Лекция 12.

12.1. Регулирование процессов горения и парообразования

Количест­во сжигаемого топлива, а точнее, тепловыделение в топке в уста­новившемся режиме должно соответствовать количеству выраба­тываемого пара С_п Косвенным показателем тепловыделения Q'_T, служит тепловая нагрузка G_q. Она характеризует количество теп­лоты, воспринятое поверхностями нагрева в единицу времени и затраченное на нагрев котловой воды в экранных трубах и на па­рообразование. Количество пара, вырабатываемого котлом должно соответствовать расходу пара на турбину G_nп Кос­венным показателем этого соответствия служит давление пара пе­ред турбиной. Оно должно поддерживаться вблизи заданного зна­чения с высокой точностью по условиям экономичности и безопас­ности работы теплоэнергетической установки в целом.

Косвенным показателем устойчи­вости факела в топочной камере служит постоянство разрежения в ее верхней части S_T. Регулирование процессов горения и паро­образования в целом сводят к поддержанию вблизи заданных зна­чений следующих величин:

• давления перегретого пара р_оп и тепловой нагрузки G_g;

• избытка воздуха в топке α (содержания 02, %) за паропере­гревателем, влияющего на экономичность процесса горения;

• разрежения в верхней части топки S_T.

Регулирование давления свежего пара и тепловой нагруз­ки.

Парогенератор может быть представлен в виде последовательного соединения простых участков, разграниченных конструктивно (см. рис. 12.1): топочной камеры; парообразующей части, состоящей из поверхностей нагрева, расположенных в топочной камере; барабана и па­роперегревателя.

Рассмотрим динамику испарительного участка. Изменение тепловыделения Q'_T, приводит к измене­нию паропроизводительности G_б и давления пара в барабане р_б. Если прирост расхода топлива и тепловыделения идет целиком на нагрев пароводяной смеси и металла поверхностей нагрева, то из уравнения теплового баланса следует:

(12.1)

где А — размерный коэффициент, характеризующий тепловую аккумулирующую способность пароводяной смеси, металла испа­рительной части и барабана; dp_б/dt — скорость изменения давле­ния пара в барабане; Q'_T — теплота, затраченная на нагрев паро­водяной смеси; h_н — энтальпия насыщенного пара на выходе из барабана; h_ПВ — энтальпия питательной воды; Gб(h_и— h_пв) — теп­лота, ушедшая с паром.

Разделив правую и левую части уравнения (11.1) на h_и— h_пв, по­лучим другую форму записи уравнения теплового баланса:

и

(12.2)

ли

где С_П=А /h_и— h_пв — постоянная, характеризующая массовую ак­кумулирующую способность пароводяной смеси и металла испа­рительной части котла, кг/(кгс/см ); G_q = (Q'_Т/ h_и— h_пв — тепло­вая нагрузка котла, характеризующая тепловосприятие испари­тельных поверхностей в единицу времени, кг/с. Преобразуя (11.2), получаем

Схема формирования G_q, назы­ваемого в дальнейшем сигналом по теплоте , приведена на рис. 12.1. Сигнал по теплоте, обладая преимуществом в простоте и на­дежности измерения, имеет недо­статки:

• зависит от расхода воды на впрыск в паропровод свежего па­ра;

• реагирует с относительно боль­шим запаздыванием на изменение тепловыделения в топке по кана­лам неконтролируемых возмуще­ний (качество топлива, неравномерность работы топливоподающих устройств, колебания расхода первичного воздуха и др.).

Структурная схема регулирования тепловой нагрузки, известная под названием теплота — топливо, изображена на рис. 12.2 а, а функциональная — на рис. 12.2, б. Расход пара измеряют по пере­паду на сужающем устройстве, а сигнал dp_б/dt — с помощью дифференциаторов 4 и 5. Регулятор давления пара I, образующий внешний контур I, выполняет функции автоматического задатчика (корректора) по отношению к регуляторам топлива 2 и 3, об­разующим внутренний контур II. Долю участия каждого агрегата в общей паровой нагрузке, как и в предыдущих схемах, устанав­ливают с помощью ручных задатчиков ЗРУ или УВК верхнего уровня управления. Колебания паровой нагрузки со стороны потребителя возмещают соответствующим изменением задания регулято­рам топлива за счет действия корректирующего регулятора. Все топочные возмущения, приводящие к изменению тепловыделения в топке, устраняют действием стабилизирующих регуляторов.

Еще меньшей инерционностью по сравнению с сигналом по теп­лоте обладает сигнал по тепловосприятию топочных экранов Δp_q. Его использование в АСР тепловой нагрузки вместо сигнала по теплоте позволяет улучшить качество регулирования за счет роста быстродействия стабилизирующего контура II (см. рис. 8.8, а)

Рис. 12.2. Регулирование подачи топлива по схеме "задание —теплота"

а, б — структурная и функциональная схемы; /, // — внешний и внутренний

контуры; 1 — регулятор давления пара; 2,3 — регуляторы топлива; 4,5 —

дифференциаторы