Повышение цен на энергоносители, дефицит собственных топливных ресурсов, снижение качества угля, рост требований к уменьшению загрязнения окружающей среды требуют внедрения в производство более совершенного метода сжигания угля.

Именно наличие топливно-энергетических ресурсов определяют темпы и масштабы развития отдельных районов промышленного и сельскохозяйственного производства. Главными задачами являются обеспечения более комплексной переработки сырья, создание ресурсосберегающей техники и технологий, резкого сокращения потерь и отходов. В последние годы во многих странах структурная перестройка топливного баланса с целью уменьшения зависимости от нефти и газа возродила интерес к угольной тематике.

В настоящее время данным требованиям удовлетворяют котельные установки с топкой низкотемпературного кипящего слоя (НТКС). Топливо в топках НТКС сжигается в псевдоожиженном слое, что способствует существенному улучшению доступа кислорода к топливу в процессе горения, повышенной теплоотдачи к поверхностям нагрева, а также более полному сгоранию топлива [1].

Благодаря внедрению этой технологии становится возможным использовать отходы углеобогащения и угледобычи, нетрадиционные и низкосортные виды топлива (щепа и другие древесные отходы, торф, шламы и др.), при этом допуская сжигание различных видов топлива в одном топочном устройстве. Применение технологии сжигания топлива в кипящем слое обеспечивает выполнение жестких экологических норм по выбросам SО₂ и NO₂ без сооружения дополнительных установок по серо- и азотоочистке. Однако, практическая реализация этого способа в промышленных установках связана с преодолением ряда трудностей, свойственных специфике данного технологического процесса.

Сегодня розжиг топки НТКС выполняется оператором вручную. Это представляет опасность для обслуживающего персонала и существенно снижает качество управления технологическим процессом. Поэтому, для достижения оптимального управления розжиг необходимо осуществлять в автоматическом режиме.

Применение плазменно-топливных систем позволяет отказаться от использования дорогостоящего жидкого топлива, искючается его потеря при неустойчивом пламени и повышается ресурс оборудования.

Актуальность

В настоящее время розжиг котлоагрегата с низкотемпературным кипящим слоем осуществляется оператором вручную и не всегда проходит успешно и, как следствие, сопровождается вынужденным непроизводительным простоем оборудования. Существует опасность поражения обслуживающего персонала, вследствие воспламенения или взрыва топлива, неисправности механического оборудования. Поэтому с целью исключения присутствия персонала вблизи опасных зон розжиг котла необходимо осуществлять в автоматическом режиме. Cуществующие системы автоматизации топки, выполнены на базе морально устаревших регуляторов Р25, которые не позволяют реализовывать алгоритм программного управления технологическим процессом.

Нарушение алгоритма процесса розжига зачастую приводит к потере жидкого топлива из-за неустойчивого пламени на горелке. Реализация автоматического розжига в соответствии с определенным алгоритмом позволит повысить рациональность использования топлива, обеспечить соответствие экологическим нормам и снизить износ механического оборудования, а следовательно и материальные затраты на его ремонт.

Цели и задачи

Цель магистерской работы — повышение эффективности и надежности процесса розжига низкотемпературного кипящего слоя путем разработки устройства автоматического розжига

Задачи магистерской работы:

Изучение состояние вопроса автоматического розжига.
Обоснование математической модели кипящего слоя.
Исследование математической модели кипящего слоя.
Разработка и обоснование алгоритма процесса автоматического розжига низкотемпературного кипящего слоя с использованием плазменно-топливных систем.
Моделирование автоматического управления процессом розжига кипящего слоя.
Разработатка технического решения устройства автоматического розжига.

Предмет исследования: процесс автоматического розжига низкотемпературного кипящего слоя.

Объект исследования: котельная установка с топкой низкотемпературного кипящего слоя.

Предполагаемая научная новизна полученных результатов

Предполагаемая научная новизна заключается в следующем:

Построение математической модели кипящего слоя;
разработка алгоритма процесса розжига низкотемпературного кипящего слоя с использованием плазменно-топливных систем;
введение коррекции в контуре измерения температуры;
обоснование структуры системы автоматического управления розжигом;
моделирование процесса автоматического розжига низкотемпературного кипящего слоя;
разработка устройства автоматического розжига кипящего слоя.

