Полная версия

Главная arrow Техника arrow АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ НА ТЭС

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Автоматическое регулирование нагрузки и процесса горения в топках барабанных парогенераторов.

Свойства парогенератора как объекта регулирования тепловой нагрузки и процесса горения

Паропроизводительность парогенератора должна соответствовать количеству потребляемого пара. Косвенным показателем такого соответствия является постоянство давления пара в любой точке парового тракта. Паропроизводительность парогенератора зависит от количества тепла, образовавшегося при сгорании топлива в топке. Излишняя подача топлива в топку приводит к росту давления пара, а недостаточная подача топлива вызывает снижение давления пара. Таким образом, расход топлива в топку Вт является регулирующим воздействием при обеспечении требуемой паропроизводительности парогенератора, а регулируемой величиной является давление пара в выбранной точке парового тракта. Давление пара должно поддерживаться с высокой точностью не только для обеспечения требуемой паропроизводительности, но и исходя из требований к надежности и экономичности работы оборудования.

Сжигание топлива в топке парогенератора необходимо осуществлять с максимально возможной экономичностью. Экономичность сжигания топлива обеспечивается подачей в топку оптимального количества необходимого для горения топлива воздуха VB. Количество подаваемого в топку воздуха можно представить равенством

где ат - коэффициент избытка воздуха; VT - теоретически необходимое для полного сгорания топлива количество воздуха. Оптимальное значение коэффициента избытка воздуха зависит от нагрузки и определяется при испытаниях парогенератора.

На практике коэффициент избытка воздуха определяется по результатам измерения процентного содержания свободного кислорода 02 или углекислого газа С02 в дымовых газах. Так, например, при известном содержании свободного кислорода в дымовых газах величину а7- можно приближенно оценить с помощью следующего выражения:

г 1 V0

где [021 = —— 100 - содержание 09 в продуктах сгорания, выраженное

К

в процентах от объема дымового газа V? число 21 - процентное содержание кислорода в воздухе, подаваемого в топку.

Для обеспечения устойчивости процесса горения топлива необходимо удалять из топки продукты сгорания. Показателем соответствия между количеством подаваемых в топку топлива и воздуха и удалением продуктов сгорания служит величина разрежения в топочной камере.

Величина разрежения неодинакова по высоте топочной камеры. В нижней ее части разрежение более высокое из-за самотяги, чем в верхней части топки. При поддержании разрежения в верхней части топки обеспечивается разрежение по всей топочной камере. Воздействие на величину разрежения осуществляют путем изменения производительности дымососов.

Подводя итог сказанному можно заключить, что поддержание процессов горения и парообразования в барабанном парогенераторе на заданном уровне заключается в обеспечении подачи требуемого количества топлива (путем изменения производительности топливоподающих устройств) и воздуха (путем изменения производительности дутьевых вентиляторов), а также в удалении дымовых газов (путем создания разрежения в топке с помощью дымососов). Таким образом, для управления процессами горения и парообразования в барабанном парогенераторе необходимы следующие системы автоматического регулирования:

  • 1) тепловой нагрузки (регулирование давления перегретого пара);
  • 2) экономичности сжигания топлива (регулирование подачи воздуха);
  • 3) разрежения в топочной камере.

На парогенератор как объект регулирования тепловой нагрузки действуют внешние и внутренние возмущения. Изменение нагрузки является внешним возмущением. К внутренним возмущениям относятся изменение свойств топлива (калорийности, зольности, влажности), нарушения в топливоподаче, изменение числа работающих горелок и т. п.

При внутренних возмущениях изменяется величина тепловыделения, что приводит к одновременному изменению расхода пара D6 и давления в барабане Рб. При этом скорость изменения давления в барабане прямо пропорциональна количеству тепла, затраченного на нагрев пароводяной смеси, т. е. разности между теплом, воспринятым пароводяной смссыо Q и теплом ушедшим с паром QD

где А - коэффициент, характеризующий тепловую аккумулирующую способность пароводяной смеси и металла топочных экранов; /н п - энтальпия насыщенного пара на выходе из барабана; /п в - энтальпия питательной воды, поступающей в котел.

Введем обозначение

тогда выражение (2.3) примет вид:

Таким образом, переходная характеристика парогенератора, согласно уравнению (2.4), является переходной характеристикой интегрирующего звена. Такой вид переходной характеристики, соответствует случаю принудительного поддержания расхода пара от парогенератора на постоянном значении. В реальных условиях работы парогенератора при изменении давления практически всегда изменяется и расход пара. В этом случае переходная характеристика парогенератора будет иметь вид переходной характеристики инерционного звена с самовыравнива- нием (рис. 2.18).

Характер изменения давления в барабане при возмущении тепловосприятием

Рис. 2.18. Характер изменения давления в барабане при возмущении тепловосприятием

При регулировании тепловой нагрузки требуется осуществлять одновременную подачу топлива и воздуха.

Процесс горения топлива происходит тогда оптимально, когда между подачей топлива и воздуха существует такое соотношение, при котором КПД парогенератора достигает максимального для заданной нагрузки значения.

Очевидно, что максимальному значению КПД парогенератора соответствует минимум потерь.

Уравнение материального баланса парогенератора при стационарном режиме его работы, выраженное в процентном отношении, имеет вид:

где q2 - потеря тепла с уходящими газами; q2 и qA - потери тепла от химического и механического недожога топлива; q5 - потеря тепла в окружающую среду; q6 - потеря с физическим теплом шлака.

Потери тепла q5 и с/6 в основном определяются конструкцией парогенератора, температурой наружного воздуха, составом топлива и мало зависят от режима работы топки.

