Регулирование давления перегретого пара и тепловой нагрузки

Котел как объект регулирования давления и тепловой нагрузки может быть представлен в виде последовательного соединения простых участков, разгра­ниченных конструктивно (Рисунок 13.7): топочной камеры; парообразующей часта, состоящей из поверхностей нагрева, расположенных в топочной камере; барабана и пароперегревателя.

Рассмотрим динамику испарительного участка, в котором вода нагревается до температуры кипения и про­исходит процесс парообразования. Изменение тепловыделения Q'_т приводит к изменению паропроизводитель­ности D_би давления пара в барабане P_б. Если прирост расхода топлива и тепловыделения идет целиком на на­грев пароводяной смеси и металла поверхностей нагре­ва, то из уравнения теплового баланса следует, что

(13.2)

где А— размерный коэффициент, характеризующий теп­ловую аккумулирующую способность пароводяной сме­си, металла испарительной части и барабана; dP_б/dt — скорость изменения давления пара в барабане; Q'_т — теплота, затраченная на нагрев пароводяной смеси; i_н— энтальпия насыщенного пара на выходе из барабана; i_п.в. — энтальпия питательной воды; D_б(i_н-i_п.в.) -тепло­та, ушедшая с паром.

Разделив правую и левую части уравнения (10. 2) на i_н-i_п.в., получим другую форму записи уравнения тепло­вого баланса:

(13.3)

или

(13.4)

где С_п—постоянная, характеризующая массовую акку­мулирующую способность пароводяной смеси и металла испарительной части котла, кг/(кгс/см²); D_q = - тепловая нагрузка котла, характери­зующая тепловосприятие испарительных поверхностей в единицу времени, кг/с.

В динамическом отношении интерес представляет не значение тепловой нагрузки в определенный момент вре­мени, а ее изменение или приращение ΔD_qпосле нанесе­ния внутреннего или внешнего возмущающего воздейст­вия. Имеется несколько способов измерения ΔD_q: непре­рывный, по излучению факела, по перепаду давления на циркуляционном контуре барабанного котла и др.

Непрерывный способ измерения ΔD_q основан на ис­пользовании зависимости (10.4), откуда

(13.5)

Принципиальная схема формирования D_q, называе­мого в дальнейшем сигналом по теплоте, приведена на Рисунке 13.9.

Экспериментальные кривые переходных процессов котла типа ТП-87 по давлению и расходу пара и результирующий сигнал по теплоте D_qпри нанесении возмущения топливом и регулирующими клапанами приводятся на Рисунке 13.10.

Способы и схемы регулирования. Существующие способы и схемы автоматического регулирования тепловой нагрузки и давления пара в магистрали основаны на принципах регулирования по отклонению и возмущению. Они определяются; заданным режимом работы котла (базовым или регулирующим) и схемой подсоединения паропровода перегретого пара к потребителю (турбине).

Базовым называют режим поддержания паровой нагрузки котла на заданном уровне вне зависимости от изменения общей электрической или тепловой нагрузки ТЭС.

В регулирующем режиме котел воспринимает колебания тепловой и электрической нагрузок турбин (участвует в регулировании тепловой и электрической нагрузок).

Котел может быть подключен как к одной турбине (блочный вариант ТЭС), так и к общей паровой магистрали, объединяющей группу котлов и турбин (вариант ТЭС с общим паропроводом).

Рисунок 10.3 – Формирование сигнала по теплоте: 1 – датчик давления пара; 2 – дифференциатор; 3 – датчик расходомера пара; 4 – измерительный блок регулирующего прибора.

Регулирование энергоблока “котел – турбина”. Главным способом регулирования давлении пара в регулирующем режиме является воздействие на расход топлива, подаваемого а топку, в.зависимости от отклонения давления пара а магистрали.

Принципиальная схема замкнутой АСР давления пара перед турбиной для рассматриваемого случая изображена на Рисунке 13.11 (вариант а). На этой схеме давление пара поддерживает регулятор давления 4, воздействующий на регулятор подачи топлива в топку 1, а частоту вращения ротора турбины – регулятор частоты вращения ротора турбины 2.

