SK284272B6 - Spôsob automatického riadenia spaľovania v peci a systém na vykonávanie tohto spôsobu - Google Patents

Abstract

Spôsob automatického riadenia spaľovania v peci zahŕňa znižovanie definovanej koncentrácie oxidu uhlíka v odpadových plynoch. Potom sa definovaná koncentrácia voľného kyslíka zvyšuje, pričom sa po znížení koncentrácie oxidu uhlíka opäť znižuje definovaná koncentrácia voľného kyslíka. Systém zahŕňa programovacie zariadenie (4) s programom zmeny definovanej koncentrácie voľného kyslíka v odpadových plynoch, čo závisí od pomeru koncentrácie oxidu uhlíka.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu a systému automatického riadenia spaľovania v peci so súčasným meraním obsahu voľného kyslíka a oxidu uhlíka v odpadových plynoch, s definovanou koncentráciou voľného kyslíka v odpadových plynoch, stanovenou na základe meranej, stanovenej a obmedzenej koncentrácie oxidu uhlíka a so súčasnou kompenzáciou porúch, spôsobených zmenami v prúde paliva. Spôsob a systém je určený pre priemyselné pece, hlavne v elektrárňach, v ktorých sa spaľuje zmes paliva a vzduchu, hlavne mleté uhlie, ktoré sa do pece privádza prúdom vzduchu.

Doterajší stav techniky

Z opisu poľského patentu 118 383 je známy spôsob automatického riadenia spaľovania, ktorý zahŕňa korekciu spaľovacieho procesu na báze merania množstva voľného kyslíka v odpadových plynoch. V tomto spôsobe sa predpokladá konštantná koncentrácia kyslíka a ak sa hodnota meranej koncentrácie voľného kyslíka od predpokladanej hodnoty líši, zmení sa pomer paliva a vzduchu v zmesi dodávanej do pece tak, aby sa hodnota voľného kyslíka vyrovnala s predpokladanou hodnotou koncentrácie. Známy je tiež spôsob automatickej korekcie obsahu voľného kyslíka v odpadových plynoch v závislosti od výkonu objektu, to znamená od mohutnosti prúdu paliva privádzaného do pece, alebo od zmien poklesu výhrevnosti paliva. Pri ideálnom priebehu spaľovania sa v odpadových plynoch objaví iba dioxid uhlíka, bez nečistôt oxidu uhlíka, ale nebude prítomný žiadny voľný kyslík. Množstvo privádzaného vzduchu bude v tomto prípade vychádzať zo stechiometrického výpočtu pri kombinovaní uhlíka s kyslíkom. V praxi je však nemožné dosiahnuť taký výsledok, a preto v odpadovom plyne nájdeme vždy oxid uhlíka. Aby sa dosiahlo minimálne množstvo uhlíka v odpadových plynoch, privádza sa do pece dodatočné množstvo kyslíka. Zvyšovanie množstva vzduchu však zvažuje straty v komíne, čo má za následok zvýšenie množstva odpadových plynov a zvýšenie množstva tepla unikajúceho komínom do atmosféry. V praxi musí preto prísť ku kompromisu v zložení a v množstve odpadových plynov. Znamená to, že sa musí povoliť určité množstvo oxidu a musí sa použiť také množstvo vzduchu, aby množstvo uhlíka v odpadových plynoch nebolo príliš veľké pri malom množstve vzduchu. Množstvo privádzaného vzduchu je stanovené meraním množstva voľného kyslíka v odpadových plynoch. V známych spôsoboch riadenia spaľovania sa predpokladá v experimentálne vybratých objektoch obmedzená minimálna koncentrácia voľného kyslíka v odpadových plynoch, obmedzená maximálna koncentrácia oxidu uhlíka nie je stanovená iba vzhľadom na straty, spôsobená nedostatočným spaľovaním, ale tiež vzhľadom na škodlivý vplyv oxidu uhlíka na okolie. Aj keby mohlo byť z ekonomických dôvodov množstvo oxidu uhlíka vysielaného do atmosféry vyššie, musí sa emisia plynu obmedziť z ekologických dôvodov. Obmedzujúca minimálna koncentrácia voľného kyslíka je definovaná vzhľadom na straty, spôsobené neúplným spaľovaním a na straty prenosu termálnej energie v komíne, ale tiež vzhľadom na množstvo zložiek kyslíka a dusíka v odpadových plynoch. Tieto zložky sú zvlášť nebezpečné pre okolie, a preto množstvo ich emisii sa obmedzuje. Pri snahe obmedzovať množstvo oxidu dusíka je nutné obmedzovať prívod kyslíka na spaľovanie, a tým aj množstvo voľného kyslíka v odpadových plynoch, aj keď sa to dosahuje za cenu zvyšovania koncentrácie oxidu dusíka. Z poľ ského patentu 156 836 je známy systém automatickej optimalizácie spaľovacieho procesu v tepelnom objekte, ktorá má senzory citlivé na koncentráciu voľného kyslíka v odpadových plynoch, kde tieto senzory sú spojené so vstupom regulátora a jeho výstup s ventilátorom prívodu sekundárneho vzduchu do pece. Účelom tohto vynálezu a systému, ktorý optimalizuje spaľovací proces tak, že pri priemernej koncentrácii oxidu uhlíka v odpadových plynoch, ktorá neprekračuje obmedzujúcu stanovenú koncentráciu, je minimalizovaný prívod vzduchu do pece, čím sa znižujú „komínové straty“ a uľahčuje sa proces znižovania koncentrácie oxidu dusíka emitovaneho do atmosféry v odpadových plynoch.

