Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2737572C1 - Method of optimizing combustion process of hydrocarbon fuel in boiler - Google Patents

Method of optimizing combustion process of hydrocarbon fuel in boiler Download PDF

Info

Publication number
RU2737572C1
RU2737572C1 RU2020109758A RU2020109758A RU2737572C1 RU 2737572 C1 RU2737572 C1 RU 2737572C1 RU 2020109758 A RU2020109758 A RU 2020109758A RU 2020109758 A RU2020109758 A RU 2020109758A RU 2737572 C1 RU2737572 C1 RU 2737572C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
fuel
boiler
air
heat flux
Prior art date
Application number
RU2020109758A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Петрович Хвостенко
Станислав Алексеевич Антонов
Дамир Маркович Подосенов
Зуфар Зартдинович Алимов
Original Assignee
Виктор Петрович Хвостенко
Станислав Алексеевич Антонов
Дамир Маркович Подосенов
Зуфар Зартдинович Алимов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Петрович Хвостенко, Станислав Алексеевич Антонов, Дамир Маркович Подосенов, Зуфар Зартдинович Алимов filed Critical Виктор Петрович Хвостенко
Priority to RU2020109758A priority Critical patent/RU2737572C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2737572C1 publication Critical patent/RU2737572C1/en
Priority to EP21765074.6A priority patent/EP4116625B1/en
Priority to PCT/RU2021/000081 priority patent/WO2021177857A1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/022Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00Regulating fuel supply
    • F23N1/08Regulating fuel supply conjointly with another medium, e.g. boiler water
    • F23N1/082Regulating fuel supply conjointly with another medium, e.g. boiler water using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N3/00Regulating air supply or draught
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N3/00Regulating air supply or draught
    • F23N3/002Regulating air supply or draught using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/18Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
    • F23N2005/181Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using detectors sensitive to rate of flow of air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00Measuring
    • F23N2225/08Measuring temperature
    • F23N2225/18Measuring temperature feedwater temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00Measuring
    • F23N2225/08Measuring temperature
    • F23N2225/19Measuring temperature outlet temperature water heat-exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/18Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
    • F23N5/184Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using electronic means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to power engineering, in particular to methods for burning hydrocarbon fuel of variable composition in heat power engineering, industrial heat engineering, industries, housing and communal services. Method for optimization of combustion process of hydrocarbon fuel in boiler includes continuous measurement of fuel consumption in boiler and the heat flow in the heat carrier at the boiler outlet, determination of deviations of the measured values from the previous values and subsequent change in the air flow rate depending on the increase or decrease of the heat flow. Based on the measured values, specific fuel consumption is determined per 1 Gkal of heat, calculating the ratio of the amount of fuel consumption to the value of the heat flow in the heat carrier at the outlet of the boiler, wherein at the beginning of optimization of the fuel combustion process, a one-time discrete increase in the air flow rate is performed to determine the tendency of the heat flow value change in the heat carrier towards the increase or decrease, at that, in order to obtain an optimum fuel-air ratio with increase of the heat flow value, air is continued to increase until the heat flow reduction start, at reduction of heat flow value air is reduced till the moment of heat flux reduction begins.
EFFECT: technical result is optimization of combustion process of hydrocarbon fuel in boiler due to minimization of fuel consumption for generation of heat energy, which is communicated to heat carrier, and, accordingly, provision of maximum complete combustion of fuel.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к способам сжигания углеводородного топлива переменного состава в теплоэнергетике, промышленной теплоэнергетике, отраслях промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве. Предназначено преимущественно для сжигания сетевого газа, смесей углеводородов неопределенного состава, таких как попутный газ, отходы нефтегазопереработки.The invention relates to methods of combustion of hydrocarbon fuel of variable composition in heat power engineering, industrial heat power engineering, industries, housing and communal services. Designed primarily for the combustion of pipeline gas, mixtures of hydrocarbons of undetermined composition, such as associated gas, oil and gas processing waste.

Известен способ автоматической оптимизации процесса горения в котле (патент РФ №2647940, МПК F23C 1/02, F23C 1/08, опубликован 21.03.2018), основанный на непрерывном измерении расхода топлива и температуры теплоносителя на выходе теплообменника топливосжигающего устройства, при котором производят однократное снижение расхода топлива, обеспечивающее возможность конкретизации тенденции изменения удельной теплоты сгорания топлива, неизвестной в результате произвольных изменений состава используемого топлива, синхронизируют темп изменения температуры на выходе теплообменника с темпом изменения расхода топлива, далее совершают одновременные и/или неодновременные взаимосвязанные дискретные изменения расхода топлива и подачи воздуха в топливосжигающее устройство согласно одному из алгоритмов оптимизирующих действий, реализуемых компьютером по заданной программе, с обеспечением возможности упрощения способа оптимизации процесса сжигания топлива и повышения точности достижения оптимальных параметров.There is a known method for automatic optimization of the combustion process in a boiler (RF patent No. 2647940, IPC F23C 1/02, F23C 1/08, published on 03/21/2018), based on continuous measurement of fuel consumption and temperature of the coolant at the outlet of the heat exchanger of the fuel-burning device, in which a single reduction of fuel consumption, which makes it possible to specify the tendency of change in specific heat of combustion of the fuel, unknown as a result of arbitrary changes in the composition of the fuel used, synchronize the rate of change in temperature at the outlet of the heat exchanger with the rate of change in fuel consumption, then perform simultaneous and / or non-simultaneous interconnected discrete changes in fuel consumption and supply air into the fuel combustion device according to one of the algorithms of optimizing actions implemented by a computer according to a given program, with the possibility of simplifying the method for optimizing the combustion process and increasing the accuracy of achieving optimal vapors etrov.

