1388457490

102

Andrzej Szlęk

Sprawność kotła obliczana może być metodą bezpośrednią lub pośrednią. W metodzie bezpośredniej obliczany jest strumień energii chemicznej paliwa oraz strumień ciepła użytecznego. Sprawność obliczona metodą bezpośrednią nie zawiera informacji o przyczynach strat energii, a tym samym nie umożliwia ich ograniczenia. W metodzie pośredniej obliczane są straty energii, a ich suma odejmowana jest od 100%. Dzięki znajomości strat można podjąć działania zmierzające do ich zmniejszenia, a tym samym do zwiększenia sprawności. Niestety, do wyznaczenia straty chemicznej w żużlu, będącej jedną z podstawowych strat energii, konieczna jest znajomość zawartości części palnych w żużlu, co wymaga długotrwałej procedury laboratoryjnej lub stosowania bardzo kosztownej aparatury pomiarowej. Dodatkowo sprawność w obu metodach obliczona może być dopiero po osiągnięciu przez kocioł stanu ustalonego. Innymi słowy w momencie konieczności zmiany mocy kotła nieznana jest wartość sprawności, która zostanie osiągnięta, a tym samym nie wiadomo, czy będzie ona najwyższa z możliwych. W praktyce te ograniczenia powodują, że obie metody obliczania sprawności znajdują zastosowanie jedynie w diagnozowaniu pracy kotła, a nie w procesie jego sterowania.

Autor niniejszej pracy postawił sobie za cel stworzenie algorytmu wolnego od przedstawionych wad. Algorytm został stworzony pod kątem zastosowania go w sterownikach kotłowych, co wymusiło znaczne jego uproszczenie i rezygnację ze skomplikowanych i czasochłonnych metod numerycznych. Osią algorytmu jest zastosowanie prostego modelu pracy kotła i wykorzystanie wprowadzonego pojęcia krzywej wypalania paliwa do obliczenia straty chemicznej w żużlu [50], [52], [53], [54], [55], [56].

Jak już wspomniano, sprawność w metodzie pośredniej wyznaczana jest poprzez uprzednie określenie strat energii i odjęcia ich sumy od 100%, co

można zapisać jako:

7? = i Ci >    (11.10)

przy czym Ci oznacza i-tą stratę energii. Spośród wszystkich strat energii decydujące znaczenie mają straty chemiczne w żuż]u(Cc/i), fizyczne w spalinach (C/) oraz ciepła do otoczenia (ę_ot), czyli:

rj ~ 1 — C/ — Cch ~ (ot

Strata ciepła do otoczenia zależy głównie od konstrukcji kotła i praktycznie nie zależy od parametrów pracy kotła. Zatem zagadnienie maksymalizacji sprawności sprowadza się do zagadnienia minimalizacji dwóch pozostałych strat, co symbolicznie można zapisać następująco:

Cf + Cck^MIN    (11.12)

Do minimalizacji wyrażenia (11.12) konieczna jest znajomość sposobu, w jaki zależą one od parametrów pracy kotła. Poniżej opisano sposób wyznaczenia obu tych strat, zastosowany przez autora tej pracy.

Strata chemiczna w żużlu. Zmiana zawartości pierwiastka węgla w paliwie charakteryzowana jest przez wprowadzoną we wcześniejszych rozdziałach krzywą wypalania przedstawioną na rys.11.2. Krzywa ta składa się z dwóch części. Pierwsza z nich, będąca linią prostą, odpowiada propagacji frontu spalania w paliwie, a druga objętościowemu spalaniu pozostałości po pierwszym etapie. Części te łączą się w punkcie K, którego odcięta r_K odpowiada momentowi, w którym front spalania dociera do dolnej krawędzi złoża, gdzie zanika. Rzędna punktu K określa stopień wypalenia pierwiastka węgla we froncie spalania. W pierwszym etapie spalania w paliwie występują dwie strefy - nad frontem spalania znajduje się częściowo spalone paliwo zawierające pierwiastek węgiel w ilości a;*, podczas gdy poniżej frontu znajduje