Обзор разработок по теме исследования

Для вывода котлоагрегата низкотемпературного кипящего слоя на стационарный режим горения необходимо предварительно нагреть слой до температуры воспламенения топливных частиц. В настоящее время существуют три способа запуска котла с топкой псевдоожиженного слоя при его нагреве [2]: горячим воздухом от растопочной горелки на тракте дутья; путем сжигания газа или мазута в горелках, установленных над слоем или сжиганием в слое газовоздушной смеси, мазута, другого топлива с большим содержанием летучих.

Известные методы снижения расхода мазута при сжигании низкосортных углей: реконструкция горелочных устройств, раздельное и смешанное сжигание угля и подсветочного топлива — мазута, высокий подогрев воздуха и пылевоздушной смеси, утоньшение помола и др. — не решают проблему сокращения расхода жидкого топлива, особенно на стадии растопки котлоагрегата. Для розжига, кроме жидкого топлива и газа, могут использоваться пылеугольные горелки, оборудованные электродуговыми плазмотронами.

Исследования, проведенные в ИТФ СО АН, СибНИИЭ и КазНИИЭ, показали, что плазменная технология сжигания пылевидного топлива с помощью электродуговых плазмотронов выступает перспективным способом решения задачи высокоэффективного использования низкосортных топлив [3].

При анализе патентной документации зарегистрированной в Украине наиболее близким техническим решение к разрабатываемому устройству является патент на изобретение «Устройства для автоматического розжига котла» (УКРПАТЕНТ: опубликован 30.09.1996) [4]. Данное устройство построено на базе релейно-контактной схемы и как следствие имеет низкую надежность, трудности в реализации алгоритма оптимального управления и не учитывает особенности низкотемпературного кипящего слоя и плазменно-топливных систем.

Исследованию и управлению кипящим слоем посвящено достаточно много разработок на мировом уровне. Интересным техническим решением является патент на изобретение системы управления кипящим слоем: Fluidized Bed Combustion Optimization Tool And Method Thereof», зарегистрированный в США (опубликован 25.02.2010). Основой системы управления является нейросетевая модель объекта и регулятор. При управлении объектом учитываются как технологические, так и эколого-экономические параметры процесса.[5] Недостатком данной разработки является отсутствие в контуре управления плазменно-топливной системы.

Полученные результаты работы

Анализ технологического процесса

Для разогрева кипящего слоя и воспламенения угля используется мазут. Совместное сжигание угля и обладающего более высокой реакционной способностью мазута ухудшает эколого-экономичeские показатели котлов: на 10 – 15% повышается механический недожог топлива и на 2 – 5% снижается КПД, при этом возрастает скорость высокотемпературной коррозии экранных поверхностей, снижается надежность эксплуатации котельного оборудования с увеличением на 30 – 40% выхода оксидов азота и серы. Снижение качества энергетических углей приводит к увеличению затрат времени на его воспламенение и дальнейшее сжигание.

Нарушение алгоритма процесса розжига зачастую приводит к потере жидкого топлива из-за неустойчивого пламени на горелке. Поэтому для энергетических и теплофикационных установок требуются системы, обеспечивающие надежный безмазутный розжиг и улучшение экологических характеристик. Для достижения этих целей могут быть использованы пылеугольные горелки, оборудованные электродуговыми плазмотронами. Данная технология заключается в нагреве аэросмеси (угольная пыль + воздух) электродуговой плазмой. Плазмообразующий газ (воздух) продувается через электроды, формируя плазменный факел, среднемассовая температура которого варьируется в интервале 5000 – 6000 К. Мощность плазмотрона изменяется от 100 до 350 кВт. Технология ПТС заключается в нагреве аэросмеси с помощью плазменного факела до температуры выделения летучих и частичной газификации углерода коксового остатка [6].

Схема установки плазменно-топливной системы (ПТС) на котлоагрегате НТКС приведена на рис. 1 [7]. Угольная пыль, составляющая часть аэросмеси, содержится в пылеугольном бункере (рис. 2).

