1.Характеристика объекта управления

Характеристика объекта управления проводится с целью анализа взаимосвязи регулируемого параметра с другими технологическими параметрами, для изучения характера и формы основных возмущающих воздействий и для формулировки основных требований предъявляемых к разрабатываемой системе. Такой анализ приведен ниже.

Котельным агрегатом называется комплекс устройств для производства пара (в большинстве случаев водя­ного) заданного количества и качества] или для подо­грева до требуемой температуры жидкости (главным

Рисунок 1 – Принципиальная технологическая схема котлоагрегата

I — топка; 2— устройство подачи топлива; 3 — воздуховод; 4 — дутьевой вентилятор: 5— дымосос; 6 — устройство гидрозолоудаления; 7 —первая ступень воздухоподогревателя; 8 — вторая ступень воздухоподогревателя; 9 — питательная магистраль; 10 — первая ступень экономайзера; 11 — вторая ступень экономайзера; 12 — барабан котла; 13 — опускные (питающие) трубы; 14 — нижние коллехторы: 15 — трубы испарительных поверхностей нагрева; 16 — паропровод; 27 — первая ступень пароперегревателя; 18 — вторая ступень пароперегревате­ля: 19 — камера смешивания; 20 — паропровод перегретого пара; 21 — регулирующий орган питания (клапан питательной воды); 22 — регулирующий орган подачи топлива; — регулирующий орган температуры перегретого пара (кла­пан впрыска).

образом воды). Котельный агрегат состоит из топочно-го устройства для сжигания топлива, конвективных и радиационных поверхностей нагрева рабочего тела, тяго-дутьевых устройств для подачи воздуха в топку и удаления из нее дымовых газов, котельно-вспомогатель-ного оборудования и средств контроля и управления технологического процесса.

Котлоагрегаты для подогрева воды называются во­догрейными.

На рис.1 представлена технологическая схема котлоагрегата барабанного типа. Как видно из техноло­гической схемы, в котлоагрегате имеются два взаимо­действующих друг с другом потока: поток рабочего те­ла и поток образующегося в топке теплоносителя.

В результате этого взаимодействия на выходе объ­екта получается пар или горячая вода заданного дав­ления и температуры. Котлоагрегаты могут иметь раз­нообразную конструкцию, однако сущность их работы остается общей. С учетом этого можно определить об­щие требования к объему автоматизации котлоагрегатов.

Одной из основных задач, возникающих при экс­плуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства между производимой и потребляемой энер­гией с учетом потерь. В свою очередь процессы преоб­разования и передачи энергии в котлоагрегате одно­значно связаны с количеством вещества в потоках рабо­чего тела и теплоносителя.

Следовательно, задачи регулирования технологиче­ского процесса котлоагрегата сводятся в основном к не­обходимости поддержания материального и энергетиче­ского баланса в нем.

Необходимый объем автоматизации барабанного па­рового котла по главным каналам регулирования по­казан на принципиальной технологической схеме бара­банного котлоагрегата рисунок 1.

Автоматический регулятор P1 предназначен для ре­гулирований уровня воды в барабане. Информация об уровне воды в барабане поступает на вход регулятора от датчика уровня Н. При отклонении уровня от задан­ного значения регулятор через исполнительный меха­низм воздействует на клапаны питательной воды в сто­рону восстановления заданного значения уровня.

Регулятор Р₂ служит для автоматического регулиро­вания подачи топлива в зависимости от паровой на­грузки котлоагрегата. В качестве информации о вели­чине несоответствия тепловой и паровой нагрузок обыч­но используют давление в паровой магистрали котла Действительно, если возрастает потребление пара и ко­личество подаваемого тепла в топку не обеспечивает требуемой паропроизводительности котлоагрегата, то давление пара в паровой магистрали будет падать, и наоборот.

При отклонении давления пара в паровой магистра­ли Р от заданного значения регулятор Р2 через испол­нительный механизм воздействует на регулирующий ор­ган подачи топлива в топку в сторону обеспечения со­ответствия тепловой и паровой нагрузок котлоагрегата.

Регулятор Р3 предназначен для автоматического ре­гулирования разрежения в топке Р_т. При отклонении этого разрежения от заданного значения регулятор Р₃, воздействуя на производительность дымососа, изменяет количество дымовых газов, эвакуируемых из топки, при­водя тем самым в соответствие количество газов, обра­зующихся в топке, с количеством газов, выходящих из топки.

Регулятор Р4 поддерживает заданное соотношение «топливо — воздух». В качестве информации об оптимальности этого соотношений может служить содержа­ние кислорода О2 в дымовых газах. При отклонении со­отношения «топливо — воздух» от оптимального значения поменяется содержание кислорода в дымовых газах и автоматический регулятор P4 воздействуя на дутьевой вентилятор, изменяет количество воздуха, подаваемого в топку, восстанавливая оптимальный избыток воздуха и топочном пространстве.

Регулирование температуры перегрева пара осуще­ствляется регулятором P5. При отклонении температуры перегрева от заданного значения регулятор Р₅, воздей­ствуя через исполнительный механизм на клапан впрыска, изменяет количество впрыскиваемой питатель­ной воды в камеру смешивания пароперегревателя. В результате этого восстанавливается заданное значе­ние температуры перегрева.

Кроме основных, главных контуров, в реальных си­стемах автоматического регулирования различных пара­метров котлоагрегата для улучшения качества регули­рования имеются дополнительные контуры и местные обратные связи.

Задача автоматизации котлоагрегата как объекта ре­гулирования является сложной в том отношении, что контуры регулирования оказывают взаимное влияние друг на друга внутри объекта. Изменение любого из регулирующих воздействий приводит к изменению всех параметров, т. е. имеют место перекрестные связи через объект регулирования. Особенно тесно связаны между собой контуры автоматического регулирования тепловой нагрузки котла, разрежения в топке и соотношение «топливо—воздух». В связи с этим эти контуры целесо­образно рассматривать как единую систему автоматиче­ского регулирования тепловой нагрузки и процесса го­рения котлоагрегата.

Таким образом, мы имеем три основные задачи, свя­занные с автоматизацией котлоагрегата как объекта ре­гулирования: автоматическое регулирование питания котла, автоматическое регулирование тепловой нагруз­ки и процесса горения, автоматическое регулирование температуры перегретого пара.