Tento účel bol dosiahnutý tým, že sa definovaná hodnota koncentrácie voľného kyslíka v odpadových plynoch automaticky znižuje až do času, kedy sa požadovaná koncentrácia oxidu uhlíka v odpadových plynoch rovná definovanej, obmedzujúcej a povolenej koncentrácii chemických zložiek. V okamihu dosiahnutia tohto stavu sa definovaná hodnota koncentrácie voľného kyslíka zvýši skokom, a to zvýšením o statickú a dynamickú hodnotu. Po uplynutí času T_o sa pri definovanej koncentrácii kyslíka zníži dynamická hodnota, ktorá sa udržuje až do konca definovanej časovej periódy T. Definovaná perióda začína v okamihu dosiahnutia koncentrácie oxidu uhlíka v odpadových plynoch, ktorá sa rovná definovanej, obmedzujúcej a povolenej koncentrácii. Ak po uplynutí stanovenej časovej periódy T je koncentrácia oxidu kyslíka v odpadových plynoch väčšia ako definovaná a povolená koncentrácia, zvýši sa statická hodnota definovanej okamžitej hodnoty voľného kyslíka v odpadových plynoch a udržuje sa ďalšiu definovanú časovú periódu T. Ak je po stanovenej časovej perióde koncentrácia oxidu uhlíka v odpadových plynoch menšia ako definovaná povolená koncentrácia, potom sa definovaná hodnota koncentrácie voľného kyslíka automaticky zníži. Zníženie definovanej hodnoty koncentrácie voľného kyslíka sa vykonáva lineárne.

