздуха, третий вход подключен к датчику давления топлива, установленному в магистральном топливопроводе, а выход с первым входом суммирующего устройства, второй вход которого соединен с выходом датчика расхода воздуха, установленного на вводном трубопроводе котлоагрегата, третий вход подключен к датчику содержания кислорода в отходящих газах, установленному в контуре регулирования дымососа, а выход - со входом регулятора подачи воздуха, первый выход которого соединен с первым входом суммирующего устройства электропривода вентилятора дымососа, а второй выход - со входом последовательно соединенных преобразователя частоты, асинхронного двигателя и редуктора, выходной вал которого соединен с датчиком частоты вращения, выход которого соединен с первым входом суммирующего устройства электропривода подачи газообразного топлива в котлоагрегат, и кинематически через редуктор с валом вентилятора, обеспечивающего режим нагнетания воздуха в полость котлоагрегата, регулируемый электропривод подачи топлива в топку котлоагрегата, вход которого подключен ко второму выходу микроЭВМ, на второй вход которой поступает сигнал задания расхода топлива, состоящий из последовательно соединенных цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом суммирующего устройства, третий вход которого соединен с выходом датчика расхода топлива, установленного в раструбе магистральной линии подачи топлива, а выход - со входом последовательно соединенных регулятора расхода топлива, преобразователя частоты, асинхронного двигателя и редуктора, выходной вал которого кинематически соединен с валом вентилятора, обеспечивающего режим подачи топлива к форсункам котлоагрегата, регулируемый электропривод вентилятора дымососа, вход которого подключен к третьему выходу микроЭВМ, на третий вход которой поступает сигнал задания величины разрежения воздуха в котлоагрегате, состоящий из последовательно соединенных цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом суммирующего устройства, третий вход которого соединен с выходом датчика расхода уходящих газов, а выход с первым входом суммирующего устройства, второй вход которого соединен с выходом датчика разрежения, установленного в нижней части котлоагрегата, а выход - со входом последовательно соединенных регулятора отработанных газов, преобразователя частоты, асинхронного двигателя и редуктора, выходной вал которого кинематически соединен с валом вентилятора разрежения дымовых газов котлоагрегата и при этом микроЭВМ выполнена с возможностью реализации функции синхронизации управления асинхронными электроприводами для стабилизации и оптимизации скоростных режимов управляемого электротехнического комплекса котельного агрегата с целью обеспечения режимных показателей воздушных и тепловых потоков.The specified technical result is achieved by the fact that the device for energy-saving control of air and heat flows of the blower mechanism of an industrial boiler, contains an adjustable electric drive of the blower fan of the boiler, the input of which is connected to the first output of the microcomputer, the first input of which receives the signal for setting the air pressure in front of the burner of the boiler, consisting of series-connected digital-to-analog converter, the output of which is connected to the first input of the summing a device, the second input of which is connected to the output of the temperature sensor of the air supplied to the boiler, the third input is connected to the fuel pressure sensor installed in the main fuel line, and the output is to the first input of the summing device, the second input of which is connected to the output of the air flow sensor installed on the inlet pipe boiler, the third input is connected to the oxygen content sensor in the exhaust gases installed in the smoke exhauster control circuit, and the output is connected to the air supply regulator input the first output of which is connected to the first input of the summing device of the electric drive of the exhaust fan fan, and the second output is connected to the input of the series-connected frequency converter, induction motor and gearbox, the output shaft of which is connected to the speed sensor, the output of which is connected to the first input of the summing device of the gaseous electric drive fuel to the boiler unit, and kinematically through the gearbox with the fan shaft, which provides the mode of air injection into the cavity of the boiler unit, adjust the electric drive for supplying fuel to the furnace of the boiler unit, the input of which is connected to the second output of the microcomputer, the second input of which receives the fuel consumption setting signal, consisting of a series-connected digital-to-analog converter, the output of which is connected to the second input of the summing device, the third input of which is connected to the output fuel consumption sensor installed in the socket of the main fuel supply line, and the output - with the input of the fuel consumption regulator, converter a fan, an induction motor and a gearbox, the output shaft of which is kinematically connected to the fan shaft, which provides the mode of fuel supply to the nozzles of the boiler, an adjustable electric fan of the exhaust fan, the input of which is connected to the third output of the microcomputer, the third input of which receives the signal for setting the amount of vacuum in the boiler, consisting of a series-connected digital-to-analog converter, the output of which is connected to the second input of the summing device, the third input of which is connected nen with the output of the flue gas flow sensor, and the output with the first input of the summing device, the second input of which is connected to the output of the rarefaction sensor installed in the lower part of the boiler, and the output is connected to the input of the exhaust gas regulator, frequency converter, induction motor and gearbox connected in series the output shaft of which is kinematically connected to the shaft of the fan of the rarefaction of flue gases of the boiler unit and the microcomputer is made with the possibility of implementing the synchronization function of the control of asyn chronic electric drives to stabilize and optimize speed modes of the controlled electrical complex of the boiler unit in order to ensure operational indicators of air and heat flows.
На фигуре 1 приведена структурная схема устройства для энергосберегающего управления воздушными и тепловыми потоками тягодутьевого механизма промышленного котлоагрегата.The figure 1 shows a structural diagram of a device for energy-saving control of air and heat flows of a draft fan mechanism of an industrial boiler.
