1225

2)питания котла (уровня воды в барабане);

3)разряжения в топке котла;

4)общего воздуха;

5)температуры перегретого пара;

6)непрерывной продувки.

На рис. 14.2 представлена принципиальная схема паровой котельной.

Рис. 14.2. Принципиальная тепловая схема котельной с паровыми котлами: 1 – паровой котел; 2 – деаэратор питательной воды; 3 – деаэратор подпиточной воды; 4 – охладитель выпара; 5 – насос сырой воды; 6 – насос питательный; 7 – насос подпиточный; 8 – насос сетевой; 9 – насос конденсатный; 10 – бак конденсатный; 11 – охладитель продувочной воды; 12 – подогреватель сырой воды; 13 – подогреватель химически очищенной воды; 14 – охладитель подпиточной воды; 15 – охладитель конденсата;

16 – подогреватель сетевой воды; 17 – РОУ; 18 – сепаратор непрерывной продувки; 19 – участок химводоподготовки

281

Процессы изменения выходных координат при регулировании подачи топлива имеют длительный характер. Когда подача топлива увеличивается, часть увеличенной подачи тепла уйдет на нагрев топочной кладки, деталей топочного устройства, металла экранных труб и т.д. Следовательно, чтобы ускорить переходные процессы, регулятор подачи топлива (регулятор нагрузки) должен подать команду, учитывающую этот повышенный расход топлива (ввести форсировку).

Вместе с тем, когда процесс установится в новом режиме и все части котла прогреются, эта добавочная порция тепла, если ее не снять, приведет к повышению выходной переменной выше нормы (произойдет перерегулирование). Пройдет несколько колебаний всей системы, прежде чем процесс установится. Такие колебания являются нежелательными для котельного агрегата, так как кроме неэкономичности этот режим приводит к тепловым перегрузкам и деформациям всех частей котла. Правильный выбор регуляторов и точные настройки их параметров в подсистемах обеспечивают требуемый переходный процесс и улучшают режим работы котла.

Перечисленные подсистемы являются определяющими для котельной установки. Они взаимозависимы. Каждая из подсистем может быть реализована аппаратно по-разному. До 1990-х годов регулирование в котельных установках осуществлялось изменением положения задвижек, шиберов, заслонок направляющих аппаратов, регулируемых клапанов при постоянной скорости двигателей турбомеханизмов.

В настоящее время задача поддержания оптимального режима горения в топке обеспечивается выбором необходимой скорости вращения электродвигателей тягодутьевых механизмов при полностью открытых шиберах дымососа и вентилятора практически во всем диапазоне рабочей производительности котельной установки.

Использование частотно-регулируемых электроприводов для управления дымососами котельных установок с энергетической и с технологической точек зрения намного эффективнее. Он снижает расход топлива на 3–5 %, потребление электроэнергии – на 30–40 % при той же производительности котла, повышает точность реализации зависимости рабочих параметров при регулировании.

282

Опыт автоматизации котельных показывает, что регулирование процесса горения позволяет достичь экономии топлива до 10 %, увеличить КПД котла на 5–6 %, сократить расход электроэнергии на дутье и тягу, уменьшить объем ремонтных работ, облегчить работу и сократить количество обслуживающего персонала.

Следует иметь в виду, что при полностью открытых шиберах возможно возникновение неустойчивого режима горения при розжиге котла и в начальном диапазоне его производительности («отрыв» пламени от запальника или от горелки). Данный неустойчивый режим определяется значительными динамическими возмущениями давления (разрежение в топке котла), вызываемыми работой рядом расположенных котельных установок, связанных по газоходам с общей дымовой трубой. Второй причиной «отрыва» пламени может быть естественная тяга дымовой трубы.

Дестабилизирующее влияние этих факторов может быть значительно уменьшено или вообще исключено, если на время розжига котла и при малой его производительности шиберы прикрыть. Контур управления положением шиберов введен как в систему управления вентилятором, так и в систему управления дымососа. Данные контура являются одновременно резервными, когда возможен выход из строя преобразователя частоты.

Основным режимом работы системы управления тягодутьевыми механизмами является автоматический. Этот вид работы характеризуется переходами из одного режима работы котлоагрегата в другой, в зависимости от поступающих в систему управления сигналов. Так поступающий из системы защиты разрешающий сигнал переводит тягодутьевые механизмы из первоначального режима вентиляции топки в режим розжига, а затем, с увеличением количества поступающего топлива, система управления плавно переводит котлоагрегат непосредственно в рабочий режим.

В случае возникновения аварийных ситуаций, при которых автоматика безопасности выдает команду на отсечку котла, система управления тягодутьевыми механизмами заставляет котлоагрегат перейти в режим вентиляции.

283

Для настройки различных систем управления котлоагрегата предусмотрен ручной режим работы тягодутьевых механизмов с непосредственным управлением скоростью вращения двигателей. Перевод каждой системы управления из ручного режима работы в автоматический и обратно может быть произведен в любой момент времени независимо от режима работы других САУ котлоагрегата, т.к. предусмотрена возможность «безударного» переключения из одного режима работы в другой.