Systém tohto vynálezu má signálnu cestu premennej hodnoty definovanej koncentrácie voľného kyslíka pripojenú na signálnu cestu definovanej koncentrácie voľného kyslíka v odpadových plynoch a na tento účel sa používa prepínateľný systém. Systém signálnej cesty premennej hodnoty definovanej koncentrácie voľného kyslíka v odpadových plynoch zahŕňa programovacie zariadenie, ktorého výstup je pripojený na vstup prepínacieho systému, jeden vstup je pripojený na senzor oxidu uhlíka v odpadových plynoch, ďalší vstup so signálom z miesta definovanej koncentrácie oxidu uhlíka. Zmienené programovacie zariadenie má program na realizáciu spôsobu automatického riadenia spaľovacieho procesu.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Spôsob realizácie tohto vynálezu bude opísaný v nasledujúcom príklade spolu s odkazom na obr. 1 a systém tohto vynálezu s odkazom na obr.2.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Pre vybratý objekt sa predpokladala experimentálna, minimálna a definovaná koncentrácia voľného kyslíka v odpadových plynoch O_Ä, - 1,8 %, s maximálne definovanou koncentráciou oxidu uhlíka CO = 24 mg/m³ prítomného v odpadových plynoch. Zistilo sa, že s definovanou koncentráciou oxidu uhlíka CO_% = 24 mg/m³, obsah oxidu dusíka nemá povolenú úroveň 460 mg/g³, a to v celej riadenej oblasti objektu. Predpokladal sa definovaný čas T=260 sek. Okrem toho sa experimentálne stanovila dynamická hodnota definovanej koncentrácie voľného kyslíka a aO2%d ⁼ 0,2 % a statická hodnota definovanej koncentrácie voľného kyslíka ΔΟ_2%! = 0,23 %. Predpokladalo sa, že lineárny pokles definovanej koncentrácie voľného kyslíka O_2% bude prebiehať rýchlosťou dO₂._/o/dt = 0,25 % O₂/hod. V okamihu 0 (obr. 1) je koncentrácia oxidu uhlíka v odpadových plynoch omnoho nižšia, ako definovaná koncentrácia CO₂. Definovaná koncentrácia voľného kyslíka O₂% v odpadových plynoch klesá lineárne s rýchlosťou dO/dt = = 0,25 % O₂/hod., čoho dôsledkom je zvýšenie koncentrácie oxidu uhlíka v odpadových plynoch, pričom v okamihu I dosahuje hodnotu rovnajúcu sa definovanej koncentrácii CO₂. V tomto okamihu sa definovaná koncentrácia voľného kyslíka zvyšuje z hodnoty v okamihu I o hodnotu koncentrácie aO_2%u + aO₂%s ⁼ (0,23 + 0,2) %. Z hľadiska nečinnosti objektu sa koncentrácia oxidu v odpadových plynoch zvyšuje. Počas zisteného času Td je definovaná koncentrácia voľného kyslíka konštantná, ale po Td sa táto hodnota znižuje na hodnotu v okamihu I, zväčšenú o statickú hodnotu aO2í4S = 0,23 % a zostáva na rovnakej hodnote bez zmeny až do okamihu II, čo znamená, že končí definovaná časová perióda T. Ak je v okamihu II koncentrácia oxidu uhlíka v odpadových plynoch stále väčšia ako definovaný CO% definovaná koncentrácia voľného kyslíka v odpadových plynoch sa zväčší o ďalšiu ΔΟ2%5 ⁼ 9,23 %. Definovaná časová perióda T sa meria súčasne. Po uplynutí T v okamihu III je koncentrácia oxidu uhlíka menšia ako definovaná koncentrácia CO«/„. Tým začína lineárny pokles definovanej koncentrácie voľného kyslíka O2·/.. Keby sa zistilo, že v okamihu III koncentrácia oxidu uhlíka neklesla vzhľadom na definovanú koncentráciu CO_%, nastal by v okamihu III vzostup definovanej koncentrácie voľného kyslíka O_2% o ďalšiu statickú hodnotu O_2%s = 0,23 %. V príklade uvedený stav koncentrácie oxidu uhlíka, ktorý je nižší ako definovaná koncentrácia CO_%, spôsobí pokles definovanej koncentrácie voľného kyslíka až do okamihu IV, kedy koncentrácia oxidu uhlíka opäť dosiahne hodnotu definovanej koncentrácie CO%. Prejaví sa rovnaká aktivita ako medzi okamihom I a II. Po uplynutí času T, v okamihu V, je koncentrácia oxidu uhlíka nižšia ako definovaná koncentrácia CO_%, a pritom má stále klesajúcu tendenciu. Tým začína lineárny pokles definovanej koncentrácie voľného kyslíka v odpadových plynoch. Spôsob spaľovania podľa tejto metódy spôsobuje vlnitý pohyb koncentrácie oxidu uhlíka v odpadových plynoch, s hodnotou okolo definovanej koncentrácie CO_%. Predpokladané parametre pre daný objekt sa vyhľadávajú tak, aby priemerná koncentrácia oxidu uhlíka nebola väčšia ako definovaná koncentrácia CO% počas dlhšieho časového úseku. Množstvo dodávaného vzduchu do pece počas tohto času je menšie ako v prípade udržovania definovanej koncentrácie voľného kyslíka v odpadových plynoch v nezmenenom stave, ktorý je nastavený na definovanú koncentráciu oxidu uhlíka CO_%. Ako už bolo uvedené, bola v praxi koncentrácia oxidu dusíka udržovaná na úrovni, ktorá nepresahovala hodnotu 460 mg/m³ odpadových plynov.

