Тема 3: «автоматизация печей нагрева».

Печи нагрева предназначены для получения дымовых газов сжиганием топлива.

Дымовые газы используются в качестве теплоносителя при нагревании продуктов.

Основными заданиями регулирования режима работы печей нагрева является:

1. Стабилизация интенсивности и обеспечение устойчивости процесса горения. Интенсивность процесса горения зависит от количества топлива, которое сжигается в единицу времени, и определяет температуру дымовых газов или продукта, который нагревается, поэтому стабилизация температуры дымовых газов или продукта, который нагревается, позволяет стабилизировать интенсивность процесса горения.

Одним из основных возмущений процесса горения является давление в топке, поскольку при его колебаниях изменяются расходы топлива и воздуха, поэтому стабилизация давления в топке способствует повышению устойчивости процесса горения. Чаще в печах поддерживается разжижение (для предотвращения попадания дымовых газов из-за неплотности в кладке печей наружу), но иногда и избыточное давление (например, в стекловарных печах для предотвращения вынесения шихты в дымовую трубу).

2. Поддержание экономичности процесса горения – коэффициента избытка воздуха или содержания О₂, или СО₂ в дымовых газах. Коэффициент избытка воздуха должен удовлетворять двусторонним ограничениям (с одной стороны, по соображениям взрывоопасности и снижения температуры дымовых газов при избытке воздуха, а с другой – защите окружающей среды при его недостатке).

На рис. 3,а показана схема регулирования режима работы печи нагревания, которая содержит три контура регулирования: регулирование температуры продукта _пр на выходе печи подачей топлива (поз.1); регулирование соотношения топливо/воздух подачей воздуха (поз.2); регулирование разжижения в топке отведением дымовых газов. (Буква F во второй позиции наименования регулятора означает соотношение).

Качество регулирования температуры продукта и экономичности процесса горения можно повысить, применяя каскадные АСР (рис. 3,б). В каскадной АСР температуры продукта (поз.1) в качестве промежуточной регулируемой величины использована температура дымовых газов _дг. В каскадной АСР содержания кислорода в выходных газах (поз.2) промежуточной величиной является соотношение топливо/воздух. Применение АСР содержания О₂ объясняется тем, что регулирование соотношения топливо/воздух при определенных возмущениях (например, колебаниях теплообразующей способности газа) может не обеспечивать экономичность сгорания топлива. (На рис. 3,б буква Q обозначает «качественные показатели», в данном случае содержание О₂).

Рис. 3. Схемы автоматизации печей нагрева

Тема 4: «автоматизация барабанных котлов».

Котельный агрегат (парогенератор) включает барабан, топку и пароперегреватель (рис. 4). Основной показатель качества работы парогенератора – давление пара за котлом, основное возмущение – колебание нагрузки. Поэтому, основное задание при автоматизации котельного агрегата – регулирование давления пара на выходе котла. Это задание решается с помощью каскадной АСР давления пара котла (поз.1). (Кстати, впервые каскадная АСР была применена именно для решения этого задания). Промежуточная регулируемая величина – давление пара в барабане, регулируется – расходом топлива. Эффективность работы каскадной системы, как всегда, достигается за счет высокого быстродействия внутреннего контура.

Устойчивость процесса горения в топке поддерживается АСР разряжения в топке (поз.2). Регулирующее воздействие – отбор дымовых газов (производительность дымососов).

Экономичность процесса горения обеспечивается стабилизацией коэффициента избытка воздуха, который поддерживается регулятором соотношения топливо/воздух (поз.3). При этом, поскольку подача топлива является регулирующим воздействием в АСР давления пара, расход топлива выступает как задание регулятору соотношения, а расход воздуха "следит" за расходом топлива. Как отмечалось, при определенных возмущениях (просачивание воздуха в щели топки, изменение теплообразующей способности топлива) коэффициент избытка воздуха может отклоняться от оптимального значения. Поэтому качество регулирования экономичности горения можно повысить, вводя корректирующий импульс по содержанию в дымовых газах О₂ или СО₂, то есть применяя каскадную систему. Содержание СО₂ измеряется газоанализаторами.

Рис. 4. Схема автоматизации барабанного котла

Важным заданием при автоматизации котлоагрегата является поддержание материального баланса в барабане котла, потому что при его переполнении или опустошении возникает аварийная ситуация. Это задание решается с помощью АСР уровня воды в барабане котла (поз.4, L-уровень). Измерение уровня осуществляется дифманометрическим способом по перепаду давления над и под столбом жидкости. Регулирующее воздействие – подача питательной воды в барабан.

Качество регулирования уровня можно повысить, применяя комбинированную АСР с компенсацией основного возмущения – разницы расходов пара и питательной воды. Такая система называется трехимпульсной.

Для регулирования температуры пара на выходе пароперегревателя используется АСР со скоростным импульсом от промежуточной регулируемой величины – температуры в первой секции пароперегревателя (поз.5, D - дифференциатор промежуточной величины). Регулирующее воздействие – подача охладительной воды в пароохладитель. Описанная система со скоростным импульсом впервые внедрена в теплоэнергетике.