Билет №8 (13) Вопрос №3 (1)
.doc
Билет №8 (13) Вопрос №3 (1)
Автоматизация барабанных котельных установок
Регулирование уровня воды в барабане котла
Автоматическая система регулирования питания предназначена для поддержания материального соответствия между подачей питательной воды в котел и расходом пара. Показателем этого соответствия служит уровень воды в барабане котла.
Снижение уровня ниже допустимых пределов («упуск» воды) может привести к нарушению циркуляции в экранных трубах (опрокидывание циркуляции) и, как следствие, к пережогу труб. При значительном повышении уровня в барабане возможен захват частиц воды паром, вынос ее в пароперегреватель и турбину, что вызывает занос пароперегревателя и турбины солями и ведет к их разрушению. В связи с этим к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования.
Регулирование питания котлов малой производительности обычно осуществляется одноимпульсными регуляторами, управляемыми датчиками изменения уровня воды в барабане. В котлах средней и большой паропроизводительности с малым водяным объемом применяются двухимпульсные регуляторы питания котла по уровню воды и расходу пара (рис. 14.8), а также трехимпульсные, управляющие питанием котла по уровню воды, расходу пара и расходу питательной воды.
Рис. 14.8. Принципиальная схема АСР питания: Э – экономайзер; ПП – пароперегреватель; РП – регулятор; РПК – регулирующий питательный клапан
Таким образом, зона работы АСР питания ограничена уставкой защиты от понижения уровня в барабане котла, с одной стороны, и уставкой открытия аварийного слива – с другой. Эти пределы обуславливают безопасность работы котла, превышение их влечет за собой аварийную ситуацию.
АСР питания барабанного котла должна обеспечить удержание уровня в допустимых пределах:
1) при стационарном режиме (при отсутствии резких возмущений по нагрузке) максимально допустимые отклонения уровня обычно не должны превышать ±20 мм;
2) при скачкообразном возмущении нагрузки на 10 % (исходная нагрузка – номинальная) максимально допустимые отклонения по уровню обычно не должны превышать ±50 мм;
3) при нормальном стационарном режиме работы котла число включений регулятора не должно превышать 6 в минуту.
При возмущении расходом питательной воды формы переходных процессов по уровню существенно различны в зависимости от типа экономайзера. Для котлов с некипящим экономайзером переходной характеристике присуще так называемое явление «набухания» уровня, т.е. изменение уровня в первоначальный момент в сторону, противоположную изменению расхода питательной воды. Объясняется это тем, что, например, увеличение подачи холодной воды вызывает в первый момент снижение температуры пароводяной смеси в барабане котла и, как следствие, снижение ее уровня. В дальнейшем уровень начинает повышаться из-за того, что расход воды в котел превышает расход пара из него.
В кипящих экономайзерах питательная вода нагревается до температуры насыщения и частично (до 20 %) превращается в пар. При увеличении расхода питательной воды в первоначальный момент происходит уменьшение объема пара в кипящем экономайзере, и питательная вода занимает этот объем. В связи с этим уровень воды в барабане остается без изменения до тех пор, пока происходит замещение питательной водой парового объема в экономайзере. Для котлов с кипящим экономайзером при возмущении расходом питательной воды явление «набухания» уровня не наблюдается (рис. 14.9, б).
Рис. 14.9. Переходные процессы по уровню при возмущении расходом питательной воды: а – при не кипящем экономайзере; б – при кипящем экономайзере
При изменении нагрузки потребителя (изменение расхода отбираемого пара) меняется давление пара в барабане. Так, при увеличении расхода пара давление падает и в первый момент увеличивается интенсивность парообразования, что приводит к увеличению уровня пароводяной смеси в барабане котла. В дальнейшем уровень начинает падать из-за несоответствия расходов питательной воды и пара. Временной характеристике котла при возмущении расходом пара всегда присуще явление «набухаиия» уровня (рис. 14.9, а).
Величина «набухания» уровня зависит от параметров пара и конструктивных особенностей котла. Явление «набухания» определяется в основном разностью удельных объемов насыщенного пара и кипящей воды, с повышением давления пара этот эффект уменьшается.
Кроме того, «набухание» зависит от теплового напряжения топочных экранов: с его увеличением возрастает паросодержание в топочных экранах, поэтому резче сказывается изменение нагрузки потребителей на «набухании» уровня. У современных котлов с высоким тепловым напряжением колебания уровня при резких и значительных изменениях нагрузки достигают существенного значения. Так, для котла ТГМ-94 сброс нагрузки на 40 % приводит к изменению уровня до 120 мм даже при максимальном регулирующем воздействии расходом питательной воды, произведенным с целью удержания уровня на заданном значении.
