(13)B3 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (13)B3 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (61) Patent dodatkowy do patentu: (51) IntCl6: E23N 3 / 0 8 G05D 7/00 (54) Sposób i układ regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 22/95 (73) Uprawniony z patentu: Instytut Automatyki Systemów Energetycznych, Wrocław, PL Elektrownia TURÓW, Bogatynia, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 07/99 (72) Twórcy wynalazku: Janusz Pollak, Wrocław, PL Jacek Godowicz, Wrocław, PL Józef Greń, Wrocław, PL Stefan Piontek, Turów, PL Janusz Podgórniak, Turów, PL Ryszard Chudzik, Turów, PL Jan Giebułtowski, Turów, PL PL B3 ( 5 7 ) 1. Sposób regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego, w którym zadany przepływ powietrza określa się na podstawie energii chemicznej paliwa z uwzględnieniem stanu szczelności kotła, przy czym zadany przepływ powietrza oraz zadaną wartość tlenu w spalinach kształtuje się dynamicznie, uwzględniając kierunek zmiany zadanego przepływu powietrza, według patentu nr , znam ienny tym, że sygnał wyjściowy z regulatora zawartości tlenu w spalinach różniczkuje się, a następnie ograniczony sygnał różniczki podaje się do układu liczącego (UL), w którym przekształca się go progresywnie i tak ukształtowany sygnał korekcyjny (L K) sumuje się z sygnałem zadanego przepływu powietrza (Lv). 2. Układ regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego zawierający blok przeliczający, którego wyjścia są połączone z blokami dynamicznymi, kształtującymi dynamicznie wartość zadaną tlenu oraz powietrza, według patentu nr , znamienny tym, że wyjście regulatora zawartości tlenu (Ro) w spalinach jest połączone poprzez blok matematyczny nieliniowy (BMNL) z sumatorem (S), na którego inne wejście jest podawany sygnał zdalnego przepływu powietrza.

2 Sposób i układ regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego, w którym zadany przepływ powietrza określa się na podstawie energii chemicznej paliwa z uwzględnieniem stanu szczelności kotła, przy czym zadany przepływ powietrza oraz zadaną wartość tlenu w spalinach kształtuje się dynamicznie, uwzględniając kierunek zmiany zadanego przepływu powietrza, według patentu nr , znamienny tym, że sygnał wyjściowy z regulatora zawartości tlenu w spalinach różniczkuje się, a następnie ograniczony sygnał różniczki podaje się do układu liczącego (UL), w którym przekształca się go progresywnie i tak ukształtowany sygnał korekcyjny (LK) sumuje się z sygnałem zadanego przepływu powietrza (LV). 2. Układ regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego zawierający blok przeliczający, którego wyjścia są połączone z blokami dynamicznymi, kształtującymi dynamicznie wartość zadaną tlenu oraz powietrza, według patentu nr , znamienny tym, że wyjście regulatora zawartości tlenu (Ro) w spalinach jest połączone poprzez blok matematyczny nieliniowy ( B MNL) z sumatorem (S), na którego inne wejście jest podawany sygnał zdalnego przepływu powietrza. 3. Układ regulacji według zastrz. 2, znam ienny tym, że matematyczny blok nieliniowy ( B MNL) zawiera człon różniczkujący (Cd) połączony poprzez limiter (L) z układem liczącym (UL). 4. Układ regulacji według zastrz. 3, znam ienny tym, że wyjście limitera (L) jest ponadto połączone poprzez człon detekcji (Cd) z wejściem sterującym układu liczącego (U l). * * * Przedmiotem wynalazku jest uzupełnienie sposobu regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego, polegającego na określeniu w torze otwartym zadanego przepływu powietrza do kotła na podstawie obliczanego strumienia energii chemicznej paliwa, z uwzględnieniem danych o stratach powietrza w instalacji i o powietrzu dossanym do kotła, przy zastosowaniu oddziaływania od zawartości tlenu w spalinach oraz uzupełnienie układu regulacji, zawierającego blok przeliczający połączony z blokami dynamicznymi, w których kształtuje się dynamicznie wartości zadane powietrza oraz tlenu, według patentu nr Oddziaływanie od uchybu zawartości tlenu w spalinach stosowane w opisanym sposobie ma na celu przede wszystkim skorygowanie wpływu niedokładności wyznaczenia zadanego przepływu powietrza w otwartym torze oddziaływania od wielkości zakłócającej. N iedokładność ta z kolei ma główne swoje źródło w trwałym lub przejściowym odchyleniu stanu szczelności instalacji kotłowej od założonego pierwotnie i niemożliwości szybkiej aktualizacji odpowiednich danych. Ze względu na znaczenie minimalizacji uchybów zawartości tlenu w spalinach dla jakości spalania i poprawy wskaźników ekologicznych (przykładowo przy uchybach dodatnich pojawia się tlenek węgla w spalinach, zaś przy uchybach ujemnych następuje zwiększenie emisji tlenków azotu), usprawiedliwione jest dążenie do zwiększenia precyzji działania toru otwartego, zapewniającego z założenia bezuchybowe nadążanie zawartości tlenu za jej wartością zadaną przy występującym na wejściu tego toru zakłóceniu. Jak przedstawiono w opisie patentowym nr układ regulacji dopływu powietrza całkowitego zawiera blok przeliczający, którego pierwsze wyjście, na którym pojawia się sygnał zadanego przepływu powietrza tłoczonego przez wentylator podmuchu, jest połączone z pierwszym blokiem dynamicznym oraz z członem detekcji kierunku zmian zadanego prze-