Рисунок 1 — Схема котлоагрегата НТКС с использованием ПТС

(анимация: объем: 134 КБ; размер: 760х450; количество кадров — 20; задержка между кадрами — 1500 мс; задержка между первым и последним кадром — 2000 мс; количество циклов повторения — бесконечное)

Обозначения:

1 — ПТС;

2 — пылепровод;

3 — бункер угольной пыли;

4 — бункер твердого топлива;

5 — пластинчатый питатель;

6 — экономайзер;

7 — циклон;

8 — дымосос;

9 — дутьевой ветилятор;

10 — дутьевой вентилятор ПТС;

11 — золоудаляющее устройство;

12 — воздухораспределительная решетка;

13 — агрегат НТКС;

14 — измерительный преобразователь давления;

15 — измерительнвй преобразователь разрежения;

16 — контур теплоносителя.

Независимо от качества исходного угля из аэросмеси получается высокореакционное двухкомпонентное топливо. Смешиваясь с вторичным воздухом, оно интенсивно воспламеняется и стабильно горит без использования дополнительного топлива (мазут или природный газ), традиционно сжигаемого для растопки котлов из холодного состояния и стабилизации горения низкосортного энергетического угля.

Термохимическая подготовка аэросмеси к сжиганию осуществляется в объеме ПТС при концентрации пыли в аэросмеси 0.4 килограмм угля на килограмм воздуха, что соответствует 44 % от теоретически необходимого количества воздуха для полного сгорания угля [6].

Пылеугольный бункер для обеспечения взрывозащиты выполнен закрытым (рис.2) [8]. При помощи шнекового питателя, который приводится во вращение приводным электродвигателем, угольная пыль попадает в камеру смешения с первичным воздухом и далее через пылепровод круглого сечения со скоростью потока более 25 м/с (во избежание отложений пыли) отправляется на горелку.

При отключенном шнековом питателе осуществляется блокировка шибером подачи угольной смеси. В моменты времени, определенные алгоритмом работы ПТС, управление шибером реализуется с помощью однооборотного электрического механизма (МЭО).

Рисунок 2 — Конструкция системы подачи аэросмеси

Обозначения:

1 — приводной двигатель;

2 — дутьевой вентилятор ПТС;

3 — расходомер;

4 — камера смешения;

5 — аэросмесь;

6 — пылепровод;

7 — горелка;

8 — шнековый питатель;

9 — шибер;

10 — угольная пыль.

В ПТС применена пылеугольная горелка (рис.3) [9], в которой муфель мазутной горелки заменяется специальным муфелем из жаростойкой стали или чугуна, обмурованным теплоизоляционным покрытием.

Во входной части муфеля установлено специальное регулировочное устройство, позволяющее отделять часть потока аэросмеси и направлять его внутрь муфеля. На торцевом фланце муфеля соосно с ним установлен электродуговой нагреватель газа — плазмотрон.

Аэросмесь совместно с высокотемпературной струей воздуха и нагретыми стенками зажигается внутри муфеля. Взаимодействуя с основным потоком аэросмеси и потоком вторичного воздуха, этот факел активных частиц поджигает аэросмесь и вызывает ее горение не только в зоне горелки, но и во всем объеме котла. Последующее включение плазматрона требуется лишь в случае снижения температуры муфеля и при неустойчивом горении основного потока аэросмеси.

Рисунок 3 — Конструкция устройства автоматического розжига котла с системой плазменного воспламенения топлива

Обозначения:

1 — пылепровод;

2 — аэросмесь;

3 — плазмотрон;

4 — подвижная регулировочная крышка;

5 — закруточный механизм;

6 — муфель;

7 — атмосферный воздух.

После зажигания и начала устойчивого горения аэросмеси мощность поджигающего факела может быть уменьшена регулированием расхода аэросмеси через муфель и снижением мощности плазмотрона. Размеры данной горелки соответствуют размерам мазутной горелки и позволяют заменить ее даже без остановки котла. Передняя часть муфеля спрофилирована для плавного ввода аэросмеси. На торце муфеля установлен закруточный аппарат для подкрутки потока аэросмеси, центральное отверстие которого является направляющим для установки в муфеле плазмотрона. Торец муфеля расположен в одной плоскости с задней стенкой закруточной улитки потока аэросмеси. С торца муфель закрывается подвижной крышкой механически соединенной с МЭО, с помощью которого регулируется количество аэросмеси, подаваемой в муфель. Крышка может перемещаться внутри закруточной улитки примерно на 100 мм, что позволяет отводить до 20% аэросмеси в муфель. В центре крышки сделано отверстие для плазмотрона и приварен отрезок трубки, выходящий наружу через фланец и закрывающей закруточную улитку пылеугольной горелки. Эта трубка служит направляющей для плазмотрона и позволяет регулировать положение крышки муфеля.

