6.3. Регулювання параметрів пари
Властивість випарних апаратів працювати на гріючій парі низького тиску робить їх дуже економічними. На багатьох заводах зазвичай присутні надлишок пари низького тиску, дякуючи чому забезпечується його підвід до багатьох технологічних процесів. Незважаючи на те що така ситуація сприятлива з виробничої точки зору, вона дає змогу припустити, що пара низького тиску більшу частину часу витрачається дарма. По мірі того як заводські інженери займаються пошуком способів скорочення цих втрат і намагаються використовувати пару низького тиску, проблема його регулювання стає головною проблемою управління роботи випарних апаратів.
Класифікація регуляторів може здійснюватися за різними ознаками. За способом дії розрізняють регулятори прямої і непрямої дії. До регуляторів прямої дії
відносять такі регулятори, у яких зусилля, необхідне для переміщення регулюючого органу, виникає за рахунок зміни вихідного параметра без підведення додаткової енергії. Зрозуміло, що в цьому випадку датчик (чутливий елемент) є одночасно і виконавчим механізмом. На практиці ширшого застосування набули регулятори непрямої дії. Ці регулятори класифікуються за видом джерела енергії, що використовується для переміщення виконавчого механізму: електричні, гідравлічні, пневматичні і комбіновані. Крім того, регулятори класифікуються на релейні, безперервні та імпульсні. Релейні регулятори називають ще позиційними. Регулятори поділяють також на екстремальні і стабілізаційні. Екстремальні регулятори можна використовувати на об'єктах, що характеризуються екстремальною статичною характеристикою, положення якої в координатному просторі в залежності від зовнішніх впливів дрейфує у часі.
6.3.1. Системи періодичного регулювання
Будь-яка система, що працює на водяній парі, має дуже обмежену можливість акумулювати енергію. Якщо витрати водяної пари, що потрапляє в колектор і виходить з нього, повністю не залежать від тиску в ньому, то тиск в парозбірнику не саморегулюється, і можна очікувати, що він змінюється у відповідності з кожною зміною навантаження. Загальноприйнятою практикою регулювання тиску в парозбірнику є підвід пари більш високого тиску. Однак це не тільки мало ефективно через велику вартість пари підвищеного тиску, але також і внаслідок того, що даний спосіб не дозволяє коректувати умову надлишку пари. Припустимо, що в середньому підвід гріючої пари низького тиску дорівнює необхідному. Різких знижень тиску можна запобігти шляхом подачі пари більш високого тиску. Однак ця дія викличе виникнення певного надлишку пари низького тиску, що потребує його скиду чи конденсації.
Найкраще рішення цієї проблеми - допустити коливання тиску в колекторі в певних межах, завдяки чому знижується подача пари підвищеного тиску і скидання пари низького тиску. Однак, ці коливання можуть серйозно порушити роботу користувачів пари, а в тому числі і випарних апаратів. В цьому випадку можна передбачити захист шляхом регулювання витрати граючої пари. Зміна тиску, що впливає на витрату пари буде негайно враховуватись регулятором витрати. Але градуювання витратоміра також залежить від тиску, то необхідно вводити відповідну компенсацію (рис. 3.9, 3.10).
В багатьох випадках навіть регулювання витрати з компенсацією по тиску виявляється недостатнім. Якщо зменшиться кількість пари, що подається користувачам, і має таке регулювання, то всі клапани виявляться відкритими, й вони будуть конкурувати в отриманні решти пари. Нажаль, це буде той самий
момент, коли ні один користувач не зможе бути задоволений. Тим з них, котрі мають не скомпенсоване регулювання витрати, доведеться витримати основне навантаження порушення режиму роботи, але навіть деякі клапани, що мають таке регулювання, будуть приведені в повністю відкритий стан. В результаті чого в випарному апараті буде припинений контроль якості кінцевого продукту, що призведе або до повної втрати високоякісного продукту, або до переводу його в продукт більш низького сорту.