Недостатком указанного технического решения является то, что значения температуры теплоносителя на выходе теплообменника топливосжигающего устройства в качестве параметра, определяющего расход топлива, не отражают и не являются показателем необходимого количества (затраченного) топлива, так как показания только температуры теплоносителя без измерения его количества не отражают полноту сгорания топлива и, как следствие, не влияют на минимизацию расхода топлива.The disadvantage of this technical solution is that the values of the coolant temperature at the outlet of the heat exchanger of the fuel-burning device as a parameter that determines the fuel consumption do not reflect and are not an indicator of the required amount (consumed) of fuel, since readings of only the coolant temperature without measuring its amount do not reflect the completeness fuel combustion and, as a result, do not affect the minimization of fuel consumption.

В качестве наиболее близкого аналога выбран способ автоматической оптимизации процесса горения углеводородного топлива в топке барабанного парового котла (патент РФ №2425290, МПК F23N 1/02, опубликован 27.07.2011), включающий непрерывное измерение параметров, характеризующих расход топлива и величину теплового потока в теплоносителе на выходе из котла и вычисление теплового потока, вносимого в топку котла, определение отклонений измеренных параметров от оптимальных вычисленных значений и последующее изменение расхода воздуха.As the closest analogue, a method of automatic optimization of the combustion of hydrocarbon fuel in the furnace of a drum steam boiler was chosen (RF patent No. 2425290, IPC F23N 1/02, published on July 27, 2011), including continuous measurement of parameters characterizing fuel consumption and the amount of heat flux in the coolant at the boiler outlet and calculation of the heat flow introduced into the boiler furnace, determination of the deviations of the measured parameters from the optimal calculated values and the subsequent change in the air flow rate.

В указанном способе показателем оптимальности процесса горения является КПД котла, который определяют по измеренным значениям теплового потока, поступающего из топки в циркуляционный контур котла и теплового потока, вносимого топливом в топку. Недостатком указанного технического решения является то, что корреляционное измерение временного сдвига указанных тепловых потоков и синхронизированное отношение указанных тепловых потоков не отражают полноту сгорания топлива и, как следствие, не влияют на минимизацию расхода топлива. Кроме того, недостатком этого способа является необходимость осуществления большого количества взаимосвязанных действий, трудоемкость и инерционность процесса, при этом регулировка возможна только в тех случаях, когда заранее определены и известны как состав, так и удельная теплота сгорания газа.In this method, the indicator of the optimality of the combustion process is the boiler efficiency, which is determined by the measured values of the heat flux coming from the furnace to the boiler circulation loop and the heat flux introduced by the fuel into the furnace. The disadvantage of this technical solution is that the correlation measurement of the time shift of the specified heat fluxes and the synchronized ratio of the specified heat fluxes do not reflect the completeness of fuel combustion and, as a consequence, do not affect the minimization of fuel consumption. In addition, the disadvantage of this method is the need for a large number of interrelated actions, the laboriousness and inertia of the process, while adjustment is possible only in cases where both the composition and the specific heat of combustion of the gas are predetermined and known.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа оптимизации процесса горения углеводородного топлива.The objective of the present invention is to develop a method for optimizing the combustion process of hydrocarbon fuel.

Технический результат - оптимизация процесса горения углеводородного топлива в котле за счет минимизации расхода топлива на выработку тепловой энергии, сообщаемой (передаваемой) теплоносителю, и, соответственно, обеспечение максимально возможной полноты сгорания топлива.The technical result is to optimize the combustion process of hydrocarbon fuel in the boiler by minimizing fuel consumption for generating heat energy communicated (transmitted) to the coolant, and, accordingly, ensuring the maximum possible completeness of fuel combustion.

Технический результат достигается тем, что в способ оптимизации процесса горения углеводородного топлива в котле включает непрерывное измерение расхода топлива в котле и величины теплового потока в теплоносителе на выходе из котла, определение отклонений измеренных значений от первоначально измеренных значений и последующее изменение расхода воздуха в зависимости от увеличения или уменьшения теплового потока, при этом на основании измеренных значений определяют удельный расход топлива на выработку 1 Гкал тепла, вычисляя соотношение количества расхода топлива на величину теплового потока в теплоносителе на выходе из котла, при этом в начале оптимизации процесса горения топлива производят разовое дискретное увеличение расхода воздуха для определения тенденции изменения значения теплового потока в теплоносителе в сторону увеличения или уменьшения, при этом для получения оптимального соотношения топливо-воздух, при увеличении величины теплового потока продолжают увеличивать воздух до момента начала уменьшения теплового потока, при уменьшении величины теплового потока, уменьшают воздух до момента начала уменьшения теплового потока.The technical result is achieved in that the method for optimizing the combustion of hydrocarbon fuel in the boiler includes continuous measurement of fuel consumption in the boiler and the amount of heat flow in the coolant at the outlet of the boiler, determination of deviations of the measured values from the initially measured values and the subsequent change in the air consumption depending on the increase or a decrease in the heat flux, while, on the basis of the measured values, the specific fuel consumption for the generation of 1 Gcal of heat is determined, calculating the ratio of the amount of fuel consumption to the value of the heat flux in the coolant at the outlet of the boiler, while at the beginning of the optimization of the fuel combustion process, a one-time discrete increase in the consumption is performed air to determine the tendency to change the value of the heat flux in the coolant in the direction of increase or decrease, while in order to obtain the optimal fuel-air ratio, with an increase in the value of the heat flux, the air continues to increase until the moment That the beginning of a decrease in the heat flux, with a decrease in the magnitude of the heat flux, reduce the air until the beginning of the decrease in the heat flux.

