В дополнение к методам, рассмотренным в предыдущем разделе, были разработаны другие методы для дальнейшего повышения эффективности. Большинство из них полагаются на системы управления горением и редко могут работать независимо. Поэтому их в основном можно рассматривать как дополнение к управлению горением, и они в основном используются для улучшения сгорания твердого топлива, поскольку этот конкретный процесс сгорания несколько сложнее, чем у жидкого и газообразного топлива. В следующих разделах описываются наиболее часто используемые на практике методы для твердого топлива.

Мониторинг содержания влаги в топливе

Контроль на основе информации о влажности актуален при использовании гетерогенного топлива, в основном твердого топлива, такого как биотопливо, в котором содержание влаги может меняться. На оптимальную настройку котла влияет количество влаги, поэтому важно собрать эту информацию для достижения лучшего сгорания. Котел обычно рассчитан на работу в пределах определенного интервала влажности. Если топливо содержит более высокое содержание влаги, необходимо изменить расход первичного воздуха или требуется предварительный подогрев для достижения температуры в камере сгорания, достаточной для полного сгорания газов.

Котлы можно вручную отрегулировать на определенный уровень влажности в соответствии с настройками, заданными поставщиком котлов, обычно затем указывается соотношение между расходом топлива и воздуха. Соотношение изменяется с изменениями влажности, что делает интересным непрерывное измерение содержания и соответствующее изменение параметров управления. Методы определения содержания влаги делятся на прямые и косвенные, первый из которых анализирует топливо перед сжиганием, а другой определяет содержание топлива путем измерения влажности в дымовых газа.

Прямой метод

Существует ряд методов определения содержания влаги непосредственно в топливе. Наиболее распространенным и простым методом является измерение веса образца до и после его сушки и использование разницы в весе для оценки содержания влаги. Этот метод должен выполняться вручную, связан с трудностями получения репрезентативной пробы, а время от отбора пробы до получения результата может быть очень долгим, обычно 24 часа. Этот метод нельзя считать абсолютным, поскольку летучие органические соединения также испаряются и влияют на вес.

Представляют интерес более практичные методы, которые можно адаптировать для автоматизации с более непрерывными измерениями в режиме онлайн. Можно было бы предпочесть прямой онлайн-метод, поскольку он даст более быстрый и точный результат и даст возможность контролировать изменения на более ранней стадии. Выбранный метод измерения влажности и необходимость быстрого контроля зависят от системы кормления. Например, котлы с небольшими порциями топлива, сжигаемыми в то время, когда реакция протекает быстро, например, в кипящем слое, потребуют более быстрого управления и обновлений каждую минуту. Противоположным было бы сгорание в кочегарках, которое представляет собой более медленный процесс с более длительными постоянными времени и для которого было бы достаточно среднего значения.

Косвенный метод

Косвенный метод основан на предположении о связи между влажностью топлива и влагой дымовых газов. Анализируя дымовые газы, можно рассчитать содержание влаги в топливе. Влага в дымовых газах возникает в основном из трех источников; водород в топливе, образующий воду при сгорании, влага в топливе и влага во впускном воздухе. Измерение влаги в топливе с использованием косвенного, а не прямого метода проще, но вносит больше неопределенностей, поскольку влажность в дымовых газах зависит от большего числа параметров, чем просто влажность топлива. Косвенный метод позволяет проводить непрерывные измерения и подходит, когда нет интереса к быстрым изменениям, поскольку измерения проводятся после сгорания. Общие методы определения содержания влаги в дымовых газах описаны в статьях сайта.

Позиционирование фронта пламени

Целью позиционирования фронта пламени является достижение более стабильного процесса горения; меньше зависит от изменений качества топлива и содержания влаги. Более стабильный процесс приведет к снижению выбросов и повышению эффективности. Регулирование горения, которое обычно основано на параметрах измерения дымовых газов, всегда связано с определенной временной задержкой. Это означает контроль за возможно устаревшими измерениями, влияющий на процесс слишком поздно, чтобы дать желаемый эффект. Изучая горение и позиционируя фронт пламени, система управления дает более быстрый ответ. Еще одной причиной для мониторинга во время горения является сложность определения точного источника повышенной концентрации CO при измерении содержания дымовых газов.

На топливном слое существует более одного фронта пламени, обычно два. Одно из определений состоит в разделении фронтов на верхний и нижний, где верхний — это фронт, ближайший к подаче топлива. Между фронтами находится зона пламени, где над решеткой визуально видно пламя. Ниже нижнего фронта пламени находится зона свечения, в которой не видно отчетливых языков пламени, которая затем заканчивается фронтом свечения. Какой фронт стабилизировать и как разработать алгоритм, нетривиально. Положение фронта пламени зависит от скорости движения топлива по колосниковой решетке. Скорость должна соответствовать скорости сгорания топлива, чтобы полное сгорание происходило в конце колосниковой решетки, чтобы избежать несгоревшего топлива в золе.

Чтобы сохранить равномерную глубину залегания топлива вдоль колосника, желательно, чтобы скорость подачи топлива и скорость колосника были как можно более равномерными. Тонкий слой топлива будет означать, что сгорание по колосниковой решетке завершится раньше, а верхний фронт пламени будет ближе к питающей системе. Более толстый слой топлива будет перемещать фронт пламени по колосниковой решетке, и существует риск большого количества несгоревшего топлива в золе. Поэтому невозможно изменить только одну скорость при перемещении фронта пламени. Быстрое изменение содержания влаги в топливе вызовет нарушение работы. В следующем простом примере возможного развития событий используется система управления с контролем О2, температуры и нагрузки. Когда влажное топливо попадает в решетку, температура падает, что заставляет систему управления увеличивать расход первичного воздуха в попытке повысить эффективность. Это приведет к тому, что уже сухое топливо сгорит быстрее, а части колосника будут оголены, и, следовательно, в систему будет подано больше нового влажного топлива.

Поскольку влажное топливо высыхает медленно, температура будет падать, замедляя процесс, и система управления снова попытается компенсировать это, подав больше первичного воздуха, что приведет к еще большему падению температуры. Влажное топливо будет транспортироваться дальше по колосниковой решетке до воспламенения с риском недостаточного времени для сгорания, в результате чего несгоревшее топливо останется в золе. Чтобы избежать чрезмерного охлаждения системы и возникновения отрицательной цепи реакций в случае влажного топлива, может быть реализована система управления, постепенно увеличивающая скорость подачи топлива и расход первичного воздуха. Вместо этого более сухое топливо привело бы к расположению пламени слишком близко к входному отверстию топлива, поскольку для сушки требуется меньше времени, и горение может начаться раньше вдоль решетки.

Системой котла нельзя управлять исключительно на основе фронта пламени, но ее можно использовать в качестве дополнения к другим методам управления, таким как O2, температура и нагрузка. Методы, используемые для мониторинга положения фронта пламени во время горения, описаны далее в следующих статьях сайта.

Методы работы с твердым топливом в котельных