Файл: Разработка системы автоматического контроля и регулирования.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.02.2024
Просмотров: 23
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Отношение количества воздуха, подаваемого в топку, к количеству воздуха, теоритически необходимого для полного сжигания топлива, называется коэффициентом избытка воздуха [4]. По значению этого параметра определяется оптимальный режим. Для разного вида и состава топлива коэффициент избытка воздуха тоже разный, кроме того он зависит от нагрузки котла, либо устанавливаются заводом-изготовителем оборудования, либо определяются в процессе режимных испытаний.
Содержание СО2 или О2 в уходящих газах при коэффициенте избытка воздуха α > 1 определяют качество процесса горения. Но при неполном сгорании топлива образуется также монооксид углерода СО.
Измерение СО производится газоанализаторами, которые, как правило, являются сигнализаторами аварийного химнедожога. В последнее время сигнал по содержанию СО в продуктах сгорания также используется для оценки качества процесса горения. Но по концентрации CO можно судить о завершенности процесса горения, а не о коэффициенте избытка воздуха [6], а соответственно это искаженная оценка качества процесса горения.
Измерение СО2 достаточно простое, но из-за значительной инерционности, а также тесной зависимости от состава и свойств топлива использование в современных автоматических систем регулирования не нашло применение.
Таким образом, в настоящее время основным критерием качества процесса горения является содержание кислорода в дымовых газах, которое меньше зависит от свойств топлива.
Участок регулирования экономичности процесса горения по содержанию кислорода в топочных газах состоит их топочной камеры и примыкающего к ней газохода конвективного перегревателя до места измерения содержания кислорода - за рядом поверхностей нагрева в зоне 700-800С. Такое расположение обусловлено стационарностью поля скоростей в поперечном сечении газохода. Оптимальное содержание кислорода при номинальной нагрузке при сжигании мазута или газа составляет от 0,05% до 2%.
Измерение и контроль содержания свободного кислорода в дымовых газах производится газоанализатором кислорода – кислородомером. Как правило, это автоматическая аппаратура, содержащая указывающие и регистрирующие устройства.
Таким образом, на котле осуществляется стабилизация соотношения газ- воздух, с корректированием этого значения по содержанию кислорода, что способствует более точному регулированию.
Рассматриваемый энергоблок является объектом для исследования АСР общего воздуха в данной дипломной работе. Ранее были получены экспериментально динамические характеристики и математические модели энергоблока [8]. Исходя из технических, конструктивных характеристик котла и энергоблока в целом будет рассмотрена схема регулирования общего воздуха, а также разработана АСР общего воздуха для данного описанного в этой главе объекта.
2.4 Описание автоматической системы регулирования общего воздуха
2.4.1 Методы регулирования расхода общего воздуха
АСР расхода общего воздуха является одной из основных частей автоматической системы регулирования котлоагрегата и ее структура зависит от вида топлива, от режима работы электростанции, и регулирование расхода воздуха так же тесно связано с работой АСР расхода топлива.
В зависимости от этих факторов различают основные варианты построения схем АСР расхода воздуха:
1) Топливо-воздух;
2) Пар-воздух;
3) Теплота-воздух;
4) Нагрузка-воздух.
2.4.2 Схема регулирования топливо-воздух
Назначение АСР расхода воздуха - поддержание расхода воздуха, необходимого для максимально экономичного сжигания топлива, следовательно, самой простой схемой регулирования является схема АСР с измерением расхода топлива, расхода воздуха и содержания кислорода в дымовых газах (рисунок 3.1).
При известном составе топлива можно рассчитать теоритически необходимое для горения количество воздуха и с учетом всех избытков определить нужное количество воздуха. Но состав топлива, как правило, меняется, поэтому в схему включен корректирующий регулятор по содержанию кислорода в дымовых газах, которое определяет качество горения топлива.
Рис. 3.1. Функциональная схема регулирования «топливо-воздух».
ВЗП – воздухоподогреватель; ДВ – дутьевой вентилятор; НАВ – направляющий аппарат вентилятора; ДО2 – датчик содержания кислорода; ДВ – датчик расхода топлива; ДV – датчик расхода воздуха; КР – корректирующий регулятор; РОВ – регулятор общего воздуха.
Схема отличается простотой исполнения и подходит для рассматриваемого котла, так как основное используемое топливо – газ.
2.4.3 Схема регулирования пар - воздух
В случае, когда невозможно произвести точное измерение топлива или его состав постоянно меняется, используют косвенные показатели изменения расхода топлива, например количество тепла, выделившееся в топке.