Алгоритм процесса розжига НТКС

Для реализации технологии ПТС при автоматизации процесса управления розжигом котлоагрегата НТКС разработан алгоритм, который отличается от традиционного метода розжига с применением мазута [10] и характеризуется последовательностью выполнения следующих операций:

Подготовка системы к запуску (проверка наличия достаточного количества угольной пыли и твердого топлива в бункерах для розжига, закрытие направляющих аппаратов дымососа и дутьевых вентиляторов, закрытие регулировочной крышки в плазменной горелке, открытие шибера бункера угольной пыли.
Включается циркуляционный насос, и проверяются показания расходомеров по расходу воды через поверхности охлаждения слоя на входе и выходе из котла.
Перекрытие обходного воздуховода, включение дутьевого вентилятора плазменно-топливной системы в объеме 44% от теоретически необходимого количества воздуха для сгорания угольной пыли.
Включение плазмотрона и прогрев муфеля до температуры 800⁰С, что необходимо для устойчивого горения аэросмеси.
Включение дымососа и установка разрежения 6 Па.
Включение дутьевого вентилятора ожижающего воздуха и установка давление в воздухораспределительной решетке равным 4 кПа.
После достижения температуры муфеля 800⁰С включается шнековый питатель подачи угольной пыли и изменением положения регулировочной крышки обеспечивается ее устойчивое воспламенение с помощью прибора контроля пламени ФЭСП.
При достижении температуры слоя 450⁰С включается питатель подачи твердого топлива в топочное пространство и по пропорционально-интегральному закону регулирования обеспечивается плавный рост температуры.
При достижении температуры слоя 700⁰С отключить ПТС.
Открыть обходной воздуховод.

Дальнейший процесс вывода котлоагрегата НТКС на устойчивый режим работы котла осуществляется автоматически.

Следует предусмотреть аварийный останов котла автоматически в случае возникновения аварийной ситуации либо по сигналу оператора.

Аварийный останов следует производить в следующих ситуация:

Нарушение циркуляции воды через котел;
Отключение дутьевых вентиляторов или дымососа;
Сигнал от оператора.

При этом необходимо:

Отключить питатель топлива;
отключить циркуляционный насос;
закрыть шибер бункера угольной пыли;
отключить шнековый питатель (если включен);
отключить плазмотрон (если включен);
закрыть регулировочную крышку в горелке;
отключить дутьевой вентилятор ПТС (если включен);
отключить дымосос;
отключить дутьевой вентилятор ожижающего воздуха.

Структурная схема процесса автоматического розжига

На рисунке 4 приведена структурная схема процесса автоматического розжига [7]. Входными параметрами при розжиге являются: расход воздуха ПТС Q_в.птс , расход твердого топлива Q_Т, расход Q_конт и температуру Т_конт теплоносителя контура, давление дутьевого воздуха Р_в, разрежение в топке Р_т, датчики уровня бункера угольной пыли, топлива и наполнителя слоя, дискретные датчики состояния. Выходные параметры: температура слоя Т_сл, температура теплоносителя контура Т_тн, температура дымовых газов Т_дг. Блоки оценки выполняют измерение соответствующих величин и передачу информации в блок алгоритма расчета и выдачи управляющего воздействия. На основании полученных данных формируются управляющие воздействия на органы регулирования. Отдельным контуром регулирования является ПТС, входными параметрами которой является расход пыли Qпыли и расход первичного воздуха Q_в.птс . Для обеспечения устойчивого воспламенения угольной пыли требуется текущий контроль температуры муфеля горелки Т_м, которая должна находится в пределах 700⁰– 800⁰С.

Рисунок 4 — Структурная схема процесса автоматического розжига котлоагрегата НТКС

Выходной сигнал термоэлектрического преобразователя после коррекции поступает в блок алгоритма, после чего формируется команда на регулирование подачи твердого топлива. Регулятор расхода топлива РРТ обеспечивает оптимальное изменение подачи топлива для получения переходного процесса с заданными показателями качества.

