Лекция 9
2.2 Барабанный котел как объект управления
Принципиальная технологическая схема барабанного котла показана на рис.2.2 – 1.
Рис.2.2 – 1
Управляемый процесс парообразования происходит в подъемных трубах 2 циркуляционного контура, снабжающихся водой из опускных труб 3, экранирующих камерную топку 1, в которой сжигается топливо Вт. Для поддержания процесса горения с заданным коэффициентом избытка воздуха α вентилятором нагнетается DB воздух QB в топку, предварительно нагретый в воздухоподогреваДымовые газы, образовавшиеся в результате процесса горения отсасываются из топки дымососом Dc. Они проходят через поверхности нагрева экономайзера 8, воздухоподогревателя 9 и удаляются в атмосферу через дымовую трубу. Насыщенный пар из барабана 4 поступает в пароперегреватель 5,6, где перегревается до требуемой температуры за счет радиации факела и конвективного обогрева топочными газами. Основные регулируемые величины котла - расход перегретого пара Dnп, давление Рпп, температура tnn. При этом расход может меняться в широком диапазоне, а давление и температура поддерживаются сравнительно узких диапазонах, что обуславливается требованиями заданного режима работы турбины или иного потребителя теплоты.
Температура перегретого пара может поддерживаться, например, посредством изменения расхода охлаждающей воды DBnp на пароохладиДавление пара отклоняется от заданного значения во всех случаях небаланса между количествами потребляемого пара Dпп и генерируемого в экранных трубах Dб. Небаланс устраняется посредством регулирования тепловыделения в топке, главным образом изменением подачи топлива.
Кроме названных, следует поддерживать в пределах допустимых значений следующие параметры: уровень воды в барабане Нб (регулируется изменением подачи питательной воды Dп. в.); разрежение в верхней части топки St (регулируется изменением производительности дымососов); оптимальный избыток воздуха α за пароперегревателем (регулируется изменением производительности вентиляторов, нагнетающих воздух в топку); солесодержание котловой воды (регулируется изменением расхода воды, выпускаемой в сепаратор непрерывной продувки Dnp).
Паровой котел в целом по каналу «топливо-расход и давление пара» является системой направленного действия. Однако выходные регулирующие величины некоторых участков служат одновременно входными по отношению к другим. Например, расход перегретого пара Dпп, являясь выходной величиной по отношению к расходу топлива Вт, служит одновременно входным воздействием по отношению к температуре и давлению перегретого пара; давление пара в барабане Рб, являясь выходной величиной по отношению к расходу топлива Вт, служит одновременно одним из входных воздействий участка регулирования уровня воды в барабане Нб.
Паровой котел как объект управления представляет собой сложную динамическую систему с несколькими взаимосвязанными входными и выходными величинами, схема взаимосвязей которой представлена на рис. 2.2 – 2.
Рис. 2.2 – 2
Однако, явно выраженная направленность участков регулирования по основным каналам регулирующих воздействий, таким как расход питательной воды Dпв - уровень Нб; расход воды на впрыск Dвпр - перегрев tnn ; расход топлива Вт – расход ДПП и др. позволяет осуществить стабилизацию регулируемых величин с помощью независимых одноконтурных систем, связанных лишь через объект управления. При этом регулирующее воздействие того или иного участка (сплошные линии на рис.2.2 – 2) служит основным способом стабилизации регулируемой величины, а другие воздействия (пунктирные линии) считаются по отношению к этому участку внутренними или внешними возмущениями.
Система регулирования барабанного котла в целом состоит из отдельных замкнутых систем:
1. давление перегретого пара и тепловой нагрузки;
2. избыток воздуха за пароперегревателем (экономичность процесса горения);
3. разрежение в верхней части топки питание котла водой;
4. питание котла водой.
2.3 Регулирование давления пара и тепловой нагрузки барабанного котла
Паровой котел как объект управления тепловой нагрузкой может быть представлен в виде последовательного соединения участков: топочной камеры, парообразующей части, барабана и пароперегревателя. Эти участки по каналу «расход топлива - давление перегретого пара» являются инерционными звеньями первого порядка с запаздыванием
Рассмотрим динамику парообразующего участка. Изменение тепловыделения QT приводит к изменению паропроизводительности Дб и давления в барабане Рб. Уравнение баланса в этом случае будет иметь вид:
где А - размерный коэффициент, характеризующий тепловую аккумулирующую способность пароводяной смеси и металла испарительной части.
hH, hne - энтальпия насыщенного пара и питательной воды.