3 pływu powietrza. Wyjścia tego członu są połączone z wejściami sterującymi pierwszego i drugiego bloku dynamicznego. Drugie wyjście bloku przeliczającego jest połączone z regulatorem powietrza, który jest ponadto połączony z regulatorem zawartości tlenu w spalinach. Zgodnie ze sposobem regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego, według wynalazku nie dopuszcza się do powstania znacznych uchybów tlenu, a tym samym eliminuje się związane z tym niekorzystne sytuacje, korygując w stanie przejściowym zadany przepływ powietrza w torze otwartym. Korekcja polega na tym, że sygnał wyjściowy z regulatora tlenu różniczkuje się, a następnie ograniczony sygnał różniczki podaje się do układu liczącego, w którym przekształca się go progresywnie i tak ukształtowany sygnał korekcyjny sumuje się z sygnałem zdalnego przepływu powietrza przed jego kształtowaniem dynamicznym. Tak prowadzony sposób regulacji powoduje, że działanie korekcyjne posiada cechy samoczynnej, przejściowej adaptacji zależności występujących w torze otwartym, przez co zwiększa się dokładność wyznaczania zadanego strumienia powietrza w tym torze. Ponadto zwiększoną dokładność utrzymania parametru regulowanego w zadanych granicach jest osiągana przy jednoczesnym utrzymaniu stabilności przebiegów regulacji w rezultacie działania różniczkującego, pomimo przejściowego wzrostu całkowitego wzmocnienia toru oddziaływania od odchyłki tlenu w spalinach. Układ regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego według wynalazku zawierający blok przeliczający, którego wyjścia są połączone z blokami dynamicznymi kształtującymi dynamicznie zadane wartości tlenu oraz powietrza, charakteryzuje się tym, że ma tor korekcyjny sygnału zdalnego strumienia powietrza całkowitego, który w swojej strukturze zawiera blok matematyczny nieliniowy. Jego wejście jest połączone z wyjściem regulatora zawartości tlenu w spalinach, a wyjście bloku jest połączone z sumatorem, na którego inne wejście jest podawany sygnał zdalnego przepływu powietrza. Blok matematyczny nieliniowy zawiera człon różniczkujący o nastawialnych stałych czasowych, który poprzez limiter jest połączony z układem liczącym, zapewniającym progresywny wzrost oddziaływania korekcyjnego w miarę wzrostu uchybu tlenu, aż do granic wyznaczonych nastawami limitera i nastawą wewnętrzną układu liczącego. Wyjście limitera jest połączone ponadto z członem detekcji sygnału wyjściowego z limitera, którego wyjście jest połączone z wejściem sterującym układu liczącego, odpowiedzialnym za charakterystykę sygnału wyjściowego z tego układu. Ze względu na zastosowaną progresję działania korekcji i jej ograniczenie, redukcja odchyłek odbywa się bez nadmiernego intensyfikowania przemieszczeń organów regulacyjnych. Ponadto układ regulacji ogranicza przenoszenie na elementy wykonawcze szkodliwego wpływu oscylacji sygnału pomiarowego. Wynalazek jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu regulacji powietrza całkowitego. Wyjście bloku przeliczającego BP, na którym pojawia się sygnał zadanej zawartości tlenu Ov w spalinach jest połączone poprzez drugi blok dynamiczny D2 wejściem regulatora Ro zawartości tlenu w spalinach, na którego inne wejście jest podawany sygnał rzeczywistej zawartości tlenu O r w spalinach, zaś wyjście bloku przeliczającego BP, na którym pojawia się sygnał zadanego strumienia przepływu powietrza Lv jest połączone z pierwszym blokiem dynamicznym D 1 oraz z członem detekcji, którego wejścia są połączone z wejściami sterującymi bloków dynamicznych D1, D2. Wyjście pierwszego bloku dynamicznego D1jest połączone z regulatorem powietrza Rp oraz poprzez blok matematyczny nieliniowy (BMNL) z sumatorem S, na którego inne drugie wejście jest podawany sygnał zadanego przepływu powietrza Lv. Wyjście regulatora Ro zawartości tlenu w spalinach jest połączone z wejściem regulatora powietrza R p, na którego inne wejście jest podawany sygnał rzeczywistego przepływu powietrza Lr tłoczonego przez wentylator podmuchu. Blok matematyczny nieliniowy (BMNL) zawiera człon różniczkujący rzeczywisty CD, który poprzez limiter L jest połączony z układem liczącym UL- Ponadto limiter L jest połączony poprzez człon detekcji Cd znaku sygnału wyjściowego x z limitera L, z wejściem z układu liczącego UL-