Рисунок 13.11 – Принципиальная схема регулирования давления пара перед турбиной

В базовом режиме воздействие регулятора давления 4 должно быть переключено на механизм управления регулирующими клапанами турбины 3через электропривод синхронизатора турбины 5 (Рисунок 13.11, вариант б).

Регулирование группы котлов с общим паропроводом. Принципиальная схема регулировании для этого случаи (схема с главным регулятором) изображена на Рисунке 13.12.

Рисунок 13.12 – Принципиальная схема регулирования давления в общем паропроводе с главным регулятором: 1^’, 1^’’ – регуляторы подачи топлива; 2^’, 2^’’ – регуляторы частоты вращения турбины; 3 – главный регулятор давления пара; К₁, К₂ - паровые котлы; Т₁, Т₂ – турбины.

Поддержание постоянства давления пара в общей магистрали в установившемся режиме обеспечивается подачей заданного количества топлива в топку каждого котла. В переходном режиме, вызванном изменением общей паровой нагрузки, давление пара регулируется изменением подачи топлива в каждый котел или часть из них. При этом может быть два случая:

1. Все котлы работают в регулирующем режиме. Отклонение давления пара в общем паропроводе Р_мприведет к появлению соответствующего сигнала на входе главного регулятора 3. Он управляет регуляторами подачи топлива всех котлов. Доля участия каждого из них в суммарной паровой нагрузке устанавливается с помощью задатчиков ручного управления (ЗРУ).

2. Часть агрегатов переводится в базовый режим путем отключения связей регуляторов подачи топлива с глазным регулятором. Давление пара в общем паропроводе регулируют агрегаты, связи которых с главным регулятором не нарушены. Такое решение целесообразно при большом числе параллельно работающих котлов, когда нет необходимости держать все агрегаты в регулирующем режиме.

В первом случае обеспечивается равномерное распределение возмущений со стороны потребителя пара между отдельными агрегатами, во втором - стабильность паровой нагрузки агрегатов, работающих в базовом режиме.

Рисунок 13.13 – схема регулирования давления пара с главным регулятором и стабилизацией расхода топлива: 1, 2 – регуляторы топлива; 3 – главный регулятор.

Проследим за работой АСР с главным регулятором при внутритопочных возмущениях. Предположим, что возмущение поступает по каналу подачи топлива. Оно может быть связано с внезапным остановом одного или группы питателей и т.п. При уменьшении подачи топлива в одном из агрегатов произойдет перераспределение суммарной паровой нагрузки между агрегатами. Восполнение недостатка топлива в первом агрегате с помощью АСР будет осуществляться двумя агрегатами не с момента уменьшения его расхода, а с начала работы главного регулятора, т.е. со значительным запаздыванием. Это приведет к существенному отклонению давления пара в динамике и к перегрузке одних котлов за счет неполного использования мощности других в статике.

Самопроизвольные изменения количества поступающего в топку топлива могут возникать и при работе котлов на газе или мазуте. В связи с этим целесообразно предусматривать стабилизацию расхода топлива на каждомиз агрегатов. Стабилизация осуществляется с помощью АСР, действующей по схеме задание - топливо(Рисунок 13.13). Система в целом совмещает принципы регулирования по отклонению и возмущению. Ее отличие и преимущество состоят в том, что к регуляторам топлива 1 и 2дополнительно подводятся сигналы но расходу топлива В'_Т и B^’’_Т. Это позволяет стабилизировать расход топлива и существенно улучшить качество переходных процессов по давлению пара при возмущениях по каналу подачи топлива. Недостаток схемы –ограниченная область применения из-за отсутствия в настоящее время падежных способов непрерывного измерения расхода твердого топлива. Кроме того, АСР с сигналом по расходу жидкого и газового топлива не реагирует па изменения его качества.

Сравнение кривых переходного процесса по давлению перегретого пара (Рисунок 13.10) и тепловой нагрузке (Рисунок 13.10) при возмущении расходом топлива показывает, что участок по теплоте является менее инерционным: обладает существенно меньшим запаздыванием (Т=25 с против Т=1 мни) и большей скоростью изменения давления dp/dt.