Управляемый электротехнический комплекс котлоагрегата, предназначенный для поддержания оптимального режима горения в топке, содержит регулируемый электропривод дутьевого вентилятора, электропривод подачи топлива в топку и электропривод вентилятора дымососа.The controlled electrotechnical complex of the boiler unit, designed to maintain the optimal combustion mode in the furnace, contains an adjustable electric drive of the blower fan, an electric drive for supplying fuel to the furnace, and an electric drive for the exhaust fan.
Регулируемый электропривод дутьевого вентилятора (1) котлоагрегата (2), вход которого подключен к первому выходу микроЭВМ (3), на первый вход которой поступает сигнал задания Uз1 давления воздуха перед горелкой котлоагрегата, состоящий из последовательно соединенных цифро-аналогового преобразователя (4), выход которого соединен с первым входом суммирующего устройства (5), второй вход которого соединен с выходом датчика температуры (6) подаваемого в котлоагрегат воздуха, третий вход подключен к датчику давления топлива (7), установленному в магистральном топливопроводе, а выход с первым входом суммирующего устройства (8), второй вход которого соединен с выходом датчика расхода воздуха (9), установленного на вводном трубопроводе котлоагрегата, третий вход подключен к датчику содержания кислорода в отходящих газах (10), установленному в контуре регулирования дымососа, а выход - со входом регулятора подачи воздуха (11), первый выход которого соединен с первым входом суммирующего устройства (12) электропривода вентилятора дымососа, а второй выход - со входом последовательно соединенных преобразователя частоты (13), асинхронного двигателя (14) и редуктора (15), выходной вал которого соединен с датчиком частоты вращения (16), выход которого соединен с первым входом суммирующего устройства (17) электропривода подачи газообразного топлива в котлоагрегат, и кинематически через редуктор с валом вентилятора (18), обеспечивающего режим нагнетания воздуха в полость котлоагрегата, регулируемый электропривод подачи топлива в топку котлоагрегата (19), вход которого подключен ко второму выходу микроЭВМ, на второй вход которой поступает сигнал задания Uз2 расхода топлива, состоящий из последовательно соединенных цифроаналогового преобразователя (20), выход которого соединен со вторым входом суммирующего устройства (17), третий вход которого соединен с выходом датчика расхода топлива (21), установленного в раструбе магистральной линии подачи топлива, а выход - со входом последовательно соединенных регулятора расхода топлива (22), преобразователя частоты (23), асинхронного двигателя (24) и редуктора (25), выходной вал которого кинематически соединен с валом вентилятора (26), обеспечивающего режим подачи топлива к форсункам котлоагрегата, регулируемый электропривод вентилятора дымососа (27), вход которого подключен к третьему выходу микроЭВМ, на третий вход которой поступает сигнал задания Uз3 величины разрежения воздуха в котлоагрегате, состоящий из последовательно соединенных цифро-аналогового преобразователя (28), выход которого соединен со вторым входом суммирующего устройства (12), третий вход которого соединен с выходом датчика расхода уходящих газов (29), а выход с первым входом суммирующего устройства (30), второй вход которого соединен с выходом датчика разрежения (31), установленного в нижней части котлоагрегата, а выход - со входом последовательно соединенных регулятора отработанных газов (32), преобразователя частоты (33), асинхронного двигателя (34) и редуктора (35), выходной вал которого кинематически соединен с валом вентилятора (36) разрежения дымовых газов котлоагрегата.An adjustable electric drive of the blower fan (1) of the boiler unit (2), the input of which is connected to the first output of the microcomputer (3), the first input of which receives the signal for setting U З1 air pressure in front of the burner of the boiler unit, consisting of a series-connected digital-to-analog converter (4), the output of which is connected to the first input of the summing device (5), the second input of which is connected to the output of the temperature sensor (6) of the air supplied to the boiler, the third input is connected to the fuel pressure sensor (7) installed in the fuel line, and the output with the first input of the summing device (8), the second input of which is connected to the output of the air flow sensor (9) installed on the inlet pipe of the boiler, the third input is connected to the oxygen content sensor in the exhaust gases (10) installed in the circuit regulation of the smoke exhaust, and the output - with the input of the air supply regulator (11), the first output of which is connected to the first input of the summing device (12) of the electric fan of the smoke exhaust fan, and the second output - with the input of series-connected a frequency converter (13), an induction motor (14) and a gearbox (15), the output shaft of which is connected to a speed sensor (16), the output of which is connected to the first input of the summing device (17) of the gaseous fuel supply electric drive to the boiler, and kinematically through a reducer with a fan shaft (18), which ensures the mode of air injection into the cavity of the boiler unit, an adjustable electric drive for supplying fuel to the furnace of the boiler unit (19), the input of which is connected to the second output of the microcomputer, the second input of which receives a signal al job U s2 fuel consumption, consisting of series-connected digital to analog converter (20) whose output is connected to a second input of the summing device (17), a third input coupled to the output fuel flow sensor (21) mounted in the socket main fuel supply line, and the output - with the input of a series-connected fuel flow controller (22), a frequency converter (23), an induction motor (24) and a gearbox (25), the output shaft of which is kinematically connected to the fan shaft (26), providing its mode of fuel supply to the nozzles of the boiler unit, an adjustable electric drive of the fan of the smoke exhaust fan (27), the input of which is connected to the third output of the microcomputer, the third input of which receives the signal for setting U 3 the value of the vacuum in the boiler, consisting of a series-connected digital-to-analog converter (28) the output of which is connected to the second input of the summing device (12), the third input of which is connected to the output of the exhaust gas flow sensor (29), and the output to the first input of the summing device (30), the second input which is connected to the output of the rarefaction sensor (31) installed in the lower part of the boiler, and the output to the input of the exhaust gas regulator (32) connected in series, a frequency converter (33), an induction motor (34) and a gearbox (35), the output shaft of which kinematically connected to the fan shaft (36) of the flue gas rarefaction of the boiler unit.