При сжигании топлива в топке выделяется теплота, количество которой определяет количество пара. Таким образом, по расходу пара можно судить о тепловыделении в топке, а соответственно и о количестве подаваемого в топку воздуха. Расход пара из котла, т/ч:
где Dи B– расходы пара и топлива, кг/с;
QHp–теплота сгорания топлива, Дж/кг;
к–КПД котла;
dпр – относительная непрерывная продувка;
i’’, iп.в., i’– энтальпия перегретого пара, питательной воды и котловой воды, кДж/кг.
Рис. 3.2. Функциональная схема регулирования «пар-воздух»
Схема АСР расхода воздуха «пар-воздух» изображена на рисунке 3.2. Регулятор общего воздуха (РОВ) получает сигнал с датчиков расхода пара (ДD), расхода воздуха (ДV) и содержания кислорода в дымовых газах (ДО2) и воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора.
Данная схема отличается более высоким качеством регулирования, чем схема «топливо-воздух». Но такой принцип оценки тепловыделения по расходу пара действует при стационарном режиме работы котла, поэтому данная схема применима только для пылеугольных котлов с постоянной либо плавно изменяющейся нагрузках.
2.4.4 Схема регулирования теплота–воздух
Котлоагрегат не всегда работает в установившемся режиме, так как существуют возмущения как внешние – нагрузка котла, так и внутренние, связанные с изменением работы оборудования котла. Динамическая погрешность определения теплоты при переходных режимах корректируется введением дополнительного сигнала по скорости изменения давления в барабане. Тогда количество тепла, кДж:
где ka– постоянный коэффициент;
D– расход пара, т/ч;
Рб–давление в барабане, Па.
Сумма сигналов расход пара и скорость изменения давления в барабане формирует сигнал по теплоте.
Рис. 3.3. Функциональная схема регулирования «теплота-воздух»
Схема «теплота-воздух» изображена на рисунке 3.3 регулятор общего воздуха РОВ получает сигнал от датчика расхода воздуха (ДV), расхода пара (ДD), сигнал о скорости изменения давления в барабане с дифференциатора ДФ и о содержании кислорода в дымовых газах от корректирующего регулятора КР, и воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора.
Учет теплоты, аккумулированной в металле и рабочей среде котла, является главным преимуществом данной схемы. Кроме того схема «теплота- воздух» подходит как для твердого топлива, так и для газообразного и жидкого топлива. А также эта схема отличается высокой скоростью реакции на внешние и внутренние возмущения.
К недостаткам схемы регулирования теплота-воздух относятся зависимость АСР расхода общего воздуха от АСР расхода топлива. То есть при частых и глубоких внутренних возмущениях регулирование расхода воздуха происходит только после изменения тепловосприятия в котле, которое осуществляет АСР расхода топлива. Таким образом, не обеспечивается правильное соотношение топливо-воздух при динамическом режиме котла.
В схеме регулирования нагрузка-воздух регулятор воздуха получает сигнал по давлению пара в общей паровой магистрали одновременно с регулятором расхода топлива (рисунок 2.4). Тем самым обеспечивается параллельная работа регулятора расхода общего воздуха и регулятора расхода топлива. Такая схема применима для пылеугольных котельных агрегатов, работающих в регулировочном режиме, где преобладают возмущения связанные с изменением нагрузки.
Регулятор общего воздуха получает скорректированный сигнал с датчика давления в общей паровой магистрали (Др), сигнал с датчика расхода воздуха (ДV) и скорректированный сигнал по содержанию кислорода в дымовых газах, и воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора.
Рис. 3.4. Функциональная схема регулирования «нагрузка-воздух»
Использованием сигнала по давлению в общей паровой магистрали достигается быстродействие АСР расхода общего воздуха. Но, так же как и в предыдущей схеме, регулятор воздуха связан с работоспособностью регулятора топлива. При отключении АСР расхода топлива должна отключится и АСР общего воздуха. Это является основным недостатком рассмотренной схемы.
Требования к качеству АСР сформулированы исходя из ее назначения, регулируемого параметра и технологического процесса. АСР расхода воздуха согласно [10] должна обеспечить:
Таблица 3.1 Нормы качества технологических параметров котла
2.4.7 Структурная схема АСР расхода общего воздуха
Регулирование общего воздуха в рассматриваемом котле будет осуществляться по схеме топливо-воздух, так как основным топливом является газ, расход которого не представляется сложным измерить. Данная схема наиболее часто используется в реальных условиях, и зарекомендовала себя как надежная, простая в исполнении схема регулирования расхода воздуха на газомазутных котлах. На основе функциональной схемы регулирования расхода воздуха (рисунок 3.1), составлена структурная схема АСР, представленная на рисунке 3.5 (и в Приложении 1).
Содержание СО2 или О2 в уходящих газах при коэффициенте избытка воздуха α > 1 определяют качество процесса горения. Но при неполном сгорании топлива образуется также монооксид углерода СО.