Рисунок 13.14 – Регулирование подачи топлива по схеме “задание - теплота”

Малая инерционность и доступный способ измерения сигнала по теплоте позволяют попользовать его в системах стабилизации подачи топлива. Структурная схема регулирования тепловой нагрузки, известная под названием теплота — топливо, изображена на Рисунке 13.14, а, а функциональная—Рисунке 13.14, 6. Расход пара измеряют по перепаду на сужающем устройстве, а сигнал dP_o/dt - с помощью дифференциаторов 4и5. Регулятор давления пара 1, образующий внешний контур I, выполняет функции автоматического задатчика (корректора) по отношению к регуляторам топлива 2и 3, образующим внутренний контур II. Доля участия каждого агрегата в общей паровой нагрузке, как и в предыдущих схемах, устанавливается с помощью ручных задатчиков ЗРУ. Колебания паровой нагрузки со стороны турбин возмещаются соответствующим изменением задания регуляторам топлива за счет действия корректирующего регулятора. Все топочные возмущения, приводящие к изменению тепловыделения в топке, устраняются действием стабилизирующих регуляторов.

Еще меньшей инерционностью по сравнению с сигналом по теплоте обладает сигнал по тепловоспрпятию топочных экранов ΔP_ц.к.. Его использование в АСР тепловой нагрузки вместо сигнала по теплоте позволяет улучшить качество регулирования за счет роста быстродействия стабилизирующего контура II.

Регулирование экономичности процесса горения. Экономичность работы котла оценивается по его КПД, равному отношению полезной теплоты, затраченной на генерирование и перегрев пара, к располагаемой теплоте, которая могла быть получена при сжигании всего топлива.

Без учета теплоты, вносимой в топку воздухом, и потерь на продувку КПД котла (13.6)

где , - соответственно энтальпии перегретого пара и питательной воды, - низшая рабочая теплота сгорания топлива.

Выразим КПД через все тепловые потери, сопровождающие процесс сжигания топлива:

(13.7)

Однако регулирование экономичности непосредственно по КПД или суммарной оценки тепловых потерь не получило пока широкого распространения из-за отсутствия надежных способов и средств их непрерывного измерения.

Одним из наиболее представительных косвенных способов оценки экономичности процесса горения является анализ состава топочных газов, покидающих топку. На основе зависимости КПД и суммарных потерь от избытка воздуха, определяемой индивидуально для каждого агрегата, целесообразно поддерживать коэффициент избытка воздуха α_опт, при котором КПД котла стремится к максимальному значению и суммарные потери стремятся к минимуму.

Значение коэффициента избытка воздуха можно оценить по содержанию свободного кислорода в газах, покидающих топочную камеру по формуле:

(13.8)

Значение α в основном влияет на q₂ (потери теплоты с уходящими газами), q₃ и q₄ (потери от химического и механического недожога топлива).

Участок регулирования экономичности сжигания топлива по содержанию кислорода в топочных газах состоит из топочной камеры и примыкающего к ней газохода конвективного перегревателя до места измерения содержания кислорода. Входное регулирующее воздействие участка – расход воздуха, поступающий в топку, а выходная величина – содержание свободного кислорода в поворотной камере газохода за пароперегревателем.

Следует отметить, что оптимальный избыток воздуха в общем случае определяется не только экономичностью, но и рядом других факторов, таких как интенсивность коррозии поверхностей нагрева, образование вредных соединений и т.д.