Функциональные назначения элементов системы автоматического регулированияFunctional purpose of the elements of the automatic control system
Энергосберегающее управление тягодутьевым механизмом котлоагрегата. Для обеспечения нормальной работы котлоагрегата (КА) необходимо непрерывно подавать в топку к горящему топливу воздух, обеспечивать определенную скорость движения горячих газов по газоходам котла и удалять из него в атмосферу продукты горения. Движение воздуха и дымовых газов в КА осуществляют тягодутьевые механизмы (ТДМ).Energy-saving control of the blower mechanism of the boiler. To ensure the normal operation of the boiler unit (KA), it is necessary to continuously supply air to the burning fuel to the furnace, provide a certain speed of movement of hot gases through the boiler flues and remove combustion products from it into the atmosphere. The movement of air and flue gases in the spacecraft is carried out by draft engines (TDM).
На большинстве котлоагрегатов применяются нерегулируемые асинхронные электропривода, регулирование расхода воздуха и разрежения в топке осуществляется изменением положения заслонок направляющих аппаратов с центрального пульта, а контроль технологических параметров работы котлоагрегата - с помощью регистрирующих вторичных приборов. При таком способе регулирования потоков воздуха и отходящих газов (дыма) потери на дросселирование достигают 70%. Кроме этого, при эксплуатации КА в связи с изменением параметров воздуховодов и дымоходов, топок котлов и свойств топлива, устанавливаемые по наладочным технологическим картам режимы, отличаются от оптимальных, что вызывает перерасход топлива.Most boilers use uncontrolled asynchronous electric drives, the air flow and vacuum in the furnace are regulated by changing the position of the guides of the guide vanes from the central console, and the technological parameters of the boiler are controlled by recording secondary devices. With this method of regulating air and exhaust gas (smoke) flows, throttling losses reach 70%. In addition, during the operation of the spacecraft in connection with changes in the parameters of air ducts and chimneys, boiler furnaces and fuel properties, the modes established by the adjustment process cards differ from the optimal ones, which causes an excessive consumption of fuel.
На существующих КА, как правило, отсутствует оперативный контроль содержания кислорода в отходящих газах, процесс сжигания топлива ведется с избытком воздуха. При этом содержание О2 в отходящих газах находится в пределах 8-10%, однако в большинстве случаев достаточно 2-3%. Работа КА с избытком воздуха также является источником энергопотерь на котельных установках.On existing spacecraft, as a rule, there is no operational control of the oxygen content in the exhaust gases, the process of burning fuel is carried out with an excess of air. Moreover, the content of O 2 in the exhaust gases is in the range of 8-10%, however, in most cases, 2-3% is sufficient. The operation of the spacecraft with excess air is also a source of energy loss in boiler plants.
Для повышения эффективности функционирования котельных установок предлагается применение современных управляемых электротехнических комплексов (УЭТК). Важнейшими элементами, таких систем являются подсистемы оптимального управления тягодутьевыми трактами котлоагрегатов, позволяющие существенно (на 30-40%) снизить потребление электроэнергии асинхронными двигателями вентиляторов и дымососов, а также обеспечить рациональный расход топлива при полном его сжигании.To increase the efficiency of the operation of boiler plants, it is proposed the use of modern controlled electrical complexes (UETK). The most important elements of such systems are the subsystems for the optimal control of the blower paths of boiler units, which can significantly (by 30-40%) reduce energy consumption by induction motors of fans and smoke exhausters, as well as ensure rational fuel consumption during its full combustion.
В настоящее время, как правило, регулирование производительности производится упрощенными направляющими аппаратами шиберного типа, установленными во входных коробах. Поворот лопаток направляющего аппарата осуществляется через рычаги от колонки дистанционного управления. Механизм управления лопатками дутьевого вентилятора котла, снабженный нерегулируемым электроприводом, обеспечивает параметрическое регулирование напора воздуха, подаваемого в котел.Currently, as a rule, performance control is performed by simplified slide-type guiding devices installed in the inlet ducts. The rotation of the vanes of the guide apparatus is carried out through levers from the remote control column. The control mechanism of the blades of the blowing fan of the boiler, equipped with an unregulated electric drive, provides parametric control of the pressure of the air supplied to the boiler.
