1.3 Математичний опис (рівняння динаміки)

Положення рівня води в барабані є найважливішим параметром, що визначає надійність роботи парового котла.

Особливість динаміки котла визначається тим, що під дзеркалом випару в ньому акумульована двухфазовая середовище - пароводяна суміш. Частка пари в цьому обсязі залежить від інтенсивності теплопередачі через стінки трубок, тобто від конструкції котла і його навантаження. При збільшенні навантаження САР топливосжигания збільшує кількість палива, що спалюється, у результаті чого кількість пари в трубній системі казана зростає. Якщо навантаження наростає досить швидко, утворення додаткових обсягів пари в цій системі випереджає зменшення її водосодержания, і рівень води, спостережуваний по водомірному склу барабана, протягом деякого часу підвищується. При різких зменшеннях навантаження котла по парі рівень води в його барабані в такий же спосіб знижується. Це явище видимої зміни рівня води в барабані на початку перехідного процесу убік, зворотну знаку зміни матеріального балансу, зветься набрякання рівня. Його математичний опис у найпростішому випадку може бути зроблене за допомогою двох рівнянь динаміки:

- рівняння матеріального балансу обсягу води під дзеркалом випару

(1)

- рівняння, що характеризує зміну паровмісту цього обсягу при зміні навантаження,

(2),

де:

T₁ — постійна часу обсягу під дзеркалом випару як акумулятора води;

, — відносні зміни рівня води у водомірному склі барабана, викликані відповідно змінами матеріального балансу й інтенсивності паротворення під дзеркалом випару (віднесені до висоти водомірного скла);

μ_в; λ - відносні зміни подачі живильної води й зовнішнього навантаження;

Т₂ — постійна часу, що характеризує швидкість паротворення при змінах навантаження;

K_y2 — коефіцієнт підсилення, що зв'язує зміни навантаження з паротворенням.

Загальна зміна рівня у верхньому барабані котла

= + (3)

Якщо вирішити систему рівнянь (1) і (2) для випадку одиничної зміни парового навантаження, незмінної подачі живильної води й нульових початкових умов:

При t=0

(4)

Одержимо вираження для змін у часі величин і , алгебраїчна сума ординат яких по рівнянню (3) дозволить установити картину зміни рівня води в барабані із чітко вираженим явищем набрякання, що представлена на рисунку 3.

Рисунок 3 - Зміни рівня води в барабані казана, викликані одиничним збурюванням по витраті пари

Особливості котельних агрегатів як об'єктів регулювання.

Котельні агрегати є складними об'єктами автоматичного регулювання з великим числом регульованих параметрів і регулюючих впливів. Котли мають значної акумулюючої здатністю теплової енергії у воді, парі та металі пароводяного тракту. Нарешті, котельні агрегати характеризуються значними швидкостями протікання процесів у пароводяному тракті. Так, зниження рівня води в барабані казана на 100 мм при повній паропродуктивності котельного агрегату з припиненням подачі живильної води відбувається за 20 с. Показниками течії теплових процесів на котельному агрегаті є регульовані параметри. У їх числі зовнішні: витрата парі, тиск парі при виході з казана, температура перегріву парі й внутрішні: рівень води в барабані котельного агрегату, коефіцієнт надлишку повітря, розрідження в топці й ін Характер перебігу процесів у котельному агрегаті визначається видом і величиною впливів: зовнішніх - з боку споживача, внутрішніх - зміна складу і якості палива, надлишку повітря, що подається в топлення казана, розрідження в топці, зміна витрати живильної води.

Розділ 2. Вибір регулятора, його дослідження й настроювання