4Обзор способов регулирования температуры перегретого пара

Различают два основных метода регулирования температуры перегретого пара: паровой и газовый.

 Паровое регулирование основано на снижении энтальпии пара либо путем отбора от него части теплоты и передачи этой теплоты питательной воде, либо путем впрыска в него обессоленной воды и ее испарения.

Этот метод регулирования получил широкое применение и осуществляется главным образом в двух вариантах: охлаждение пара в поверхностных пароохладителях  теплообменниках и впрыскивание в поток перегретого пара чистого конденсата  впрыскивающие пароохладители. К воде, идущей на впрыск, применяются строгие ограничения, т.к. качество пара в основном определяется качеством впрыскиваемой в него воды.

 Газовое регулирование основано на изменении тепловосприятия поверхности нагрева с газовой стороны до значения, необходимого для получения заданного уровня температуры перегретого пара. К этим методам относятся рециркуляция продуктов сгорания, байпасирование части потока продуктов сгорания мимо поверхности нагрева пароперегревателя, изменение положения факела в топочной камере. Газовое регулирование применяется для регулирования температуры вторично-перегретого пара, реже для регулирования температуры свежего пара.

Из рассмотренных методов регулирования температуры перегретого пара на отечественных барабанных котлах чаще всего применяют метод регулирования впрыском собственного конденсата. В соответствии с заданием на курсовой проект в нашей работе применен именно этот метод.

В отечественной практике в основном применяют типовую АСР, получившую название каскадной с исчезающим сигналом из промежуточной точки.

Структурная схема АСР изображена на рис. 1.7, где приняты следующие обозначения:

Wо(s) – ПФ главного участка объекта регулирования;

Wт(s) – ПФ термоэлектрического преобразователя (датчика) температуры;

Wp(s) – ПФ регулятора.

Индексом "пром" обозначена температура в промежуточной точке, то есть за пароохладителем.

Tг

Dп

W

W

T_2зад

T₂

T_пром

Рис. 1.6. Структурная схема АСР температуры перегретого пара (вторая ступень пароперегревателя)

Инерция термопары по сравнению с инерцией пароохладителя является значимой, от нее отказываться нельзя. Инерция термопары по сравнению с пароперегревателем не заметна, поэтому ей можно пренебречь. При настройке будут влиять статические свойства термопары и погрешность, с которой она измеряет температуру. В нашей работе эти свойства не рассматриваются, поэтому термопарой измеряющей температуру за пароперегревателем при настройке можно пренебречь.

5Постановка требований к качеству проектируемой аср

В предыдущих разделах нами уже были изложены некоторые стандартные требования к качеству работы АСР температуры перегретого пара. Ещё раз уточним основные позиции.

В [5] подробно приведены комментарии и обоснования связи дисперсии и среднего уровня температуры пара за пароперегревателем с показателями экономичности и надёжности. В результате изучения данного материала делаем следующие выводы:

дисперсия температуры пара оказывает существенное влияние на долговечность и безотказность поверхностей нагрева котельного агрегата. Снижение дисперсии температуры пара приводит к повышению надёжностных показателей. В то же время влияние дисперсии температуры пара на показатели экономичности (КПД) несущественно;

средний уровень температуры пара влияет как на показатели надёжности, так и на показатели экономичности. Причём необходимо учесть, что повышение температуры пара приводит к улучшению показателей экономичности (повышается КПД), но ухудшает показатели надёжности. Поэтому необходимо придерживаться некоторого «компромиссного» варианта и держать температуру пара на оптимальном уровне, не допуская его сдвига. (Заметим, что колебания температуры около среднего значения вызывают сдвиг среднего уровня, так что для предотвращения сдвига также необходимо снижать дисперсию).

Таким образом, в качестве целевой функции задачи оптимального управления выбираем минимум дисперсии температуры перегретого пара.

В качестве функциональных поставим ограничения на степень затухания, динамическую и статическую ошибки. Мы уже указывали, что наличие статической ошибки для нашего объекта нежелательно. Поэтому потребуем создания системы с нулевой статической ошибкой регулирования. Требования к уровню динамических отклонений были приведены ранее. В качестве критерия запаса устойчивости для системы выберем степень затухания. Данный показатель учитывает колебательный характер переходного процесса, являясь зависимостью амплитуд колебаний. В [2] изложены рекомендации, согласно которым оптимальная степень затухания находится в пределах 0.750.9. Так как переменный режим температур для пароперегревателя является фактором износа, то необходимо создать систему с наиболее сильным затуханием колебаний. Поэтому в качестве оптимальной принимаем =0.9 и потребуем, чтобы степень затухания переходных процессов в системе была не меньше оптимальной.

Для того чтобы проектируемая система могла бы быть реализована на практике, учтём заданное максимальное значение и максимальную скорость изменения управляющего воздействия. Скорость изменения управляющего воздействия рассчитаем как отношение максимального значения управляющего воздействия к времени хода исполнительного механизма.

В соответствии с заданием при открытии регулирующего органа впрыска на 70% имеем расход воды на впрыск 3,6 т/ч. Поэтому при открытии регулирующего органа на 100% максимальное значение расхода воды на впрыск составляет 5,14 т/ч. Время хода исполнительного механизма равно 0,3 мин. Поэтому максимально возможная скорость исполнительного механизма равна 100%/0,3 мин = 333,3 %/мин.

Сведём все требования к качеству регулирования в табл. 1.1.

Табл. 1. 1. Математические условия оптимальности автоматической системы регулирования температуры перегретого пара

Вид условия	Математическая формулировка	Связь с технологическими требованиями
Целевая функция		[5]
Функцио-нальные огра­ничения	1.	Запас устойчивости
	2.	[3]
	3.
Ограни–чения на область значений	4. W – 5,14 т/ч 0	Пропускная способность РО
	5.	Скорость изменения управляющего воздействия
	6. 0< kp	Параметры регулятора