УДК 622.933

 

стабилизация температуры КИПЯЩего  СЛОя изменением расхода топлива.

 

Плебух С.Л., студент; Гавриленко Б.В., доц.,к.т.н.

(Донецкий государственный технический университет)

 

         Изменением подачи твердого топлива в топочное устройство кипящего слоя (КС)  осуществляется регулирование его температуры и производительности котельной установки.

Известно, что в котлах, работающих на твердом топливе, значения минимальной и максимальной температуры КС технологически ограничены [2]. Так, при температуре менее 750⁰С оксид углерода не догорает и его выбросы существенно превышают допустимые значения, а незначительные отклонения параметров могут привести к прекращению горения. При температуре более 950⁰С существенно возрастает опасность шлакования слоя из-за возможности его локальных перегревов.

Таким образом, при максимально допустимой температуре КС и номинальном режиме работы котлоагрегата,  диапазон регулирования его производительности при изменении подачи твердого топлива в топку  составляет:

или от 79% до 100% номинальной нагрузки.

          С учетом необходимого регулируемого диапазона от 40-50% до 100% номинальной нагрузки [1],  регулирование производительности котлоагрегатов с КС не может быть осуществлено в полной мере только изменением расхода топлива. В этом случае предпочтительным является взаимосвязанное изменение коэффициента избытка воздуха, подаваемого в топку дутьевым вентилятором и расхода твердого топлива. 

          Одним из преимуществ топок с КС является значительное уменьшение вредных выбросов с исходящими газами из-за низкого температурного уровня горения топлива в топке. Температуры близкие к 800⁰С определяют наиболее оптимальные условия связывания оксидов серы щелочноземельными металлами, а также специальными  добавками в виде доломита и известняка. При этих температурах существенно снижаются и выбросы оксида азота [2]. Поддержание температуры КС на заданном уровне может осуществляться различными способами [2],[3]. Однако изменение подачи твердого топлива в топку является одним из  наиболее экономичных способов, так как не требует вспомогательных устройств и способствует повышению КПД  котлоагрегата.

        Для оценки условий поддержания заданной температуры КС рассмотрим динамические процессы, протекающие в нем, используя уравнение теплового баланса [3]:

                   (1)

где    S_сл, S_w - поверхность слоя и наружного теплообменника;

          С_s, С_g – теплоемкость материала слоя и газа;

          r_р, r_g – плотность частиц и газа;

          Н_сл, Т_сл – высота и температура слоя;

          j_т – расход топлива на 1м² кипящего слоя;

          - низшая теплота сгорания топлива;

          q₃, q₄ – 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;

           I_з и I_л – потери теплоты с отводимой золой и излучение через поверхность кипящего слоя.

          Расход  твердого топлива в единицу времени определяется из выражения:

                                            (2)

Без учета потерь теплоты с отводимой золой и излучения через поверхность КС, а также теплоты, вносимой в топку воздухом и теплоносителем, уравнение (1) примет  вид:

(3)

          Так как до внесения возмущения в стационарном состоянии наблюдалось равенство тепловыделений и теплоотвода, то:

          (4)

          Вычитая уравнение (4) из (3) и  обозначив В - В₀ = х , а      Т_сл - Т_сл0 = у, находим:

.                                      (5)

В  выражении (5) постоянная времени

                                        (6)

характеризует соотношение между затратами тепла на нагрев слоя, продуктов сгорания и теплоносителя, а передаточный коэффициент имеет вид:

                                (7)

Преобразуя уравнение (5) по Лапласу, получаем передаточную функцию КС как объекта системы управления:

                                                                                         (8)

В качестве входной величины используется изменение   расхода твердого топлива, а выходной – температура КС в топке.

Таким образом, кипящий слой является статическим объектом и обладает  значительной инерционностью, на которую влияют условия выгорания твердого топлива и высота слоя. Регулирование производительности котлоагрегата с КС в  более широком диапазоне нагрузок должно осуществляться комбинированным способом, предусматривающим взаимосвязанное изменение подачи твердого топлива и дутьевого воздуха в топку.

                                     ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1.    Клюев А.С., Товарнов А.Г. Наладка систем автоматического регулирования котлоагрегатов.- М.: Энергия, 1970. - 280с.

2.    Сжигание угля в кипящем слое и утилизация его отходов/Ж.В. Вискин и др.- Донецк: Новый мир,1997. – 284с.

3.    Сжигание топлива в псевдоожиженном слое/Махорин К.Е.,Хинкис П.А.;АН УССР.Ин-т газа.-К.:Наук.думка,1989.-204с.