МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Факультет АСУТП

Кафедра АТПиП

Курсовой проект по дисциплине «атПиП»

Тема: «Разработка АСР уровнем воды в барабане котла БКЗ 160/100»

Выполнил:

Студент 552 гр

______________ Пермин Д.С

Подпись

Проверил:

Руководитель ______________ Попов В.Б.

Подпись

Санкт-Петербург

2012 г.

1. Анализ технологического процесса как объекта управления

В современных котлах движение воды и пароводяной смеси конструктивно организуется таким образом, что восходящие потоки пароводяной смеси изолируются от нисходящих потоков воды, т.е. создаются циркуляционные контуры. Циркуляционный контур является замкнутым, так как трубы, составляющие его, соединяются между собой барабанами или коллекторами. Он имеет обогреваемый (справа) и не обогреваемый (слева) участки. В обогреваемой части контура происходит интенсивное парообразование, поэтому этот участок контура оказывается заполненным не водой, а смесью кипящей воды с паром.

Рис.1

Водяной объём котла 48.7 м3

Паровой объём котла 28.2 м3

В слабо обогреваемом участке контура (или совсем не обогреваемом) парообразование происходит значительно менее интенсивно или совсем не происходит. Поэтому правый участок контура будет заполнен водой или смесью воды с очень малым количеством пара. Плотность пара значительно меньше плотности воды, нагретой до температуры кипения, но не включающий еще пузырьков пара. Следовательно, пароводяная смесь, заполняющая обогреваемую часть контура, всегда имеет меньшую плотность по сравнению с водой или пароводяной смесью, находящейся в слабо обогреваемом участке контура. Разница весов сообщающихся между собой столбов жидкости нарушает их равновесие; создается движущий напор, который и обеспечивает циркуляцию, т.е. круговое движение воды и пароводяной смеси вдоль поверхности нагрева по замкнутому контуру.

При непрерывном подводе тепла к поверхности нагрева убыль пара, выносимого из обогреваемой части контура, все время пополняется, в результате чего разность объемных масс в обеих частях контура стабилизируется на определенной величине. Поэтому движение пароводяной смеси будет непрерывным с определенной скоростью. При установившейся циркуляции движущей напор уравновешивается силами сопротивления.

В водотрубных котлах с естественной циркуляцией циркуляционный контур состоит из нескольких параллельно включенных более обогреваемых и менее обогреваемых (или совсем не обогреваемых) труб, объединяемых барабанами или коллекторами в замкнутый контур. При этом трубы с восходящим потоком пароводяной смеси называют подъемными, а с нисходящим потоком воды - опускными.

Обогреваемые(подъемные) трубы могут вводиться непосредственно в барабан котла или в собирающий коллектор. В последнем случае пароводяная смесь из коллектора отводится в барабан котла с помощью пароотводящих труб.

Система параллельных труб, имеющих одинаковое конструктивное оформление и тепловую нагрузку, называется звеном циркуляционного контура.

В опускные участки циркуляционного контура обычно поступает вода, несколько недогретая до кипения, так как она смешивается с относительно менее нагретой питательной водой, поступающей в котел. В следствии недогрева воды кипение ее начинается на некотором расстоянии от начала обогреваемого участка. Часть участка контура, по длине которого производится подогрев воды до температуры кипения, называют экономайзерным участком обогреваемой высоты подъемных труб, Та часть контура, где происходит образование и движение пара - паросодержащим участком.

Эконономайзерный участок и вся паросодержащая часть контура (как обогреваемая, так и не обогреваемая)вплоть до уровня воды в барабане котла составляют полезную высоту циркуляционного контура.

Одной из основных величин, определяющих условия движения пароводяной смеси в циркуляционном контуре, является скорость циркуляции (₀). Под последней понимается скорость, с которой вода поступает в обогреваемые трубы циркуляционного контура.

Отношение количества воды, проходящей через циркуляционный контур в единицу времени D_ц, к количеству пара, образующемуся за то же время в этом контуре D, называется кратностью циркуляции (К):

К = D_ц/D

Зависимость между расходом воды, циркулирующей в контуре (или скоростью циркуляции ₀) при заданной постоянной его паропроизводительности, и полезным напором называется циркуляционной (гидродинамической) характеристикой контура.

L(p)

Рис. 2 Структура модели объекта управления

Уровень в барабане изменяется из-за увеличения или уменьшения расхода пара или поступления воды в котел, изменения тепловой нагрузки топки и давления в барабане.

Влияние на уровень тепловой нагрузки топки и давления в барабане.

С колебаниями тепловой нагрузки котла изменяется и тепловая нагрузка топки, что оказывает влияние на уровень воды в барабане. Уменьшение тепловой нагрузки топки приводит к понижению уровня, а при увеличении нагрузки уровень повышается. Такое поведение уровня объясняется изменением объема пароводяной смеси, заполняющей часть барабана (ниже зеркала испарения) и трубы топочного экрана котла. Например, при уменьшении тепловой нагрузки топки количества тепла, воспринимаемое поверхностями нагрева, уменьшается, следовательно, снижается интенсивность парообразования. При этом уменьшается объем пароводяной смеси. В результате уровень в барабане снижается при сокращении равенства подачи воды в котел и расхода пара из него. При повышении тепловой нагрузки топки объем пароводяной смеси увеличивается, что приводит к повышению уровня.

Отклонение уровня зависит от глубины и скорости, изменения нагрузки. Чем глубже и быстрее изменяется нагрузка котла, тем больше отклонение уровня от заданного объема.

На объем пароводяной смеси, а следовательно, и на уровень воды в барабане влияют также колебания давления в барабане, которые возникают при изменениях нагрузки котла. При понижении давления часть воды, составляющая пароводяную смесь, испаряется, поэтому уровень повышается. При повышении давления часть пузырьков пара, находящихся в пароводяной смеси, конденсируется, что приводит к снижению уровня. Кроме того, при повышении давления пара, уменьшается удельный объем пара, что также вызывает понижение уровня в барабане. Следует отметить, что влияние давления на поведение уровня воды в барабане оказывается меньше, чем изменение тепловой нагрузки.

Влияние на уровень расхода пара и подачи воды.

Резкое увеличение потребления пара при неизменной подаче топлива сопровождается снижением давления воды в барабане. Из-за этого возрастает объем пароводяной смеси, что приводит к повышению уровня. Это явление называют набуханием уровня.

После изменения расхода пара уровень начнет изменяться в результате появления разности между поступлением воды и расходом пара из котла и набуханием_.

Расход непрерывной продувки меняется в зависимости от нагрузки , и не оказывает существенного отклонения уровня воды в барабане котла.

Таким образом, котел как объект регулирования питания обладает рядом свойств, затрудняющих поддержание уровня в переходных режимах: запаздыванием, явлением набухания и отсутствием самовыравнивания. В следствии этого, при резких изменениях нагрузки котла, регулятор может не удержать уровень в барабане в заданных пределах. В таких случаях для уменьшения отклонения уровня, следует ограничить скорость изменения нагрузки котла: чем меньше скорость изменения нагрузки, тем меньше колебания уровня в барабане.

Wоб₂(p)

Wоб₃(p)

Fп.п(p)

Fт(p)

Канал возмущения

L(p)

Wоб₁(p)

Fп.в(p)

Канал управления

Рис. 3 Предложенная структура модели объекта управления

τ1<τ2 см. Приложение