RU99121U1

RU99121U1 - DEVICE FOR REGULATING THE BURNING MODE IN THE BOILER

Info

Publication number: RU99121U1
Application number: RU2010104083/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Алексеевич Крылов; Сергей Сергеевич Сапожников; Екатерина Юрьевна Бунина; Елена Юрьевна Савельева
Original assignee: Юрий Алексеевич Крылов; Сергей Сергеевич Сапожников; Екатерина Юрьевна Бунина; Елена Юрьевна Савельева
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2010-11-10

Abstract

Устройство для регулирования режима горения в топке котла, состоящее из двух преобразователей частоты для индивидуального электропитания электродвигателей дымососа и дутьевого вентилятора, каждый из которых содержит нереверсивный выпрямитель, фильтрующий конденсатор и инвертор напряжения, отличающееся тем, что преобразователь частоты электродвигателя дымососа снабжен датчиком напряжения, соединенным входом с выпрямителем, а выходом с блоком управления, выход которого подключен к полупроводниковому ключу, соединенному входом с выпрямителем преобразователя частоты электродвигателя дымососа, а выходом - с выпрямителем преобразователя частоты дутьевого вентилятора. A device for regulating the combustion mode in the boiler furnace, consisting of two frequency converters for individual power supply of the smoke exhaust motor and the blower fan, each of which contains a non-reversible rectifier, a filtering capacitor and a voltage inverter, characterized in that the frequency converter of the smoke exhaust motor is equipped with a voltage sensor connected to the input with a rectifier, and an output with a control unit, the output of which is connected to a semiconductor switch connected by an input to ryamitelem exhauster frequency motor drive, and exit - with rectifier blow fan frequency converter.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к области тепло-водоснабжения промышленных и жилых объектов.The utility model relates to the field of heat and water supply for industrial and residential facilities.

Уровень техникиState of the art

Горение топлива в топке водогрейных и энергетических котлов обеспечивается двумя одновременно работающими электроприводами - дымососа и дутьевого вентилятора. Обязательный элемент котла - дымовая труба для выбрасывания уходящих газов в верхние слои атмосферы, обусловливает наличие естественной тяги как дополнение к напору, создаваемому дымососом.Combustion of fuel in the furnace of hot-water and energy boilers is provided by two simultaneously operating electric drives - a smoke exhaust fan and a blow fan. A mandatory element of the boiler is a chimney for emitting exhaust gases into the upper atmosphere, which causes the presence of natural draft as an addition to the pressure created by the smoke exhauster.

Регулирование разрежения в топке котла и напора дутьевого воздуха в горелках до недавнего времени осуществлялось методом дросселирования путем изменения угла открытия шиберов, устанавливаемых в дымоходе и канале подачи воздуха. В настоящее время применяются частотно-регулируемые асинхронные электроприводы дымососа и дутьевого вентилятора с индивидуальными преобразователями частоты. При этом разрежение в топке и напор дутьевого воздуха регулируются частотой вращения электроприводов при полностью открытых шиберах, чем обеспечивается значительный эффект энергосбережения.Until recently, until recently, rarefaction in the boiler furnace and blast air pressure in the burners was controlled by the throttling method by changing the opening angle of the gates installed in the chimney and the air supply channel. Currently, variable-frequency asynchronous electric drives of the smoke exhaust and blower fan with individual frequency converters are used. In this case, the vacuum in the furnace and the pressure of the blowing air are regulated by the frequency of rotation of the electric drives with the gates completely open, which ensures a significant energy-saving effect.

В процессе эксплуатации выявлена проблема, заключающаяся в том, что при определенных условиях, например, малой тепловой мощности, вырабатываемой котлоагрегатом, величина естественной тяги может превышать требуемую для поддержания разрежения в топке. Результатом этого является переход электропривода дымососа из двигательного режима в генераторный, размыкание контура регулирования разрежения, колебательный режим и, как следствие, отключение котла аварийной защитой.During operation, a problem has been identified which consists in the fact that under certain conditions, for example, low heat power generated by the boiler, the amount of natural draft can exceed that required to maintain a vacuum in the furnace. The result of this is the transition of the electric smoke exhauster drive from the motor mode to the generator mode, the opening of the rarefaction control loop, the oscillatory mode and, as a result, the boiler shutting down with emergency protection.

Для исключения генераторного режима на практике применяется смешанное регулирование частотой вращения дымососа и углом открытия шибера, что противоречит задаче энергосбережения.To exclude the generator mode in practice, mixed control is used by the speed of the exhaust fan and the opening angle of the gate, which contradicts the task of energy conservation.

