2.2.1.1.Регулювання енергоблоку «парогенератор-турбіна». Головним способом регулювання тиску парив такій системі в регулюючому режимі є дія на витрату палива, що подається в паленище.

Принципова схема замкненої САР тиску пари перед турбіною для вказаного випадку подана на рисунку (варіант а).

Регулювання тиску перегрітої пари та теплового навантаження.

Зміна тепловиділення Q_т приводить до зміни паропродуктивності D_б і тиску пари в барабані Р_б. Якщо приріст витрати палева і тепловиділення повністю втрачається на нагрівання пароводяної суміші та металу частини ПГ, в якій відбувається пароутворення , то швидкість зміни тиску Р_б буде прямо пропорційною до тепла, яке затрачається на нагрівання пароводяної суміші, або до різниці між сприйнятою кількістю тепла і кількістю тепла, яка пішла з парою:

;

де А – розмірний коефіцієнт, який характеризує теплову акумулюючу здатність пароводяної суміші та металу випарної частини; і_н - ентальпія насиченої пари на виході з барабану;і_жв – ентальпія живильної води.

Якщо розділити праву і ліву частину попереднього рівняння на (ін –іжв), то отримаємо:

;

або ,де

С_п – стала, яка характеризує масову акумулюючи здатність пароводяної суміші і металу, випарної частини ПГ (кг/(кгс/см²));D_q=Q_т’/(i_н-i_ж.в), (кг/с) – його теплове навантаження, яке характеризує теплосприйняття випарних поверхонь на одиницю часу, виражене в одиницях витрати пари.

Зміна або приріст ∆D_q після подання внутрішнього або зовнішнього збурення,буде:

.

Функціональна схема вимірювання ∆D_q (зміни теплового навантаження), яке надалі буде називатися «сигналом за теплом»,має вигляд:

Експериментальні криві перехідних процесів парогенератора типу ТП-87 за тиском і витратою пари, а також результуюча крива за теплом Q_т під час надання збурення паливом, має вигляд:

За теплом за тиском пари на виході при збуренні паливом ∆В_т

1-1 - регулятор подання палива в паленище;

1-2 - регулятор швидкості;

1-3 - регулюючий клапан турбіни;

1-4 - регулятор тиску;

1-5 - електропривід синхронізатора турбіни.

1-5,1-6 - ВМ

1-7,1-8,1-9 - задавач.

На цій схемі тиск пари підтримує регулятор тиску 1-4, який діє на регулятор 1-1подання палива в паленище, а частоту обертання ротора турбіни – регулятор швидкості 1-2.

2.2.1.2 Регулювання групи парогенераторів, які працюють на загальний паропровід.

Підтримування постійності тиску пари в паропроводі у встановленому режимі. Забезпечується з допомогою подання відповідної кількості палива в паленище кожного парогенератора. Але в перехідному режимі ,викликаному зміною загального парового навантаження, тиск пари в паропроводі може регулюватися зміною подання палива або в кожен парогенератор,або в час тиску з них.

Принципова схема регулювання тиску перегрітої пари в випадку паралельної роботи парогенераторів, так звана схема з головним регулятором,подана на рисунку.

Перший варіант – всі парогенератори працюють в регулюючому режимі. В цьому випадку відхилення тиску пари в загальному паропроводі Р_м приводять до появи відповідного сигналу.

2-1;2-2 - регулятори подання палива;

2-3;2-4 - регулятори частоти (швидкості)обертання турбіни;

2-5 - головний регулятор тиску пари;

П1,П2 - парогенератори;

Т1,Т2 - турбіни.

2-6;2-7;2-8 - задавачі ручного керування.

Перший варіант – всі парогенератори працюють в регулюючому режимі. В цьому випадку відхилення тиску пари в загальному паропроводі Р_м приводять до появи відповідного сигналу на виході регулятора тиску 2-5.Цей регулятор, що називається головним, паралельно керує дією регуляторів падання палива всіх парогенераторів. Частка участі кожного парогенератора в сумарному тепловому навантаженні здійснюється за допомогою задавачів ручного керування 2-6 і 2-7.

