Автоматизація та оптимізація теплоенергетичних процесів

Конспект лекцій

1. Вступ.

1.1. Завдання автоматичного регулювання теплових процесів на теплових електричних станціях (тес).

Вироблення електричної енергії на ТЕС, яке здійснюється в три стадії, можна проілюструвати з допомогою такої структурної схеми:

Рис 1.1. Структурна схема ТЕС.

Парогенератор (ПГ) з допомогою тепла, що виділяється під час згорання палива, продукує водяну пару; парова турбіна (Т) перетворює теплову енергію пари в механічну енергію обертання її ротора; а електричній генератор (Г) завершує технологічний цикл ТЕС, перетворюючи механічну енергію в електричну.

Особливістю технологічного процесу на ТЕС є те, що готову продукцію -електроенергію не можна зберігати на складі. Тому кількість тепла, а отже, і пари, що виробляється парогенератором, в кожен момент часу повинна відповідати кількості електроенергії, яку потребує споживач.

Виходячи з необхідності підтримування балансу між витратами пари, що виробляється парогенератором і що споживається турбіною, регулювання продуктивності парогенератора здійснюється за допоміжним показником цього балансу - тиском Р_ПП перегрітої пари перед турбіною з допомогою автоматичної системи регулювання парогенератора (АСРП).

Виходячи з умов балансу тепла та електроенергії, регулювання потужності турбіни здійснюється за допоміжним показником цього балансу - швидкістю n обертання ротора турбіни з допомогою автоматичної системи регулювання турбіни (АСРТ).

Електроенергія, що виробляється на ТЕС, за своїми параметрами повинна бути високої якості. Так, допустимі відхилення промислової частоти f від 50 Гц не можуть перевищувати ± 0,2 Гц. В процесі стабілізації частоти важливу роль відіграє електричний регулятор як основна частина автоматичної системи регулювання електрогенератора (АСРГ), яка діє при зміні напруги U на його вихідних шинах.

Крім головних агрегатів - парогенераторів, парових турбін і електрогенераторів - на ТЕС є багато допоміжних установок, які також потребують автоматичного контролю, сигналізації та регулювання різноманітних технологічних параметрів.

1.2. Об'єкти автоматичного контролю та керування і головні регульовані величини тес.

Щоби усвідомити роль контрольно-вимірювальних пристроїв і теплової автоматики в роботі ТЕС, розглянемо її принципову теплову схему.

Рис 1.2. Принципова теплова схема ТЕС.

Головні складові частини ТЕС: 1. Випарна частина ПГ; 2. Пароперегрівник ПГ; 3. Пристрої для подання палива; 4. Дуттєвий вентилятор (ДВ); 5. Димосмок (ДС); 6. Головна парова засувка (ГПЗ), 7. Парова турбіна (Т); 8. Електрогенератор (Г); 9. Конденсатор парової турбіни; 10. Циркуляційна помпа; 11. Конденсатна помпа; 12. Підігрівник низького тиску (ПНТ); 13. Деаератор (підігрівник змішуючого типу); 14. Живильна помпа; 15. Підігрівник високого тиску (ПВТ); 16. Регулюючий живильний клапан (РЖК); 17. Редукційно-охолоджуюча установка (РОУ).

Технологічні параметри теплової схеми ТЕС: D_пп, P_пп, t_пп - відповідно паропродуктивність (витрата), тиск і температура перегрітої пари на виході з ПГ; D_рп, Р_рп t_рп - відповідно витрата, тиск і температура редукованої пари, D_ов - витрата охолоджуючої води (конденсату), D_хов - витрата хімічноочищеної води, D_жв - витрата живильної води, B_па - витрата палива, Q_по - витрата повітря. Q_г - витрата димових газів, Q_к - усунений з води кисень, Р_д - тиск пари в деаераторній головці, Н_д - рівень води в акумуляторному баці деаератора, Н_к - рівень конденсату, N_г, U, f - відповідно електрична потужність, напруга і частота електрогенератора.

