Автоматизация управления процессом розжига топки низкотемпературного кипящего слоя

Аннотация

Изучается процесс розжига топки низкотемпературного кипящего слоя с использованием средств математического моделирования, а также синтезируется система автоматического управления процессом розжига по предложенному авторами алгоритму.

Основной текст статьи

Процесс розжига топки низкотемпературного кипящего слоя (НТКС) рассматривается для использования каменного угля повышенной зольности (40–80 %), как основного топлива, и мазута марки 40, как дополнительного топлива. Запуск топки НТКС включает в себя предварительный разогрев сыпучей твердой массы до температуры горения угля посредством горелки низкого давления и плавный переход от дополнительного топлива к основному. В настоящее время данный процесс происходит в ручном режиме, что приводит к увеличению длительности розжига топки и, как следствие, чрезмерным затратам на дополнительное топливо. Так же нельзя исключать человеческий фактор, который создает предпосылки для перегрева или погасания слоя, что чревато дополнительными материальными затратами.

В пакете Simulink разработана модель запуска топки НТКС, представленная на рисунке 1. Передаточная функция процесса горения твердого топлива (1) представляет собой подключенные последовательно блоки транспортного запаздывания и апериодического звена первого порядка [1]:

1. K_tt — передаточный коэффициент, Дж/м³;
2. T_tt , τ_tt — постоянные времени горения и транспортного запаздывания, с.

Передаточная функция НТКС имеет вид апериодического звена первого порядка:

1. K_sl — передаточный коэффициент, ^oС/кДж;
2. T_sl — постоянная времени слоя, с.

Использованы параметры горения мазута, взятые из ГОСТ 10585–75, для марки 40 с содержанием серы не более 2,0 %. Заданы реальные предельно возможные (максимальные и минимальные) величины расхода угля посредством механического забрасывателя ЗП-600 и расхода мазута через форсунку низкого давления.

Алгоритм предусматривает плавный переход от дополнительного к основному топливу в промежутке нагрева топки от 780 ^oС до 820 ^oС, при этом заданная температура топки находится на уровне 850 ^oС. Реализуется это изменением координирующих коэффициентов от 0 до 1 для угля и от 1 до 0 для мазута. Коэффициенты корректируют выход ПИД-регуляторов, что позволяет производить плавную замену жидкого топлива на рабочее твердое.

Для настройки ПИД-регуляторов использовался встроенный в Simulink блок Check Step Response Characteristics. Регуляторы настраивались поочередно отдельно друг от друга. Пример настройки ПИД-регулятора по контуру дополнительного топлива по заданным показателям качества отображен на рисунке 2.

В процессе запуска топки НТКС необходимо следить за поддержанием температуры в пределах от 650 ^oС до 950 ^oС во избежание затухания или спекания слоя, что так же отрабатывает данная система автоматического розжига.

Переходный процесс, занимает 20 минут, что как минимум вдвое меньше времени розжига топки НТКС в ручном режиме, которое иногда доходит до одного часа.

Стоит отметить, что данный алгоритм был предложен для розжига топки НТКС впервые и имеет следующее недостатки:

• не предусмотрен механизм управления котлом в режиме горячего резерва;
• имеется необходимость настройки регуляторов, основываясь на повторном пересчете математической модели при значительных изменениях параметров твердого топлива, что, возможно, потребует привлечения сторонних специалистов.

Одновременно алгоритм обладает следующими преимуществами:

• простота технической реализации с помощью программируемых логических контроллеров или интегральных схем на микропроцессорах и микроконтроллерах;
• относительно быстрый процесс розжига топки НТКС, который в 1,5–2 раза короче запуска в ручном режиме;
• отработка алгоритма производится без участия оператора, что позволяет избежать ошибок, связанных с человеческим фактором, и дает возможность перейти к дальнейшему совершенствованию структуры системы управления процессом розжига.

Список литературы

1. Неежмаков С. В. Исследование математической модели топки кипящего слоя шахтного автономного воздухоподогревателя / С. В. Неежмаков // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. — Вип. 8. Т. 10. Мелітополь: ТДАТУ, 2008. С. 173–180.