Схемы регулирования подачи воздуха

Выше были изложены основные требования к регу­лированию подачи воздуха в топку котла. В основном эти требования сводятся к поддержанию заданного коэф­фициента избытка воздуха а, при котором к. п. д. котла η_кимеет наибольшее значение.

Наивыгоднейший коэффициент избытка воздуха мо­жет быть постоянным или меняется с изменением на­грузки.

Регулирование по прямому показателю процесса. Прямым показателем процесса регулиро­вания воздуха, характеризуемого величиной коэффициен­та избытка а, служит содержание в газообразных про­дуктах сгорания оставшегося неиспользованным кислоро­да 0₂ или выделившейся при сжигании топлива углекис­лоты С0₂. На рис. 2-3 показаны графики изменения к. п. д. котла и содержания отдельных компонентов в продуктах сгорания в зависимости от коэффициента из­бытка воздуха. Из графика видно, что максимальное значение к. п. д. η_к находится на границе исчезновения в газах продуктов неполноты сгорания СО, Н₂, СН₄ и др. В области максη_к значение С0₂ изменяется с незначи­тельной крутизной, в то время содержание 0₂ нарастает резко. Ввиду этого регулировать подачу воздуха и топ­ку, поддерживая заданное содержание 0₂ , принципиаль­но проще, чем регулировать тот же процесс по содержанию С0₂. Кроме того, оптимальное значе­ние содержания 0₂ мало зависит от свойств топлива, что не имеет места для С0₂. Это послужило одной из причин отказа от прак­тического применения способа ре­гулирования по содержанию С0₂. Значительное время запаздыва­ния подачи сигнала по содержа­нию С0₂ в систему автоматиче­ского регулирования из-за несо­вершенства датчиков — газоана­лизаторов и устройств отбора га­за из газоходов, также препятствует применению этого показателя в схемах регулирования.

Последнее обстоятельство имеет значение и при ре­гулировании подачи воздуха по содержанию 02 в газах, однако в результате больших работ, проведенных за по­следнее время, удалось уменьшить влияние запаздывания настолько, что регулирование по 02 стало практически возможным. При автоматическом регулировании процес­са горения приборы, действующие по содержанию 02 в

Рис. 2-3. График зависи­мо-

Сти к. п. д. котла от избытка

Воздуха в топке.

газах, чаще применяются не в качестве основного сред­ства регулирования, а как корректирующие устройства, оптимизирующие процесс, управляемый другими устрой­ствами.

При необходимости уменьшения избытка воздуха с ростом нагрузки система автоматического регулирова­ния должна поддерживать содержание 0₂ в газах с не­равномерностью, уменьшая эту величину по мере роста нагрузки.

Регулирование воздуха по заданной нагрузке. Показателем, характеризующим заданную нагрузку котла, служит сигнал от главного регулятора по давлению пара в паропроводе перед турбиной. При ручном дистанционном управлении сигнал по нагрузке создается специальным задатчиком ручного управления.

По одному из распространенных способов подача воздуха регулируется по сигналу от главного (корректи­рующего) регулятора или задатчика ручного управле­ния. Подобные схемы регулирования носят название схем «заданная нагрузка — воздух». При их выполнении должны быть обеспечены условия поддержания опти­мального значения избытка воздуха в топке путем па­раллельного или последовательного воздействия на по­дачу топлива с корректировкой избытка воздуха по со­держанию кислорода в газах.

Регулирование воздуха по расходу топ­лива. При этой схеме регуляторы поддерживают за­данное соотношение между расходами воздуха и топ­лива. Схемы, основанные на этом принципе, обычно называют схемами «топливо — воздух». Так как схема «топливо — воздух» имеет простое построение, ее жела­тельно применять во всех случаях, когда она дает доста­точно высокий экономический эффект. Первое условие, необходимое для применения схемы «топливо — воздух», заключается в возможности непрерывного измерения те­кущего расхода топлива с приемлемой точностью. Вто­рое условие состоит в том, что теплотворная способность топлива, отнесенная к 1 кг или 1 м³, длительно должна поддерживаться без изменений. Такие условия дости­гаются только при работе котла на природном газе, по­ступающем из определенного месторождения, и отчасти при сжигании мазута. Для этих топлив применение схе­мы «топливо — воздух» полностью оправдывается, и она имеет преимущество перед другими схемами.

При работе на твердом топливе схема «топливо— воздух» неэкономична, так как из-за отсутствия прямого способа мгновенный расход топлива приходится оцени­вать по вспомогательным показателям, что связано с не­допустимо низкой точностью измерения. В настоящее время регулирование воздуха по расходу топлива на котлах, работающих на твердом топливе, практически не применяется. Следует, однако, отметить, что выпускав­шиеся ранее регуляторы электромеханического и гидрав­лического типов были рассчитаны только на применение этой схемы.

