1225

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 яв-

ляется 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 Wрег.Q2 .

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

301

для работы системы управления электропривода вентилятора по дополнительному контуру является сигнал датчика давления газа.

Соотношение топливо – воздух имеет вид линейного уравнения:

Рвозд = К1 Ргаз – 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 (Рзад) является сигналом задания для системы регулирования давления воздуха, который сравнивается

ссигналом обратной связи давления воздуха на выходе воздуходув-

ки Рвозд. Результирующий сигнал рассогласования поступает на регулятор Wp.в, а затем – на ИМ регулирования давления воздуха.

B ФП заводится аналоговый сигнал корректирующего парамет-

ра 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

содной 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 достиже-

302

ния 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»: Ргаз – давление газа перед горелкой; Рвозд – 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; kt – коэффициент,

учитывающий температуру воздуха перед горелкой

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

303

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.

14.7. УПРАВЛЕНИЕ ДЫМОСОСОМ

Как известно, газы при нагревании расширяются и их плотность становится меньше плотности наружного воздуха. Следовательно, масса уходящих газов в дымовой трубе всегда меньше, чем такого же столба холодного воздуха, что и обусловливает действие естественной тяги. Сила тяги увеличивается с высотой дымовой трубы и температурой уходящих газов. Она расходуется на преодоление сопротивлений на пути воздуха и уходящих газов при их движении от входа в топку до выхода в дымовую трубу. Такими сопротивлениями являются сама топка, дымоходы, боров, шиберы и т.д. Наибольшее разрежение создается в основании дымовой трубы, наименьшее – в топке.

Слабое разрежение в топке может служить причиной неполного сгорания газа из-за недостатка воздуха при использовании диффузионных горелок или горелок с частичной инжекцией воздуха. Излишнее разрежение также не нужно, так как способствует большим присосам воздуха в топку и дымоходы. В результате горение идет с большим избытком воздуха, потеря теплоты с уходящими газами увеличивается, а температура в топке понижается. Кроме того, повышенное разрежение в топке снижает устойчивость факела по отношению к отрыву. На степень разрежения оказывают влияние атмосферное давление и температура окружающего воздуха. При понижении атмосферного давления разрежение уменьшается, и наоборот, при высоком атмосферном давлении – увеличивается (при прочих равных условиях). С другой стороны, зимой разрежение больше, чем летом, вследствие увеличения разности температур, а следовательно, и плотно-

304

стей уходящих газов и наружного воздуха. Разрежение уменьшается, если в газоходы и боров агрегата присасывается воздух, снижающий температуру уходящих газов, а также при появлении в борове влаги в результате подъема грунтовых вод. На степень разрежения, создаваемого дымовой трубой, оказывает влияние ветер, который в небольших установках может вызвать опрокидывание тяги, т.е. направить газы в трубе в обратную сторону. В этом случае возможно прекращение горения газа и попадание его из агрегата в помещение.

Дымосос предназначен для удаления дымовых газов из котельной установки, так как при наличии в котельном агрегате водяного экономайзера и воздухоподогревателя сопротивление газового тракта становится настолько большим, что естественная тяга, создаваемая дымовой трубой, не может его преодолеть. Разрежение при помощи дымососов всегда устанавливают в случаях, когда за топкой имеются устройства, утилизирующие теплоту (экономайзеры, воздухоподогреватели, рекуператоры и др.).

Искусственная тяга создается дымососами прямого и не прямого действия. Обычно применяются дымососы прямого действия, как наиболее экономичные. Применяемые при искусственной тяге дымососы состоят из вращающейся части (ротора с лопатками) и неподвижного кожуха в форме улитки (рис. 14.15).

В положениях, близких к полному закрытию, изменение расхода газа или воздуха осуществляется в основном за счет дросселирования. В дальнейшем по мере открытия и увеличения угла поворота лопаток направляющего аппарата изменение расхода достигается частично дросселированием, а также изменением направления потока по отношению к лопастям рабочего колеса дымососа или вентилятора.

Дымососы работают в более тяжелых условиях, чем вентиляторы, так как они отсасывают газы с более высокой температурой, чем воздух. Поэтому иногда в дымососах предусматривается водяное охлаждение подшипников и более прочное конструктивное исполнение лопаток и кожуха.

305

Температура отсасываемых газов при искусственной тяге должна быть не ниже 100 °С и не выше 250 °С, так как при температуре ниже 100 °С происходит ржавление дымососов, выделение конденсата в трубе, а температура выше 250 °С отрицательно влияет на их прочность. Если температура дымовых газов выше 250 °С, следует подмешивать холодный воздух.

