Рисунок 1 – Упрощённая схема топки НТКС
Авторы: А.С. Коваленко, С.В. Неежмаков
Источник: Сборник: Донбас-2020: перспективи розвитку очима молодих вчених. Матеріали VI науково-практичної конференції у рамках молодіжного наукового форуму "Молодіжне покоління в науці без кордонів". 2012. С. 578-582.
В настоящее время весьма актуальной является задача внедрения в эксплуатацию топочных устройств, предназначенных для сжигания низкосортных высокозольных углей и отходов углеобогащения. Это обуславливается постоянным ухудшением горно-геологических условий с увеличением глубины горных работ, сокращением запасов малозольных пластов, несоответствие выемочной техники мощности разрабатываемых пластов и т. д. В связи с этим наблюдается дефицит качественных малозольных углей.
Прогрессивным методом сжигания низкосортных и высокозольных топлив является сжигание в низкотемпературном кипящем слое (НТКС). Данный метод сжигания топлива отличается высоким уровнем смешения топлива и окислителя.
Одной из основных проблем, требующих решения при освоении топок НТКС, это их пуск в работу (необходимо материал слоя нагреть до температуры воспламенения твердого топлива).
Рассмотрим наиболее целесообразный для топок котлоагрегатов розжиг – розжиг горячими дымовыми газами («нижний»). По этому методу слой нагревают до температуры воспламенения топлива путем его псевдоожижения горячей газовоздушной смесью, полученной при сжигании газа либо мазута в расположенной на воздушном тракте растопочной горелки (рис. 1). По мере роста температуры после воспламенения снижают количество подаваемого в горелку топлива и увеличивают подачу угля в кипящий слой. Первоначально ожижение происходит в нижней части слоя вблизи от газораспределителя. Для устойчивого розжига в топку загружается инертный материал с размером частиц менее 6 мм, а теплообменные трубы размещаются выше осевого слоя. В настоящее время розжиг котлоагрегата с низкотемпературным кипящим слоем осуществляется оператором вручную, что небезопасно, и не всегда проходит успешно. С целью 578 исключения присутствия персонала вблизи опасных зон розжиг котла необходимо осуществлять в автоматическом режиме.
Рисунок 1 – Упрощённая схема топки НТКС
Предлагается структурная схема работы блока автоматического розжига котла с НТКС, приведенная на рис.2. Она работает следующим образом: с датчиков ДТ, ДВ, ДУТ, ДРЖ, которые питаются блоком питания БП1, подаются сигналы, через устройства согласования УС1-4, на микроконтроллер МК, где в зависимости от значений с поступивших датчиков система вырабатывает сигнал на исполнительные механизмы, регулирующие подачу воздуха (направляющий аппарат), жидкого топлива (заслонка), твёрдого топлива (шибер и питатель) для оптимального функционирования процесса розжига. Для визуального контроля процесса предусмотрены выводы основных параметров на ЖКИ, который находится возле пульта диспетчера ПД.
Алгоритм работы блока розжига котлоагрегата с НТКС, приведен на рисунке 3. Описание данного алгоритма: DG – датчик контроля жидкого топлива, соответственно NG1 – открытие заслонки, контролирующей подачу жидкого топлива, на 10%, а NG2 – закрытие на 10%. DT – датчик контроля твёрдого топлива, NT1 – открытие шибера, который контролирует подачу твёрдого топлива, на 10%, а NT2 – закрытие на 10%, так же имеется питатель Р, при помощи которого транспортируется твёрдое топливо от бункера к топке. DV – датчик контроля воздуха, а NV1 –открытие направляющего аппарата,
Рисунок 2 – Структурная схема блока контроля розжига котлоагрегата с НТКС
Условные обозначения:
ДУТ – датчик уровня твёрдого топлива;
ДТ – датчик температуры;
ДВ – датчик воздуха;
ДРЖ – датчика расхода жидкого топлива;
БП1-4 – блок питания;
МК – микроконтроллер;
НА – направляющий аппарат, регулирующий подачу воздуха;
З – заслонка, регулирующая подачу жидкого топлива;
Ш – шибер, регулирующий подачу твёрдого топлива;
П – питатель;
ЖКИ – жидкокристаллический индикатор;
ПД – пульт диспетчера;
УС1-9 – устройство согласования;
RS485 – интерфейс, необходимый для передачи данных.
Рисунок 3 – Алгоритм работы блока контроля розжига котлоагрегата с НТКС
регулирующего подачу воздуха топлива, на 10%, а NV2 – закрытие на 10%. Воздух подаётся при помощи дутьевого вентилятора V. Розжиг 581 начинается при помощи запальника Z. Изначально все параметры перечисленные выше находятся в нейтральном – выключенном состоянии и равняются 0 (блоки 2,3). Розжиг начинается с включения дутьевого вентилятора V и открытия направляющего аппарата на 10% (блок 4). После этого начинает изменяться положение заслонки NG1 до полного её открытия (блоки 6-9). В этот момент срабатывает запальник Z (блок 8), для начала горения. Как только слой загорается, запальник Z отключается (блок 10). Далее отрабатывается временная задержка до достижения температуры в слое 4000С, это и есть температура Т2; (блоки 12-14). При достижении данной температуры шибер приоткрывается на 10% NT1=1 (блок 16), и включается питатель Р(блок 17). Далее необходимо достигнуть температуры воспламенения слоя Т2=800…9000С (блоки 21-23). После этого начинается плавный процесс замены жидкого топлива на твёрдое. Заслонка закрывается на 10%, т.е. NG2=1 (блоки 26,27), как только это происходит, шибер NT1 открывается на 10% (блок 29). После истечения 1 минуты (блок 30) происходит замер температуры (блок 33), если Т≤Т2, то возвращаемся в начало этапа для следующего уменьшения положения заслонки (к блоку 25), если же T<Т2, то необходимо вернуться к этапу, на котором добавляется твёрдое топливо(к блоку 29). Для удобства принимается, что данная операция производится 10 раз. После завершения этого цикла жидкое топливо выводится из процесса и заменяется полностью на твёрдое, т.е. NG2=0, NT1=0. На этом процесс розжига завершается.
В результате проделанной работы была разработана структурная схема и алгоритм работы блока автоматизации розжига котлоагрегата с НТКС на базе микропроцессорной техники, что способствует повышению надёжности, быстродействия процесса розжига и делает безопасной работу человека.