Далее изобретение поясняется следующими чертежами.The invention is further illustrated by the following drawings.

Фиг. 1 - Принципиальная блок-схема способа оптимизации процесса горения углеводородного топлива в котле.FIG. 1 - A schematic block diagram of a method for optimizing the combustion of hydrocarbon fuel in a boiler.

Фиг. 2 - Схема способа оптимизации процесса горения углеводородного топлива при уменьшении удельного расхода углеводородного топлива на выработку 1 Гкал тепла.FIG. 2 - Diagram of a method for optimizing the combustion of hydrocarbon fuel while reducing the specific consumption of hydrocarbon fuel for the production of 1 Gcal of heat.

Фиг. 3 - Схема способа оптимизации процесса горения углеводородного топлива при увеличении удельного расхода углеводородного топлива на выработку 1 Гкал тепла.FIG. 3 - Diagram of a method for optimizing the combustion of hydrocarbon fuel with an increase in the specific consumption of hydrocarbon fuel for the production of 1 Gcal of heat.

Фиг. 4 - Принципиальная блок-схема способа оптимизации процесса горения углеводородного топлива в котле, реализованная в промышленности в котельной Кичуй.FIG. 4 - A schematic block diagram of a method for optimizing the combustion of hydrocarbon fuel in a boiler, implemented in industry in the Kichui boiler house.

На принципиальных блок-схемах, представленных на фиг. 1 и фиг. 4 введены следующие обозначения:In the schematic block diagrams shown in FIG. 1 and FIG. 4 introduced the following designations:

1 - котел;1 - boiler;

2 - устройство регулировки подачи топлива;2 - fuel supply control device;

3 - счетчик расхода топлива;3 - fuel consumption meter;

4 - регулятор расхода воздуха;4 - air flow regulator;

5 - датчик температуры теплоносителя на входе в теплообменник;5 - coolant temperature sensor at the inlet to the heat exchanger;

6 - датчик температуры теплоносителя на выходе из теплообменника;6 - temperature sensor of the coolant at the outlet of the heat exchanger;

7 - датчик расхода теплоносителя;7 - coolant flow sensor;

8 - теплосчетчик для определения количества теплоты;8 - heat meter for determining the amount of heat;

9 - персональный компьютер с установленной специальной программой.9 - personal computer with a special program installed.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.The inventive method is carried out as follows.

В способе оптимизации процесса горения углеводородного топлива в котле в качестве топлива может использоваться попутный нефтяной газ переменного состава, а в качестве окислителя - атмосферный воздух.In a method for optimizing the combustion of hydrocarbon fuel in a boiler, associated petroleum gas of variable composition can be used as fuel, and atmospheric air can be used as an oxidizer.

Перед началом реализации заявляемого способа оптимизации процесса горения углеводородного топлива, осуществляется вывод котла 1 на мощность заданную потребителем в соответствии с режимной картой котла.Before starting the implementation of the proposed method for optimizing the combustion process of hydrocarbon fuel, the boiler 1 is brought to the power specified by the consumer in accordance with the regime map of the boiler.

После того как процесс горения начат и выдается требуемое потребителю количество тепла, при постоянной изначально установленной подаче топлива, по команде компьютера 9 регулятор расхода воздуха 4 производит разовое дискретное увеличение расхода воздуха.After the combustion process has begun and the required amount of heat is supplied to the consumer, with a constant initially set fuel supply, at the command of the computer 9, the air flow controller 4 produces a one-time discrete increase in the air flow.

Далее по измеренным значениям температуры теплоносителя на входе котла 1 с помощью датчика 5 и на выходе котла 1 с помощью датчика 6, а также по значениям массы проходящего теплоносителя, измеренного датчиком 7, теплосчетчик 8 определяет отклонение величины теплового потока, сообщаемого теплоносителю, от первоначально заданного значения. Further, according to the measured values of the temperature of the coolant at the inlet of the boiler 1 using the sensor 5 and at the outlet of the boiler 1 using the sensor 6, as well as the values of the mass of the passing coolant measured by the sensor 7, the heat meter 8 determines the deviation of the heat flux reported to the coolant from the initially set values.

Таким образом, первичное разовое дискретное увеличение расхода воздуха позволяет оценить тенденцию изменения значения теплового потока относительно первоначально заданного значения, т.е. позволяет определить точку, с которой начинается процесс регулирования (Точка 1 на Фиг. 2 и Фиг. 3).Thus, the primary one-time discrete increase in the air flow rate makes it possible to estimate the tendency for the heat flow value to change relative to the initially set value, i.e. allows you to determine the point from which the regulation process begins (Point 1 in Fig. 2 and Fig. 3).