Для управления задвижкой используются сигналы - «закрыть задвижку» и «открыть задвижку». Сигналы управления подаются на двигатель, который управляет шибером, после анализа отклонения текущего давления в трубопроводе от заданного. Длительность подачи сигналов определяют площадь поперечного сечения трубопровода и объем перекачиваемого воздуха. Такой способ регулирования приводит к повышенному расходу электроэнергии тягодутьевыми машинами.To control the valve, the signals are used - “close the valve” and “open the valve”. The control signals are supplied to the engine, which controls the gate, after analyzing the deviation of the current pressure in the pipeline from the set. The duration of the signaling determines the cross-sectional area of the pipeline and the volume of pumped air. This method of regulation leads to increased energy consumption by draft machines.
Разработанная система автоматического регулирования воздушными и тепловыми потоками в тягодутьевом тракте (ТДТ) реализует следующие основные функции:The developed system of automatic regulation of air and heat flows in the draft air duct (TDT) implements the following main functions:
1. Автоматический контроль расхода воздуха, топлива, отходящих газов и разрежения в топке КА, а также содержание кислорода (О2) в отходящих газах.1. Automatic control of air, fuel, exhaust gases and rarefaction in the furnace of the spacecraft, as well as the oxygen content (O 2 ) in the exhaust gases.
2. Стабилизацию разрежения в топке КА в соответствие с заданием от микроЭВМ путем частотного управления скоростью асинхронного электродвигателя вентилятора дымососа.2. Stabilization of rarefaction in the furnace of the spacecraft in accordance with the task from the microcomputer by frequency control the speed of the induction motor of the exhaust fan fan.
3. Управление расходом воздуха, подаваемого в топку КА, частичным изменением скорости асинхронного двигателя дутьевого вентилятора в соответствии с задаваемым с микроЭВМ соотношением «топливо-воздух» с автоматической коррекцией задания по содержанию кислорода в отходящих газах.3. Control of the air flow rate supplied to the spacecraft furnace, by a partial change in the speed of the asynchronous engine of the blower fan in accordance with the fuel-air ratio set with the microcomputer with automatic correction of the task for the oxygen content in the exhaust gases.
4. Автоматическую подачу топлива и воздуха к смесительным горелкам с помощью вентиляторов низкого или среднего давления.4. Automatic supply of fuel and air to the mixing burners using low or medium pressure fans.
5. Синхронизацию частот вращения электроприводов дутьевого вентилятора и дымососа с целью предупреждения нарушения материального баланса между поступающим воздухом и уходящими газами.5. Synchronization of rotational speeds of electric drives of the blower fan and exhaust fan in order to prevent violation of the material balance between the incoming air and flue gases.
Важнейшей подсистемой УЭТК котлоагрегата является САР разрежения в топке. Для исследования принята каскадная САР с односторонней автономностью, обладающая такими достоинствами как динамическая развязка основного и вспомогательного контуров регулирования, благодаря которой возможна независимая настройка регуляторов, а также более высокая надежность работы, так как при отказе вспомогательного контура система продолжает работать как одноконтурная.The most important subsystem of the UETC boiler unit is the rarefaction ATS in the furnace. For the study, a cascade ATS with one-sided autonomy was adopted, which has such advantages as dynamic isolation of the main and auxiliary control loops, thanks to which independent adjustment of the regulators is possible, as well as higher reliability, since in case of failure of the auxiliary loop the system continues to work as a single-loop.
В соответствии с выполняемыми функциями систему регулирования можно разделить на два независимых контура.In accordance with the functions performed, the control system can be divided into two independent circuits.
1. Контур регулирования дутьевого вентилятора. В данном контуре частота вращения регулируется ПИД-регулятором поддержания давления воздуха перед горелкой. Необходимое давление воздуха вычисляется по значению давления топлива и температуре подаваемого воздуха. Так же при необходимости производится корректировка установки давления по содержанию кислорода в уходящих дымовых газах, которое контролируется зондом. Вычисление производится микроЭВМ блока автоматического управления согласно режимной карте котла, откуда задающий сигнал поступает на преобразователь частоты (ПЧ) дутьевого вентилятора.1. The control circuit of the blower fan. In this circuit, the speed is controlled by the PID controller to maintain air pressure in front of the burner. The required air pressure is calculated by the value of the fuel pressure and the temperature of the supplied air. Also, if necessary, the pressure setting is adjusted according to the oxygen content in the flue gas, which is controlled by the probe. The calculation is made by the microcomputer of the automatic control unit according to the mode map of the boiler, from where the master signal is fed to the frequency converter (IF) of the blower fan.
В модифицированной схеме САУ тягодутьевого тракта КА, совмещаются принципы регулирования по возмущению и отклонению. Регулятор подачи воздуха изменяет его расход с помощью регулируемого электропривода переменного тока, выполненного на базе преобразователя частоты. Сигнал, пропорциональный расходу воздуха: во-первых, устраняет возмущения по расходу воздуха, не связанные с регулированием экономичности; во вторых, способствует стабилизации самого процесса регулирования подачи воздуха, так как служит одновременно сигналом жесткой отрицательной обратной связи. Введение дополнительного корректирующего сигнала по содержанию О2 повышает точность поддержания оптимального избытка воздуха.In the modified ACS scheme of the spacecraft’s draft-blowing tract, the principles of regulation by disturbance and deviation are combined. The air supply regulator changes its flow rate using an adjustable AC electric drive based on a frequency converter. A signal proportional to air flow: firstly, eliminates disturbances in air flow, not related to the regulation of efficiency; secondly, it helps to stabilize the process of regulating the air supply itself, as it simultaneously serves as a signal of hard negative feedback. The introduction of an additional correction signal for the content of O 2 increases the accuracy of maintaining the optimal excess air.
