An equation pertaining to dynamics of automatic control of «gas-burning device - high-temperature zone» object has been formulated in the paper. The equation may serve as a basis for development of automatic control scheme. Записано уравнение динамики автоматического регулирования объекта «газогорелочное устройство - высокотемпературная зона», которое может служить основой для разработки схемы автоматического регулирования

A. Nesenchuk P.

D. Shklоvchik I.

M. Pshonik G.

N. Mandel L.

T. Ryzhova V.

Z. Aidarоva B.

А. Несенчук П.

Д. Шкловчик И.

З. Айдарова Б.

М. Пшоник Г.

Н. Мандель Л.

Т. Рыжова В.

Russian

A. P. Nesenchuk

N. L. Mandel

T. V. Ryzhova

M. G. Pshonik

D. I. Shklоvchik

Z. B. Aidarоva

А. П. Несенчук

Н. Л. Мандель

Т. В. Рыжова

М. Г. Пшоник

Д. И. Шкловчик

З. Б. Айдарова

ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations / Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

 УДК 621.669  ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ  «ГАЗОГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  ЗОНА» КАК ОБЪЕКТА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ  И УРАВНЕНИЕ ОБЩЕЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ  НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ (ТЕРМИЧЕСКОЙ) ПЕЧИ  Докт. тех. наук, проф. НЕСЕНЧУК А. П., кандидаты техн. наук МАНДЕЛЬ Н. Л., РЫЖОВА Т. В., канд. техн. наук, доц. ПШОНИК М. Г.,  инженеры  ШКЛОВЧИК Д. И., АЙДАРОВА З. Б.  Белорусский национальный технический университет, РУП «Минский автомобильный завод»  При разработке работоспособной схемы автоматического (ручного) ре-гулирования высокотемпературного объекта анализ устойчивости регули-рования тепловой нагрузки многозонного объекта «газогорелочное устрой-ство – технологическая зона» имеет исключительно важное значение. Ниже запишем возможный вариант уравнения динамики регулирования многозонного объекта. При этом принимаем допущения: изменение темпе-ратуры в смежных с основной зонах происходит по тем же законам, что и в основной. Кроме того, при записывании уравнения динамики рассматрива-ется приведенная теплоемкость зоны (объекта регулирования) без разделе-ния на теплоемкости ее отдельных элементов (садка, футеровка и т. п.). Также не учитывается изменение приведенной теплоемкости с изменением температуры в зоне высокотемпературной установки (печи). И, наконец, давление продуктов сгорания в зоне считается постоянным. Для зоны регулирования запишем уравнение баланса теплоты  пр ,iQ Q QΣ = + Σ                                               (1)  где QΣ – теплота, вносимая в зону; Qпр – приведенная теплоемкость зоны  (в данном случае это теплота (в основном), расходуемая на нагрев садки;  ΣQi – тепловые потери объектом регулирования (за исключением Q1). Также можно записать:  пр р.пр пр р.пр пр; ; .idt dtG с G с Q Q Qd dΣ= = = + Στ τ                    (2)  Или, используя (1), запишем:  пр р.пр ;idtQ G с QdΣ∆ = ∆ + ∆Στ                                    (3)  пр р.пр .idtG с Q Qd Σ= ∆ − ∆Στ                                     (4)  Уравнение (4) в дальнейшем можно рассматривать как уравнение ди-намики регулирования зоны печи (объекта регулирования), где количество теплоты, вносимое в зону, представляется выражением  44  рн ,Q BQΣ∆ = ∆                                                  (5) где к п .ρp pB km −=   Здесь k – коэффициент расхода топлива; m – степень открытия регули-рующего органа; рк – давление в топливном коллекторе перед газогорелоч-ным устройством; рп – давление продуктов сгорания топлива в печи. Составляющая ,iQ∆Σ  входящая в (4), может быть представлена  о.