П.Е. Гладченко, В.И. Ахонин - Определение зависимости положения регулирующего органа от требуемого количества воздуха в топке парового котла.

Паровой котел – устройство, предназначенное для получения пара, как правило, водяного, с давлением выше одной атмосферы за счет теплоты, получаемой при сгорании топлива, а также теплоты отходящих газов и теплоты конденсата (котлы конденсатного типа). Тепловая энергия, подводимая к паровому котлу, может представлять собой тепло от сгорания топлива, электрическую, ядерную, солнечную или геотермальную энергию.

Котельные агрегаты являются сложными объектами автоматического регулирования с большим числом регулируемых параметров и регулирующих воздействий [1]. Задачи регулирования котельных агрегатов диктуются как требованиями потребителей пара, так и необходимостью обеспечения надежного и экономичного режима работы самих котлов. Высокая стоимость энергоносителей вынуждает предъявлять жесткие требования к топливной экономичности тепловых агрегатов.

Регулирование подачи воздуха обеспечивает оптимальное соотношение между подаваемым в топку топливом и воздухом (оптимальный избыток воздуха), чем достигается максимальная экономичность сжигания топлива на всех режимах работы котла. В качестве регулирующего органа на трубопроводах круглых сечений широкое применение получили поворотные дроссельные заслонки, общий вид конструкции которых показан на рисунке 1.

В устаревших котельных агрегатах зачастую не предусмотрена установка расходомера воздуха, поэтому становится актуальным вопрос получения аналитической зависимости между требуемым количеством воздуха и необходимым углом открытия заслонки.

Рисунок 1. – Конструкция поворотной заслонки

Такая зависимость может быть получена методом регрессионного анализа [2] с учетом особенностей конкретного котельного агрегата. Возьмём массив данных, полученных в ходе эксперимента:

Учитывая, что процессы, протекающие в котле, дают основание предположить квадратичную зависимость между подачей и углом открытия воздушной заслонки, найдем коэффициенты b и b₀ уравнения:

где Q – расчетное количество поступающего воздуха.

C помощью метода наименьших квадратов b₀ и b можно определить, решив систему уравнений:

Результаты расчета для пяти положений заслонки представим в таблице 2.

Подставив в систему (2), найденные величины, получим:

Решение данной системы дает следующие результаты

Таким образом,

Произведём проверку соответствия установленной зависимости экспериментальному материалу. Для этого определим следующие величины.

Дисперсия адекватности:

где f – число степеней свободы (f=3);

дисперсия воспроизводимости:

где Y_пред=2 – класс точности прибора.

Для проверки адекватности полученной модели экспериментальным данным воспользуемся критерием Фишера:

Условие соответствия F<F_табл (где F_табл=2,6) выполняется, следовательно, данная зависимость верна.

Полученное соотношение позволяет определять необходимое положение дроссельной заслонки для подачи определенного количества воздуха в топку котла. Эта зависимость используется в системе автоматического управления котельным агрегатом для осуществления оперативного регулирования, что позволяет обеспечить оптимальное сжигание топлива и повысить технико-экономические показатели котельного агрегата.

Библиографический список использованной литературы

1. Справочник по автоматизации котельных. Файерштейн Л. М., Этинген Л. С, Гохбойм Г. Г. – Энергия, 1978. – 344c.

2. Теория инженерного эксперимента: Учеб. Пособие / Г.М. Тимошенко, П.Ф. Зима. – К.: УМК ВО, 1991. – 124с.