Характер переходного процесса при возмущении расходом топлива и неизменном расходе питательной воды аналогичен характеру переходного процесса при возмущении нагрузкой потребителя (см. рис. 14.9, а). Однако явление «набухания» здесь проявляется в несколько меньшей степени. Суть в том, что при изменении расхода топлива изменяется парообразование, одновременно изменяется давление в барабане, что ведет к изменению удельного объема пара. Оба эти фактора действуют на изменение уровня в противоположных направлениях. Вот почему при топочных возмущениях явление «набухания» проявляется в меньшей степени.
Возмущение из-за изменения температуры питательной воды может произойти при изменении количества работающих подогревателей высокого давления (ПВД), что вызовет изменение режима работы экономайзера. При увеличении температуры питательной воды и постоянном обогреве увеличивается парообразование в испарительном контуре. В результате этого уровень в барабане будет повышаться. В дальнейшем увеличение парообразования при постоянном расходе пара приведет к повышению давления в барабане и, следовательно, к уменьшению удельного объема пара, что вызовет снижение уровня. Переходный процесс при возмущении температурой питательной воды аналогичен приведенному на рис. 14.9, а.
Типовая ACP питания содержит следующие элементы: первичные измерительные преобразователи (датчики) уровня, расхода пара; регулирующие устройства; коммутирующую и управляющую аппаратуру; исполнительные механизмы; регулирующие органы.
Применяемая в настоящее время схема регулирования уровня в барабанах котлов приведена на рис. 14.10, а.
Необходимость применения сравнительно сложной системы регулирования обусловлена наличием в современных котлах высокого давления своеобразного эффекта «вскипания» уровня.
Рис. 14.10. Трехимпульсная схема регулирования уровня в барабане парового котла
Надежность работы котельного агрегата во многом определяется качеством регулирования уровня. Повышение уровня ведет к аварийным последствиям, так как возможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. В связи с этим к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования.
Сигнал по расходу питательной воды Gп.в поддерживает материальный баланс между расходом воды и пара (то есть регулятор стремится уравнять расход воды и пара), делает регулирование более стабильным и независимым от изменения давления питательной воды.
Сигнал по расходу пара Gп.п позволяет регулятору быстрее реагировать на изменение нагрузки, также получать нужную величину и знак (направление движения ИМ) регулирования.
Основным узлом регулятора питания является процессор (электронный прибор типа РС29 или микропроцессорный контроллер типа «Ремиконт»), в котором соответствующим образом суммируются сигналы по уровню в барабане, расходу перегретого пара и расходу питательной воды и сравниваются с заданием.
Обобщая имеющийся опыт по динамике уровня в барабанных котлах, можно принять для расчетов, что
Wоб (p) = (ε/p) e–pτ,
где ε = 103/Fб (рв – рп) мм/кг; Fб – площадь зеркала испарения барабана котла, м2; рв, рп – плотности воды и пара линии насыщения, кг/м3; τ – время запаздывания, с.
Величина запаздывания τ расчету не поддается и определяется экспериментально. Значение τ в зависимости от давления в барабане котла Рб находится в пределах 7–12 с.
При Рб = 13 кг/см2 из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара рв = 171,3 кг/м3; рп = 31,96 кг/м3.
14.5. Регулирование температуры перегретого пара
Регулирующее воздействие на температуру перегретого пара осуществляется путем изменения расхода питательной воды на впрыск пароохладителя.
Схема системы регулирования температуры перегретого пара за пароперегревателем ПП приведена на рис. 14.11. Это схема со вспомогательной внутренней регулируемой величиной – температурой пара непосредственно за пароохладителем ПО. Осуществляемое в блоке формирования (БФ) формирование сигнала должно обеспечить исчезновение его воздействия на задатчик регулятора температуры РТР в установившихся режимах. Использование информации о вспомогательной регулируемой
Рис. 14.11. Двухимпульсная схема регулирования температуры перегретого пара
величине позволяет изолировать основную регулируемую величину от возмущений, идущих со стороны пароохладителя ПО (от изменений температуры пара на входе в пароохладитель и самопроизвольного изменения расхода охлаждающей воды). Регулирующим воздействием является изменение положения клапана подачи охлаждающей воды на пароохладитель. Имеет место каскадное регулирование.
Применение двухимпульсной схемы регулирования температуры перегретого пара связано с запаздыванием и инерционностью объекта регулирования – пароохладителя. Поэтому и берутся упреждающий сигнал по скорости изменения температуры пара за пароохладителем.
При горении топлива его горючие составляющие – углерод и водород – вступают в химическое взаимодействие с кислородом. В результате при горении углерода образуется углекислый газ, при горении водорода – водяные пары. В большинстве случаев кислород для горения поступает из воздуха.