2. Контур регулирования дымососа. В данном контуре задействован датчик разрежения в топке. По его сигналу ПИД-регулятор блока автоматического управления поддерживает постоянное разрежение в топке на уровне 2-3 мм. в.ст., подавая управляющий сигнал на преобразователь частоты дымососа. Для упрощения схемы можно задействовать ПИД-регулятор преобразователя частоты, выведя на аналоговый вход ПЧ сигнал с датчика разрежения. Система регулирования дымососа должна поддерживать заданную величину разрежения в топке независимо от производительности котла. Сохранение баланса между подводом тепла и его отводом выполняется системой управления производительностью, регулирующей подачу топлива в топку. С увеличением количества топлива пропорционально возрастает подача воздуха, соответственно электропривод дымососа должен увеличить отсасывающий объем продуктов горения.2. The regulation circuit of the exhaust fan. A vacuum sensor in the furnace is involved in this circuit. At its signal, the PID controller of the automatic control unit maintains a constant vacuum in the furnace at a level of 2-3 mm. century, applying a control signal to the frequency converter of the exhaust fan. To simplify the circuit, you can use the PID controller of the frequency converter by outputting the signal from the vacuum sensor to the analog input of the inverter. The smoke exhauster control system must maintain a predetermined vacuum value in the furnace, regardless of the boiler output. Maintaining a balance between the supply of heat and its removal is carried out by a performance management system that regulates the supply of fuel to the furnace. With an increase in the amount of fuel, the air supply proportionally increases; accordingly, the electric drive of the exhaust fan should increase the suction volume of the combustion products.
Наличие небольшого (до 20-30 Па) постоянного разрежения в верхней части топки необходимо по условиям нормального топочного режима. Оно препятствует выбиванию газов из топки, способствует устойчивости факела и является косвенным показателем материального баланса между нагнетаемым в топку воздухом и уходящими газами.The presence of a small (up to 20-30 Pa) constant rarefaction in the upper part of the furnace is necessary under the conditions of a normal furnace mode. It prevents the knocking out of gases from the furnace, contributes to the stability of the torch and is an indirect indicator of the material balance between the air injected into the furnace and the exhaust gases.
Входным регулирующим воздействием этого участка служит расход дымовых газов, определяемый производительностью дымососов. К внешним возмущающим воздействиям относится изменение расхода воздуха в зависимости от тепловой нагрузки агрегата, а к внутренним - нарушения газовоздушного режима, связанные с изменениями состава и калорийности топлива. Отрицательным свойством тягодутьевого тракта являются колебания регулируемой величины около среднего значения с амплитудой до 10-15 Па и частотой до нескольких Гц. Такие колебания зависят, в частности, от пульсаций расходов топлива и воздуха.The input regulatory effect of this section is the flue gas flow, determined by the performance of the smoke exhausters. External disturbing influences include a change in air flow depending on the heat load of the unit, and internal disturbances include gas-air disturbances associated with changes in the composition and calorific value of fuel. A negative property of the draft path is fluctuations of an adjustable value near the average value with an amplitude of up to 10-15 Pa and a frequency of up to several Hz. Such fluctuations depend, in particular, on the pulsations of fuel and air consumption.
Регулирование разрежения осуществляется посредством изменения количества уходящих через дымосос газов, отсасываемых дымососом. При этом производительность дымососа регулируется управляемым электроприводом. Заданное значение регулируемого параметра устанавливается с помощью микроЭВМ. При работе котла в регулирующем режиме могут происходить частые изменения тепловой нагрузки и, следовательно, изменения расхода воздуха. Указанное приводит к временному нарушению материального баланса между поступающим воздухом и уходящими газами. Для предупреждения данного нарушения и увеличения быстродействия регулятора расхода отработанных газов в схему (фиг. 1) на вход регулятора введено дополнительное воздействие от регулятора расхода воздуха.Regulation of rarefaction is carried out by changing the amount of exhaust gases exhausted through the exhaust fan, exhausted by the exhaust fan. At the same time, the performance of the smoke exhaust is regulated by a controlled electric drive. The set value of the adjustable parameter is set using a microcomputer. When the boiler is in the control mode, frequent changes in the heat load and, consequently, changes in air flow can occur. The above leads to a temporary violation of the material balance between the incoming air and flue gases. To prevent this violation and increase the speed of the exhaust gas flow regulator, an additional effect from the air flow regulator is introduced into the regulator input into the circuit (Fig. 1).
Поддержание оптимального режима горения в топке обеспечивается выбором необходимой скорости вращения электродвигателей тягодутьевых механизмов при полностью открытых направляющих аппаратах практически во всем диапазоне рабочей производительности котельной установки. В отдельных случаях возникает неустойчивый режим горения при розжиге котла и в начальном диапазоне его производительности («отрыв» пламени от запальника или от горелки). Такой режим характеризуется значительными динамическими возмущениями давления/разрежения в топке.The maintenance of the optimal combustion mode in the furnace is ensured by the selection of the required rotation speed of the electric motors of the draft engines with fully open guide vanes in almost the entire range of the operating capacity of the boiler plant. In some cases, an unstable combustion mode occurs during the ignition of the boiler and in the initial range of its performance (“separation” of the flame from the igniter or from the burner). This mode is characterized by significant dynamic pressure / vacuum perturbations in the furnace.