Водяна пара виробляється у випарній частині 1 ПГ. Для цього ПГ постачається водою живильною помпою 14 через РЖК 16, а в його паливню з допомогою паливоподаючих пристроїв 3 надходить паливо В_ПА: суміш кам'яно­вугільного пилу з повітрям, горючий (природний) газ або рідке паливо (мазут) чи суміш різних видів палив. Дуттєвим вентилятором 4 до паливні для забезпечення процесу згоряння нагнітається повітря Q_по , а димосмоком 5 викидаються з паливні ПГ через димохід продукти згоряння - димові гази Q_г.

Необхідна продуктивність паливоподаючих пристроїв, вентиляторів, димосмоків та живильних помп встановлюється автоматично або дистанційно залежно від паропродуктивності D_пп i тиску Р_пп перегрітої пари. Насичена водяна пара, яка продукується у випарній частині 1 ПГ перегрівається до необхідної температури t_пп в пароперегрівнику 2, при цьому потрібна температура t_пп перегрівання пари підтримується в околиці заданого значення з допомогою пароохолоджувача, який керується автоматичним регулятором.

Далі перегріта пара через головну парову засувку 6 надходить до протічної частини турбіни 7, де здійснюється перетворення теплової енергії теплоносія - перегрітої водяної пари в механічну енергію обертання ротора турбіни 7. Далі в електрогенераторі 8 теплова енергія перетворюється в електричну енергію відповідної потужності, напруги і частоти струму. Для забезпечення сталого значення частоти f струму і напруги U, що генерується, ротор повинен обертатися зі сталою швидкістю незалежно від електричного навантаження електрогенератора. Підтримування сталого числа n обертів ротора турбіни здійснюється з допомогою АСРТ.

Відпрацьована пара з турбіни надходить до конденсатора 9, де охолоджується і конденсується на поверхні трубної системи, в якій циркулює охолоджуюча вода, що подається циркуляційною помпою 10. Рівень конденсату Н_к в конденсаторі 9 повинен підтримуватися сталим незалежно від кількості пари, яка в ньому конденсується. Це завдання виконує автоматичний регулятор рівня Н_к в конденсаторі, що змінює продуктивність конденсатних помп.

Далі конденсат турбіни проштовхується конденсатною помпою 11 через систему підігрівників низького тиску 12 і надходить в підігрівник змішуючого типу - деаератор 13. В деаераторі конденсат змішується з хімічноочищеною водою D_хов і доводиться до температури насичення (кипіння), при якій відбувається видалення розчиненого в воді кисню.

Нормальний режим роботи деаератора і розташованої після нього за рухом води живильної помпи 14 можливий лише при сталому значенні тиску Р_д пари в деаераторній головці та рівню Н_д води в акумуляторному баці. Це забезпечується з допомогою автоматичних регуляторів тиску і рівня в деаераторі, які діють відповідно на зміну витрат гріючої пари та хімічноочищеноЇ води, що надходять в деаератор.

Вода з деаератора подається живильною помпою 14 через систему підігрівників високого тиску 15 і надходить спочатку в економайзерну а далі в випарну частини ПГ. При цьому її витрата регулюється з допомогою автоматичного регулятора живлення.

На цьому технологічний цикл перетворення теплової енергії в електричну завершується і поданий вище процес повторюється.

Теплові електричні станції, які виробляють крім електричної енергії і теплову, у тому числі теплоелектроцентралі (ТЕЦ), обладнюються редукційно-охолоджуючими установками (РОУ) 17, призначеними для резервування теплофікаційних і промислових відборів пари турбін. Підтримування постійності тиску Р_рп, і температури t_рп редукованої пари забезпечується з допомогою автоматичних регуляторів відповідно тиску і температури, які діють відповідно на зміну витрати D_рп редукованої пари і охолоджуючої води D_ов.