Затем в зависимости от изменения (увеличения или уменьшения) величины теплового потока осуществляют действия, обеспечивающие оптимальный режим сгорания топлива с достижением минимального удельного расхода топлива на единицу величины теплового потока.Then, depending on the change (increase or decrease) in the magnitude of the heat flux, actions are taken to ensure the optimal mode of fuel combustion with the achievement of the minimum specific fuel consumption per unit of heat flux.

При этом возможны два варианта изменения процесса горения.In this case, two options for changing the combustion process are possible.

В случае, если после разового дискретного увеличения расхода воздуха, происходит уменьшение удельного расхода углеводородного топлива на выработку 1 Гкал тепла, компьютер 9 выдает команду регулятору расхода воздуха 4 пошагово увеличивать расход воздуха (Точка 2 на Фиг 2), и каждый раз после очередного увеличения расхода воздуха, компьютер 9 вычисляет удельный расход топлива и сравнивает его изменение с предыдущим значением.If, after a one-time discrete increase in air flow, there is a decrease in the specific consumption of hydrocarbon fuel for the production of 1 Gcal of heat, computer 9 issues a command to the air flow regulator 4 to increase the air flow step by step (Point 2 in Fig. 2), and each time after another increase in flow air, the computer 9 calculates the specific fuel consumption and compares its change with the previous value.

Процесс увеличения расхода воздуха происходит до момента, когда компьютер 9 зафиксирует начало увеличения удельного расхода топлива (Точка 3 Фиг. 2).The process of increasing the air consumption occurs until the computer 9 detects the beginning of the increase in the specific fuel consumption (Point 3 of Fig. 2).

В этот момент от компьютера 9 на регулятор расхода воздуха 4 поступает команда остановки увеличения количества подаваемого воздуха, и после этого команда уменьшения количества подаваемого воздуха на один шаг (Точка 4 на Фиг. 2). Точка 4 будет являться точкой оптимального соотношения топливо-воздух в данный момент времени, когда достигается максимальная теплопроизводительность котла при данном количестве потребляемого топлива и минимальный удельный расход углеводородного топлива на выработку 1 Гкал тепла.At this moment, from the computer 9, the air flow regulator 4 receives a command to stop the increase in the amount of supplied air, and then a command to decrease the amount of supplied air by one step (Point 4 in Fig. 2). Point 4 will be the point of the optimal fuel-air ratio at a given time when the maximum heating capacity of the boiler is reached with a given amount of fuel consumed and the minimum specific consumption of hydrocarbon fuel for the generation of 1 Gcal of heat.

В том случае если после разового дискретного увеличения расхода воздуха, происходит увеличение удельного расхода углеводородного топлива на выработку 1 Гкал тепла (Точка 2 Фиг. 3), от компьютера 9 на регулятор расхода воздуха 4 поступает команда остановить увеличение подачи воздуха и далее команда пошагово уменьшать количество подаваемого воздуха. При этом компьютер 9 каждый раз вычисляет удельный расход топлива и сравнивает его изменение с предыдущим значением.In the event that, after a one-time discrete increase in the air flow rate, an increase in the specific consumption of hydrocarbon fuel for the production of 1 Gcal of heat occurs (Point 2 of Fig. 3), a command is sent from the computer 9 to the air flow controller 4 to stop the increase in the air supply and then the command to decrease the amount of supplied air. In this case, the computer 9 each time calculates the specific fuel consumption and compares its change with the previous value.

Этот процесс будет продолжаться до тех пор, когда удельный расход топлива начнет увеличиваться. В этот момент компьютер выдает регулятору расхода воздуха 4 (точка 3 Фиг. 3) команду остановить уменьшение количества воздуха и увеличить воздух на один шаг, то есть вернуться в точку оптимального соотношения топливо-воздух (точка 4 Фиг. 3).This process will continue until the specific fuel consumption starts to increase. At this moment, the computer issues the air flow regulator 4 (point 3 of Fig. 3) a command to stop the decrease in the amount of air and increase the air by one step, that is, to return to the point of optimal fuel-air ratio (point 4 of Fig. 3).

Дальнейшую эксплуатацию топливосжигающего устройства осуществляют с учетом определенного в результате указанных выше действий оптимального соотношения расхода топлива и воздуха (оптимизации процесса горения), а при любых изменениях величины теплового потока, сообщаемого теплоносителю, и, соответственно, изменения удельного расхода топлива на выработку 1 Гкал тепла процесс оптимизации сжигания топлива повторяют.Further operation of the fuel-burning device is carried out taking into account the optimal ratio of fuel and air consumption determined as a result of the above actions (optimization of the combustion process), and with any changes in the value of the heat flow reported to the coolant, and, accordingly, changes in the specific fuel consumption for the production of 1 Gcal of heat, the process fuel combustion optimization is repeated.

Оптимизацию процесса сжигания углеводородного топлива по заявляемому способу возможно осуществлять как в автоматическом, так и в ручном режиме с помощью оператора.Optimization of the combustion process of hydrocarbon fuel according to the claimed method can be carried out both in automatic and manual mode with the help of an operator.

После осуществления способа оптимизации процесса горения углеводородного топлива в котле, может потребоваться регулировка значения теплового потока теплоносителя для достижения требуемого потребителем значения.After the implementation of the method for optimizing the combustion of hydrocarbon fuel in the boiler, it may be necessary to adjust the heat flux of the heat carrier to achieve the value required by the consumer.