Применение преобразователей частоты для управления вентилятором подачи воздуха в топку и вентилятором дымососа позволяет не только эффективно решить задачу повышения энергоэффективности, но и автоматизировать технологический процесс. Установка ПЧ не исключает регулирования потока воздуха шибером, эта система регулирования может использоваться как резервная.The use of frequency converters to control the fan for supplying air to the furnace and the fan of the smoke exhaust fan allows not only to effectively solve the problem of increasing energy efficiency, but also to automate the process. The inverter installation does not exclude the regulation of the air flow by the gate, this regulation system can be used as a backup.
Функциональные возможности преобразователей частоты:Functionality of frequency converters:
- автоматическое включение и плавный пуск электродвигателя;- automatic inclusion and smooth start of the electric motor;
- управление частотой и напряжением на входе, в том числе автоматическое по часам реального времени;- control of the frequency and voltage at the input, including automatic control in real time;
- поддержание величины технологического параметра;- maintaining the value of the technological parameter;
- повторное включение после аварийного отключения;- re-enable after an emergency shutdown;
- плавный останов и отключение электродвигателя;- smooth stop and shutdown of the electric motor;
защита электродвигателя в аварийных ситуациях и нештатных режимах.motor protection in emergency situations and abnormal conditions.
Применительно к дымососам и вентиляторам возможны следующие варианты управления:For smoke exhausters and fans, the following control options are possible:
- полностью ручной режим, когда оператор согласно визуальным показаниям прибора разрежения или избыточного давления выставляет необходимую частоту;- fully manual mode, when the operator, according to the visual indications of the vacuum device or overpressure, sets the required frequency;
- управление преобразователем с помощью ПИД-регулятора, при этом используется датчик давления или разрежения с токовым или потенциометрическим выходом. Последний вариант обычно интегрируется в систему управления котлом. Система управления тягодутьевыми механизмами обычно включает в себя несколько ПЧ (управление приводами дымососов и вентиляторов), датчики разрежения, датчики давления.- control of the converter using the PID controller, using a pressure or vacuum sensor with current or potentiometric output. The latter option is usually integrated into the boiler control system. The control system for draft engines usually includes several inverters (control drives of exhaust fans and fans), vacuum sensors, pressure sensors.
Разработанное устройство для энергосберегающего управления воздушными и тепловыми потоками ТДМ представляет из себя сложный многодвигательный УЭТК, выполненный на базе современных комплектных энергосберегающих электроприводов переменного тока с микропроцессорным управлением и типовых промышленных датчиков температуры, частоты вращения, разрежения, расхода воздуха, топлива, отработанных газов, содержания кислорода. Система управления многодвигательным электроприводом спроектирована по модульному принципу и обеспечивает следующие основные требования:The developed device for energy-saving control of air and heat flows of the TDM is a complex multi-engine UETK made on the basis of modern complete energy-saving AC electric drives with microprocessor control and standard industrial sensors for temperature, speed, vacuum, air flow, fuel, exhaust gases, oxygen content . The multi-motor drive control system is designed according to the modular principle and provides the following basic requirements:
1. Диапазон изменения частоты вращения рабочих органов должен быть равен диапазону изменения производительности.1. The range of variation of the speed of rotation of the working bodies should be equal to the range of variation of productivity.
2. Пуск двигателей электроприводов должен быть плавным и продолжаться не более тридцати секунд.2. Starting electric motors should be smooth and last no more than thirty seconds.
3. Электропривод должен обеспечивать работу в двух основных режимах: пуско-тормозных с заданной интенсивностью и в режиме стабилизации скоростных режимов ТДМ.3. The electric drive must provide operation in two main modes: start-brake with a given intensity and in the mode of stabilization of high-speed TDM modes.
4. Во всем диапазоне изменения производительности необходимо автоматически поддерживать постоянную частоту вращения электроприводов с отклонением, равным не более 0,5-1%.4. Over the entire range of productivity changes, it is necessary to automatically maintain a constant speed of electric drives with a deviation of not more than 0.5-1%.
5. Система автоматического регулирования должна быть устойчивой во всех режимах и ограничивать имеющее место колебание питающего напряжения в установившемся режиме в пределах ±5%.5. The automatic control system must be stable in all modes and limit the fluctuation of the supply voltage in the steady state within ± 5%.
6. Многодвигательный электропривод должен обеспечивать регулирование частот вращения в диапазоне 5:1.6. A multi-motor drive must provide speed control in the range of 5: 1.
Применение электропривода по системе «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» позволяет наиболее рациональным образом решить комплекс вопросов, связанных с надежностью, быстродействием, точностью регулирования, снижением потерь тепловой и электрической энергии.The use of an electric drive according to the system “frequency converter - induction motor” allows the most rational way to solve a set of issues related to reliability, speed, accuracy of regulation, reducing heat and electric energy losses.
Применение ресурсосберегающих электроприводов позволяет снизить уровень потребления электрической энергии, особенно в режиме холостого хода, а также обеспечить управление интенсивностью пуско-тормозных режимов.The use of resource-saving electric drives can reduce the level of consumption of electric energy, especially in idle mode, as well as provide control over the intensity of start-brake modes.
