РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА РОЗЖИГА КОТЛА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО КИПЯЩЕГО СЛОЯ

Гавриленко Д. А., студент, Гавриленко Б.В., доцент, к.т.н. (Ph.D.)
(Донецкий национальный технический университет)

Источник: Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых. Сборник научных трудов X научно-технической конференции аспирантов и студентов в г. Донецке 18–20 мая 2010 г. — Донецк, ДонНТУ — 2010, с. 14 – 19.

Для вывода котлоагрегата низкотемпературного кипящего слоя (НТКС)  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 [1]: 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.

С использованием плазменно-топливной системы  (ПТС) реализуется розжиг НТКС потоком горячего воздуха с активными частицами [2], что позволит достичь лучшего эффекта, чем при использовании для этих целей мазута.

Технология ПТС заключается в нагреве аэросмеси с помощью плазменного факела до температуры выделения летучих и частичной газификации углерода коксового остатка.

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. Использование плазменной технологии безмазутного воспламенения углей позволяет отказаться от совместного сжигания двух видов топлива с различной реакционной способностью, а также снизить вредные выбросы в 1,5–2 раза по сравнению с процессом совместного сжигания угля и мазута.

Для реализации технологии ПТС при автоматизации процесса управления розжигом котлоагрегата НТКС разработан алгоритм, который отличается от традиционного метода розжига с применением мазута [3] и характеризуется последовательностью выполнения следующих операций:

— проверяется наличие достаточного количества угольной пыли и твердого топлива в бункере для розжига, а также состояние направляющих аппаратов дымососа и дутьевых вентиляторов, регулировочной крышки в плазменной горелке, шибера бункера угольной пыли;

— включается циркуляционный насос, и проверяются показания расходомеров по расходу воды через поверхности охлаждения слоя на входе  и выходе из котла;

— перекрывается обходной воздуховод, включается дутьевой вентилятор плазменно-топливной системы  и на уровне 44% от теоретически необходимого количества для сгорания угольной пыли устанавливается расход воздуха;

—; для обеспечения устойчивого горения аэросмеси включается плазмотрон и прогревается муфель до температуры 800 ⁰С;

— включается дымосос и устанавливается разрежение 6 Па;

— включается дутьевой вентилятор ожижающего воздуха и устанавливается давление в воздухораспределительной решетке равное 4 кПа;

— после достижения температуры муфеля 800 ⁰С 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 450 ⁰С включается питатель подачи твердого топлива в топочное пространство и по пропорционально-интегральному закону регулирования обеспечивается плавный рост температуры;

— при достижении в топочном пространстве температуры слоя 700 ⁰С отключается ПТС и открывается обходной воздуховод.

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

При возникновении в процессе розжига котла аварийной ситуации, обусловленной нарушением циркуляции воды в котле, отключением дутьевых вентиляторов или дымососа устройство автоматического управления розжигом должно:

— отключить питатель топлива и циркуляционный насос;

— закрыть шибер бункера угольной пыли и регулировочную крышку горелки;

— отключить шнековый питатель, плазмотрон, дутьевые вентиляторы ПТС и ожижающего воздуха, дымосос.

Структурная схема устройства автоматического управления  процессом розжига котла, реализующего рассмотренный выше алгоритм приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Структурная схема устройства автоматического розжига

Исходное состояние котла при подготовке к розжигу определяется по выходным сигналам измерительных преобразователей (ИП) о температурах слоя Тсл и муфеля Тм, давления воздуха Pв, разрежения в топке Pт, подачи топлива Qт; сигналов дискретных датчиков о количестве твердого материала и угольной пыли, положения концевых выключателей в исполнительных устройствах МЭО.        

Устройство автоматического розжига состоит из трех модулей.

Модуль центрального процессора реализует функцию управления работой агрегата. В соответствии с алгоритмом розжига, на основании получаемой с измерительных преобразователей информации микроконтроллер осуществляет передачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы (ИМ), формирует сигналы разрешения (запрета) на работу ПТС, сигналы для передачи в модуль индикации и сигнализации.

Модуль ПТС по разработанному алгоритму и информации, получаемой от измерительных преобразователей и датчиков, формирует сигналы управления  плазменно-топливной системой.
Модуль индикации и сигнализации реализует световую и звуковую сигнализацию о текущем протекании  технологического процесса и  аварийных режимах.

Гальваническая развязка модулей управления  с цепями измерительных преобразователей и исполнительных устройств обеспечивается блоками согласования сигналов БСС1 и БСС2 .
Системой автоматизации процесса розжига предусматривается визуализация текущих значений основных параметров, световая индикация аварийных и рабочих режимов котельной установки.
ЭВМ производит протоколирование и архивирование данных  и  соединена с шахтным диспетчерским пунктом посредством сети Ethernet.

Таким образом, реализация алгоритма автоматического розжига котлоагрегата НТКС с использованием ПТС позволяет повысить безопасность обслуживающего персонала, исключает использование мазута и его безвозвратные потери при неустойчивом горении, обеспечивает условия оптимального вывода котла на стационарный режим работы.

Перечень ссылок

1. Махорин К. Е., Хинкис П.А. Сжигание топлива в псевдоожиженном слое. Киев: Наук. Думка, 1989 — 204с.

2. Ж.В. Вискин, В.И. Шелудченко и др. Сжигание угля в кипящем слое и утилизация его отходов — Донецк: Типография «Новый мир», 1997 — 284 с.

3. М.Ф.Жуков, Е.И.Карпенко, В.С.Перегудов и др. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. Низкотемпературная плазма, т. 16. — Новосибирск: «Наука», СИФ РАН,— 1995. —С. 304.