Так, при увеличении величины теплового потока выше значения, требуемого потребителем, по команде компьютера 9 устройство регулировки подачи топлива 2 сначала уменьшает расход топлива до требуемого потребителем значения теплового потока в теплоносителе, после чего регулятор расхода воздуха 4 уменьшает расход воздуха до момента начала снижения величины теплового потока.So, with an increase in the value of the heat flow above the value required by the consumer, at the command of the computer 9, the fuel supply control device 2 first reduces the fuel consumption to the value of the heat flow in the coolant required by the consumer, after which the air flow controller 4 reduces the air consumption until the start of the decrease in the heat flow.

Соответственно, при уменьшении требуемого потребителем значения теплового потока, по команде компьютера 9 устройство регулировки подачи топлива 2 сначала увеличивает расход топлива на выработку требуемой потребителем величины теплового потока в теплоносителе, после чего регулятор расхода воздуха 4 увеличивает расход воздуха до прекращения роста величины теплового потока. При этом регулировка подачи воздуха производится без измерения его количества, т.е. без замера абсолютной величины расхода воздуха.Accordingly, with a decrease in the heat flow value required by the consumer, at the command of the computer 9, the fuel supply control device 2 first increases the fuel consumption to generate the heat flow value required by the consumer in the coolant, after which the air flow controller 4 increases the air flow rate until the increase in the heat flow value stops. In this case, the air supply is adjusted without measuring its amount, i.e. without measuring the absolute value of the air flow.

После достижения оптимального режима горения топлива, котел 1 продолжает работать при установленном количестве подаваемого топлива и воздуха до момента, когда произойдет очередное изменение удельного расхода топлива, показывающее, что произошли изменения внешних условий.After reaching the optimal fuel combustion mode, boiler 1 continues to operate at the set amount of supplied fuel and air until the next change in the specific fuel consumption occurs, indicating that there have been changes in external conditions.

Пример осуществления способа.An example of the implementation of the method.

Способ оптимизации процесса горения углеводородного топлива реализован на котле 1 (Фиг. 4) ДЕ 10-14 (предприятие ОАО «Татнефть», г. Кичуй).The method for optimizing the combustion process of hydrocarbon fuel is implemented on boiler 1 (Fig. 4) DE 10-14 (enterprise of OAO TATNEFT, Kichui).

Сначала котел 1 (Фиг. 4) разжигают и выводят на необходимый режим по режимной карте котла, в которой прописывается соотношение топлива и воздуха в различных режимах работы котла.First, boiler 1 (Fig. 4) is fired up and brought to the required mode according to the boiler mode map, in which the ratio of fuel and air is prescribed in various modes of boiler operation.

После вывода котла 1 на необходимую мощность начинают осуществлять способ оптимизации горения углеводородного топлива. Для этого по команде компьютера 9 регулятор расхода воздуха 4 производит разовое дискретное увеличение расхода воздуха в диапазоне от 0,01% до 2% от общего объема подаваемого воздуха (при этом подача топлива остается постоянной).After bringing the boiler 1 to the required power, a method for optimizing the combustion of hydrocarbon fuel is started. To do this, at the command of the computer 9, the air flow regulator 4 produces a one-time discrete increase in the air flow in the range from 0.01% to 2% of the total volume of the supplied air (while the fuel supply remains constant).

Далее теплосчетчик 8 (КрохнеVHV 310) с помощью датчиков 5, 6 и 7, установленных для измерения значений температуры теплоносителя на входе котла 1, на выходе котла 1 и определения массы проходящего теплоносителя, соответственно, определяет текущее значение величины теплового потока, сообщаемого теплоносителю. Эта величина теплового потока передается в компьютер 9.Further, the heat meter 8 (KrokhneVHV 310), using sensors 5, 6 and 7, installed to measure the temperature values of the coolant at the inlet of the boiler 1, at the outlet of the boiler 1 and determine the mass of the passing coolant, respectively, determines the current value of the heat flux reported to the coolant. This amount of heat flux is transferred to the computer 9.

Затем, в том случае, если после разового дискретного увеличения расхода воздуха, величина теплового потока увеличилась от первоначального заданного значения, осуществляется дискретное увеличение расхода воздуха, с помощью регулятора подачи воздуха 4 (Хаундай Н300Р110НФ) по команде компьютера 9, до момента уменьшения величины теплового потока. И наоборот, если величина теплового потока уменьшилась от первоначально заданного значения, то осуществляется дискретное уменьшение расхода воздуха, с помощью регулятора подачи воздуха 4 по команде компьютера 9, до момента увеличения величины теплового потока.Then, in the event that, after a one-time discrete increase in the air flow rate, the heat flow value increased from the initial set value, a discrete increase in the air flow rate is carried out using the air supply regulator 4 (Houndai N300R110NF) at the command of the computer 9, until the heat flow value decreases ... And vice versa, if the value of the heat flux has decreased from the initially set value, then a discrete decrease in the air consumption is carried out, using the air supply regulator 4 at the command of the computer 9, until the heat flux increases.