к изл охл г.ух ,iQ Q Q Q Q∆Σ = ∆ + ∆ + ∆ + ∆                             (6) где ( )( )( )о.к кл о.с λ α кл4изл 1 0 гг.ух 2 р.г.ух г.ух, , , , ;σ , , , ;, , , .iQ f t t R R FQ f Т FQ f В V с t== Ψ′= Σ                                   (7)  Как видим, члены (7) являются нелинейными функциями исходных пе-ременных m, pк, tкл(t), tг.ух(t), вследствие чего (4) нелинейно. Для дальнейшего исследования системы автоматического регулирова-ния зоны необходимо выполнить линеаризацию отмеченных выше функ-ций [1]:  ( ) ( ) ( )( )1 к o.к 2 г.ух 3г.ух 4 к, ; ; ,или , , .B f m p Q f t Q f B tQ f m p t= = == Имеем:  1 1 2к o.кк4 4 4г.ух кк; ;.f f fB m p Q tm p tf f fQ m p tm p t∂ ∂ ∂∆ = ∆ + ∆ ∆ = ∆∂ ∂ ∂∂ ∂ ∂∆ = ∆ + ∆ + ∆∂ ∂ ∂                           (8)  Выполним подстановку в (4)  р р1 1 2 4пр р.пр н н кк4 4ккτ.f f f ftG с Q m Q p t mm p t mf fp tp t∂ ∂ ∂ ∂∂= ∆ + ∆ − ∆ − ∆ −∂ ∂ ∂ ∂ ∂∂ ∂− ∆ − ∆∂ ∂  И р2 4 1 4пр р.пр нр 1 4н кк кτ.f f f ftG с t Q mt t m mf fQ pp p∂ ∂ ∂ ∂∂    + + ∆ = − ∆ +   ∂ ∂ ∂ ∂ ∂    ∂ ∂+ − ∆ ∂ ∂                   (9)  45  Деля почисленно (9) на величину ( )рн maxBQ  и переходя к относитель-ным переменным, запишем  ( ) ( )( ) ( )пр р.пр н н н 2 4р рнн нmax maxр рmax 1 4 к 1 4 кн нр рmax к к кн нmax maxτ,tG с t t t f f td t t tBQ BQm f f p f f pmQ Qm m m p p pBQ BQ∆∂∂ ∂ ∆ + + = ∂ ∂  ∂ ∂ ∂ ∂ ∆∆ = − + −  ∂ ∂ ∂ ∂      (10)  где tн – заданная (номинальная) температура продуктов сгорания в зоне; mmax – максимальное открытие регулирующего органа; рк – номинальное давление топлива в коллекторе перед горелочным устройством. Последнее выражение переписываем, вводя обозначения:  ( ) ( )( ) ( )пр р.пр н н 2 4р рн нmax maxр рmax 1 4 к 1 4н 1 н 2р рк кн нmax maxкн max к; ;; ;; μ; λ,G с t t f fT At tBQ BQm f f p f fQ a Q am m p pBQ BQpt mt m p∂ ∂ = + = ∂ ∂  ∂ ∂ ∂ ∂ − = − =  ∂ ∂ ∂ ∂   ∆∆ ∆= ϕ = =  где Т – время регулирования объекта; А – саморегулирование объекта; а1 – коэффициент эффективности регулирующего воздействия; а2 – коэффици-ент эффективности возмущающего воздействия; ϕ – относительное изме-нение регулируемой величины; µ – то же регулирующего воздействия; λ – то же возмущающего воздействия. Поскольку 2 0ft∂>∂ и 4 0,ft∂>∂ то и А > 0. Следовательно, зона печи об-ладает положительным саморегулированием. Так как р 1 4нf fQm m∂ ∂>∂ ∂ и р 1 4нк к,f fQp p∂ ∂>∂ ∂ то коэффициенты а1 и а2 – поло-жительны. Установив, что объекту («зона печи – горелочное устройство») присуще положительное саморегулирование, запишем уравнение общей тепловой нагрузки объекта, которое может быть положено в основу построения схе-мы регулирования. Для многозонного объекта регулирования уравнение теплового баланса может быть представлено следующим образом:  1и.т,ηiQ QQΣ+ Σ=                                             (11)  где и.тη  – коэффициент использования топлива [2].  46  В свою очередь ( )1 р.м м.выгр м.загр ,Q pc t t ′= − τ   где р – масса одной заготовки (единицы садки); ср.м – теплоемкость садки; м.выгр м.загр,t t  – температура садки на выходе и входе в зону печи; τ′ – темп выдачи садки из печи (зоны). Также имеем: ( )р.м м.выгр м.загр1;.c t t hQ p h− = ∆′= ∆ τ                                     (12)  Величина и.тη ,  входящая в (11), запишется следующим образом:  в т г.ухи.тηmmh h h hh+ + −=                                      (13) или 0р.в в р.т т р.г.ух г.ухи.т1η .mi imVh c t c t c tV Vh′′ ′ ′+ + −Σ Σ=   Вводим обозначения:  0 р.в р.т р.г.ух1 2 3; ; ; const .ii m i m mV c c ck k k Q AV h V h h′ ′ ′ ′= = = = =Σ Σ            (14)  Выполнив подстановку (14) в (11), получим  1 в 2 т 3 г.