Измерение СО производится газоанализаторами, которые, как правило, являются сигнализаторами аварийного химнедожога. В последнее время сигнал по содержанию СО в продуктах сгорания также используется для оценки качества процесса горения. Но по концентрации CO можно судить о завершенности процесса горения, а не о коэффициенте избытка воздуха [6], а соответственно это искаженная оценка качества процесса горения.
Измерение СО2 достаточно простое, но из-за значительной инерционности, а также тесной зависимости от состава и свойств топлива использование в современных автоматических систем регулирования не нашло применение.
Таким образом, в настоящее время основным критерием качества процесса горения является содержание кислорода в дымовых газах, которое меньше зависит от свойств топлива.
Участок регулирования экономичности процесса горения по содержанию кислорода в топочных газах состоит их топочной камеры и примыкающего к ней газохода конвективного перегревателя до места измерения содержания кислорода - за рядом поверхностей нагрева в зоне 700-800С. Такое расположение обусловлено стационарностью поля скоростей в поперечном сечении газохода. Оптимальное содержание кислорода при номинальной нагрузке при сжигании мазута или газа составляет от 0,05% до 2%.
Измерение и контроль содержания свободного кислорода в дымовых газах производится газоанализатором кислорода – кислородомером. Как правило, это автоматическая аппаратура, содержащая указывающие и регистрирующие устройства.
Таким образом, на котле осуществляется стабилизация соотношения газ- воздух, с корректированием этого значения по содержанию кислорода, что способствует более точному регулированию.
Рассматриваемый энергоблок является объектом для исследования АСР общего воздуха в данной дипломной работе. Ранее были получены экспериментально динамические характеристики и математические модели энергоблока [8]. Исходя из технических, конструктивных характеристик котла и энергоблока в целом будет рассмотрена схема регулирования общего воздуха, а также разработана АСР общего воздуха для данного описанного в этой главе объекта.
2.4 Описание автоматической системы регулирования общего воздуха
2.4.1 Методы регулирования расхода общего воздуха
АСР расхода общего воздуха является одной из основных частей автоматической системы регулирования котлоагрегата и ее структура зависит от вида топлива, от режима работы электростанции, и регулирование расхода воздуха так же тесно связано с работой АСР расхода топлива.
В зависимости от этих факторов различают основные варианты построения схем АСР расхода воздуха:
1) Топливо-воздух;
2) Пар-воздух;
3) Теплота-воздух;
4) Нагрузка-воздух.
2.4.2 Схема регулирования топливо-воздух
Назначение АСР расхода воздуха - поддержание расхода воздуха, необходимого для максимально экономичного сжигания топлива, следовательно, самой простой схемой регулирования является схема АСР с измерением расхода топлива, расхода воздуха и содержания кислорода в дымовых газах (рисунок 3.1).
При известном составе топлива можно рассчитать теоритически необходимое для горения количество воздуха и с учетом всех избытков определить нужное количество воздуха. Но состав топлива, как правило, меняется, поэтому в схему включен корректирующий регулятор по содержанию кислорода в дымовых газах, которое определяет качество горения топлива.
Рис. 3.1. Функциональная схема регулирования «топливо-воздух».
ВЗП – воздухоподогреватель; ДВ – дутьевой вентилятор; НАВ – направляющий аппарат вентилятора; ДО2 – датчик содержания кислорода; ДВ – датчик расхода топлива; ДV – датчик расхода воздуха; КР – корректирующий регулятор; РОВ – регулятор общего воздуха.
Схема отличается простотой исполнения и подходит для рассматриваемого котла, так как основное используемое топливо – газ.
2.4.3 Схема регулирования пар - воздух
В случае, когда невозможно произвести точное измерение топлива или его состав постоянно меняется, используют косвенные показатели изменения расхода топлива, например количество тепла, выделившееся в топке.
При сжигании топлива в топке выделяется теплота, количество которой определяет количество пара. Таким образом, по расходу пара можно судить о тепловыделении в топке, а соответственно и о количестве подаваемого в топку воздуха. Расход пара из котла, т/ч:
где Dи B– расходы пара и топлива, кг/с;
QHp–теплота сгорания топлива, Дж/кг;
к–КПД котла;
dпр – относительная непрерывная продувка;
i’’, iп.в., i’– энтальпия перегретого пара, питательной воды и котловой воды, кДж/кг.
Рис. 3.2. Функциональная схема регулирования «пар-воздух»
Схема АСР расхода воздуха «пар-воздух» изображена на рисунке 3.2. Регулятор общего воздуха (РОВ) получает сигнал с датчиков расхода пара (ДD), расхода воздуха (ДV) и содержания кислорода в дымовых газах (ДО2) и воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора.