Способы и схемы регулирования. Основным способом регулирования оптимального значения избытка воздуха за пароперегревателем служит изменение количеству воздуха, подаваемого в топку с помощью дутьевых вентиляторов. Существует несколько вариантов схем автоматического управления подачей воздуха в зависимости от способов косвенной оценки экономичности процесса горения по соотношению различных сигналов:

Регулирование экономичности по соотношению топливо — воздух. При постоянном качестве топлива его расход и количество воздуха, необходимое для обеспечении требуемой полноты сгорания, связаны прямой пропорциональной зависимостью, устанавливаемой в результате режимных испытаний. Если измерение расхода топлива осуществляется достаточно точно, то поддержание оптимального избытка воздуха можно осуществить, используя схему регулирования подачи воздуха, известную -под названием топливо — воздух (Рисунок 13.15, а). При газообразном топливе требуемое соотношение между количествами газа и воздуха осуществляется наиболее просто. Сравниваются перепады давлений на сужающем устройстве, устанавливаемом на газопроводе и на воздухоподогревателе или же на специальном измерительном устройстве расхода воздуха. Разность этих сигналов подается на вход автоматического регулятора экономичности, управляющего производительностью дутьевых вентиляторов. Однако непрерывное измерение расхода пылевидного твердого топлива, как отмечалось выше, до сих пор является нерешенной проблемой. Иногда расход пылевидного топлива, оценивают, например, по положению регулирующего органа (траверсы плоского контроллера), которое определяет лишь частоту вращения питателей, но не расход пыли. Такой способ регулирования не упитывает качественного изменения состава и расхода топлива, связанного с увеличением или уменьшением скорости транспортирующего воздуха или с нарушением нормальной работы питателей пыли. Поэтому применение схемы топливо — воздух оправдано лишь при наличии жидкого или газообразного топлива постоянного состава.

Регулирование экономичности по соотношению пар — воздух. На единицу расхода различного по составу топлива необходимо различное количество воздуха. На единицу теплоты, выделяющейся при сгорании любого вида топлива, требуется одно и то же количество воздуха. Поэтому если оценивать тепловыделение в топке по расходу пара и изменять расход воздуха в соответствии с изменениями расхода пара, то тем самым можно поддерживать оптимальный избыток воздуха.

Этот принцип регулирования подачи воздуха используется в схемах пар — воздух

Регулирование экономичности но соотношению сигналов теплота — воздух. Если тепловыделение в топке оценивать по расколу перегретого пара и скорости изменения давления пара в барабане, то инерционность этого суммарного сигнала при топочных возмущениях будет существенно меньше инерционности одного сигнала но расходу пара. Соответствующее заданному тепловыделению количество воздуха измеряется по перепаду давлений на воздухоподогревателе или по давлению воздуха в напорном патрубке вентилятора. Разность этих сигналов используется в качестве входного сигнала регулятора экономичности.

Регулирование экономичности по соотношению задание — воздух с дополнительным сигналом по содержанию О₂ в дымовых газах. Содержание О₂ в продуктах сгорания топлива характеризует избыток воздуха и слабо зависит от состава топлива. Поэтому использование О₂ в качестве входного сигнала автоматического регулятора, воздействующего на расход воздуха, представляется вполне целесообразным. Однако реализация этого способа затруднена из-за отсутствия надежных и быстродействующих газоанализаторов кислорода. Поэтому в промышленных условиях получили распространение схемы регулирования подачи воздуха не с прямым, а с корректирующим воздействием по О₂.

Поддержание избытка воздуха по соотношению сигналов теплота — воздух и в особенности пар— воздух отличается простотой и надежностью, но не является точным. Этого недостатка лишена, например, система регулирования экономичности, действующая, например, по схеме задание — воздух с дополнительной коррекцией по О₂. В системе в целом совмещаются принципы регулирования по возмущению и отклонению. Регулятор подачи воздуха 1 изменяет его расход по сигналу от главного или корректирующего регулятора давления 5, являющегося автоматическим задатчиком регулятора по нагрузке котла. Сигнал, пропорциональный расходу воздуха действует, как и в других схемах: во-первых, устраняет возмущения по расходу воздуха, не связанные с регулированием экономичности (включение или отключение систем пылеприготовления и т. п.); во-вторых, способствуют стабилизации самого процесса регулирования подачи воздуха, так как служит одновременно сигналом жесткой отрицательной обратной связи. Введение дополнительного корректирующего сигнала по содержанию О₂ повышает точность поддержания оптимального избытка воздуха в любой системе регулирования экономичности. Добавочный корректирующий регулятор 4по О₂всхеме регулирования задание — воздух управляет подачей воздуха при топочных возмущениях и непосредственно обеспечивает поддержание заданного избытка воздуха в топке.

