Гавриленко Б.В., к.т.н, Неєжмаков С.В., ас.
Донецький державний технічний університет
В якості теплоносія при роботі автономного повітропідігрівника використовуються димові гази, одержувані в результаті спалювання високозольного вугілля в котлоагрегаті з топкою низькотемпературного киплячого шару (НТКШ). Схема котлоагрегата і розміщення засобів вимірювання наведена на рис. 1.
Малюнок 1 - Котлоагрегат з топкою низькотемпературного киплячого шару
Продукти згоряння, маючи температуру ТПС = 600-1000 ° С на виході з киплячого шару, розбавляються в камері змішування до температури ТТН = 500 ° С і далі транспортуються до калориферної установки.
При роботі топки НТКС найбільш важливим параметром, що підлягають вимірюванню, є температура киплячого шару ТКС, яка, в залежності від властивостей палива, лежить в межах 600-1000 ° С з діапазоном зміни 200 ° С. В даний час для вимірювання величини ТКС застосовуються хромель-алюмелеві термо-електричні перетворювачі, які мають істотним недоліком - високою інерційністю (постійна термічну інерцію становить 120 - 180 сек) [1].
У разі заміни існуючої системи автоматизації (регуляторів типу Р-25 і Р-29) мікропроцесорними засобами керування можливо непряме вимірювання температури киплячого шару в перехідних режимах з корекцією по температурі шару в стаціонарних режимах за умови використання стандартних засобів вимірювання витрати та температури.
Як відомо, температура Будуть агента після проходження його через шар має температуру шару, якщо його висота більше 20 еквівалентних діаметрів складових частинок. Дана умова виконується, так як висота киплячого шару більше 600 мм, а найбільший діаметр частинок - 13 мм. Таким чином, судити про температуру шару можна по температурі продуктів згоряння ТПС.
Рівняння теплового балансу для камери змішування має вигляд:
qпc + qрв = qтн + Qпот, (1)
де qпс, qрв - тепло, внесене в камеру змішування продуктами згоряння і разбавочним повітрям, відповідно.
qтн, Qпот - тепло, віддалене з камери змішування з теплоносієм і втратами в навколишнє середовище.
Величина Qпот нормується згідно [2] і може бути прийнята сталою величиною для конкретного котлоагрегату, так як при зміні режиму роботи змінюється на 0,2-0,3% від загальної кількості тепла.
Величини qпс, qрв і qтн визначаються, відповідно з виразів:
qпc = Cпc · Qпc · Tпc; (2)
qрв = Cрв · Qрв · Tрв, (3)
qтн = Cтн · Qтн · Tтн, (4)
де: C - теплоємність, приймається відповідно до [2], Q - об'ємна витрата і Т - температура - показники датчиків.
У такому випадку кінцеве вираз для визначення температури шару з урахуванням виразів 1, 2, 3 та 4 має вигляд:
Враховуючи те, що постійна термічної інерції для перетворювачів, розрахованих на температури до 600 ° С, становить 5-8 сек, можна припустити про доцільність використання запропонованого методу.
У середовищі MATLAB вироблено порівняльне моделювання систем вимірювання температури киплячого шару з використанням традиційного і пропонованого методів. На рис. 2 наведена структурна схема досліджуваної моделі в складі наступних блоків:
«Теплота згоряння» - імітуючи стрибкоподібний приріст теплоти згоряння палива (при моделюванні прийнято зміна зольності вугілля з 55% до 30%; в реальних умовах зольність може змінюватися в межах 20-70%);
«Шар», «Термопара в шарі», «термоопір в камері змішування» - задають динамічні характеристики киплячого шару і термоперетворювачів, прийняті відповідно до [1 і 3];
«Температура» - дозволяє відстежувати реальну температуру шару і визначається традиційним і непрямим методами;
«S1», «S2», «Похибка» - показивяют похибка вимірювань при використанні обох методів;
«Реакція системи управління» - визначає початок реагування системи автоматизованого управління на зміну температури при ширині зони нечутливості ± 10 ° С і зупиняє моделювання при початку реагування системи з термопарою.
«Запізнення» - задає транспортне запізнювання при використанні системи непрямого контролю температури.
Рисунок 2 - Моделювання систем вимірювання температури киплячого шару
Аналіз результатів моделювання (рис. 3) показує, що:
при використанні традиційної системи контролю температури спостерігається значне відставання результату вимірювань (б) від дійсної температури (а) на відміну від результату непрямих вимірювань (в);
динамічна похибка (г) традиційного методу помітно вище, похибки непрямого методу (д);
інерційність термопари викликає збільшення часу відгуку системи управління на рівноваги вплив (е і ж). Реальне відхилення температури при цьому склало більше 50 ° С
Малюнок 3 - Результати моделювання систем вимірювання температури киплячого шару
Таким чином, використання непрямого методу контролю температури в завданнях управління продуктивністю автономного газоповітряного повіт-хоподогревателя з топкою низькотемпературного киплячого шару дозволить підвищити якість і достовірність отримання необхідної вимірювальної інформації
Список літератури
Чистяков В.С. Короткий довідник по теплотехнічних вимірів. - М.: Вища школа, 1990. - 320 с.: Іл.
Розрахунки апаратів киплячого шару: Довідник / За ред. І.П. Мухленова, Б.С. Сажина, В.Ф. Фролова. - Л.: Хімія, 1986. - 352 с
Спалювання вугілля в псевдозрідженому шарі / Махорін К. Є., Хінкіс П. А. - Київ: Наук. думка, 1989. - 204 с.