Из числа косвенных показателей для оценки мгно­венного расхода топлива в системах регулирования про­цесса горения наиболее часто применялись: оценка по сумме чисел оборотов всех работающих питателей пыли или по положению органа, регулирующего число оборо­тов питателей (траверсы реостата или плоского контрол­лера). Малая достоверность такого способа измерения расхода топлива объясняется нестабильностью характе­ристик топливоподающих устройств, например шнековых питателей пыли. При одном и том же положении регули­рующего реостата количество пыли, подаваемой питате­лями, может изменяться в больших пределах в зависи­мости от качества пыли, уровня ее в бункерах, плотности мигалок, износа шнека и других причин эксплуатацион­ного порядка. Возникающие при этом внутренние возму­щения непосредственно не учитываются системой регу­лирования, вследствие чего работа регуляторов услож­няется, а качество процесса ухудшается.

Регулирование воздуха по расходу пара. Этот способ регулирования основан на том, что количество тепла, уносимого с паром из котла, при не­изменном качестве пара прямо пропорционально его рас­ходу. Вместе с тем, как было установлено выше, расход воздуха должен поддерживаться пропорциональным ко­личеству тепла, выделяющегося в топке. Для пояснения следует рассмотреть уравнение теплового баланса котла при установившемся состоянии

, (2-4)

где — низшая рабочая теплотворная способность топ­лива, ккал/кг; В — часовой расход топлива, кг/ч; D — часовой расход пара, кг/ч; I_пе и I_в — энтальпии перегре­того пара, выработанного котлом, и поступающей к нему питательной воды, ккал/кг; η_к — к. п. д. котла.

Предполагая, что величины I_пе и I_В при работе котла постоянны, и пренебрегая колебаниями величины η_к, по­лучаем:

, ккал/к, (2-5)

где k — постоянная величина.

Отсюда следует, что расход пара пропорционален расходу тепла, внесенного в топку топливом. Таким образом, появляется возможность применить в качестве показателя для регулирования воздуха расход пара, точ­ное измерение которого с помощью дроссельного органа затруднений не вызывает.

Схему регулирования расхода воздуха по расходу пара обычно называют схемой «пар — воздух». При по­стоянстве параметров, входящих в уравнение теплового баланса, такой способ регулирования дает удовлетвори­тельные результаты. Однако эти условия достигаются только при установившихся состояниях (в статике). По­этому схема «пар — воздух» применима только на кот­лах, не участвующих в регулировании нагрузки электро­станции.

В переходных процессах равенство, выраженное уравнением (2-4), нарушается. Так, при увеличении на­грузки котла часть тепла, выделившегося в топке, не воспринимается паром, а затрачивается на повышение теплового уровня нагретых частей агрегата. При сниже­нии нагрузки некоторое количество тепла переходит в пар от раскаленных частей. Кроме того, переходные процессы сопровождаются отклонением параметров пара от номинального значения, следовательно, энтальпия пара не может считаться постоянной.

Несмотря на рассмотренные преимущества схемы «пар — воздух» по сравнению со схемой «топливо — воз­дух» на мощных котлах ее применяют редко из-за недо­статочной экономичности. Более широкое применение эта схема имеет в промышленных котельных с котлами малой производительности, где решающее значение имеет простота. Так, на выполнение схемы «пар — воз­дух» рассчитана система регулирования «Кристалл», се­рийно выпускаемая для котлов производительностью 10—20 т/ч.

Регулирование воздуха по «теплу». Рас­согласование между количеством тепла, выделившегося в топке, и теплом, идущим на парообразование, в пер­вую очередь приводит к отклонению давления пара в барабане котла: увеличение расхода пара (без подачи дополнительного топлива) ведет к понижению давления, а уменьшение расхода — к повышению. При этом ско­рость изменения давления¹пропорциональна величине небаланса между приходом и расходом тепла: чем больше этот небаланс, тем быстрее изменяется давле­ние р_б в барабане. Таким образом, сумма

или ( )(2-6)

дает достаточно полное представление о количестве теп­ла, полезно использованного на образование пара. Здесь а — коэффициент пропорциональности.

Так как к. п. д. котла, учитывающий непроизводи­тельные потери тепла, меняется по времени незначитель­но, можно принять, что суммарный сигнал по расходу пара D и скорости изменения давления в барабане скр_б достаточно полно характеризует количество тепла, вне­сенного в топку с топливом, как при установившемся со­стоянии, так и в переходных процессах.

При установившемся режиме давление в барабане котла поддерживается постоянным, следовательно, ско­рость его изменения равна нулю и все полезно исполь­зованное тепло идет на образование пара. В этом слу­чае количество тепла, выделяемого топливом, пропор­ционально расходу пара и схема «тепло — воздух» превращается в схему «пар — воздух».

¹ Эта величина равна отношению приращения давления к соот­ветствующему промежутку времени, т. е. производной величине давления по времени , кг/см² · сек. . Скорость для каждого дан­ного момента можно найти, проведя касательную к кривой разгона по давлению.

Сигнал, достаточно близко характеризующий ско­рость изменения давления в барабане котла, при авто­матизации с помощью электронных авторегуляторов си­стемы ВТИ формируется при помощи электронного диф­ференцирующего прибора типа ДЛ-П с подключенным к его входу датчиком-манометром.