Рисунок 13.15 – Регулирование подачи воздуха по соотношению: а – топливо-воздух; б – пар-воздух; в – теплота-воздух; г – нагрузка-воздух с коррекцией по О₂; 1 – регулятор подачи воздуха; 2 – регулирующий орган; 3 – дифференциатор; 4 – корректирующий регулятор воздуха; 5 – корректирующий регулятор давления перегретого пара (регулятор задания по нагрузке).

Регулирование разрежения в топке. Наличие небольшого (до 20-30 Па) постоянного разрежения S_Т в верхней части топки необходимо по условиям нормального топочного режима. Оно препятствует выбиванию газов из топки, способствует устойчивости факела и является косвенным показателем материального баланса между нагнетаемым в топку воздухом и уходящими газами. Объект регулирования по разрежению представляет собой топочную камеру с включенными последовательно с нею газоходами от поворотной камеры до всасывающих патрубков дымососов. Входным регулирующим воздействием этого участка служит расход дымовых газов, определяемый производительностью дымососов. К внешним возмущающим воздействиям относится изменение расхода воздуха в зависимости от тепловой нагрузки агрегата, к внутренним - нарушения газовоздушного режима, связанные с работой систем пылеприготовления, операциями по удалению шлака и т. п.

Кривая изменения сигнала по разрежению верхней части топки S_Т при возмущении расходом топочных газов приведена на Рисунке 13.16, а. Участок по разрежению не имеет запаздывания, обладает малой инерционностью и значительным самовыравниванием. Однако отрицательным свойством участка являются колебания регулируемой величины около среднего значения S°_т с амплитудой до 30-50 Па (3-5 мм вод. ст.) и частотой до нескольких герц. Такие колебания (пульсации) зависят от большого числа факторов, в частности от пульсаций расходов топлива и воздуха. Они затрудняют работу регулирующих приборов, в особенности имеющих релейные усилительные элементы, вызывая их слишком частые срабатывания. Для сглаживания пульсаций перед первичными измерительными приборами устанавливают специальные демпфирующие устройства: дроссельные шайбы, импульсные трубы повышенного диаметра или баллоны (емкости). Для этого используют также электрический демпфер, имеющийся в электрических схемах измерительных блоков регулирующих приборов.

Рисунок 13.16 – АСР разряжения в топке: a – переходный процесс по разряжению вверху топки при возмущении расходом газа; б – схема регулирования разряжения.

Способы и схемы регулирования. Регулирование разрежения обычно осуществляется посредством изменения количества уходящих газов, отсасываемых дымососами. При этом их производительность возможно регулировать:

- поворотными многоосными дроссельными заслонками;

- направляющими аппаратами;

- гидромуфтами, изменяя числа оборотов рабочего колеса дымососа, или первичным двигателем, меняя частоту вращения.

Наибольшее распространение получила схема регулирования разрежения с одноимпульсным ПИ-регулятором, реализующая принцип регулирования по отклонению (Рисунок 13.16, 6).

Требуемое значение регулируемой величины устанавливается с помощью ручного задатчика ЗРУрегулятора разрежения 1. При работе котла а регулирующем режиме могут происходить частые изменения тепловой нагрузки и, следовательно, изменения расхода воздуха. Работа регулятора воздуха 2приводит к временному нарушению материального баланса между поступающий воздухом и уходящими газами. Для предупреждения этого нарушения и увеличения быстродействия регулятора разрежения рекомендуется ввести на его вход дополнительное исчезающее воздействие от регулятора воздуха через устройство динамической связи 3.

В качестве устройства динамической связи может быть использована RС-цепочка, выходной сигнал которой поступает на вход регулятора разрежения лишь в моменты перемещения исполнительного механизма регулятора воздуха.