Systém automatického riadenia spaľovania má signálnu cestu D na zmenu celkového množstva vzduchu, kde uvedená cesta D je spojená so systémom riadenia výstupu vzduchu z ventilátora (nie je na obr. 2 zobrazené). Cesta D je spojená s výstupom čitača 14, ktorého jeden vstup je pripojený na čítač 3 signálov, kde signály prichádzajú z rotačných senzorov 8 dopravníkov do všetkých mlynov (drvičov), ktoré nie sú tiež zobrazené. Druhý vstup čitača 14 jc pripojený na cestu D₂ signálu zmien celkového množstva vzduchu, ktoré závisí od koncentrácie voľného kyslíka a oxidu uhlíka v odpadových plynoch. Cesta D₂ je pripojená na výstup nadradeného riadenia 12. Jedno z nadradených riadení 12 je pripojené na cestu D₂₁ signálu voľného kyslíka v odpadových plynoch, pričom uvedená cesta D₂₁ je pripojená cez systém prepínania 13 na senzory 11 voľného kyslíka v odpadových plynoch, ktoré sú umiestnené v prúde odpadových plynov. Druhý výstup nadradeného riadenia 12 je pripojený na cestu D₂₂ signálu definovanej koncentrácie O_2% v odpadových plynoch. Cesta D₂₂ je pripojená na systém 7 minimálne definovanej koncentrácie voľného kyslíka v odpadových plynoch. Vstup systému 7 je pripojený na výstup prepínacieho systému 6 v prepínacom stanovišti 5. Jeden zo vstupov prepínacieho systému 6 je cez cestu D₂₂i pripojený na stanovište 1 na definovanie stálej koncentrácie O₂% voľného kyslíka v odpadových plynoch.

Druhý vstup prepínacieho systému 6 je pripojený cez cestu D₂₂₂ na programovacie zariadenie 4, ktoré zahŕňa program zmeny definovanej koncentrácie voľného kyslíka O₂/„ v odpadových plynoch, závislej od koncentrácie oxidu uhlíka v odpadových plynoch, pokiaľ ide o definovanú hodnotu koncentrácie oxidu uhlíka. Jeden zo vstupov programovacieho zariadenia 4 je pripojený na senzor 2 koncentrácie kyslíka v odpadových plynoch, druhý je pripojený na stanovište 9 definovanej hodnoty CO_%.

Na stanovišti 1 na definovanie hodnoty koncentrácie voľného kyslíka v odpadových plynoch bola definovaná koncentrácia voľného kyslíka hodnotou O_2% = 1,8 %. Signál zo stanovišťa 1 prechádza cez prepínací systém 6 do systému 7 minimálnej koncentrácie voľného kyslíka v odpadových plynoch. Ak by signál zo stanovišťa 1 stanovil menšiu hodnotu koncentrácie voľného kyslíka ako minimálnu hodnotu, vyslal by systém 7 cez cestu D₂₂ do nadradeného riadenia 12 signál uvedenej minimálnej hodnoty. Ak by definovaná koncentrácia voľného kyslíka prekročila minimálnu hodnotu koncentrácie voľného kyslíka, signál s celou hodnotou by sa preniesol do nadradeného riadenia 12. Tieto dva signály z ciest D₂₁ a D₂₂ sa porovnávajú v nadradenom riadení 12. Ak signál prichádzajúci zo senzorov 11 má menšiu koncentráciu kyslíka v odpadových plynoch než ako je definovaná koncentrácia O₂%, nadradené riadenie ho prenesie do čitača 14 a ďalej do ventilátora, aby tu signál zvýšil množstvo dodávaného vzduchu na hodnotu, pri ktorej budú signály rovnaké. Ak signál zo senzorov 11 ukáže, že je koncentrácia voľného kyslíka v odpadových plynoch väčšia ako definovaná koncentrácia O₂% nadradené riadenie 12 zašle do ventilátorov signál na zníženie množstva dodávaného vzduchu na hodnotu, pn ktorej signály budú rovnaké, čo znamená, že koncentrácia voľného kyslíka v odpadových plynoch poklesne. Signál prichádzajúci z nadradeného riadenia 12 do čitača 14 sa pridá ku signálu prechádzajúceho pozdĺž cesty D, z čitača otáčok dopravníka uhlia, pričom je tento signál úmerný prúdu paliva dopravovaného do pece. Pokiaľ sa zaznamená zmena veľkosti prúdu paliva, zašle sa signál na zmenu množstva dodávaného vzduchu do ventilátora. Na stanovišti 5 sa môže systém 6 prepnúť a cesta D₂₂ sa spoji s programovacím zariadením 4 alebo so stanovišťom ručného definovania θ2%·

Programovacie zariadenie 4 zmení definovanú koncentráciu voľného kyslíka podľa programu plniaceho úlohu spôsobu automatického riadenia podľa tohto vynálezu. Signál prichádzajúci z programovacieho zariadenia 4 do nadradeného riadenia 12 sa porovnáva so signálom, ktorý do riadenia 12 prišiel zo senzorov 11. Riadenie 12 a čítač 14 pracujú tak, ako to je opísané v prípade pripojenia systému stanovišťa 1, to znamená s nemenným množstvom definovanej koncentrácie voľného kyslíka v odpadových plynoch.