Потери тепла q1, q3 и q4 зависят от вида сжигаемого топлива, способа сжигания, совершенства организации топочного процесса, но в основном определяются избытком воздуха в топке. Изменяя избыток воздуха, можно изменять потери q2, q3 и <у4, а следовательно, и их сумму. На рис. 2.19 представлен характер изменения потерь с/-,, с/3 и <у4, а также их суммы и КПД парогенератора в зависимости от коэффициента избытка воздуха аг.

Зависимости потерь и КПД парогенератора от коэффициента избытка воздуха

Рис. 2.19. Зависимости потерь и КПД парогенератора от коэффициента избытка воздуха

Непосредственное определение потерь и поддержание их минимального значения представляет собой сложную и дорогостоящую задачу, связанную со значительными техническими трудностями. Значительно более простым подходом к оптимизации процесса горения является поддержание на оптимальном постоянном значении соотношения расхода топлива и расхода воздуха при неизменном составе топлива.

Расход воздуха можно измерить с достаточной для практики точностью. Надежное измерение расхода топлива возможно лишь для жидкого и газообразного топлива. При невозможности непрерывного измерения расхода топлива или при значительном изменении его свойств применяют косвенные оценки расхода топлива. В качестве одной из таких косвенных оценок, характеризующих расход пылеугольного топлива, может служить значение частоты вращения питателей пыли. Однако эта оценка имеет существенный недостаток, т. к. при одной и той же частоте вращения питатели могут иметь разную производительность в зависимости от влажности топлива, запаса его в бункере и других причин.

В качестве другой косвенной оценки расхода топлива может служить количество тепла, выделившегося в топке. В результате проведенных исследований было установлено, что необходимое количество воздуха, приходящееся на единицу выделившегося тепла при сгорании топлива, примерно одинаково для различных видов топлив.

Количество тепла, выделившееся в топке, можно определить из уравнения (2.3)

Преобразуем полученное выражение, поделив его правую и левую часть на /н п - /п в. Тогда

Вводя обозначения

и учитывая, что D6 « Dn п, где Dn п - расход перегретого пара на выходе парогенератора, получим:

Величина D(f представляет собой тепловую нагрузку парогенератора и характеризует тепловосприятие металла топочных экранов в единицу времени, выраженное в единицах измерения расхода пара, и численно выражается расходом пара, который был бы выработан парогенератором, если бы все тепло, воспринятое им, было бы использовано на парообразование. Суммарный сигнал по D(j получил название импульса по тепловой нагрузке, или сокращенно - по «теплу».

При применении импульса по «теплу» следует учитывать ряд факторов, влияющих на его представительность. Поскольку при стационарном режиме работы парогенератора расход пара соответствует количеству выделившегося в топке тепла, то уравнение теплового баланса для этого случая примет вид

где Qp - теплота сгорания топлива; Вт - расход топлива; г| - коэффициент полезного действия парогенератора; /п п - энтальпия перегретого пара; /п в - энтальпия питательной воды; Г - энтальпия котловой воды; с/п р = Dn р/Dn п - относительная величина непрерывной продувки.

Коэффициент пропорциональности между расходом пара и выделившимся теплом, очевидно, имеет вид

и тогда при к = const, расход пара будет точно соответствовать выделившемуся в топке теплу

Для выполнения условия к = const требуется постоянство таких параметров, как нагрузка парогенератора (КПД зависит от нагрузки), температура питательной воды, величина относительной продувки, давление (теплосодержание котловой воды V зависит от давления).

Существуют и другие способы косвенной оценки тепловыделения в топке, например по перепаду давлений на циркуляционном контуре барабанного парогенератора, по излучению факела.

Многие недостатки, присущие всем косвенным методам контроля

Зависимость содержания СО, СО2 и О2 от а

Рис. 2.20. Зависимость содержания СО, СО2 и О2 от аТ

качества горения, приводят к необходимости применения газового анализа продуктов сгорания. Применение результатов газового анализа дает возможность прямой оценки качества процесса горения.

По результатам газового анализа можно установить хорошую корреляционную связь между отдельными составляющими уходящих дымовых газов (С02, СО, <Э2) и коэффициентом избытка воздуха ат (рис. 2.20), а следовательно, и с тепловыми потерями <у3 и q4 (рис. 2.19).

В настоящее время практическое применение в системах автоматического регулирования нашел только импульс по содержанию 02. Это обусловлено тем, что соотношение между содержанием 02 и коэффициентом избытка воздуха ат мало зависит от свойств топлива, что обстоит иначе для С02. В то же время относительное изменение существенно больше, чем относительное изменение С02, а инерционность датчиков, измеряющих содержание свободного кислорода 02, меньше, чем у датчиков, измеряющих содержание С02.

Оптимальная величина избытка воздуха неодинакова для различных типов топок и видов топлива. Так, при сжигании газа оптимальное значение [02] на выходе из топки примерно равно 2 % (а?пт = l,lj, при

сжигании мазута оно примерно равно 3,5 % (а?пт =l,2j, а при сжигании

угольной пыли примерно равно 5 % (а?,п = 1,з).

В настоящее время прямое регулирование расхода воздуха по результатам газового анализа не нашло практического применения из-за значительной инерционности и запаздывания промышленных датчиков газоанализаторов. В связи с этим применяют сочетание прямых и косвенных методов оценки качества процесса горения. В переходных режимах оптимальность процесса горения обеспечивают с помощью косвенных методов, а в установившемся режиме оптимальный коэффициент избытка воздуха корректируется с помощью импульса по содержанию свободного кислорода в уходящих газах.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>