Известны широко используемые и примененные в данном устройстве преобразователи частоты [1] для индивидуального электропривода механизмов на основе инвертора напряжения, содержащие выпрямитель, фильтрующий конденсатор и инвертор напряжения. Недостатком такого преобразователя применительно к электроприводу дымососа является отсутствие возможности передачи в питающую электросеть электрической мощности при переходе электродвигателя из двигательного режима в генераторный. В случае такого режима механическая энергия с вала электродвигателя преобразуется инвертором в электрическую, что ведет к повышению напряжения на конденсаторе и его разрушению. Во избежание этого в системе управления формируется запрет на работу инвертора, что равносильно запрету регулирования и размыканию контура автоматического регулирования технологического показателя. Проблема может быть решена применением реверсивного выпрямителя, что усложняет и удорожает изделие, а при малой мощности генераторного режима в сравнении с двигательными такое устройство экономически нецелесообразно.Known widely used and used in this device, frequency converters [1] for individual electric drive mechanisms based on a voltage inverter, containing a rectifier, a filtering capacitor and a voltage inverter. The disadvantage of this converter with respect to the electric drive of the exhaust fan is the inability to transmit electric power to the supply network during the transition of the electric motor from the motor mode to the generator one. In this case, the mechanical energy from the motor shaft is converted by the inverter into electrical energy, which leads to an increase in the voltage on the capacitor and its destruction. In order to avoid this, a ban on the inverter operation is formed in the control system, which is tantamount to a ban on regulation and an open circuit for automatic regulation of a technological indicator. The problem can be solved by using a reversible rectifier, which complicates and increases the cost of the product, and with a low power generating mode in comparison with the motor mode, such a device is not economically feasible.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и выбранное в качестве прототипа является устройство [2] для регулирования частоты вращения нескольких асинхронных электродвигателей, содержащее общее звено постоянного тока с нереверсивным выпрямителем и индивидуальные инверторы напряжения по количеству электродвигателей. Устройство не имеет возможности инвертирования электроэнергии в питающую электросеть, но генерируемая энергия одного электродвигателя потребляется другими, работающими в двигательном режиме, благодаря общей шине постоянного тока, объединяющей все инверторы напряжения по входам.Closest to the proposed technical essence and selected as a prototype is a device [2] for controlling the rotational speed of several asynchronous electric motors, containing a common DC link with a non-reversible rectifier and individual voltage inverters according to the number of electric motors. The device does not have the ability to invert electricity to the supply network, but the generated energy of one electric motor is consumed by others working in the motor mode, thanks to a common DC bus that combines all voltage inverters at the inputs.

Недостатком этого устройства является взаимовлияние электроприводов в динамических режимах и неприменимость для устройств общепромышленного назначения ввиду объектно-ориентированного исполнения на конкретный технологический процесс.The disadvantage of this device is the mutual influence of electric drives in dynamic modes and inapplicability for general industrial devices due to the object-oriented execution on a specific process.

Задача полезной модели - исключение отрицательного воздействия естественной тяги на качество регулирования разрежения в топке котла без дополнительных потерь электроэнергии и удорожания применяемого оборудования.The objective of the utility model is to eliminate the negative impact of natural traction on the quality of regulation of the vacuum in the boiler furnace without additional energy losses and cost of equipment used.

Указанная задача решается тем, что преобразователь частоты электропривода дымососа дополнительно снабжен датчиком выпрямленного напряжения, соединенным входом с выпрямителем, а выходом - с блоком управления ключом. Блок управления своим выходом подключен к полупроводниковому ключу, который соединен входом с выпрямителем преобразователя частоты электропривода дымососа, а выходом - с выпрямителем преобразователя частоты электропривода дутьевого вентилятора.This problem is solved by the fact that the frequency converter of the electric smoke exhauster is additionally equipped with a rectified voltage sensor connected to the input with the rectifier, and the output to the key control unit. The control unit with its output is connected to a semiconductor key, which is connected by an input to the rectifier of the frequency converter of the electric drive of the smoke exhaust, and by the output - by the rectifier of the frequency converter of the electric drive of the blower fan.

Соединение выпрямителей двух преобразователей частоты через управляемый ключ обеспечивает в случае необходимости переток электрической энергии из электропривода, работающего в генераторном режиме, в электропривод с двигательным режимом, где она полезно потребляется.The connection of the rectifiers of two frequency converters through a controlled key provides, if necessary, the transfer of electric energy from an electric drive operating in the generator mode to an electric drive with a motor mode, where it is usefully consumed.

На фиг.1 приведена структура предлагаемого устройства, включающая два преобразователя частоты 1 и 2, первый из которых соединен с электродвигателем 3 дымососа, а второй - с электродвигателем 4 дутьевого вентилятора. Каждый преобразователь частоты состоит из выпрямителя 5 и 6, инвертора 7 и 8 и фильтрующего конденсатора 9 и 10, соединенных как показано на фиг.Figure 1 shows the structure of the proposed device, including two frequency converters 1 and 2, the first of which is connected to the electric motor 3 of the exhaust fan, and the second to the electric motor 4 of the blower fan. Each frequency converter consists of a rectifier 5 and 6, an inverter 7 and 8, and a filter capacitor 9 and 10 connected as shown in FIG.

Выход выпрямителя 5 через ключ 11 соединен с выходом выпрямителя 6. Управляющий вход ключа 11 подключен к выходу блока управления 12, а вход этого блока через датчик напряжения 13 соединен с выходом выпрямителя 5.The output of the rectifier 5 through the key 11 is connected to the output of the rectifier 6. The control input of the key 11 is connected to the output of the control unit 12, and the input of this unit through the voltage sensor 13 is connected to the output of the rectifier 5.