Компенсация инерционности средства
измерения температуры кипящего слоя

При розжиге большое значение имеет контроль температуры кипящего слоя, так как регулирование подачи твердого топлива осуществляется в соответствии с величиной данного параметра. Технология НТКС имеет жесткие требования к температурному режиму, наиболее целесообразно обеспечить температуру слоя, равной 800⁰ – 850⁰С. Отклонение от данного диапазона приводит к зашлакованию слоя и последующей остановке котла. В настоящее время в шахтных котельных установках с топками низкотемпературного кипящего слоя для измерения температуры применяются термопары, имеющие большую тепловую инерцию. В системе автоматического управления розжигом котла последовательно с термоэлектрическим термометром включается устройство коррекции измерений температуры (КИТ), принцип работы которого заключается в использовании компенсационного метода. При измерении температуры кипящего слоя чувствительный элемент требует наличия защитного чехла, обеспечивающего защиту от механических повреждений. В настоящее время в качестве материала для защитных чехлов используется алунд. Если сделать допущение, что защитная оболочка является тонкостенной трубой, то с достаточной степенью точности для инженерных расчетов решение определения тепловой инерции может быть получено с хорошим приближением, если принять, что данная защитная оболочка является телом с неограниченно высокой теплопроводностью [11]. Все полученное чехлом тепло мгновенно распространяется в материале и температура увеличивается равномерно по всему объему. Определяющим уравнением является соотношение баланса тепла, то есть количество тепла, полученного телом, равно количеству тепла, переданного теплоносителем:

(1)

где с и р — удельные теплоемкости и плотность материала, V и S — соответственно объем и площадь поверхности, α — коэффициент теплообмена.

С учетом параметров защитного чехла после промежуточных преобразований получаем передаточную функцию канала измерения по температуре:

(2)

где ε_ЧЭ и ε_Ч – показатели тепловой инерции ЧЭ и защитного чехла.

При включении корректирующего устройства в канал измерения температуры получаем передаточную функцию:

(3)

Чем больше коэффициенты коррекции (К_Т и К_Ч) тем больше быстродействие измерительной системы. Однако с ростом значения К_Т и К_Ч растет уровень шумов и наводок в системе, то есть чем выше частота, тем больше амплитудные значения паразитных сигналов на выходе системы. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) синтезируемого канала измерения температуры представлена на рисунке 5 [7].

Рисунок 5 — ЛАЧХ измерительного канала температуры

Обозначения:

1 — ЛАЧХ корректирующего устройства;

2 — ЛАЧХ канала измерения температуры;

3 — скорректированная ЛАЧХ;

4 — область высокочастотных помех.

Моделирование авоматического управления процессом розжига

В практике математического моделирования процесса горения угля сложился системный многоуровневый подход, суть которого состоит в построении последовательности моделей различных физических уровней и разной степени детализации.

В упрощенной формулировке Дэвидсона и Харисона двухфазная модель предполагает наличие у пузырей замкнутых линий тока газа. В качестве основного параметра модели используется средний диаметр пузырей. Динамические характеристики камеры сгорания представляют собой очень важный элемент для разработки автоматизированных систем контроля и регулирования.

Скорость отклика системы на динамические возмущения можно оценить с помощью уравнения теплового баланса слоя [12]:

(4)

где: Sсл, Sw — поверхность слоя и наружного теплообменника; Сs, Сg — теплоемкость материала слоя и газа; ρ_р, ρ_g— плотность частиц и газа; Нсл, Тсл — высота и температура слоя; jт – расход топлива на 1м2 кипящего слоя; Q_T— изшая теплота сгорания топлива; q₄, q₃ — тепловые потери за счет химической и механической неполноты сгорания; U₀ – скорость восходящего потока газа на полное сечение; Т₀, Т_f— температуры дутьевого воздуха и теплоносителя; h_w – коэффициент теплопередачи поверхности нагрева; Iз и Iл — потери теплоты с отводимой золой и излучение через поверхность кипящего слоя.