На рис. 14.16 представлены области оптимальной работы широко распространенных отечественных вентиляторов.

Рис. 14.16. Области оптимальной работы тягодутьевых машин при ω = const

307

САР дымососа

Регулятор разрежения (РР) должен обеспечивать устойчивое разрежение в топке в пределах 20–40 Па (2–4 мм в. ст.), способствуя полному удалению продуктов горения из топки. РР получает сигнал разрежения от датчика разряжения и сигнал задания на величину разряжения в топке.

Из-за разброса значений разрежения по зонам топки датчик разрежения обычно устанавливают в верхней части топочной камеры.

Так как давление в топке котла должно быть неизменным во всех режимах и во всем диапазоне производительности, удобнее всего его величину занести в поле программируемых параметров контроллера, хотя допускается управление от встроенного потенциометра.

Регулятор воздействует непосредственно на изменение положения направляющих аппаратов дымососов или на скорость двигателей дымососов при наличии регулируемого электропривода.

Основным возмущением для системы регулирования разрежения является изменение расхода топлива (и, как следствие, изменение расхода воздуха). Поэтому регулирующее воздействие регулятора подачи топлива следует подать не только на изменение подачи воздуха, но и на вход регулятора разряжения. Изменение положения направляющих аппаратов вентиляторов одновременно приводит в движение направляющие аппараты дымососов, так что разрежение в топке практически остается неизменным.

Объект регулирования (топка котла) по подаче топлива с выходом по разряжению не имеет транспортного запаздывания, обладает малой инерционностью и значительным самовыравниванием (рис. 14.17).

Однако отрицательным свойством участка являются колебания регулируемой величины около среднего значения с амплитудой 30–50 Па и частотой до нескольких герц (5–10 Гц).

Такие пульсации зависят от большого числа факторов, в частности от пульсаций расходов топлива и воздуха, вызванных пульсациями в работе тягодутьевых устройств. Это затрудняет работу регулирующих приборов, вызывая их частые срабатывания. Для сглаживания

308

пульсаций перед первичным измерительным преобразователем устанавливают специальные демпфирующие устройства (шайбы, баллоны, емкости) или используют электрический демпфер измерительного блока регулирующих приборов с передаточной функцией Wдф:

Wдф =1 / Тдф р + 1,

где Тдф – постоянная демпфирования.

Рис. 14.17. Кривые переходного процесса по разряжению котла при возмущении расходом топлива:

В – подача топлива; Sт – выход по разряжению при воздействии подачи топлива

При синтезе САР следует учитывать большие пульсации сигнала обратной связи по разряжению, отражающие реальную картину изменений разряжения в топке котла, также значительное транспортное запаздывание в воздушном тракте от дымососа до датчика разряжения. Величину запаздывания желательно определять экспериментально по кривой разгона, подавая в ручном режиме импульс на изменение разряжения.

До 1980-х годов основными регулирующими аппаратами возду- хо-дутьевых механизмов являлись КТС «Контур» с регуляторами Р25 и КТС «Контур-2» с регуляторами РС29 в комплекте с ИМ постоянной скорости. На замену аппаратной реализации законов регу-

309

лирования пришли цифровые регуляторы типа «Ремиконт» (регулирующие микропроцессорные регуляторы) и др. В настоящее время фактически стандартом является применение частотно-регулиру- емых электроприводов на дутьевых механизмах котельных.

Структурная схема системы управления частотно-регулируе- мым электроприводом дымососа представлена на рис. 14.18.

В данной схеме сигнал Ргаза придает САР дымососа частичную инвариантность по возмущению Ргаза, т.е. с увеличением подачи газа заблаговременно увеличивается и скорость двигателя дымососа. При правильной настройке Wкор и Wрег.разр возможно реализовать и полную инвариантность по возмущению. Wкор и Wрег.разр реализуются в современных регуляторах в цифровом виде.

Рис. 14.18. САУ разряжением с частотно-регулируемым электроприводом: Рзад.разр – задание разряжения в топке котла (2–4 мм в. ст. в рабочем режиме, 0,5–1 мм в. ст. при розжиге и начальном диапазоне работы); Ргаза – сигнал с датчика давления газа перед горелками, характеризующий задание производительности котельной установки; Wобъекта – передаточная функция объекта

обычно в аналоговом виде (токовый сигнал) поступают на плату ввода программируемого микропроцессорного контроллера управления.

Электропривод дымососа во всех режимах работы котла – вентиляции, розжига, производительной работы, поддерживает посто-

310