Устройство работает следующим образом. Перед пуском устройства напряжение подается на блоки питания микроЭВМ, аналогово-цифровые преобразователи, преобразователи частоты, датчики частоты вращения, температуры, разрежения, расхода воздуха, топлива, отработанных газов, содержания кислорода.The device operates as follows. Before starting the device, the voltage is supplied to the power supply units of the microcomputer, analog-to-digital converters, frequency converters, speed sensors, temperature, vacuum, air, fuel, exhaust gas, oxygen content sensors.
Программа в микроЭВМ обеспечивает заданные скоростные режимы автоматизированного многодвигательного электропривода и следит за режимными показателями: температурой поступающего воздуха, разрежением дымовых газов в топке котлоагрегата, содержанием кислорода, расходом топлива и уходящих газов, давлением топлива. Программа микроЭВМ устанавливает базовые скоростные режимы отдельно для электроприводов вентиляторов подачи воздуха, топлива и дымососа.The program in the microcomputer provides the specified speed modes of an automated multi-motor electric drive and monitors the performance indicators: temperature of the incoming air, rarefaction of flue gases in the furnace of the boiler unit, oxygen content, fuel and exhaust gas consumption, fuel pressure. The microcomputer program sets the basic speed modes separately for electric fans for air, fuel and smoke exhaust fans.
Для предупреждения изменений тепловой нагрузки и, следовательно, изменения расхода воздуха, в схему (фиг. 1) САР на вход регулятора отработанных газов (32) введено дополнительное воздействие от регулятора расхода воздуха (11).To prevent changes in heat load and, consequently, changes in air flow, an additional effect from the air flow regulator (11) is introduced into the circuit (Fig. 1) of the ATS at the input of the exhaust gas controller (32).
1. Контур регулирования дутьевого вентилятора. В данном контуре частота вращения вентилятора (18) регулируется ПИД-регулятором расхода воздуха (11) для поддержания заданного давления воздуха перед горелкой. Сигнал задания (Uз1) давления воздуха подается на первый вход микроЭВМ. Управляющий сигнал для преобразователя частоты (13) и асинхронного двигателя (14) формируется в суммирующих устройствах (5) и (8) из импульсов, поступающих от датчиков температуры воздуха (6), расхода воздуха (9) и давления топлива (7). Кроме того, корректировка уставки давления воздуха по содержанию кислорода в уходящих дымовых газах, осуществляется датчиком (10).1. The control circuit of the blower fan. In this circuit, the fan speed (18) is controlled by the PID air flow controller (11) to maintain the set air pressure in front of the burner. The reference signal (U З1 ) of the air pressure is supplied to the first input of the microcomputer. The control signal for the frequency converter (13) and the induction motor (14) is generated in the summing devices (5) and (8) from the pulses from the air temperature sensors (6), air flow rate (9) and fuel pressure (7). In addition, the adjustment of the air pressure setting for the oxygen content in the flue gas is carried out by the sensor (10).
2. Контур регулирования вентилятора подачи газообразного топлива. На второй вход микроЭВМ подается сигнал (Uз2) задания расхода топлива, соответствующий заданной производительности котлоагрегата. Сохранение баланса между подводом тепла и его отводом выполняется системой управления производительностью, регулирующей подачу топлива в топку. С увеличением количества топлива пропорционально возрастает подача воздуха. За счет введения обратной связи через датчик частоты вращения (16) электроприводы вентиляторов подачи воздуха (1) и топлива (19) работают в следящем режиме, обеспечивая синхронный пуск и торможение. Кроме того, поддержание материального баланса между расходом топлива и объемом поступающего в топку воздуха, обеспечивается обратными связями через датчики расхода топлива (21) и частоты вращения (16). Сформированный в суммирующем устройстве (17) результирующий сигнал поступает на ПИД-регулятор расхода топлива (22) и далее через преобразователь частоты (23), асинхронный двигатель (24), редуктор (25) регулирующий частоту вращения вентилятора (26), обеспечивая заданную производительность КА.2. The control loop of the gaseous fuel supply fan. At the second input of the microcomputer, a signal (U z2 ) sets the fuel consumption corresponding to a given boiler output. Maintaining a balance between the supply of heat and its removal is carried out by a performance management system that regulates the supply of fuel to the furnace. With an increase in the amount of fuel, the air supply proportionally increases. Due to the introduction of feedback through the speed sensor (16), the electric drives of the air supply fans (1) and fuel (19) operate in a follow-up mode, providing synchronous start and braking. In addition, maintaining a material balance between fuel consumption and the volume of air entering the furnace is provided by feedbacks through fuel consumption sensors (21) and speed (16). The resulting signal generated in the summing device (17) is fed to the PID fuel consumption controller (22) and then through a frequency converter (23), an asynchronous motor (24), a gearbox (25) that regulates the fan speed (26), providing a given SC performance .