Існує більш прийнятне рішення цієї проблеми. Випарний апарат, який немає в середньому обмежень по продуктивності, може демпфірувати коливання параметрів граючої пари що підводиться, в своєму баці первинного розчину. На рис. 6.13 зображений випарний апарат, в якому рівень розчину, що знаходиться в живильному баці, регулюється завданням витрати граючої пари. Сигнал дійсної кількості тепла що підводиться до випарного апарату, що визначається за результатами вимірювання витратоміром з компенсацією по тиску, конвертується системою регулювання по збуренню в сигнал витрати первинного розчину, що відповідає заданій якості кінцевого продукту. Ця частина системи регулювання показана в нижній половині рис 6.10.
Коли кількість пари що надходить понизиться до рівня, при якому регулювання витрати робиться неможливим, то система автоматично зменшить витрату первинного розчину. Зниження витрати первинного розчину викличе підйом його рівня в живильному баці. Після того як пари знову стане достатньо, підвищений рівень розчину вимагатиме більш високого, в порівнянні з попереднім завданням витрати пари, а також збільшиться витрата первинного розчину. Для виходу на потрібний рівень продуктивності, усереднений на інтервалі, що рівний сталій часу живильного баку, потрібно буде лише підвести достатню кількість гріючого пару.
Аби максимально збільшити здатність живильного баку демпфірувати коливання параметрів, гріючого пару що підводиться, регулятор рівня повинен бути налаштований на малу величину, наприклад 20%. В стаціонарному режимі рівень розчину в баку буде знаходитись на відмітці 20%, а решта 80% ємкості будуть вільні для прийому тої кількості розчину, що перевищує експлуатаційні можливості випарного апарату. Якщо притік первинного розчину швидко зростає, або якщо пари що є в наявності не вистачає, то регулятор рівня з ПІ дією буде змінювати завдання витрати пари в бік її збільшення до максимального значення. Це максимальне значення повинно відповідати продуктивності випарного апарату при підтримці потрібного рівня якості кінцевого продукту. Після відновлення подачі пари регулятор рівня може потребувати максимальної витрати пари до тих пір доки рівень не повернеться до відмітки 20%. Це буде значити повернення
системи до її первинної продуктивності і її готовність до подолання наступних порушень режиму роботи.
Рис. 6.13. Схема регулювання рівня первинного розчину
LT-рівнемір, LC - регулятор рівня, РТ-давач тиску, РDC - регулятор перепаду тиску, FT- перетворювач витрати, FC-регулятор витрати
Зона пропорційності регулятора рівня повинна дорівнювати значенню величини що регулюється, наприклад 20%. Тоді різке зниження рівня може бути враховано еквівалентним зниженням кількості тепла що підводиться і первинного розчину. В цьому випадку подача тепла припиниться ще до того, як бак повністю спорожніє.
Деякі нові моделі випарних апаратів будуть обладнанні компресорами вторинного пару, що приводиться в дію гріючою парою, тобто будуть мати паротурбінний привід. Тоді парові турбіни, що приводять в дію компресори, будуть як правило скидати відпрацьований пар в колектори граючої пари низького тиску, які мають звичайні випарні апарати. Оптимальний баланс між виконаною роботою і затраченим теплом буде досягатися в тих випадках, коли шляхом регулювання витрати пари що поступає в турбіни тиск в колекторі буде підтримуватися на практично максимальному рівні. В гл.З описані колектори, в яких тиск регулювався підводом пари до турбогенераторів з використанням електропостачання для демпфірування коливань попиту на гріючий пар низького тиску. При наявності випарних апаратів з компресорами вторинного пару для
демпфірування коливань попиту на пар низького тиску, може бути використана ємність живильного баку, як це було описано вище. Проте, як показано на рис. 3.8, для досягнення максимальної ефективності системи, тиск в колекторі низького тиску потрібно підтримувати на мінімальному рівні шляхом вибору положення регулюючих органів найбільш відкритих клапанів споживачів.