Регулирование давления первичного воздуха. Скорости пылевоздушной смеси в пылепроводах к горелкам у котлов с промбункером должны изменяться лишь в определенных пределах независимо от паровой нагрузки и суммарного расхода воздуха. Это ограничение необходимо соблюдать из-за опасности забивания пылепроводов и по условиям поддержания должных скоростей первичного воздуха в устье горелок.

Регулирование подачи первичного воздуха в пылепроводы осуществляется с помощью регулятора давления, получающего сигнал по давлению воздуха в коробе первичного воздуха и воздействующего на производительность вентилятора первичного воздуха или на дроссельные заслонки, установленные на отводах общего воздуха в короб первичного воздуха.

13.2.1.3 Регулирование перегрева пара

Температура перегрева пара на выходе котла относится к важнейшим параметрам, определяющим экономичность работы паровой турбины и энергоблока в целом. В соответствии с требованиями ПТЭ допустимые длительные отклонения температуры перегрева пара от номинального значения, например, для параметров пара Р_п.п.=13 МПа (130 кгс/см²) и T_п.п.=540°С составляют в сторону увеличения +5°С, а сторону уменьшения - 10°С. Температура перегрева пара для барабанных котлов зависит от тепловосприятия пароперегревателя и паровой нагрузки. При постоянстве паровой нагрузки тепловосприятие перегревателей определяется топочным режимом и может изменяться в зависимости от загрязнения поверхностей нагрева, избытка воздуха, изменений состава топлива и т. п. Изменения паровой нагрузки приводят к перераспределению тепловосприятия между конвективной и радиационной частями перегревателя и изменениям температуры пара на выходе, которые должны компенсироваться действием АСР.

Рисунок 13.17 – Принципиальная схема регулирования температуры перегрева первичного пара: 1 – барабан; 2,3 – ступени пароперегревателя; 4 – пароохладитель;5 - регулирующий клапан впрыска; 6 – охладитель пара; 7 – сборник конденсата; 8 – гидрозатвор; 9 – дифференциатор; 10 – регулятор.

Регулирование температуры первичного пара. Для барабанных котлов наиболее распространен способ регулирования температуры пара на выходе при помощи пароохладителей. Конструктивно участок регулирования первичного перегрева образует часть поверхности нагрева пароперегревателя, включая обогреваемые и необогреваемые трубы, от места ввода охлаждающего агента до выходного коллектора, в котором необходимо поддержать заданную температуру Т_п.п.. Схема участка представлена на Рисунке 13.17. К возмущающим воздействиям от носятся расход потребляемого пара D_п.п. и количество теплоты, воспринимаемое от топочных газов Q^’’_т. Входной и выходной величинами участка являются энтальпии на входе и на выходе из пароперегревателя. Регулирующим воздействием является расход охлаждающего агента D_п.в..

Динамические характеристики пароперегревателя по каналам возмущающих и регулирующего воздействий различны, но обладают общим свойством - значительной инерционностью. Термоэлектрические термометры (термопары), являющиеся датчиками измерительных регулирующих приборов, также обладают инерционностью. Инерционность термопар учитывается обычно при определении экспериментальных динамических характеристик пароперегревателей, так как энтальпия определяется по ЭДС, развиваемой термопарой. Инерционность пароперегревателя по каналу регулирующего воздействия в основном зависит от конструкции пароохладителя.

Известны два типа пароохладителей: поверхностные и впрыскивающие.

Поверхностный пароохладитель представляет собой паровой коллектор, внутри которого расположены змеевики греющего пара или охлаждающей воды. Температура пара на выходе из коллектора регулируется изменением расхода теплоты или хладоагента через змеевик. Преимущество поверхностных пароохладителей состоит в том, что в роли хладоагента может использоваться сильно минерализованная питательная вода, недостаток - большая инерционность по температуре пара на выходе при изменениях расхода охлаждающей воды.

Современные энергетические барабанные котлы оснащаются для регулировании температуры первичного пара впрыскивающими пароохладителями, представляющими собой теплообменники смешивающего типа. Принцип их действия основан на изменении энтальпии частично перегретого пара за счет теплоты, отбираемой на испарение охлаждающей воды, впрыскиваемой в паропровод.