Преобразовав это уравнение в более удобную форму, получим:
|
(разделив левую и правую часть на (hH - hnB))
где Сп - постоянная, характеризующая массовую аккумулирующую способность пароводяного тракта и металла барабана котла;
|
- тепловая нагрузка,
характеризующая тепловосприятие испарительных поверхностей в единицу времени, выраженная в единицах расхода пара (т/час)
Принципиальная схема измерения тепловой нагрузки приведена на рис. 2.2 – 3.
|
1 - датчик давления пара;
2 - дифференциатор;
3 - датчик расхода пара;
4 - измерительный блок-регулятор.
Рис. 2.2 – 3.
Существующие способы и схемы автоматического регулирования тепловой нагрузки и давления пара основаны на принципах регулирования по отклонению и по возмущению или же комбинации того и другого и определяются заданным режимом работы котла (базовым или регулирующим) и схемой соединения паропровода перегретого пара с турбиной.
Базовым режимом называют режим поддержания паровой нагрузки котла на заданном уровне вне зависимости от изменения общей электрической или тепловой нагрузки ТЭС.
В регулирующем режиме паровой котел воспринимает колебания тепловой и электрической нагрузок турбин, т. е. участвует в регулировании общей тепловой и электрической нагрузок станции. При этом один котел может быть подключен только на одной турбине (блочная схема) или к общей паровой магистрали (схема с общим паропроводом).
Главным способом регулирования давления в регулирующем режиме служит воздействие на расход топлива. Принципиальная схема замкнутой АСР давления пара перед турбиной изображена на рис.2.2 – 4 (вариант а).
Рис. 2.2 – 4
Давление пара поддерживается регулятором давления 4, воздействующим на регулятор подачи топлива 1, а частота вращения ротора турбины - регулятором скорости 2.
В базовом режиме воздействие регулятора давления 4 переключается на регулирующие клапаны турбины 3 через электропривод синхронизатора турбины 5 (вариант б).
Принципиальная схема регулирования давления перегретого пара для случая параллельной работы котлов, так называемая схема с главным регулятором, изображена на рис.2.2 – 5.
|
1/,1// - регуляторы подачи топлива;
2 /,2// - регуляторы частоты вращения турбины;
3 - главный регулятор давления пара;
К1,К2 – котлы;
T1, Т2 – турбины.
Рис.2.2 - 5
Доля участия каждого котла в суммарной паровой нагрузке изменяется степенью отрицательной обратной связи по положению РО; исходная нагрузка устанавливается задатчиками ручного управления (ЗРУ).
Недостаток схемы с главным регулятором проявляется при возмущении со стороны подачи топлива. Например, при нарушении нормальной работы топливоподающих устройств одного или двух агрегатов (останов пылепитателя, забивание приемной трубы сырого угля), приводящей к
внезапному уменьшению подачи топлива, например, 
. Вследствие этого произойдет перераспределение суммарной паровой нагрузки между котлами. При этом восполнение недостающего топлива за счет действия АСР начнется
не с момента уменьшения подачи , а с момента уменьшения Рм и начала
работы главного регулятора, т. е. со значительным запаздыванием. Это приведет к существенному отклонению давления пара.
Для котлов, работающих на газообразном и жидком топливе, с целью устранения этого недостатка используется схема, приведенная на рис.2.2 – 6.
Рис.2.2 – 6
Отличие этой схемы состоит в том, что к регуляторам топлива 1/ и 1// в зависимости от давления пара вместо ЖОС по положению РО подводятся
сигналы по фактическому расходу топлива и 
. Это позволяет значительно уменьшить запаздывание в подаче топлива при самопроизвольных изменениях его расхода и улучшить качество переходных процессов по давлению пара. Задание по расходу топлива регуляторам 1/ и 1// в зависимости от давления пара в общем паропроводе устанавливается главным регулятором 3, а доля участия отдельных агрегатов в суммарной паровой нагрузке устанавливается ручными задатчиками ЗРУ. Эта схема не может быть использована для котлов, работающих на угле, т. к. в настоящее время нет надежных и точных способов измерения расхода пылевидного твердого топлива. Кроме того, эта схема будет с большим запаздыванием реагировать на изменение качества топлива.
Выбор схемы регулирования давления и нагрузки определяется конкретными условиями работы станции: видом и качеством топлива, схемой соединения агрегатов, составом потребителей паровой энергии.