Компьютер 9 посылает соответствующую команду на регулятор расхода воздуха 4 на основе вычисления удельного расхода углеводородного топлива на выработку единицы тепла (1 Гкал), сообщаемого теплоносителю, и сравнения этого значения с предыдущим вычислением (каждые 3 секунды). Таким образом, определяют оптимальное соотношение топливо-воздух.Computer 9 sends an appropriate command to the air flow regulator 4 based on the calculation of the specific consumption of hydrocarbon fuel for the production of a unit of heat (1 Gcal) reported to the coolant and comparing this value with the previous calculation (every 3 seconds). Thus, the optimum fuel-air ratio is determined.

После осуществления способа оптимизации процесса горения углеводородного топлива в котле, может потребоваться регулировка значения теплового потока теплоносителя для достижения требуемого потребителем значения.After the implementation of the method for optimizing the combustion of hydrocarbon fuel in the boiler, it may be necessary to adjust the heat flux of the heat carrier to achieve the value required by the consumer.

В этом случае, при увеличении величины теплового потока выше значения, требуемого потребителем, по команде компьютера 9 устройство регулировки подачи топлива 2 сначала уменьшает расход топлива до требуемого потребителем значения теплового потока в теплоносителе, после чего регулятор расхода воздуха 4 уменьшает расход воздуха до момента начала снижения величины теплового потока.In this case, with an increase in the heat flux above the value required by the consumer, at the command of the computer 9, the fuel supply regulator 2 first reduces the fuel consumption to the value of the heat flux in the coolant required by the consumer, after which the air flow controller 4 reduces the air consumption until the start of the decrease heat flux values.

Соответственно, при уменьшении требуемого потребителем значения теплового потока, по команде компьютера 9 устройство регулировки подачи топлива 2 сначала увеличивает расход топлива на выработку требуемой потребителем величины теплового потока в теплоносителе, после чего регулятор расхода воздуха 4 увеличивает расход воздуха до прекращения роста величины теплового потока. При этом регулировка подачи воздуха производится без измерения его количества, т.е. без замера абсолютной величины расхода воздуха.Accordingly, with a decrease in the heat flow value required by the consumer, at the command of the computer 9, the fuel supply control device 2 first increases the fuel consumption to generate the heat flow value required by the consumer in the coolant, after which the air flow controller 4 increases the air flow rate until the increase in the heat flow value stops. In this case, the air supply is adjusted without measuring its amount, i.e. without measuring the absolute value of the air flow.

Величина расхода топлива измеряется счетчиком расхода топлива 3 (счетчик газа СГ-800) и вносится в память компьютера 9.The value of the fuel consumption is measured by the fuel consumption meter 3 (gas meter SG-800) and entered into the computer memory 9.

Проведенные испытания показали, что применение в промышленности заявленного технического решения обеспечило:The tests carried out showed that the application in the industry of the claimed technical solution provided:

- сокращение расхода углеводородного топлива на 7% при сжигании сетевого газа, и 30% при сжигании попутного нефтяного газа с отходами нефтепереработки в зависимости от подачи того или иного состава топлива;- reduction in the consumption of hydrocarbon fuel by 7% when burning network gas, and 30% when burning associated petroleum gas with refinery waste, depending on the supply of a particular fuel composition;

- повышение полноты сгорания топлива (отсутствие сажеобразования и недожога топлива в котлах),- increasing the completeness of fuel combustion (no soot formation and underburning of fuel in boilers),

- снижение трудоемкости процесса оптимизации сжигания топлива за счет сокращения количества измерений и, соответственно, сокращения количества используемых контрольно-измерительных приборов и вспомогательного оборудования.- reducing the labor intensity of the process of optimizing fuel combustion by reducing the number of measurements and, accordingly, reducing the number of instrumentation and auxiliary equipment used.

Существенное уменьшение количества операций снижает трудоемкость оптимизации, упрощает процесс оптимизации, повышает эффективность использования топлива (минимизирует расход топлива), расширяет область применения топливо сжигающих устройств для тепловой утилизации производственных отходов.A significant reduction in the number of operations reduces the labor intensity of optimization, simplifies the optimization process, increases the efficiency of fuel use (minimizes fuel consumption), and expands the field of application of fuel combustion devices for thermal utilization of industrial waste.

Процесс оптимизации горения топлива осуществляется непрерывно в течение всего времени эксплуатации котла. Заявляемый способ обеспечивает эксплуатацию котла в оптимальном режиме с минимальным экологическим ущербом, так как происходит полное сгорание топлива.The process of optimizing fuel combustion is carried out continuously throughout the entire operation of the boiler. The inventive method ensures the operation of the boiler in the optimal mode with minimal environmental damage, since there is complete combustion of the fuel.

Заявленное техническое решение осуществимо при эксплуатации топливосжигающих устройств с применением газообразных, жидких и твердых топлив. Способ осуществим с применением общедоступных средств измерения и автоматизации, персональных компьютеров.The claimed technical solution is feasible when operating fuel-burning devices using gaseous, liquid and solid fuels. The method is feasible using publicly available measurement and automation tools, personal computers.

Существенным отличием заявляемого технического решения от известных является то, что показателями оптимизации процесса горения является не КПД котла и не температура теплоносителя на выходе из котла, а соотношение количества расхода топлива на величину теплового потока в теплоносителе на выходе из котла, то есть удельный расход топлива на выработку 1 Гкал тепла.A significant difference of the proposed technical solution from the known ones is that the indicators of optimization of the combustion process are not the efficiency of the boiler and not the temperature of the coolant at the outlet of the boiler, but the ratio of the amount of fuel consumption to the amount of heat flow in the coolant at the outlet of the boiler, that is, the specific fuel consumption per generation of 1 Gcal of heat.