Čítač 14, umožňuje riadenie pomeru celkového množstva vzduchu prúdu paliva dodávaného do pece pri prepnutí riadenia 12 na ručné ovládanie napríklad vtedy, keď senzory 11, ktoré merajú množstvo O₂ , zlyhajú.

Claims (5)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob automatického riadenia spaľovania v peci so súčasným meraním obsahu voľného kyslíka a oxidu uhlíka v odpadových plynoch s definovanou koncentráciou voľného kyslíka v odpadových plynoch stanovenú na základe meranej, stanovenej a obmedzenej koncentrácie oxidu uhlíka, vyznačujúci sa t ý m, že definovaná hodnota koncentrácia voľného kyslíka (O₂%) v odpadových plynoch sa automaticky znižuje až do okamihu, kedy sa dosiahne rovnosť množstva koncentrácie oxidu uhlíka v odpadových plynoch s množstvom definovanej obmedzujúcej koncentráciu oxidu uhlíka (CO_%), pričom sa v tomto okamihu definovaná hodnota koncentrácie voľného kyslíka v odpadových plynoch (O_2%) mení skokom o dynamickú a statickú hodnotu GO₂%<i⁺aO2%s)> kedy sa táto hodnota striedavo po definovanej časovej perióde (T) znižuje na statickú hodnotu (aO_2%s) udržuje až do konca definovanej časovej periódy (T), ktorá začína v okamihu dosiahnutia rovnosti koncentrácie oxidu uhlíka v odpadových plynoch s definovanou obmedzujúcou koncentráciou oxidu uhlíka (CO%) a ak je po definovanom čase (T) koncentrácia oxidu uhlíka v odpadových plynoch nižšia ako definovaná povolená koncentrácia (CO_%), definovaná hodnota koncentrácie voľného kyslíka (O₂%) v odpadových plynoch sa automaticky zníži, až do dosiahnutia definovanej povolenej koncentrácie oxidu uhlíka (CO%) a ak je po časovej perióde (T) koncentrácia oxidu uhlíka v odpadových plynoch väčšia ako definovaná povolená koncentrácia voľného kyslíka (CO_%), potom sa definovaná hodnota voľného kyslíka (O₂%) v odpadových plynoch zvýši o statickú hodnotu koncentrácie kyslíka (Δθ2%ΰ a udrží túto koncentráciu voľného kyslíka po nasledujúcu periódu (T) a po jej ukončení automaticky zníži definovanú hodnotu koncentrácie voľného kyslíka (O₂%).

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že automatické znižovanie definovanej hodnoty koncentrácie voľného kyslíka (O₂%) v odpadových plynoch je vykonávané lineárne.

3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že automatický pokles definovanej hodnoty koncentrácie voľného kyslíka (O_2!/.) v odpadových plynoch je vykonávané exponenciálne.

4. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa t ý m , že zmena definovanej hodnoty koncentrácie kyslíka (O₂%) skokom o statickú (aO_2%s) a dynamickú (_ΔΟ_2%(ι) hodnotu sa udržuje vo vybratej časovej perióde (Tp), a že po tejto časovej perióde sa hodnota zníži o dynamickú hodnotu (_ΔΟ_2%ί|) voľného kyslíka.

5. Systém automatického riadenia spaľovania v peci s prihliadnutím na merané hodnoty voľného kyslíka a oxidu uhlíka v odpadových plynoch s definovanou koncentráciou voľného kyslíka, keď systém zahŕňa čítač signálov otáčok dopravníka uhlia, senzory koncentrácie oxidu uhlíka v odpadových plynoch, vyznačujúci sa tým, že systém je pripojený na cestu (D₂₂) definovanej koncentrácie voľného kyslíka (O₂%) odpadovej ceste (D₂₂₂) signálu s premennou hodnotou definovanej koncentrácie voľného kyslíka (O_2%) a používa prepojovací systém, pričom cesta (D222) signálu s premennou hodnotou definovanej koncen trácie voľného kyslíka (O₂%) zahŕňa programovacie zariadenie (4), ktorého výstup je pripojený na vstup prepojovacieho systému (6), jeden vstup je pripojený na senzor (2) 0xidu uhlíka v odpadových plynoch, druhý vstup je pripojený na stanovište (9) definovanej koncentrácie oxidu uhlíka (CO_%)