SU422919A1 - Способ управления процессом горения - Google Patents

Description

1

Изобретение отиоситс  к энергетике и может быть использовано в технике автоматического управлени  топочными процессами в котлоагрегатах.

Известен способ управлени  процессом горени  по среднеинтегральной частоте пульсаций пламени. Однако этот способ не очень точен .

Цель изобретени  - получение оптимального режима горени .

Дл  достижени  этой цели дополнительно формируют сигнал дисперсий пульсаций  ркости факела с помощью дополнительного фотодатчика , смещенного относительно основного по высоте топки, сравпивают полученные приращени  сигналов, увеличивают расход воздуха при одинаковых знаках приращени  сигналов , уменьщают его при разных знаках.

В качестве критери  оптимальности используетс  скорость возрастани  энтропии факела. Его эптропи  равна:

с ff F

в

где // - средн   энерги  молекул;

F - свободна  энерги ;

6 - те.мпература.

Во вс ком реальном факеле в силу действи  законов гидромеханики возникают обратные

течени , порождающие замкнутые трубки тока .

Эти обратные течени , называемые рециркул ци мн , нанравлены к корню факела и  вл ютс  физическим нроводником обратной св зи, возникающей между процессом горени  и процессо.м воспламененн .

Действительно, чем полнее и быстрее сгорает топливо, тем мепьща  его часть (при больщей температуре) возвращаетс  по контурам рециркул ции к корню факела и попадает в зону воспламенени , где смещиваетс  со свежим нотоком. Следовательно, онтимальному процессу горени  соответствует максимальное увеличение энтропии.

Этот факт может быть оценен благодар  существованию контуров рециркул ции. Каждый такой контур имеет участок, в 1 отором происходит смешение пр .мого и обратного потоков. В точках cMeuieiu возникает сильна  термодинамическа  неравновесность, лричем, чем ближе горение к оптимальному, тем эта нера .вновесность сильнее (так как градиенты

энтронии больше). В процессе смешени  возникают пульсации энергии, которые будут тем больше, чем снлы-ее неравновесность. Отсюда вьгвод: при онтимально.м горенин в контуре рециркул ции пульсации энергии максимальны . Дл  по снени  сущностн изобретени  необходимо указать на характер св зи между пульсаци ми и коэффициентом избытка воздуха . На фиг. 1 показаны типичные кривые выгорани  топлива; iia фиг. 2 - контуры рециркул ции; па фиг. 3 - схема управлени . Крива  Л (см. фиг. 1) относитс  к случаю малого избытка воздуха, а крива  Б-к случаю большого избытка. Оценива  увеличение энтропии скоростью ее возрастани , можно показать изменение последней при изменении избытка воздуха. Дл  этого на графике (см. фиг. 1) выдел ют 3 зоны. В зоне I горение протекает ннтенсивпо , в зоне II горение закончено, зона III - промежуточна . Рассмотрим два контура рециркул ции, в которых врем  реакции ограничено их периодами TI и Та (см. фиг. I). По мере увеличени  избытка воздуха скорость возрастани  энтропии дл  первого контура увеличиваетс , а граница зоны I, вследствие увеличени  крутизны линии выгорани , смещаетс  влево. При достаточном избытке воздуха граница смепгаетс  настолько (пунктир ), что TI оказываетс  в зоне П или даже в зоне III. В результате, скорость возрастани  энтропии, пройд  через максимум, падает. Дл  второго контура по мере увеличени  расхода воздуха скорость изменени  энтропии все врем  падает, а экстремум этой зависимости условно соответствует стехиометрии. Из сказанного следует, что дл  контуров рециркул ции различной длины услови  оптимальности горени  по избытку воздуха не одинаковы . В коротких контурах оптимальность достигаетс  при больнтих избытках воздуха, чем в длинных. Крива  Wi (см. фиг. 2) представл ет собой зависимость дисперсии пульсаций, возникающих в длинном контуре рециркул ции, от коэффициента избытка воздуха. Крива  Wz - то же, дл  короткого контура рециркул ции. Оптимальный режим горени  достигаетс  в первом контуре при коэффициенте избытка воздуха а «i, а во втором при а, «2, причем «2 «1Разделить пульсании, возникающие в разных контурах, можно путем размещени  датчиков на разных рассто ни х от горелок. Сигналы Wi и Wz, равные дисперси м, возникаюплих в контурах рециркул ции разных периодов пульсаций, получают с помощью двух датчиков  ркости, установленных на разных расго ни х от горелок. Далеко расноложеппый датчик пе «видит -коротких контуров. а близко расположенный воспринимает смесь пульсаций с преобладанием возникающих в коротких контурах. Дл  увеличени  точности можно нримен ть две группы датчиков, наход щихс  па разных рассто ни х от зоны воспламенени , усредн ть сигналы близко расположенных и удалеп11ых .и использовать результаты усреднени  по груннам в качестве Wi и W. Крива  Wi соответствует длинному контуру, а крива  Wj - короткому. Тогда cci л: сх.оптПользу сь сигналами Wi и Wz одновременно, можно предложить закон управлени  избытком воздуха, привод щий к условию, близкому к оптимальному. При этом полагаетс , что услови  оптимальности горени  в разомкнутых трубках тока совпадают с услови ми оптимальности горени  во множестве контуров рециркул ции. В противном случае конструкци  топочного устройства не  вл етсгт оптимальной и этот дефект не может быть устранен управлением. Схема управлени  (см. фит. 3) содержит объект управлени  1, два датчика  ркости 2, фильтры низких частот 3, дисперсиометры 4, логическое управл ющее устройство 5 и исполнительный орган 6, мен ющий избыток воздуха в системе. Сигналы пульсаций, воспринимаемые датчиками 2, поступают на фильтры 3, которые не пропускают низкочастотную составл ющую сигналов (от О до 3 гц). В результате, исключаютс  пульсации, св занные с внешними возмущени ми. При помощи дисперсиометров 4 вычисл ютс  дисперсии сигналов, поступающих в управл ющее устройство 5, осуществл ющее закон унравлени . Сигнал управлени , вырабатываемый управл ющим устройством, поступает на исполнительпый орган 6, который мен ет избыток воздуха в топке. Предмет изобретени  Способ управлени  процессом горени  в топке путем воздействи  на расход воздуха по сигналу диснерсии пульсаций, например,  ркости факела, измереппых с помощью фотодатчика , о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью получени  оптимального режима горени , дополнительно формируют сигнал дисперсии пульсаций  ркости факела с помощью дополнительного фотодатчика, смещенного относительно основного по высоте топки, сравнивают полученные приращени  сигналов, увелиивают расход воздуха при одинаковых знаках приращени , и уменьшают его при разных зпаках.

Ш