Предлагаемый к патентованию способ прост и надежен в использовании, адаптируется в любые существующие системы, базируется на простых и надежных приборах отечественного производства, не подвержен влиянию состояния котлов, состояния воздуховодов, состояния дымоходов и горелочных устройств, позволяет производить регулирование горения каждого горелочного устройства в многогорелочных котлах. Причем в автоматическом режиме обеспечивает значения теплового потока теплоносителя (пара или горячей воды) заданного потребителем.The method proposed for patenting is simple and reliable in use, adapts to any existing systems, is based on simple and reliable devices of domestic production, is not affected by the state of boilers, the state of air ducts, the state of chimneys and burners, it allows you to regulate the combustion of each burner in multi-burner boilers ... Moreover, in automatic mode, it provides the values of the heat flux of the heat carrier (steam or hot water) specified by the consumer.

Claims (3)

1. Способ оптимизации процесса горения углеводородного топлива в котле, включающий непрерывное измерение расхода топлива в котле и величины теплового потока в теплоносителе на выходе из котла, определение отклонений измеренных значений от предыдущих значений и последующее изменение расхода воздуха в зависимости от увеличения или уменьшения теплового потока, отличающийся тем, что на основании измеренных значений определяют удельный расход топлива на выработку 1 Гкал тепла, вычисляя соотношение количества расхода топлива на величину теплового потока в теплоносителе на выходе из котла, при этом в начале оптимизации процесса горения топлива производят разовое дискретное увеличение расхода воздуха для определения тенденции изменения значения теплового потока в теплоносителе в сторону увеличения или уменьшения, при этом для получения оптимального соотношения топливо-воздух при увеличении величины теплового потока продолжают увеличивать воздух до момента начала уменьшения теплового потока, при уменьшении величины теплового потока уменьшают воздух до момента начала уменьшения теплового потока.1. A method for optimizing the combustion of hydrocarbon fuel in a boiler, including continuous measurement of the fuel consumption in the boiler and the amount of heat flow in the coolant at the outlet of the boiler, determination of deviations of the measured values from the previous values and the subsequent change in air consumption depending on the increase or decrease in the heat flow, characterized in that, based on the measured values, the specific fuel consumption for the generation of 1 Gcal of heat is determined, calculating the ratio of the amount of fuel consumption to the value of the heat flow in the coolant at the outlet of the boiler, while at the beginning of the optimization of the fuel combustion process, a one-time discrete increase in the air consumption is performed to determine tendencies of the change in the value of the heat flux in the coolant in the direction of increase or decrease, while in order to obtain the optimal fuel-air ratio with an increase in the value of the heat flux, the air continues to increase until the beginning of the decrease in the heat flux, n With a decrease in the magnitude of the heat flux, the air is reduced until the beginning of the decrease in the heat flux. 2. Способ оптимизации процесса горения углеводородного топлива в котле по п.1 формулы изобретения, отличающийся тем, что при увеличении величины теплового потока выше требуемой потребителем величины уменьшают расход топлива на выработку требуемой потребителем величины теплового потока в теплоносителе и далее уменьшают расход воздуха до момента начала снижения теплового потока, а при уменьшении величины теплового потока ниже требуемой потребителем величины увеличивают расход топлива на выработку требуемой потребителем величины теплового потока в теплоносителе и далее увеличивают расход воздуха до момента прекращения роста величины теплового потока и достижения требуемой потребителем величины теплового потока.2. A method for optimizing the combustion process of hydrocarbon fuel in a boiler according to claim 1 of the claims, characterized in that when the heat flux increases above the value required by the consumer, the fuel consumption for generating the heat flux required by the consumer in the coolant is reduced and then the air consumption is reduced until the start a decrease in the heat flux, and with a decrease in the heat flux below the value required by the consumer, the fuel consumption is increased to generate the heat flux required by the consumer in the coolant and then the air consumption is increased until the growth of the heat flux stops and the heat flux required by the consumer is reached. 3. Способ оптимизации процесса горения углеводородного топлива в котле по п.1 формулы изобретения, отличающийся тем, что при изменениях величины теплового потока, сообщаемого теплоносителю, процесс оптимизации сжигания топлива повторяют. 3. A method for optimizing the combustion of hydrocarbon fuel in a boiler according to claim 1 of the claims, characterized in that when the value of the heat flux imparted to the heat carrier changes, the process of optimizing fuel combustion is repeated.
RU2020109758A 2020-03-05 2020-03-05 Method of optimizing combustion process of hydrocarbon fuel in boiler RU2737572C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109758A RU2737572C1 (en) 2020-03-05 2020-03-05 Method of optimizing combustion process of hydrocarbon fuel in boiler
EP21765074.6A EP4116625B1 (en) 2020-03-05 2021-02-25 Method for optimizing the combustion process of a hydrocarbon fuel in a boiler
PCT/RU2021/000081 WO2021177857A1 (en) 2020-03-05 2021-02-25 Method for optimizing the combustion process of a hydrocarbon fuel in a boiler

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109758A RU2737572C1 (en) 2020-03-05 2020-03-05 Method of optimizing combustion process of hydrocarbon fuel in boiler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2737572C1 true RU2737572C1 (en) 2020-12-01

