Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ ТОПЛИВОСЖИГАЮЩИХ УСТАНОВОК И ИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

При автоматизации топливосжигающих установок требуется обеспечить экономичность и экологичность процесса горения. Подача воздуха в печь (котел) должна быть оптимальной.

При этом экономично сжигается топливо (природный газ) и обеспечивается требуемая полнота окисления органических отходов.

В современной промышленности используется множество топливосжигающих установок различного назначения, работающих на разнообразном виде топлива (твердом, жидком и газообразном). Наиболее широко применяются установки, где в качестве топлива применяется природный газ, поэтому вопросам рационального сжигания газа следует уделять максимальное внимание. Топливосжигающие  установки имеются практически на всех крупных химических предприятиях, поэтому проблема их оптимального управления стоит особенно остро.

В настоящее время с учетом развития техники и технологии, горелочные аппараты приобретают новый вид, возможности и функции. Основными функциями современных отечественных аппаратов горения являются:  автоматический пуск горелки, дистанционное включение и выключение, регулирование тепловой мощности с плавным переходом между режимами горения, контроль  параметров безопасности, отключение при недопустимых отклонениях параметров.

Зарубежные аналоги отличает более широкая функциональность. Например, фирма  WEISHAUPT разработала горелку, где стандартный автомат горения заменен на микропроцессорный "цифровой менеджер горения". Это устройство в корпусе горелки самостоятельно управляет всеми ее функциями. Наличие двух постоянно проверяющих друг друга микропроцессоров повышает общую надежность горелки и всей топливосжигающей установки. Основными особенностями ее являются: наличие сервоприводов с шаговыми двигателями для регулирования расхода газа и воздуха, информационного дисплея для отображения параметров работы горелки и ошибок, контроль герметичности газовых магнитных клапанов, простота монтажа, настройки и обслуживания.

Цифровой менеджер горения позволяет оператору на расстоянии проверять последовательность выполнения режимов работы горелки и осуществлять диагностику неисправностей. Наладчик может проводить настройку горелки клавишами, на дисплее отражаются все параметры. Встроенные функции позволяют просматривать статистику работы горелки, в том числе память сообщений по внеплановым остановкам. Это позволяет персоналу быстро выяснять и устранять причины неисправности, не производя диагностику всей горелки.

Таким образом, с помощью применения современных горелок с микропроцессорным регулированием, можно значительно повысить степень оптимизации процесса сжигания топлива и снизить его расход одновременно с уменьшением эмиссии вредных веществ в дымовых газах.

Кроме применения современных горелочных аппаратов и контроллеров горения, для оптимизации работы топливосжигающих установок необходимо использовать специальные газоаналитические приборы для контроля величины соотношения расходов топлива (газа) и воздуха.

Соотношение топливо/воздух легче всего контролировать по избытку кислорода в дымовых газах. Экономичное управление сгоранием, основанное на правильном анализе содержания кислорода в дымовых газах, приведет к оптимизации количества избыточного воздуха и уменьшит расход сжигаемого топлива.

Создание современных АСУТП для автоматизации установок сжигания топлива требует высокого качества управления. Необходимо внедрять современные автомати-зированные горелочные устройства и контроллеры горения, использовать новейшие технологии сжигания топлива. Используемые аппаратные и программные средства комплексов технологических средств для АСУТП должны реализовывать все необходимые информа-ционные и управляющие функции для осуществления надежности, безопасности, иерархичности и интеграции. Современные инструментальные средства проектирования АСУТП обладают большими возможностями обеспечения мониторинга и управления системами различного уровня, визуальной обработки и отображения данных.

Разработка и применение современных управляющих систем способны дать реальный экономический эффект и стабилизировать качество продукции. Наиболее трудоемкой в реализации таких систем является разработка высокоэффективных управляющих алгоритмов, адекватных по сложности управляемым процессам. Раньше использование таких алгорит-мов сдерживалось их сложностью, аналоговой элементной базой, высокой трудоемкостью разработки программного обеспечения АСУТП. В настоящее время широкомасштабный переход на цифровую элементную базу позволяет проводить глубокий анализ топливосжигающих систем и моделировать их в качестве объекта управления. Это даст возможность подобрать оптимальные настройки и параметры работы системы и получить максимальную степень автоматизации установки.

Обеспечить оптимальное соотношение топливо-воздух, температуру в печи и минимизировать запаздывание систем регулирования можно за счет введения опережающего результаты импульса по рассчитанным на основе состава стоков и теплового баланса печи значениям теоретически необходимого количес-тва топлива и воздуха. Устранить возможные небольшие отклонения, возникшие из-за неточности расчета, можно уже по результатам сжигания, т.е. с помощью обратной связи. Этот второй процесс произойдет уже с запаздыванием, но для случая малых остаточных отклонений и потери будут минимальными. Для  выполнения вычислений и формирования корректирующих импульсов нужен набор программ, позволяющих рассчитывать теплоту сгорания топлива и органических примесей сточной воды, расходы топлива и воздуха, требуемые для поддержания заданной температуры в печи, обеспечивающей наиболее полное сгорание природного газа и органических отходов.

На основании вышеизложенного, наиболее рациональным представляется способ управления сжиганием топлива в печи, включающий регулирование  расхода топлива, при котором измеряют температуру во второй зоне печи. При отклонении измеренного от заданного значения измеряют расход топлива. Вычисляют и поддерживают изменением расхода воздуха заданное соотношение топливо-воздух, исходя из расхода топлива. Измеряют содержание кислорода в продуктах горения в конце печи. Сравнивают его с заданным, определенным по суммарным расходам топлива и воздуха  на печь, и устраняют отклонение концентрации кислорода от заданной путем корректировки α.

Реализация способа позволяет за счет предварительного расчета осуществить стабилизацию коэффициента расхода воздуха еще до начала горения, т.о. компенсировать основную часть возмущающего воздействия практически без запаздывания. За счет введения обратной связи по содержанию кислорода минимизируется остаточная ошибка регулирования. Возможность измерения заданного расхода воздуха в зависимости от нагрузки печи позволяет минимизировать количество вредных выбросов в атмосферу.


Библиографическая ссылка

Сажин В.А. ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ ТОПЛИВОСЖИГАЮЩИХ УСТАНОВОК И ИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ // Успехи современного естествознания. – 2007. – № 1. – С. 37-38;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=10836 (дата обращения: 23.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074