Данная схема отличается более высоким качеством регулирования, чем схема «топливо-воздух». Но такой принцип оценки тепловыделения по расходу пара действует при стационарном режиме работы котла, поэтому данная схема применима только для пылеугольных котлов с постоянной либо плавно изменяющейся нагрузках.
2.4.4 Схема регулирования теплота–воздух
Котлоагрегат не всегда работает в установившемся режиме, так как существуют возмущения как внешние – нагрузка котла, так и внутренние, связанные с изменением работы оборудования котла. Динамическая погрешность определения теплоты при переходных режимах корректируется введением дополнительного сигнала по скорости изменения давления в барабане. Тогда количество тепла, кДж:
где ka– постоянный коэффициент;
D– расход пара, т/ч;
Рб–давление в барабане, Па.
Сумма сигналов расход пара и скорость изменения давления в барабане формирует сигнал по теплоте.
Рис. 3.3. Функциональная схема регулирования «теплота-воздух»
Схема «теплота-воздух» изображена на рисунке 3.3 регулятор общего воздуха РОВ получает сигнал от датчика расхода воздуха (ДV), расхода пара (ДD), сигнал о скорости изменения давления в барабане с дифференциатора ДФ и о содержании кислорода в дымовых газах от корректирующего регулятора КР, и воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора.
Учет теплоты, аккумулированной в металле и рабочей среде котла, является главным преимуществом данной схемы. Кроме того схема «теплота- воздух» подходит как для твердого топлива, так и для газообразного и жидкого топлива. А также эта схема отличается высокой скоростью реакции на внешние и внутренние возмущения.
К недостаткам схемы регулирования теплота-воздух относятся зависимость АСР расхода общего воздуха от АСР расхода топлива. То есть при частых и глубоких внутренних возмущениях регулирование расхода воздуха происходит только после изменения тепловосприятия в котле, которое осуществляет АСР расхода топлива. Таким образом, не обеспечивается правильное соотношение топливо-воздух при динамическом режиме котла.
-
Схема регулирования нагрузка-воздух
В схеме регулирования нагрузка-воздух регулятор воздуха получает сигнал по давлению пара в общей паровой магистрали одновременно с регулятором расхода топлива (рисунок 2.4). Тем самым обеспечивается параллельная работа регулятора расхода общего воздуха и регулятора расхода топлива. Такая схема применима для пылеугольных котельных агрегатов, работающих в регулировочном режиме, где преобладают возмущения связанные с изменением нагрузки.
Регулятор общего воздуха получает скорректированный сигнал с датчика давления в общей паровой магистрали (Др), сигнал с датчика расхода воздуха (ДV) и скорректированный сигнал по содержанию кислорода в дымовых газах, и воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора.
Рис. 3.4. Функциональная схема регулирования «нагрузка-воздух»
Использованием сигнала по давлению в общей паровой магистрали достигается быстродействие АСР расхода общего воздуха. Но, так же как и в предыдущей схеме, регулятор воздуха связан с работоспособностью регулятора топлива. При отключении АСР расхода топлива должна отключится и АСР общего воздуха. Это является основным недостатком рассмотренной схемы.
-
Требования к качеству регулирования
Требования к качеству АСР сформулированы исходя из ее назначения, регулируемого параметра и технологического процесса. АСР расхода воздуха согласно [10] должна обеспечить:
-
устойчивую работу автоматических регуляторов (отсутствие автоколебаний) и ограниченную частоту их включения, которая при постоянной заданной нагрузке не должна превышать 6 включений в минуту; -
поддержание содержания О2 в дымовых газах при стационарной нагрузке котла с максимально допустимым отклонением не превышающим заданное (таблица 3.1) и при скачкообразном изменении нагрузки на 10% с максимальным отклонением и интегральным квадратичным критерием не превышающим заданный (таблица 3.1) для котлов сжигающих газ.
Таблица 3.1 Нормы качества технологических параметров котла
| Режим нагрузки котла | Максимальное отклонение О2 в дымовых газах, макс | Интегральный квадратичный критерий,  |
| Стационарный режим | ±0,5% | - |
| Скачкообразное изменение нагрузки на 10% | ±1% | 200(%О2)2 с |
2.4.7 Структурная схема АСР расхода общего воздуха
Регулирование общего воздуха в рассматриваемом котле будет осуществляться по схеме топливо-воздух, так как основным топливом является газ, расход которого не представляется сложным измерить. Данная схема наиболее часто используется в реальных условиях, и зарекомендовала себя как надежная, простая в исполнении схема регулирования расхода воздуха на газомазутных котлах. На основе функциональной схемы регулирования расхода воздуха (рисунок 3.1), составлена структурная схема АСР, представленная на рисунке 3.5 (и в Приложении 1).