Family

ID=73792510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020109758A RU2737572C1 (en) 2020-03-05 2020-03-05 Method of optimizing combustion process of hydrocarbon fuel in boiler

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4116625B1 (en)
RU (1) RU2737572C1 (en)
WO (1) WO2021177857A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752216C1 (en) * 2021-02-07 2021-07-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) Method for optimizing process of flaring fuel combustion
RU2775733C1 (en) * 2021-08-11 2022-07-07 Акционерное общество "Ангарская нефтехимическая компания" Method for optimizing the combustion process of gaseous fuel

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1477667A (en) * 1966-03-08 1967-04-21 Thomson Houston Comp Francaise Improvements to fluid combustion control systems, particularly in refinery furnaces
RU2357153C2 (en) * 2006-11-20 2009-05-27 Общество с Ограниченной Ответственностью (ООО) "Энергопромналадка" Fuel burning control and management method
RU2425290C2 (en) * 2009-10-26 2011-07-27 Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" Automatic optimisation method of combustion process in drum steam boiler furnace
US9506649B2 (en) * 2012-05-11 2016-11-29 Fisher-Rosemount Systems, Inc Methods and apparatus to control combustion process systems
RU2015131367A (en) * 2015-07-28 2017-02-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУВПО КФУ) METHOD FOR AUTOMATIC OPTIMIZATION OF THE FUEL COMBUSTION PROCESS
RU2647940C1 (en) * 2017-05-04 2018-03-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) Method of fuel with variable composition combustion process automatic optimization

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3513580A1 (en) * 1984-05-02 1985-11-07 Joh. Vaillant Gmbh U. Co, 5630 Remscheid Measuring device for the load on a heat source heated by fuel and provided with a heat exchanger, and a control system using the measuring device
DE102009044608A1 (en) * 2009-11-20 2011-05-26 Webasto Ag heater
US10139166B2 (en) * 2013-09-13 2018-11-27 Jeffrey R. Hallowell Fuel feed and air feed controller for biofuel-fired furnace

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1477667A (en) * 1966-03-08 1967-04-21 Thomson Houston Comp Francaise Improvements to fluid combustion control systems, particularly in refinery furnaces
RU2357153C2 (en) * 2006-11-20 2009-05-27 Общество с Ограниченной Ответственностью (ООО) "Энергопромналадка" Fuel burning control and management method
RU2425290C2 (en) * 2009-10-26 2011-07-27 Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" Automatic optimisation method of combustion process in drum steam boiler furnace
US9506649B2 (en) * 2012-05-11 2016-11-29 Fisher-Rosemount Systems, Inc Methods and apparatus to control combustion process systems
RU2015131367A (en) * 2015-07-28 2017-02-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУВПО КФУ) METHOD FOR AUTOMATIC OPTIMIZATION OF THE FUEL COMBUSTION PROCESS
RU2647940C1 (en) * 2017-05-04 2018-03-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) Method of fuel with variable composition combustion process automatic optimization

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752216C1 (en) * 2021-02-07 2021-07-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) Method for optimizing process of flaring fuel combustion
RU2775733C1 (en) * 2021-08-11 2022-07-07 Акционерное общество "Ангарская нефтехимическая компания" Method for optimizing the combustion process of gaseous fuel

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021177857A1 (en) 2021-09-10
EP4116625A1 (en) 2023-01-11
EP4116625A4 (en) 2023-11-29
EP4116625B1 (en) 2024-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4749122A (en) Combustion control system
RU2397408C2 (en) Method and equipment to monitor and control furnace heater torch stability
CN106439858B (en) A kind of dangerous waste incineration flue gas Xun Huan and the complicated feed forward control method of chilling
RU2737572C1 (en) Method of optimizing combustion process of hydrocarbon fuel in boiler
EP3830480A1 (en) Calibration of a boiler
KR20170096620A (en) Internal combustion engine and method for operating the same
CN111946431B (en) Ship cogeneration optimal control system and control method utilizing waste heat of diesel generator
JP2002267159A (en) Air-fuel ratio control method and device
RU154647U1 (en) BOILER INSTALLATION
RU2425290C2 (en) Automatic optimisation method of combustion process in drum steam boiler furnace
RU2757521C1 (en) System and method for regulating fuel consumption for steam boiler
RU2647940C1 (en) Method of fuel with variable composition combustion process automatic optimization
RU2767665C1 (en) Experimental installation for evaluation of thermal efficiency of gas-using equipment
EP4102134A1 (en) Method for controlling the operation of a gas boiler
CN114484885A (en) Control method of household gas water heater using hydrogen as fuel
Peterschmidt et al. Boilers and boiler control systems
RU2534920C1 (en) Method of automatic regulation of fuel-air ratio in boiler furnace
CN1963307A (en) Furnace combustion power control method
RU2752216C1 (en) Method for optimizing process of flaring fuel combustion
Bezhan et al. Energy characteristics of medium pressure steam boilers
SU954771A1 (en) Device for regulating tubular furnace temperature mode
KR20030052912A (en) Oxygen concentration control method in case of firing multiple fuels
SU1076438A1 (en) Method for controlling coking of pyrolysis furnace
SU1735669A1 (en) Method of control of thermal load of head-recovery plant
SU983386A1 (en) Method of automatic control of mazut heating temperature