В табл. 14.1 приведены основные контролируемые параметры автоматики парового котла, а на рис. 14.3 – схема системы автоматики «Контур» для мазутных паровых котлов 1980-х годов на основе регуляторов Р25.

Т а б л и ц а 1 4 . 1

Основные параметры автоматики парового котла

2 Контроль при розжиге.

284

при относительно невысоких капитальных затратах, т.к. не требуется установка новых энергетических котлов.

2. Как известно, большой процент аварий в котельных происходит из-за отказов или сбоев в системах автоматики безопасности, ошибок обслуживающего персонала.

Отказы автоматики вызваны в основном тем, что используемые комплексы технических средств для автоматизации котлов и котельных, разработанные в 1970–80-х годах, в настоящее время имеют большой износ, морально устарели. Малая наработка на отказ подобных комплексов технических средств, их низкая помехоустойчивость, устаревшая элементная база, отсутствие защиты от несанкционированного доступа к управлению, регистрации нештатных ситуаций, универсальности, а также многих других сервисных возможностей, характерных для современной техники, не позволяют в полной мере обеспечить безотказную работу котлов и котельных, создать современные автоматизированные системы управления, обходиться без помощи людей при обслуживании котельных.

Необходимо модернизировать системы управления котельными агрегатами на современной основе.

14.3. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАГРУЗКИ КОТЛА

Показателем качества функционирования этой системы является удельный расход топлива, который должен быть минимальным. Однако непосредственное оперативное управление этим показателем не представляется возможным, так как его вычисление связано с достаточно длительным интегрированием расхода топлива и нагрузки энергоблока. Поэтому предпринимались многочисленные поиски косвенной регулируемой величины, поддержание которой на том или ином уровне гарантировало бы достаточно приемлемую близость удельного расхода к минимуму.

Известно, что высокое качество сгорания топлива возможно только при вполне определенном подводе воздуха в топку. На рис. 14.4

286

представлена схема САУ, получившая название «топливо – воздух», которая решает задачу. Регулятор подачи воздуха в топку Рв воздействует на регулирующий орган подачи воздуха. На его вход подается разность между действительным расходом воздуха Gв и его заданным значением G3в, которое вырабатывается в командном блоке (КБ) в зависимости от изменения расхода топлива Gт по заранее составленной режимной карте. Режимная карта может быть скорректирована подачей воздействия .

Рис. 14.4. Регулирование соотношения «топливо – воздух»

Заметим, что, поскольку расход топлива меняется регулятором давления пара, приведенную схему следует рассматривать как часть автономной двумерной системы, управляющей одновременно давлением пара и качеством сгорания топлива.

Другой вариант схемы регулирования качества горения топлива использует существующую закономерность между качеством горения топлива и содержанием кислорода в уходящих газах. Схема такой системы представлена на рис. 14.5. Это каскадная схема, главным регулятором в которой является регулятор содержания кислорода РО2, воздействующий на вспомогательный регулятор расхода воз-

духа РВ в составе системы «топливо – воздух». Заданный расход воздуха зависит от расхода топлива. Сигнал от расхода топлива пода-

287

ется на вход регулятора воздуха РВ через командный блок КБ. Необходимость использования каскадной схемы обусловлена относительно большим запаздыванием, которым обладают существующие при- боры-анализаторы содержания кислорода в уходящих газах.

Рис. 14.5. Каскадное регулирование соотношения «топливо – воздух» с главным регулятором по содержанию кислорода

Регулятор давления пара в главном паропроводе

Главный регулятор ГР является заданием для регуляторов тепловой нагрузки-газ (РТН-газ) отдельных котлов, которые изменяют подачу топлива на котел, тем самым поддерживают заданное давление пара в общей магистрали.

Структурная схема регулирования приведена на рис. 14.6. Главный регулятор получает два сигнала: давление в общей магистрали; задание.

Управление регулятором предусматривается физическое (с пульта управления или дистанционно). В состав главного регулятора должны входить:

–блок процессора;

–задатчик давления в главном паропроводе;

288

–датчик избыточного давления в главном паропроводе (типа Метран-100 или других);

–переключатель.

Рис. 14.6. Структурная схема регулирования главного регулятора: РТН – регулятор тепловой нагрузки; РОВ – регулятор общего воздуха; УСО – устройство связи с объектом; ГР – главный регулятор;

РТ – регулятор подачи топлива

Переключатель служит для перевода регуляторов тепловой нагрузки отдельных котлов в базовый или регулируемый режимы с местным или дистанционным управлением.

Регуляторы тепловой нагрузки установлены на каждом из котлов, работающих на главный паропровод. Структурная схема регулирования тепловой нагрузки приведена на рис. 14.7.

Регулятор получает два сигнала: от главного регулятора; от датчика расхода пара.

В комплект регулятора тепловой нагрузки входят следующие элементы:

–блок процессора;

–датчик расхода пара;

289