Устройство работает следующим образомThe device operates as follows

Нормальным режимом эксплуатации устройства является двигательный режим обоих электроприводов - дымососа и дутьевого вентилятора. При этом величина выпрямленного напряжения на выходе 5, измеряемая датчиком напряжения 13, не превышает величину уставки, содержащейся в блоке управления 12. Ключ 11 закрыт, и каждый электропривод работает без взаимосвязи с другим.The normal operating mode of the device is the motor mode of both electric drives - a smoke exhaust and a blower. In this case, the value of the rectified voltage at the output 5, measured by the voltage sensor 13, does not exceed the value of the setting contained in the control unit 12. The key 11 is closed, and each drive operates without interconnection with the other.

При переходе электропривода дымососа в генераторный режим напряжение на конденсаторе 9 повышается, и по достижении уставки в блоке управления 12 ключ 11 открывается, чем обеспечивается контур обмена энергией между электроприводами дымососа и вентилятора. В результате генерируемая электрическая энергия расходуется в электродвигателе дутьевого вентилятора, а его преобразователь частоты потребляет из сети меньшее количество энергии.When the smoke exhauster’s electric drive enters the generator mode, the voltage on the capacitor 9 rises, and upon reaching the setting in the control unit 12, the key 11 opens, which ensures the energy exchange circuit between the electric smoke exhauster and the fan. As a result, the generated electric energy is consumed in the electric motor of the blower fan, and its frequency converter consumes less energy from the network.

Этим достигается полная управляемость электропривода дымососа даже при его переходе в генераторный режим, что предотвращает колебания разрежения в топке котла и его аварийные отключения.This ensures complete controllability of the electric drive of the smoke exhauster even when it enters the generator mode, which prevents rarefaction fluctuations in the boiler furnace and its emergency shutdowns.

Использование предлагаемого устройства позволяет снижать капитальные затраты на модернизацию котловых электроприводов путем применения более простого и дешевого преобразователя частоты в сравнении с обеспечивающими рекуперацию энергии, и экономить электроэнергию в сравнении с другими способами предотвращения генераторного режима.Using the proposed device allows to reduce capital costs for the modernization of boiler electric drives by using a simpler and cheaper frequency converter in comparison with those providing energy recovery, and to save electricity in comparison with other ways to prevent generator operation.

Возможно применение полезной модели для групповых электроприводов других механизмов, для одного или нескольких из которых может быть характерен генераторный режим. При этом схема фиг.1 должна быть изменена применительно к задачам этих электроприводов. Например, если генераторный режим возможен для обоих электроприводов на фиг.1, то ее следует расширить ключом с двусторонней проводимостью и добавлением блока управления и датчика напряжения, связанными со вторым преобразователем частоты.It is possible to use a utility model for group drives of other mechanisms, for one or more of which the generator mode may be characteristic. In this case, the diagram of FIG. 1 should be changed as applied to the tasks of these electric drives. For example, if the generator mode is possible for both electric drives in figure 1, then it should be expanded with a key with two-sided conductivity and the addition of a control unit and a voltage sensor associated with the second frequency converter.

Предлагаемая полезная модель прошла промышленную апробоцию на котле №3 районной теплостанции «Жулебино», г.Москва, планируется широкое внедрение на теплостанциях Московской объединенной энергетической компании.The proposed utility model was industrial tested on boiler No. 3 of the district heating station “Zhulebino”, Moscow, and widespread implementation is planned at the heating stations of the Moscow United Energy Company.

ЛитератураLiterature

1. Г.М.Иванов, А.Г.Иванов. Электропривод в химической и целлюлозно-бумажной отраслях промышленности. М.: Федеральное агенство по образованию. Московский государственный индустриальный университет, 2008.1. G.M. Ivanov, A.G. Ivanov. Electric drive in chemical and pulp and paper industries. M .: Federal Agency for Education. Moscow State Industrial University, 2008.

2. Панов А.С., Куцый К.Л., Горбачевский Н.К., Осипов О.Н. Модернизация электротехнического комплекса производства резиновых смесей // Труды V Международной (16 всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. 2007. стр.406-4072. Panov A.S., Kutsy KL, Gorbachevsky N.K., Osipov O.N. Modernization of the electrical complex for the production of rubber compounds // Proceedings of the V International (16th All-Russian) Conference on Automated Electric Drive. 2007.p. 406-407

Claims

A device for regulating the combustion mode in the boiler furnace, consisting of two frequency converters for individual power supply of the smoke exhaust motor and the blower fan, each of which contains a non-reversible rectifier, a filtering capacitor and a voltage inverter, characterized in that the frequency converter of the smoke exhaust motor is equipped with a voltage sensor connected to the input with a rectifier, and an output with a control unit, the output of which is connected to a semiconductor switch connected by an input to ryamitelem exhauster frequency motor drive, and exit - with rectifier blow fan frequency converter.