4 Sygnały zadanego przepływu powietrza Lv oraz zadanej zawartości tlenu Ov w spalinach, obliczone na podstawie strumienia energii chemicznej paliwa oraz stanu szczelności kotła, kształtuje się dynamicznie w blokach dynamicznych D1, D2, uwzględniając kierunek zmiany zadanego strumienia powietrza, po czym podaje się do regulatora zawartości tlenu Ro w spalinach i do regulatora powietrza Rp. Dodatkowo koryguje się w stanie przejściowym zadany przepływ powietrza w torze otwartym, sumując z sygnałem zadanego strumienia powietrza Lv sygnał korekcyjny Lk, którym jest przekształcony sygnał wyjściowy z regulatora zawartości tlenu Ro w spalinach. Przekształcenia dokonuje się w bloku matematycznym nieliniowym (BMNL), w którym sygnał wejściowy do niego różniczkuje się w członie różniczkującym rzeczywistym Cd, ogranicza w limiterze L oraz przekształca się w układzie liczącym UL. Sygnał korekcyjny Lk, pojawiający się na wyjściu układu liczącego UL, zmienia się progresywnie w miarę wzrostu prędkości zmiany sygnału wyjściowego regulatora, zależnego od uchybu zawartości tlenu w spalinach. Przykładowo kształtowanie sygnału w układzie liczącym Ul odbywa się według poniższej zależności: - dla dodatnich, mniejszych od jedności, wartości sygnału x wyjściowego z limitera L k - parametr dodatni dobierany, - lub symetrycznie dla ujemnych, o wartościach bezwzględnych mniejszych od połowy, wartości sygnału x wyjściowego z limitera L Stosowanie wynalazku można ograniczyć do jednego kierunku zmian odchyłek zawartości tlenu w spalinach. Szczególnie celowym okazuje się stosowanie go do ograniczania odchyłek dodatnich, zwłaszcza przy braku korekcji od pomiaru tlenku węgla w spalinach, co zabezpiecza przed pogorszeniem procesu spalania i ogranicza ryzyko zgaśnięcia płomienia. Takie prowadzenie korekcji jest korzystne również przy likwidowaniu dużych zakłóceń przepływu powietrza powstających przykładowo po awaryjnym włączeniu jednego z wentylatorów podmuchu.

5

6 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.