8. Управление работой котла и автоматическая тепловая защита.
Основной задачей при управлении работой котла является обеспечение длительной и надежной эксплуатации котельного оборудования с максимальной эффективностью, экономичностью и надежностью при соблюдении диспетчерского графика нагрузки.
Графики нагрузки электростанций обычно имеют ту или иную неравномерность, определенную структурой энергосистемы и ее связующих с другими системами. Как правило, в утренние и вечерние часы наблюдаются пики нагрузки, а в дневное и особенно в ночное время происходит ее спад. Из-за этих колебаний нагрузки необходимо осуществлять регулирование мощности турбины, и следовательно, паропроизводительности котла, которая регулируется изменением расхода поступаемого в котел топлива (в данном случая - природного газа). Это утверждение следует из рассмотрения теплового баланса прямоточного котла.
где:
В - расход газового топлива;
Qнр - низшая теплота сгорания газового топлива на рабочую массу;
к
- КПД котла;
Dnе, hnе - расход (паропроизводительность котла) и энтальпия острого пара;
hпв - энтальпия питательной воды;
Dвт - расход вторичного пара;
h'вт h"вт - энтальпии вторичного пара на входе и выходе.
Так как КПД котельного агрегата, низшая теплота сгорания на рабочую массу топлива, энтальпии перегретого пара и питательной воды - постоянные величины, то
изменить паропроизводительность котла можно только изменением расхода топлива.
Устройством регулирования расходом газа является автоматический регулятор расхода газа (АРР). Регулятор АРР обеспечивает необходимую тепловую мощность котла в любой момент времени.
Для улучшения работы оборудования станции требуются следующие регуляторы:
Регулятор температуры перегретого пара (РП). Температуру перегретого пара требуется поддерживать постоянной, допустимое отклонение +5°С, -10°С (по ГОСТ). Для регулирования температуры перегретого пара производят отбор питательной воды в начале пароводяного тракта на впрыски. Впрыски производят перед ширмами и за ними. При этом первый впрыскивающий пароохладитель служит в большей степени для защиты поверхности пароперегревателя от перегрева, а второй - для обеспечения наименьшей инерционности процесса регулирования температуры острого пара.
Имеется и другой способ: постоянство температуры перегретого пара поддерживается сохранением постоянства отношения расхода перегретого пара к расходу топлива. Однако этот способ обладает достаточно ощутимой инерцией, так как расход перегретого пара регулируется клапаном на притоке питательной воды, а для прохождения пароводяного трата воде требуется несколько минут.
Температуру вторичного перегретого пара регулируют байпасированием рабочей среды. При этом способе регулирования происходит отбор части рабочей среды из входного коллектора ППП и поступление его во вторую его часть, минуя первую. При снижении нагрузки с помощью трехходового клапана расход по байпасной линии снижают. Впрыск конденсата в поток вторично-перегретого пара экономически не оправдан, так как образующееся за счет впрыска дополнительное количество перегретого пара вместе с основным потоком пара поступает в турбину, миную ЦВД. Поэтому впрыски используют лишь как аварийную меру.
Для регулирования температуры перегретого пара также используют рециркуляцию дымовых газов - отбор газов после экономайзера и подача его нижнюю часть топки. Сброс продуктов сгорания в нижнюю часть топки приводит к ослаблению прямой отдачи в топке и соответственно к повышению температуры продуктов сгорания на выходе из нее. Также рециркуляция увеличивает количество газов, проходящих через пароперегреватель. Это приводит к усилению конвективного теплообмена и, следовательно, повышению температуры перегретого пара. Поэтому при малой нагрузки рециркуляцию дымовых газов усиливают. Недостатком этого способа регулирования является необходимость дополнительного оборудования и увеличения собственного расхода энергии.
Регулятор тепловой нагрузки (РН), в качестве которого выступает регулятор давления перегретого пара в паровой магистрали, обеспечивающий равенство между производством пара в котле и его потреблении турбиной. При любом отклонении производства пара на котле от потребности турбины произойдет изменение давление пара котлом, в связи с чем следует уменьшить подачу топлива и воздуха в топку. Поэтому главный регулятор воздействует на регуляторы расхода топлива, воздуха и питания котла водой. Сигналы с первичных приборов поступают на РН, суммируются и усиливаются. Окончательный сигнал, выдаваемый регулирующим прибором, называется сигналом по теплу.
Регулятор подачи воздуха (РВ). Необходимо поддерживать постоянным соотношение между расходом топлива и количеством окислителя, так как для определенного количества топлива требуется конкретное количество окислителя воздуха. Для поддержания правильного соотношения этих величин производят анализ дымовых газов на наличие в них кислорода.
Автоматические защитные устройства, обслуживающие тепловую часть электростанции, называются тепловыми защитами. Тепловые защиты котла предусматривают две категории действий: останов котла или перевод его в растопочный режим работы, локальные противоаварийные ситуации.
Защитные устройства должны сработать надежно и только при наличии предаварийной ситуации, а не в результате нарушения работы прибора. Для этого обычно предусматривается система дублирования датчиков приборов по схеме «два из двух» или «два из трех». При такой схеме включения контактов выходной сигнал от первичных приборов поступит в схему защиты первичных приборов при одновременном срабатывании двух датчиков. Защиты немедленно срабатывают при разрыве трубы пароводяного тракта, при отключении дымососов или дутьевого вентилятора, при погасании факела в топке. Для аварийной остановки котла предусмотрен ключ на щите котла.
Срабатывание любой защиты сопровождается световой и звуковой сигнализацией с фиксацией на индикаторах первопричины, вызвавшей срабатывание защиты.
Защита котла от повышения давления перегретого пара.
Повышение давления перегретого пара может произойти в случае внезапного останова турбины и повлечь за собой большие повреждения. Чтобы этого избежать, в конце трактов острого и вторичного пара ставят специальные клапаны, через которые пар сбрасывается в атмосферу. Такие клапаны называются предохранительными.
Зашита от повышении температуры рабочей среды.
Для контроля над температурой рабочей среды устанавливается термоэлектрический преобразователь, подключенный к системе световой и звуковой сигнализации и к системе аварийного отключения котла.
Защита при погасания факела.
В этом случае факел в топке становится неустойчивым и может погаснуть. Для стабилизации факела в топке установлены автономные горелки, в которые подается легко воспламеняемый мазут, они и поддерживают основной факел.
Защита от затухания факела.
При затухании факела топливо начинает накапливаться в топочной камере и может мгновенно вспыхнуть в любой момент, что приведет к разрушению котла. Для предотвращения этого нежелательного явления в топке устанавливают автономные "подсвечивающие" горелки, работающие на легковоспламеняемом топливе и поддерживающие горение основного факела.
Защита от взрыва топлива в котле.
Скопившееся в котле топливо может сгореть со взрывом, что вызовет значительные разрушения в котле. Чтобы предотвратить разрушения при взрыве в верхней части конвективной шахты делают взрывные клапаны - большие окна, закрытые листом железа и тонким листом асбеста. Механическая прочность клапанов гораздо ниже механической прочности стен котла, поэтому при взрыве клапаны разрушатся первыми, создавая канал для отвода газов, что предотвратит разрушение котла.