4 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ САУ и К

4.1 Структура автоматической системы регулирования топлива

Расход пара от котла зависит от общей нагрузки котельной. Изменение нагрузки приводит к колебанию давления, как в общей паровой магистрали, так и в барабане котла. Количество пара, вырабатываемого котлом, и стабилизация давления в барабане зависят от количества тепла, выделяемого при сгорании топлива. Не все количество тепла, выделяемого при сгорании топлива, расходуется на парообразование. Часть тепла, например, при увеличении нагрузки, расходуется на подогрев пароводяной смеси и металла трубных поверхностей нагрева котла. Поэтому количество тепла, полученного в топке при сжигании топлива, не пропорционально расходу пара [8, c. 37].

Установленная зависимость между тепловосприятием топки и расходом пара выражается формулой:

, (4.1)

где Q – тепловыделение,

D – расход пара от котла,

dp/dt – скорость изменения давления пара в барабане,

k – коэффициент пропорциональности.

Формула (4.1) представляет собой уравнение теплового баланса котла, и по этому принципу может быть реализована схема регулирования подачи топлива «по теплу», как принято суммарный импульс правой части уравнения (4.1). Импульс «по теплу» является наиболее предпочтительным и универсальным, так как он реагирует и на внутренние и на внешние возмущения.

Внутренние возмущения – это изменение калорийности топлива (или его расхода), внешние – изменение нагрузки. Для котлоагрегатов малой производительности, например ДЕ и ДКВР, экономически нецелесообразно применение сложных схем регулирования, включающих функциональные приборы (корректирующие, дифференцирующие и т. п.). Для котлов ДЕ и ДКВР роль регулятора нагрузки выполняет регулятор давления пара в барабане котла, воздействуя на изменение подачи топлива (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Структурная схема регулятора топлива

Д – датчик,

РН – регулятор нагрузки,

З – задатчик,

ИМ – исполнительный механизм,

РО – регулирующий орган.

4.2 Структура автоматической системы регулирования воздуха

Поддержка оптимального соотношения топлива и воздуха осуществляется для экономического сжигания топлива в топке котла. Если воздуха будет подаваться больше, чем его необходимо для полного сгорания топлива, то на нагрев этого воздуха в топке расходуется дополнительное топливо, что снижает к.п.д. котла. При нехватке воздуха в топке будет происходить неполное сгорание топлива, что также снизит к.п.д.

При работе котла на газообразном топливе рекомендуется включать регулятор по схеме «топливо – воздух». В случае, когда по конструктивным соображениям невозможно обеспечить необходимую длину газопровода для установки сужающего устройства, на регулирующее устройство поддается импульс

по давлению газа перед горелками, косвенно характеризующим расход газа. Следует иметь ввиду, что импульс по давлению газа характеризует расход топлива только для котлов, в топке которых поддерживается устойчивое разрежение. При этом вторым импульсом, поступающим на регулятор, будет давление воздуха перед горелками (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – Структурная схема регулятора воздуха

4.3 Структура автоматической системы регулирования разрежения

Регулирование разрежения обычно осуществляется посредством изменения количества уходящих газов, отсасываемых дымососами. При этом их производительность можно регулировать:

1. поворотными многоосными дроссельными заслонками;

2. направляющими аппаратами;

3. изменением числа оборотов рабочего колеса дымососа с помощью гидромуфт или с помощью изменения скорости вращения первичного двигателя.

Как объект регулирования разрежения топка обладает благоприятными динамическими свойствами — значительным самовыравниванием и практически отсутствием запаздывания.

Создание устойчивого разрежения в топке котла должно осуществляться автоматически в пределах от -20 до -30 Па. В связи с тем, что топка котла является объектом со значительным самовыравниванием, регулирование может осуществляться одноимпульсным астатическим регулятором.

Регулятор разрежения получает импульс по разрежению в верхней части топочной камеры и воздействует на направляющий аппарат дымососа (рисунок 4.3).

Вследствие благоприятных динамических свойств топки в схеме ACP разрежения используются как ПИ-регуляторы, так и И-регуляторы. Наибольшее распространение получила схема регули­рования разрежения с одноимпульсным ПИ-регулятором (рисунок 4.3).

Разрежение в топке котла измеряется измерительным преобразователем (Д) с выхода которого унифицированный сигнал поступает на вход микроконтроллера (РР). Вся информация, поступившая на микроконтроллер (РР), обрабатывается согласно заложенному алгоритму и выдаются дискретные сигналы, которые подаются на пускатель. Пускатель усиливает по мощности дискретные сигналы приводит в движение исполнительный механизм (ИМ). Исполнительный механизм соединенный жесткой механической связью управляет РО.

Рисунок 4.3 – Структурная схема регулятора разрежения

4.4 Структура автоматической системы регулирования питания

К регулированию питания котла водой предъявляются особо высокие требования, так как упуск уровня или перепитка котла может привести к серьезным авариям: пережогу экранных труб или забросу воды в магистральный паропровод.

В АСР с одноимпульсным регулятором в качестве импульса используется величина уровня в барабане котла, измеряемый датчиком Д. При изменении этой величины регулирующее устройство РУ, воздействуя через исполнительный механизм ИМ на регулирующий орган РО, изменяет расход питательной воды на котел в сторону сохранения материального баланса, тем самым обеспечивая поддержание заданного уровня.

На колебание уровня в барабане котла оказывает влияние не только изменение нагрузки, но и явление «набухания» воды – изменение объема, занимаемого паром в пароводяной смеси, проходящей через циркуляционный контур котла. «Набухание» происходит при резких изменениях давления в барабане (сброс или нарастание нагрузки) либо при колебаниях тепловыделений в топке, связанных с изменениями подачи топлива или воздуха.

Д ля котлов ДЕ и ДКВР, имеющих большой объем воды в барабане, поддержание уровня воды в требуемых пределах при малых колебаниях нагрузок достаточно хорошо обеспечивается одноимпульсным (по уровню) регулятором питания. Регулятор питания через исполнительный механизм воздействует на регулирующий клапан, установленный на трубопроводе питательной воды к котлу.

Рисунок 4.4 – Структурная схема регулятора уровня

Для автоматического регулирования котла ДЕ – 16 – 14ГМ в дипломном проекте приняты регуляторы топлива, воздуха, разрежения и уровня. Регулятор воздуха организован по схеме “топливо - воздух”, регулятор разрежения одноимпульсный, воздействующий на направляющий аппарат дымососа. Регулирование питания котла водой осуществляется одноимпульсным регулятором с жесткой обратной связью. Так как котел ДЕ – 16 – 14ГМ является маломощным, то во всех структурных схемах систем автоматического управление используем одноимпульсную систему регулирования.