Расход твердого топлива для топки определяется из выражения:

(5)

После соответствующих преобразований получена передаточная функция кипящего слоя по контуру твердого топливо:

(6)

Розжиг и подогрев кипящего слоя осуществляется плазменно-топливной системой. На выходе из муфеля, имеет место поток горячей аэросмеси, содержащий большое количество активных частиц [5]. Применяя аналогичные действия для данного контура получим передаточную функцию:

(7)

Для проведения моделирования приняты параметры котлоагрегат ДКВР-10-13.

Исследование характеристик работы котлоагрегата НТКС произведено в системе Matlab пакете Simulink.

Изменение действительной и измеренной скорректированной температуры кипящего слоя в процессе розжига котла приведено на рис. 6 [13].

Рисунок 6 — Действительная и измеренная температура котла

Обозначения:

1 — действительная температура;

2 — измеренная температура;

А — работа ПТС;

В — подача твердого топлива.

Отрицательный градиент температуры (рис.6) вызван мгновенным отключением ПТС при достижении 700 ⁰С вследствие уменьшения количества тепла вносимого в кипящий слой.

Плавное отключение ПТС реализовано уменьшением расхода угольной пыли по линейному закону. Результаты моделирования приведены на рис. 7 [13].

Рисунок 7 — Температура кипящего слоя при плавном отключении ПТС

Обозначения:

А — работа ПТС

В — плавное отключение ПТС;

С — расход твердого топлива.

Соответствующая настройка параметра изменения подачи топлива для ПТС от номинального до нуля исключает появление отрицательного градиента температуры, то есть обеспечивается плавный рост температуры до заданного значения.

Разработка технического решения

автоматического управления процессом розжига

Устройство автоматического розжига выполняет реализацию процесса автоматического розжига НТКС в соответствии с заданным алгоритмом [10].

Автоматическое управление розжигом НТКС состоит в выработке команд, реализация которых обеспечивает целенаправленное изменение состояния технологической установки при соблюдении заранее обусловленных требований и ограничений. Структурная схема разработанного устройства показана на рис.8.

Рисунок 8 — Структурная схема устройства автоматического розжига

Работа устройства автоматического розжига сводится к следующему. Исходное состояние котла при подготовке к розжигу определяется по выходным сигналам измерительных преобразователей (ИП): температуры слоя Тсл, температуры муфеля Тм, давления воздуха Pв, разрежения в топке Pт, подачи топлива Qт, дискретных датчиков (датчики уровня бункера наполнителя слоя, бункера угольной пыли, концевые выключатели, встроенные в МЭО.

Устройство автоматического розжига состоит из трех модулей, каждый из которых построен на базе

микрпроцессорной техники:

1) Модуль центрального процессора (ЦП) реализует функцию управления работой агрегата. В соответствии с алгоритмом розжига, на основании получаемой с измерительных преобразователей информации микроконтроллер осуществляет выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы (ИМ), также формирует сигналы разрешения (запрета) на работу ПТС и передает необходимую информацию в модуль индикации и сигнализации. Модуль ЦП организует передачу информации о состоянии параметров котлоагрегата на ЭВМ посредством интерфейса RS-485.

2) Модуль ПТС в соответствии с заложенным алгоритмом и информацией, получаемой от измерительных преобразователей, выполняет соответствующее команде модуля центрального процессора управление плазменно-топливной системой.

3) Модуль индикации и сигнализации выполняет световую и звуковую сигнализацию о текущем протекании технологического процесса и о аварийных режимах.

Для обеспечения защиты цепей управления блоки согласования сигналов (БСС1 и БСС2) осуществляют гальваническую развязку модулей управления с цепями измерительных преобразователей и исполнительных устройств.

Структурная схема разрабатываемой системы представлена на рисунке 9. Система автоматизации позволяет производить автоматический розжиг трех агрегатов НТКС взависимости от потребностей системы теплоснабжения.

В состав структурной схемы автоматизации входят следующие блоки:

ТУК — технологическая установка котельной.

УАР — устройство автоматического розжига.

СОИ — средства оценки измерений.