3. Контур регулирования дымососа. На третий вход микроЭВМ подается сигнал задания (Uз3) величины разрежения воздуха в топке котлоагрегата. В данном контуре задействованы датчики разрежения (31) и расхода уходящих газов (29), которые в суммирующих устройствах (12) и (30) совместно с сигналом задания формируют управляющий сигнал, поступающий на вход ПИД-регулятора расхода отработанных газов (32), который через преобразователь частоты (33) и асинхронный двигатель (34) регулирует частоту вращения вентилятора (36), поддерживая постоянное разрежение в топке на уровне 2-3 мм. в.ст.3. The control circuit of the exhaust fan. At the third input of the microcomputer, a reference signal (U s3 ) of the amount of rarefaction of air in the furnace of the boiler unit is supplied. In this circuit, rarefaction sensors (31) and exhaust gas flow sensors (29) are involved, which in the summing devices (12) and (30) together with the reference signal form a control signal fed to the input of the PID exhaust gas flow controller (32), which through a frequency converter (33) and an induction motor (34) it controls the fan speed (36), maintaining a constant vacuum in the furnace at the level of 2-3 mm. century
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018125107A RU2707097C2 (en) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Device for energy-saving control of air and heat flows of forced-draft mechanism of industrial boiler unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018125107A RU2707097C2 (en) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Device for energy-saving control of air and heat flows of forced-draft mechanism of industrial boiler unit |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018125107A RU2018125107A (en) | 2019-03-07 |
| RU2018125107A3 RU2018125107A3 (en) | 2019-09-26 |
| RU2707097C2 true RU2707097C2 (en) | 2019-11-22 |
Family
ID=65632500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018125107A RU2707097C2 (en) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Device for energy-saving control of air and heat flows of forced-draft mechanism of industrial boiler unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2707097C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0080906A2 (en) * | 1981-12-02 | 1983-06-08 | Toyo Boseki Kabushiki Kaisha | Polyester fibres and their production |
| DE19860335A1 (en) * | 1997-12-25 | 1999-07-01 | Chisso Corp | Fiber for reinforcing concrete |
| RU86191U1 (en) * | 2009-04-01 | 2009-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина" | DEVICE FOR CONTROL OF THE PROCESS OF FORMATION OF SYNTHETIC FIBERS AND THREADS, CANVAS FORMING AND WINDING |
| RU124948U1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "ЭЛЕКТРОНТЕХНИКА" | DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL AND MANAGEMENT OF BOILER UNIT |
-
2017
- 2017-07-12 RU RU2018125107A patent/RU2707097C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0080906A2 (en) * | 1981-12-02 | 1983-06-08 | Toyo Boseki Kabushiki Kaisha | Polyester fibres and their production |
| DE19860335A1 (en) * | 1997-12-25 | 1999-07-01 | Chisso Corp | Fiber for reinforcing concrete |
| RU86191U1 (en) * | 2009-04-01 | 2009-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина" | DEVICE FOR CONTROL OF THE PROCESS OF FORMATION OF SYNTHETIC FIBERS AND THREADS, CANVAS FORMING AND WINDING |
| RU124948U1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "ЭЛЕКТРОНТЕХНИКА" | DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL AND MANAGEMENT OF BOILER UNIT |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2018125107A3 (en) | 2019-09-26 |
| RU2018125107A (en) | 2019-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN202281248U (en) | Industrial boiler energy-saving combustion operation control device | |
| CN103946516A (en) | Valve control device, gas turbine, and valve control method | |
| JP2009030492A (en) | Power generation system | |
| JP2014005822A (en) | Exhaust reflux device | |
| CN106979082B (en) | Transient emission temperature control of turbine systems | |
| RU2707097C2 (en) | Device for energy-saving control of air and heat flows of forced-draft mechanism of industrial boiler unit | |
| CN104501127A (en) | Automatic control method and system device for adjustment on load of biogas supplied for steam boiler | |
| RU124948U1 (en) | DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL AND MANAGEMENT OF BOILER UNIT | |
| RU2680778C1 (en) | System of automatic regulation of combustion process in boiler for burning solid fuel in fluidized bed | |
| RU2601320C1 (en) | Power control method of combined-cycle plants and apparatus for its implementation | |
| CN103299129B (en) | The method for controlling of operation of oxygen combustion boiler and device | |
| CN112513442B (en) | Method for operating a gas turbine plant with gaseous fuel | |
| CN201443779U (en) | Automatic energy-saving control system for boiler | |
| EP2217858B1 (en) | Method of elimination of uncontrolled leakages of air not taking part in the combustion process in a stoker-fired boiler | |
| RU105714U1 (en) | BOILER INSTALLATION | |
| CN211645345U (en) | Furnace gas volume-based heating furnace hearth pressure dynamic optimization control system | |
| CN204404149U (en) | Biological flue gas is for steam boiler Load Regulation automatic control system device | |
| CN112178684A (en) | System and method for improving air/fuel ratio precision of boiler | |
| CN112611234A (en) | Intelligent combustion optimization control method for pulverized coal furnace for co-combustion of blast furnace gas | |
| JPH07280256A (en) | In-furnace pressure controlling method for burning furnace | |
| CN104848194A (en) | Method and system for draft control of thermal power generating unit applicable to environmental-friendly control technology | |
| RU2416759C1 (en) | Procedure for automatic control of interconnected processes of direct flow boiler loading under conditions of process limits | |
| CN202040809U (en) | Control device for coal water slurry burner | |
| JPS62146990A (en) | Hydrocarbon pyrolysis device | |
| RU2686130C1 (en) | Boiler of low power of high-temperature boiler layer with a system of automatic regulation of the combustion process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191127 |