Дипломы теплотехников / мой диплом / ЗАПИСКА / 9

9 РАСЧЕТ АСР РЕГУЛЯТОРА “РТН-газ”

9.1 Анализ способов и схем регулирования тепловой нагрузки

Существующие способы и схемы автоматического регулирования тепловой нагрузки парогенератора и давления пара в магистрали определяются заданным режимом его работы (базовым или регулирующим) и схемой подсоединения паропровода перегретого пара к потребителю (турбине).

Согласно ОСТ 24.030.46-85 (котлы паровые стационарные) автоматическая система автоматического регулирования должна обеспечить:

а) устойчивую работу автоматических регуляторов (отсутствие автоколебаний) и ограниченную частоту их включения, которая при постоянной нагрузке не должна превышать шести включений в минуту;

б) протекание переходных процессов, вызываемых скачкообразным изменением заданного значения нагрузки на 10% (при исходной номинальной нагрузке), с интегральными квадратичными оценками: 1000 (%)²·с для регулирующего и 1200 (%)²·с для базового режимов работы котла.

в) поддержание в регулирующем режиме работы котла давления пара перед турбиной или в главной паровой магистрали с отклонением не более ±2% номинального;

г) поддержание в базовом режиме работы котла расхода пара с него с отклонением не более ±3% заданного.

Регулирование паропроизводительности котельного агрегата в соответствии с потребляемой нагрузкой производится путем воздействия на подачу в топку топлива и воздуха, необходимого для горения. Условием, определяющим материальный баланс потребляемого и генерируемого пара, является постоянство давления в какой-либо точке парового тракта [6].

Регулирование давления принципиально возможно как в барабане котла, так и перед потребите­лем. С целью уменьшения тормозящего влияния аккумуляции тепла, связанной с изменением давления в барабане при изменениях нагрузки, желательно ре­гулировать давление в барабане котла. Приме­нение одноимпульсного ПИ-регулятора при регу­лировании давления в ба­рабане котла с камерны­ми топками дает удовле­творительные результаты.

На рисунке 9.1.1 изображе­на схема регулирования нагрузки котельных аг­регатов с регулятором давления в барабане. Датчик 1, измеряющий давление пара в бараба­не котла, подключен к ре­гулирующему прибору 2, который с помощью исполнительного механизма ИМ и связанного с ним регулирующего органа РО управляет расходом топли­ва.

к потребителю

Рисунок 9.1.1 – Схема регулирования нагрузки котельного агрегата с

регуляторами давления в барабане

К достоинствам такого способа регулирования следует отнести простоту, а также относительно высокую ста­бильность поддержания заданной нагрузки параллельно работающими котельными агрегатами при значительных возмущениях со стороны топки. В случае самопроиз­вольного изменения подачи топлива в топку одного из котлов система автоматического регулирования нагрузки быстро восстанавливает материальный баланс между потреблением и подачей тепла. Внутренние возмущения, возникшие в одной из автоматической системы регулирования (АСР), практически не переходят в другие параллельно работающие агрегаты.

Недостатком является, относительное распределение нагрузок между ко­тельными агрегатами будет зависеть от величины со­противления парового тракта между потребителем и барабаном каждого агре­гата. Более отдаленные от потребителя агрегаты будут меньше восприни­мать изменение нагрузки, чем агрегаты, располо­женные ближе к потреби­телю, из-за большего пе­репада давлений между барабаном и общей точ­кой отбора нагрузки. Вторым существенным недостатком описываемой АСР является зависимость ве­личины давления у потребителя от нагрузки, в то время как в большинстве случаев требуется поддержание по­стоянства давления пара перед потребителем.

Рисунок 9.1.2 – Схема регулирования нагрузки котельного агрегата с

регуляторами давления в барабане и корректирующим регулятором

Для обеспечения постоянства давления у потреби­теля и максимальной стабилизации нагрузки котельного агрегата при нарушениях топочного режима система автоматического регулирования, изображенная на рисунке 9.1.1, дополняется корректирующим регулятором (рис. 9.1.2).

Корректирующий регулятор 6 получает импульс от датчика 5, измеряющего давление пара у потребителя или в общей магистрали, и воздействует на индивиду­альные регуляторы давления 2. Распределение нагрузок между агрегатами в схеме АСР с корректирующим ре­гулятором производится так же, как и в схеме с инди­видуальным регулятором, изменением заданного давле­ния в барабане. Относительное распределение нагрузок определяется величиной импульса корректирующего ре­гулятора, подаваемого на подчиненный регулятор. Ве­личину воздействия корректирующего регулятора на под­чиненные регуляторы можно изменять в широких пре­делах, тем самым может быть изменена доля участия каждого котельного агрегата в покрытии нагрузок потребителя.

Рисунок 9.1.3 – Схема регулирования нагрузки котельного агрегата с

корректирующим регулятором и регулятором тепловой нагрузки

АСР с корректирующим регулятором, поддерживая с заданной точностью давление пара в общей магистра­ли или у потребителя, изме­няет давление в барабане каждого котельного агрегата в соответствии с нагруз­кой. Однако в АСР с кор­ректирующим регулятором и регуляторами давления в ба­рабане при внутренних воз­мущениях возможно пере­распределение нагрузки меж­ду параллельно работающи­ми котельными агрегатами в переходных режимах, вслед­ствие значительной инерци­онности импульса то давле­нию пара в барабане котла.