Оператор — выполняет функцию наблюдения, используя показания приборов мнемосхемы, за протеканием технологического процесса, осуществляет запуск технологического процесса путем нажатия на кнопку «П», а также, в случае возникновения непредвиденных аварийных ситуаций, выполняет аварийный останов процесса розжига — нажатием на кнопку «АВАРИЯ»

системы автоматизации процесса розжига

Рисунок 9 — Структурная схема системы автоматизации процесса розжига

Мнемосхема — выполняет индикацию значения основных технологических параметров, имеет световую индикацию соответствующих аварийных и рабочих режимов технологической установки, также на мнемосхеме присутствуют соответствующие средства управления.

ЭВМ — производит протоколирование истории технологического процесса и архивирование данных. ЭВМ имеет связь с диспетчерским пунктом посредством сети Ethernet.

Практическое значение полученных результатов

Автоматизация процесса розжига НТКС с использованием плазменно-топливных систем обеспечит вывод котлоагрегата на стационарный режим работы при соблюдении заданных требований и ограничений, создаст безопасные условия для обслуживающего персонала и повысит качество управления технологическим процессом.

Апробация результатов работы

Результаты моей научно-исследовательской работы апробировались на следующих конференциях и конкурсах:

V научно-практической конференции «ДОНБАСС–2020: ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГЛАЗАМИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ», которая проводилась в Донецком национальном техническом университете (ДонНТУ) 25–27 мая 2010 года. Тема доклада: «Автоматизация процесса розжига низкотемпературного кипящего слоя»;
Х научно-технической конференции аспирантов и студентов в г. Донецке 18–20 мая 2010 года. «Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых». Тема доклада: «Разработка алгоритма розжига низкотемпературного кипящего слоя и его реализация»;
Всеукраинском конкурсе на лучшую научную работу студента по направлению «Горное дело». Тема работы: «Исследование процесса розжига шахтной котельной установки с низкотемпературным кипящим слоем и обоснование структуры системы управления». По результатам конкурса награжден дипломом победителя ІІІ степени.
XI международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех–2010», 17–19 марта 2010 г. в г. Ухта, Республика Коми. Секция 1: Автоматика и электротехника (совместно с ДонНТУ, г. Донецк, Украина). Тема доклада: «Обоснование структуры системы управления и исследование процесса розжига низкотемпературного кипящего слоя».
Вузовском конкурсе студенческих научных работ 2009–2010 учебного года по направлению «Горное дело». Тема работы: «Исследование процесса розжига шахтной котельной установки с низкотемпературным кипящим слоем и обоснование структуры системы управления». По результатам конкурса награжден дипломом победителя.
VIII международной научно-технической студенческой конференции «Механика жидкости и газа», Тема доклада: «Моделирование процесса розжига низкотемпературного кипящего слоя».
Конкурсе стипендиальной программы Фонда Виктора Пинчука «Завтра.UA» 2009–2010 учебного года. Тема работы: «Разработка системы автоматизированного управления процессом розжига котлоагрегата низкотемпературного кипящего слоя». По результатам конкурса получил 65,13 бала.
ІХ научно-технической конференции аспирантов и студентов в г. Донецке 20–22 мая 2009 года. «Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых». Тема доклада: «Устройство автоматического розжига котлоагрегата низкотемпературного кипящего слоя с использованием плазменно-топливных систем».

Выводы

Применение плазменно-топливной системы обеспечивает надежный безмазутный розжиг и улучшение экологических характеристик котлоагрегата в целом. При этом исключаются аварии и потеря растопочного топлива, возникающая при использовании мазута для розжига кипящего слоя. Построена структурная схема процесса розжига низкотемпературного кипящего слоя с использованием ПТС.

Разработана реализация повышения быстродействия измерительного канала температуры с использованием пропорционально-дифференциального регулятора с исключением влияния высокочастотных помех.

На основе уравнения теплового баланса кипящего слоя получены передаточные функции НТКС по контурам ПТС и подачи твердого топлива. По результатам расчетов выполнено моделирование процесса розжига кипящего слоя с использованием пропорционально-интегрального регулятора в контуре подачи твердого топлива. Отрицательный градиент температуры вызван мгновенным отключением ПТС при достижении 700⁰С вследствие уменьшения количества тепла вносимого в кипящий слой. В результате моделирования процесса розжига с плавным отключением подачи угольной пыли в ПТС от номинального значения до нуля, при соответствующей настройке регулятора подачи топлива, получен плавный рост температуры, исключающий появление отрицательного градиента.

