14.5. Регулирование температуры перегретого пара

Регулирующее воздействие на температуру перегретого пара осуществляется путем изменения расхода питательной воды на впрыск пароохладителя.

Схема системы ре­гулирования температуры перегретого пара за пароперегревателем ПП приве­дена на рис. 14.11. Это схема со вспомогательной внутренней регулируемой величиной – тем­пературой пара непосредственно за пароохладителем ПО. Осуществляемое в блоке формирования (БФ) формирование сигнала должно обеспечить исчезновение его воздействия на задатчик регулятора темпе­ратуры РТР в установившихся режимах. Использование информации о вспомога­тельной регулируемой

Рис. 14.11. Двухимпульсная схема регулирования температуры перегретого пара

величине позволяет изолировать основную регулируемую величину от возмущений, идущих со стороны пароохладителя ПО (от изменений температуры пара на входе в пароохладитель и самопроизвольного изменения расхода охлаждающей воды). Регулирующим воздействием является изменение положения клапана подачи охлаждающей воды на пароохладитель. Имеет место каскадное регулирование.

Применение двухимпульсной схемы регулирования температуры перегретого пара связано с запаздыванием и инерционностью объекта регулирования – пароохладителя. Поэтому и берутся упреждающий сигнал по скорости изменения температуры пара за пароохладителем.

При горении топлива его горючие составляющие – углерод и водород – вступают в химическое взаимодействие с кислородом. В результате при горении уг­лерода образуется углекислый газ, при горении водорода – водяные пары. В большинстве случаев кислород для горения поступает из воздуха.

14.6. Управление вентилятором

Азот, содержащийся в воздухе, в горении не участвует и, нагреваясь, уносит значи­тельное количество теплоты. Так как в воздухе содержится по объему около 21 % кисло­рода и 79 % азота и некоторых других газов, то теоретически необходимый для сжигания газа объем воздуха больше требующегося для реакции горения объема кислорода в 100 : 21 = 4,76 раза, а на каждый использованный кубический метр кислорода приходится 79 : 21 = 3,76 м³ азота.

Зная состав горючих газов (другого топлива) и реакции горения, можно подсчитать теоретически не­обходимое количество воздуха для полного сгорания 1 м³ газа (для природного газа требуется 17,3 массовых доли воздуха на одну долю газа).

Однако если в топку подавать только теоретически необходимое количество возду­ха, то добиться полного сгорания топлива невозможно. Объясняется это тем, что трудно так перемешать топливо с воздухом, чтобы к каждой молекуле горючих было подведено необходимое количество молекул кислорода. Поэтому на практике приходится подавать воздуха больше, чем теоретически необходимо, т.е. работать с избытком воздуха. При этом часть воздуха проходит через топку, не реагируя с топливом. Размер избытка или недостатка определяется коэффициентом избытка воздуха , который показывает отно­шение действительного количества воздуха, расходуемого на горение, к теоретически необходимому. Из графика (рис. 14.12) видно, что коэффициенту избытка воздуха  соответствует определенное про­центное соотношение k углекислого газа и кислорода в дымовых газах. Таким образом, контроль качества процесса горения можно вести по содержанию CO₂ и O₂ в дымовых газах. Оптимальные значения коэффициента расхода воздуха определяют при тепловых испытаниях котлоагрегата. Управление подачей воздуха должно вестись с до­вольно высокой точностью и обеспечивать отклонение значения CO₂ не более чем на ±0,5 % (при колебаниях содержания CO₂ в уходящих газах в среднем 8–12 %).

Рис. 14.12. Зависимость состава дымовых газов от коэффициента избытка воздуха

Соотношение количества топлива и воздуха, поступающих в топку, и условия их пере­мешивания определяют полноту сгорания топлива, длину факела, равномерность распреде­ления температур и тепловых потоков в топочном объеме. Для регулирования процесса горения необходимо воздействовать одновременно на топливные и воздушные регулирую­щие устройства.

После розжига в режиме производительной работы котла возможны варианты управления вентилятором:

• установка и поддержание заданного режимной картой соотношения топливо – воздух. Режимная карта определяет зависимость (как правило, нелинейную) давления воздуха от расхода топлива в котле. Электропривод работает в режиме ре­гулятора давления с изменяющимся заданием в функции производительности котла, вида топлива, числа действующих каналов подачи топлива. Требуемая для конкретного котла зависимость программируется при настройке регулятора;

• поддержание заданного соотношения топливо – воздух с учетом температуры окружающего воздуха;

• установка и поддержание заданного в функции производительности содержания кислорода в выходных газах котла у основания вытяжной трубы. В регу­ляторе силового электропривода или электропривода шибера (заслонки) используется сигнал датчика – кислородомера;

• установка и поддержание заданного в функции производительности содержания окиси углерода СО в выходных газах котла у основания вытяжной трубы. В регуляторе электропривода используется сигнал датчика СО – газоанализатора.