ухτ .1P h AQk t k t k tΣ′∆ +=+ + −                                   (15)  Формула (15) может служить основой для разработки схемы автомати-ческого воздействия на горелочное устройство при регулировании тепло-вой нагрузки зоны. Однако следует особо отметить, что уравнение регули-рования тепловой нагрузки содержит воздействие на регулирующий орган горелочного устройства по температуре воздуха-окислителя.  В Ы В О Д  Показано, что рассматриваемый объект регулирования имеет положи-тельное саморегулирование. Записанное уравнение автоматического регу-лирования тепловой нагрузки (15) содержит член k1tв, который необходимо учитывать при разработке блок-схем.  Л И Т Е Р А Т У Р А  1. П р о м ы ш л е н н ы е  теплотехнологии: моделирование нелинейных процессов: учеб. / В. И. Тимошпольский [и др.]; под общ. ред. В. И. Тимошпольского, А. П. Несенчу- ка. – Минск: Вышэйш. шк., 2000.  47  2. П р о м ы ш л е н н ы е  теплотехнологии: машиностроительное и металлургическое производство: учеб.: в 2 ч. – Ч. 2 / А. П. Несенчук [и др.]; под общ. ред. А. П. Несенчука,  В. И. Тимошпольского. – Минск: Вышэйш. шк., 1997.  Представлена кафедрой ПТЭ и Т                                                                                               Поступила 24.04.2007        УДК 621.165  К ВЫБОРУ МЕТОДА РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ ОТ ТЭЦ  Канд. техн. наук СЕДНИН А. В., асп. МАРЧЕНКО П. Ю.  Белорусский национальный технический университет  Состояние энергетической отрасли оказывает огромное влияние на эко-номическое развитие страны и показатели социальной жизни населения. Прогнозируемые темпы роста национальной экономики выдвигают значи-тельные требования к экономичности и надежности энергоснабжения. Кроме того, постоянный и стабильный рост цены на экспортируемое орга-ническое топливо обусловливает необходимость экономии топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в стране. Значительная экономия при про-изводстве электрической энергии достигается за счет применения комби-нированной выработки электрической и тепловой энергии (теплофикации) [1]. Более 50 % установленных мощностей республики приходится на ТЭЦ, обеспечивающих выработку наиболее дешевой электроэнергии – на тепло-вом потреблении.  Однако изменения, произошедшие за последние годы в структуре теп-ловых нагрузок, отразились на режимах работы станций и снизили систем-ную эффективность производства электроэнергии. Эти изменения характе-ризуются следующими факторами: • уменьшением потребления тепловой энергии промышленными пред-приятиями за счет снижения объемов производства; • введением перекрестного субсидирования, что стало одной из причин строительства на промышленных предприятиях собственных котельных и миниТЭЦ в зоне действия крупных промышленно-отопительных ТЭЦ; • изменением структуры суточной тепловой нагрузки. Снижение промышленной тепловой нагрузки вызвало увеличение влияния на график отпуска теплоты от станции нагрузки коммунально-бытового сектора. Изменение структуры тепловых нагрузок для большин-ства станций довольно существенно. Например, для Минской ТЭЦ-4 (МТЭЦ-4) нагрузка коммунально-бытового сектора с 55 % в 1980 г. воз-росла до 85 % в 2005 г. (табл. 1). При этом 40 % этой нагрузки составляет  48 

Характеристики системы «газогорелочное устройство - технологическая зона» как объекта автоматического регулирования и уравнение общей тепловой нагрузки нагревательной (термической) печи

https://energy.bntu.by/jour/article/download/577/571

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations / Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