Схемы автоматического регулирования первичного перегрева пара. В общепринятой схеме АСР температуры регулятор перегрева 10получает основной сигнал по отклонению температуры пара на выходе пароперегревателя и воздействует на расход охлаждающей воды. Дополнительный сигнал, пропорциональный скорости изменения температуры пара в промежуточной точке(непосредственно за пароохладителем) dt_п.р./dt, упреждая изменения температуры на выходе при изменениях энтальпии частично перегретого пара, исчезает в установившемся режиме. Для формирования исчезающего сигнала обычно используют реальное дифференцирующее звено.

Приближение точки впрыска к выходу пароперегревателя уменьшает инерционность участка и, следовательно, улучшает качество процессов регулирования. В то же время это приводит к ухудшению температурного режима металла поверхностей нагрева, расположенных до пароохладителя. Поэтому на мощных энергетических котлах с развитыми пароперегревателями применяют многоступенчатое регулирование. С этой целью по ходу пара устанавливают два и более впрыскивающих устройств, управляемых автоматическими регуляторами температуры. Это позволяет более точно регулировать температуру пара на выходе из котла и одновременно защитить металл предвключенных ступеней пароперегревателя. Автоматический регулятор на выходе каждой ступени также действует по двухимпульсной схеме: с основным сигналом по отклонению температуры пара на выходе и дополнительным исчезающим сигналом по температуре пара после пароохладителя. При наличии независимых потоков пара регулирование температуры первичного перегрева осуществляется раздельно. Установка автоматических регуляторов предусматривается на каждом из паропроводов.

13.2.1.4 Регулирование питания паровых котлов

Принято, что максимально допустимые отклонения уровня воды в барабане составляют ±100 мм среднего значения, установленного заводом-изготовителем. Среднее значение уровня может не совпадать с геометрической осью барабана. Максимально допустимые отклонения уточняются в процессе эксплуатации. Снижение уровня за пределы водомерного стекла, устанавливаемого на барабане, считается “упуском” воды, а превышение его верхней видимой части – “перепиткой”. Расстояние между этими критическими отметками 400 мм.

Снижение уровня до места присоединения опускных труб циркуляционного контура может привести к на­рушению питания и охлаждения водой подъемных труб. Следствием этого может быть нарушение прочности труб в местах стыковки с корпусом барабана, а в наиболее тяжелом случае - пережог. Чрезмерное повышение уровня может привести к снижению эффективности внутрибарабанных сепарационных устройств и преждевременному заносу солями пароперегревателя. Перепитка барабана и заброс частиц воды в турбину может явиться причиной тяжелых механических повреждений ее ротора и лопаток. Снабжение барабана водой осуществляется по одной и, реже, двум ниткам трубопроводов питательной воды, одна из которых служит резервной.

Кривая переходного процесса по уровню воды в барабане при возмущении расходом питательной воды для котлов типа ТП-87 приведена на Рисунке 13.18, а. Динамика этого же участка при возмущении расходом пара - на Рисунке 13.18,б. Выпуклая форма кривой изменении уровня при возмущении увеличением расхода пара объясняется тем, что в первый момент после нанесения возмущения уровень воды в барабане возрастает в результате резкого уменьшения давления пара. Это в свою очередь приводит к увеличению паросодержания в подъемных трубах циркуляционного контура и росту уровня. После того как давление пара в барабане примет новое установившееся значение, соответствующее новому значению расхода пара, изменение уровня будет протекать в соответствии с уравнением материального баланса. Описанное явление носит название набухания или вспучивания уровня.

Рисунок 13.18 – Динамические характеристики котла по уровню воды в барабане при возмущениях

Рисунок 13.19 – Трехимпульсная АСР питания водой парового барабанного котла: 1 – барабан; 2 – водяной экономайзер; 3 – регулятор питания; 4 – регулирующий клапан.

При математическом моделировании динамики участка по уровню при возмущении расходом пара.он обычно описывается разностью апериодического и интегрирующего звеньев.