Таким образом, для обеспечения автоматического розжига НТКС необходимо производить отключение ПТС путем плавного изменения расхода угольной пыли. При выполнении этого условия розжиг котла осуществляется в безопасном режиме, исключается зашлаковка слоя и чрезмерный износ оборудования.

Применение разработанного устройства автоматического розжига котла позволяет создать безопасные условия для оператора, сократить непроизводительные затраты времени и улучшить технико-экономические и экологические показатели процесса розжига котлоагрегата с топкой НТКС.

Перечень ссылок

Вискин Ж. В., Шелудченко В. И. и др. Сжигание угля в кипящем слое и утилизация его отходов — Донецк: Типография “Новый мир”, 1997. — 284 с.
Махорин К. Е., Хинкис П. А. Сжигание топлива в псевдоожиженном слое. Киев:Наук. Думка, 1989 — 204с.
Бурдуков А. П., Чернова Г. В., Коновалов В. В., Чурашев В.Н. Разработка технологии безмазутной плазменной растопки и подсветки на основе пылеугольного топлива ультратонокого помола.
Чушенко А. В., Маранценбаум А. И., Лебедев В. Ф. Описание патента на изобретение устройства автоматического розжига котла. УКРПАТЕНТ [электронный ресурс] / Чушенко А. В., Маранценбаум А. И., Лебедев В. Ф./ — Режим доступа: http://base.ukrpatent.org/searchINV/..
Xinsheng Lou, Carl H. Neuschaefer, Paul J. Panos, Josrph W. Quinn. Патент США: «Fluidized Bed Combustion Optimization Tool And Method Thereof» [электронный ресурс] / Xinsheng Lou, Carl H. Neuschaefer, Paul J. Panos, Josrph W. Quinn. / — Режим доступа: http://www.freepatentsonline.com/20100049561.pdf
Аскарова А. C., Карпенко Е. И., Мессерле В. Е., Устименко А. Б. Плазмохимическая активация горения и газификация угля. [электронный ресурс] / Аскарова А. C., Карпенко Е. И., Мессерле В. Е., Устименко А. Б./ — Режим доступа к статье: http://www.isuct.ru/istapc2008/PROC/P-8.PDF
Гавриленко Д. А., Гавриленко Б. В. Автоматизация процесса розжига низкотемпературного кипящего слоя.Электронный сборник научных трудов V научно-практической конференции «ДОНБАСС-2020: ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГЛАЗАМИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ», секция 6.33 ДонНТУ, 25–27 мая 2010 года.
Гавриленко Д. А., Гавриленко Б. В. Устройство автоматического розжига котлоагрегата низкотемпературного кипящего слоя с использованием плазменно-топливных систем. Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых. Сборник научных трудов IX научно-технической конференции аспирантов и студентов в г. Донецке 20–22 мая 2009 г. — Донецк, ДонНТУ — 2009, с. 14 – 19.
Тимошевский А. Н., Засыпкин И. М., Ващенко С. П., Векессер Ю. Г., Комарицын В. К. Применение систем плазменного воспламенения угольной пыли в котлах Таштагольской производственно-отопительной котельной.
Гавриленко Д. А., Гавриленко Б. В. Разработка и реализация алгоритма розжига низкотемпературного кипящего слоя. Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых. Сборник научных работ X научно-технической конференции аспирантов и студентов в г. Донецке 18 – 20 мая 2010 г. — Донецк, ДонНТУ — 2010.
Уонг Х. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров: Пер. с англ. \ Справочник — М.: Атомиздат, 1979 — 216с.
Махорин К. Е., Хинкис П. А. Сжигание топлива в псевдоожиженном слое. Киев: Наук. Думка, 1989 — 204с.
Гавриленко Д. А., Гавриленко Б. В. Обоснование структуры системы управления и исследование процесса розжига низкотемпературного кипящего слоя. СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2010. Сборник научных работ XI Международной молодежной научной конференциии — Ухта, УГТУ, 2010 — 440 с.

Примечание

При написании данного автореферата квалификационная работа магистра еще не завершена. Дата окончательного завершения работы: 1 декабря 2010 г. Полный текст работы и материалы по теме работы могут быть получены у автора или его научного руководителя после указанной даты.

Автореферат

Индивидуальное задание