Наиболее прогрессивным способом поддержания оптимального соотношения топливо – воздух котельной установки является управление подачей воздуха на основе анализа состава дымовых газов, в данном случае по сигналу, пропорциональному содержанию кислорода или окиси углерода и формируемому газоанализаторами. Регулирование подачи воздуха, основанное на данном способе, учитывает практически все флуктуации качества топлива, температуры подаваемого в топку воздуха, а также методические погрешности первичных преобразователей. Ограничение может быть связано только с возможным отсутствием дешевых и надежных газоанализаторов с широким диапазоном рабочих температур.

Возможная структурная схема системы управления приводом вентилятора показана на рис. 14.13.

Рис. 14.13. Структурная схема системы управления электроприводом вентилятора: ФП – функциональный преобразователь; УП – узел мягкого перехода

Система содержит два контура: основной и дополнительный.

Основным контуром регулирования подачи воздуха в топку является контур на основе анализа воздуха по количеству остаточного кислорода в дымовых газах. Обязательным сигналом обратной связи для работы основного контура является аналоговый сигнал от датчика газоанализатора. Сигнал задания на содержание кислорода (задано в микропроцессорном программируемом контроллере) и сигнал обратной связи сравниваются, сигнал рассогласования поступает в систему регулирования на аналоговый или цифровой регулятор

При розжиге котла и на начальном участке его производительности состав отходящих газов мало отличается от состава поступающего в топку воздуха. Поэтому система управления, замкнутая по сигналу газоанализатора, неэффективна, и возникает необходимость в дополнительном контуре. Дополнительный контур работает по заданному соотношению топливо – воздух. Задающим сигналом для работы системы управления электропривода вентилятора по дополнительному контуру является сигнал датчика давления газа.

Соотношение топливо – воздух имеет вид линейного уравнения:

Р_возд = К₁  Р_газ – К₂.

Коэффициенты К₁ и К₂ определяются при технической наладке котлоагрегата и заносятся в программируемые параметры микроконтроллера.

Если вычислять необходимое количество воздуха по этому уравнению (рис. 14.14), то при розжиге и для малой производительности (пунктирная линия) система управления должна прекратить подачу воздуха. Для устранения этого эффекта на начальном участке характеристики производится ее излом так, чтобы в любом случае (и при отсутствии топлива) поступало минимально необходимое количество воздуха.

Все эти вычисления производятся в функциональном преобразователе, входным сигналом для которого является сигнал с датчика давления газа. Выходной сигнал с ФП (Р_зад) является сигналом задания для системы регулирования давления воздуха, который сравнивается с сигналом обратной связи давления воздуха на выходе воздуходувки Р_возд. Результирующий сигнал рассогласования поступает на регулятор W_p.в, а затем – на ИМ регулирования давления воздуха.

B ФП заводится аналоговый сигнал корректирующего параметра t₀ по температуре воздуха. Действие этого сигнала заключается в изменении наклона вычисляемого уравнения. На рис. 14.14 штриховой линией показаны две характеристики соотношения для различных температур направляемого в топку котла воздуха. Переход с одной характеристики на другую происходит достаточно медленно, чтобы все переходные процессы в системе регулирования закончились до следующего перехода.

При достижении определенной производительности система управления переходит с дополнительного контура регулирования на основной. Это переключение должно быть «мягким». Для достижения этого перед переключением контуров включается режим регулирования с пошаговой коррекцией. Данная коррекция продолжается до тех пор, пока не сравняются величины сигналов задания и обратной связи. При увеличении производительности это величина требуемого процентного содержания кислорода в отходящих дымовых газах с действительным его значением.

Рис. 14.14. Характеристики при регулировании соотношения «топливо – воздух»: Р_газ – давление газа перед горелкой; Р_возд – давление воздуха в воздухопроводе перед горелкой; О₂ – процентное содержание кислорода в отходящих дымовых газах; R₁, R₂ – зоны коррекции при переходе с основной системы управления на дополнительную и наоборот;

k₁, k₂ – коэффициенты линейного уравнения;  – коэффициент, учитывающий температуру воздуха перед горелкой

При снижении производительности условием перехода на дополнительный контур является равенство действительного давления воздуха перед горелкой заданному.

Для исключения неопределенного состояния системы зоны переходов R₁ и R₂ разнесены. В зоне R₂ производится переход с дополнительной системы регулирования на основную, а в R₁ – из основной на дополнительную.

Регулировочные характеристики выделены жирным. Величины всех входных и выходных сигналов ФП, регуляторов могут быть выведены на табло контроллера.