Схема автоматического регулирования. Исходя из требований к регулированию уровня воды в барабане, автоматический регулятор должен обеспечить постоянство среднего уровня независимо от нагрузки котла и других возмущающих воздействии. В переходных режимах изменение уровня может происходить довольно быстро. Поэтому регулятор питания для обеспечения малых отклонений уровня должен поддержать постоянство соотношения расходов питательной воды и пара. Эту задачу выполняет трехимпульсный регулятор, принципиальная схема которого изображена на Рисунке 13.19. Регулятор 3перемещает клапан 4при появлении сигнала небаланса между расходами питательной воды и пара. Кроме того, он воздействует на положение питательного клапана при отклонениях уровня от заданного значения. Такая АСР питания, совмещающая принципы регулирования по отклонению и возмущению, получила наибольшее распространение на мощных барабанных котлах.

13.2.1.5 Регулирование непрерывной продувки и расхода корректирующих добавок котловой воды

Характеристика участка регулирования. Химический состав воды, циркулирующей в барабанных котлах, оказывает существенное влияние на длительность их безостановочной и безремонтной кампаний. К основным показателям качества котловой воды относятся общее солесодержание и избыток концентрации фосфатов.

Повышение общего солесодержания может привести к уносу солей котловой воды в пароперегреватель и турбину. Недостаток концентрации фосфатов вызывает интенсивный процесс накипеобразования на внутренних поверхностях экранных труб, что приводит к ухудшению их охлаждения пароводяной смесью, а следовательно, к перегреву в местах образования накипи и в конечном итоге к пережогу.

Поддержание общего солесодержания котловой воды в пределах нормы осуществляется с помощью непрерывной и периодической продувок из барабана в специальные расширители. Потери котловой воды с продувкой восполняются питательной водой в количестве, определяемом уровнем воды в барабане.

Периодическая.продувка служит для удаления скоплений шлама в нижних коллекторах, производится 1-2 раза в смену и, как правило, не автоматизируется.

Схема автоматического регулирования. Регулирование непрерывной продувки осуществляется путем воздействия регулятора на регулирующий клапан на линии продувки (Рисунок 13.20). На котлах электростанций обычно применяется двух- или трехимпульсная схема АСР.

В первой схеме (Рисунок 13.20, а), помимо корректирующего сигнала по солесодержанию, на вход ПИ-регулятора 2поступает сигнал по расходу продувочной воды и сигнал по расходу пара. В некоторых случаях значение непрерывной продувки определяется не общим солесодержанием котловой воды, а концентрацией кремниевой кислоты. При этом концентрация кремниевой кислоты в допустимых пределах гарантирует поддержание в пределах нормы и общего солесодержания котловой воды.

Однако из-за отсутствия датчиков концентрации кремниевой кислоты ее содержание в котловой воде оценивается по косвенным показателям: паровой нагрузке и количеству продуваемой воды. При этом зависимость между содержанием кремниевой кислоты, паровой нагрузкой и значением непрерывной продувки устанавливается по результатам специальных теплохимических испытаний котла. Автоматическое регулирование продувки в этом случае осуществляется по двухимпульсной схеме (Рисунок 13.20, 6).

Для выполнения условий безнакипной работы поверхностей нагрева и поддержания требуемой щелочности котловой воды барабанный котел оснащается аппаратурой, регулирующей ввод фосфатов. Непрерывное измерение избытка фосфатов в воде также в настоящее время затруднено из-за отсутствия соответствующего датчика. Требуемая концентрация РСГ устанавливается в зависимости от паровой нагрузки путем ввода фосфатов в чистый отсек барабана в соответствии с принципиальной схемой, изображенной на Рисунке 13.20, б.

Рисунок 13.20 – Регулирование водного режима барабанного пароперегревателя: а – схема регулирования продувки с трехимпульсным регулятором; б – принципиальные схемы регулирования продувки и ввода фосфатов; 1 – барабан; 2 – регулятор продувки; 3 – импульсатор расхода пара; 4 – пусковое устройство; 5 – мерный бак; 6 – плунжерный насос; 7 – корректирующий прибор.

Дата добавления: 2015-03-29