Применение импульса по тепловосприятию в схеме регулятора нагрузки позволяет устранить недостаток предшествующей схемы (рис.9.1.3).

Корректирующий регулятор 6 получает импульс по дав­лению пара в магистрали от датчика 5. Выходной сиг­нал корректирующего регулятора представляет собой заданное значение тепловой нагрузки регулятору 2 и другим подчиненным регуляторам. Регулятор тепловой нагрузки через исполнительный механизм 3 воздейст­вует на регулирующий орган подачи топлива 4. Изме­нение подачи топлива будет продолжаться до тех пор, пока сумма сигналов по расходу пара от котла и скорости изменения давления не уравновесит задающий сигнал от корректирующего регулятора. Сигнал по ско­рости изменения давления в барабане формируется изме­рительным устройством и дифференциатором, а сиг­нал по расходу пара формируется дифференциальным манометром 7.

Рисунок 9.1.4 – АСР топлива для газомазутных котлов

Наиболее просто АСР топлива строиться для котлов сжигающих жидкое и газообразное топливо, где возможно непосредственное измерение расхода топлива.

На рисунке 9.1.4 приведена схема АСР расхода топлива, где приняты следующие обозначения: КР – корректирующий регулятор; РТ – регулятор топлива; ДР_м и ДВ – первичные измерительные преобразователи давления Р_м в главной паровой магистрали и расхода топлива; КА – котлоагрегат.

Переключателем любой из котлов можно перевести в регулирующий режим работы. В базовом режиме корректирующий регулятор отключает от регулятора топлива, а вместо него подключает задатчик, с помощью которого каждому котлу задают постоянную нагрузку. В этом случае регуляторы топлива можно рассматривать как стабилизирующие регуляторы паропроизводительности котла.

В регулирующем режиме внутренние возмущения устраняются регуляторами топлива путем воздействия на регулирующие органы расхода топлива, а внешние возмущения – корректирующим регулятором, воздействующим на задание регулятора топлива. В этом режиме корректирующий регулятор распределяет нагрузку между котлами. Доля участия каждого котла в покрытии общей паровой нагрузки устанавливается ручными задатчиками регуляторов топлива.

Обзор периодической литературы (реферативный журнал Энергетика) с 1997 по 2002 года показал, что существенных структурных изменений схем АСР тепловой нагрузки не произошло.

Анализ выше приведенных схем АСР применительно к данному объекту регулирования показал, что оптимальной схемой будет АСР топлива для газомазутных котлов работающая в базовом режиме.

9.2 Экспериментальное снятие кривой разгона и определение динамических параметров объекта

Необходимо определить кривую разгона газопровода перед котлом и найти

динамические параметры объекта: постоянную времени Т_об, коэффициент усиления K_об и время запаздывания _з, для последующего их использования при расчете системы регулирования.

Теплоэнергетические объекты характеризуются непрерывными технологическими процессами и представляют собой устойчивые инерционные динамические системы [7].

Так как экспериментальные методы относительно просты и позволяют сравнительно быстро получить математическое описание объекта, снятие кривой разгона будем выполнять экспериментально.

Для проведения эксперимента воспользуемся схемой экспериментальной установки показанной на рисунке 9.2.1.

Рисунок 9.2.1 Схема экспериментальной установки для определения характеристик объекта

С помощью регулирующего органа производим возмущающие воздействия, единичный ступенчатый сигнал соответствующий 10% значению указателя положения (рисунок 9.2.2). Для контроля регулируемой величины устанавливаем соответствующий датчик (расходомер) и с помощью показывающего прибора регистрируем отклонение регулируемой величины через определенные отрезки времени.

На основании полученных результатов, представленных в таблице 9.2.1, строим кривую разгона при возмущениях расходом газа (рисунок 9.2.3). Сглаживание полученной кривой выполним методом сглаживания по пяти точкам, с помощью программы написанной на языке QBasic (Приложение Е).

Таблица 9.2.1– Экспериментальные и сглаженные значения кривой разгона

t,с	y(t)экспер	y(t)сглажен
0	0	0
2	976,02	1110,452
4	2367,28	2957,692
6	4280,84	4394,894
8	6427,12	5800,508
10	8308,22	6951,186
12	9539,60	7903,991
14	10073,89	8657,904
16	10181,11	9257,115
18	10225,55	9726,87
20	10420,24	10086,21
22	10734,04	10348,92
24	10991,93	10533,27
26	11060,31	10662,17
28	10961,24	10757,28
30	10837,96	10833,21
32	10823,05	10895,56
34	10931,64	10947,39
36	11065,82	10988,43
38	11113,30	11026,8
40	11046,61	11053,61

Рисунок 9.2.2 – Возмущающее воздействие

Полученная сглаженная кривая разгона представляет собой S-образную временную характеристику. В таком случае для определения динамических параметров объекта воспользуемся методом Круг-Мининой [7].

59