Другий варіант – частина агрегатів переведена в базовий режим шляхом від’єднання зв’язків їх регуляторів подання палива з головним регулятором. Тиск пари в загальному паропроводі регулюють парогенератори, в яких непорушені їх зв’язки з головним регулятором. Такий варіант доцільний при великому числі паралельно працюючих парогенераторів, коли нема потреби тримати всі агрегати в регулюючому режим.

Перевагою першого варіанту є рівномірний розподіл збурень зі сторони споживача пари між окремими агрегатами.

Перевагою другого – простота схеми і стабільність парового навантаження агрегатів, від’єднаних від головного регулятора.

В автоматичній системі декількох парогенераторів з головним регулятором (перший варіант) при збуренні зі сторони подання палива на одному чи двох агрегатах, наприклад його раптовому зменшенні брак палива і пари, що виникає в системі буде поповненим в основному іншими агрегатами лише за сигналом від головного регулятора. В відбувається перерозподіл сумарних навантажень між агрегатами. При цьому будуть перевантажуватися одні парогенератори внаслідок неповного використання потужності інших. Але поповнення браку палива з допомогою дії автоматики почнеться не від моменту зменшення витрати В_п, а від моменту зникнення Р_м і початку дії головного регулятора, тобто з деяким значним запізненням, що може викликати значні відхилення тиску пари. Тому доцільно передбачати стабілізацію витрати палива на кожному з агрегатів.

Третій варіант регулювання тиску пари групою парогенераторів з допомогою головного регулятора і стабілізації падання палива окремих агрегатів (схема завдання палива). Дана схема в випадку двох паралельно працюючих агрегатів показана на рисунку:

1.2- регулятори палива;

3- головний регулятор;

В_п і В_п- витрати палива;

Г_м- тиск пари в магістралі;

Зд- задавачі.

Відмінність поданою схеми з попередньою полягає в тому, що до регуляторів 1 і 2 палива додатково надходять сигнали про витрату палива Вп’ і Вп”. Це дозволяє значно зменшити запізнення в поданні палива при довільних змінах його витрати і покращити якість перехідних процесів за тиском пари. Завдання за витратою палива регуляторам 1 і 2 в залежності від тиску пари в загальному паропроводі встановляються головним регулятором З,а для участі окремих агрегатів в сумарному паровому навантаженні визначається з допомогою ручних задавачів Зд. Але ця схема придатна лише на парогенераторах, що практикують на газі і рідинному паливі, оскільки в даний час відсутні надійні та точні способи безперервного вимірювання порохоподібного твердого палива. Крім цього, дана схема з великим запізненням буде реагувати на зміни якості палива.

Четвертий варіант – регулювання тиску пари зі стабілізацією теплового навантаження (схема завдання – тепло).

Експериментальним шляхом встановлено, що при збуренні паливом зміна теплового навантаження ∆D_q має суттєво менше запізнення (τ ≈ 25 с) ніж зміна тиску перегрітої пари (τ ≈ 1 хв) і більшу швидкість зміни тиску dP_б/dz, тобто є менш інерційною. Мала інерційність і доступний спосіб вимірювання сигналу теплового навантаження дозволяють його використовувати в САР стабілізації подання палива.

Схема регулювання подання палива для двох парогенераторів, що працюють на загальний паропровід з застосуванням сигналу за теплом, показана на рисунку:

1-Регулятор тиску пари;

2,3- диференціатори;

4,5- регулятори палива;

Зд- задавачі.

Диференціатори формують сигнали . Регулятор тиску 1 пари є коректуючим регулятором, тобто дає завдання на стабілізуючі регулятори 4 і 5 палива, які виконують роль регуляторів теплового навантаження.

В даній схемі зміна загального парового навантаження зі сторони турбіни компенсується відповідними змінами завдання зі сторони коректуючого регулятора тиску 1, а збурена зі сторони паленища, що приводять до зміни температури в ньому, ліквідуються дією регуляторів 4 і 5 з допомогою сигналу за теплом.

2.2.3. Регулювання економічності процесу згорання.

Економічність роботи парогенератора оцінюється за його к.к.д.,який визначається відношенням корисного тепла на генерування та перегрівання пари до затраченого, тобто тепла, яке можна було отримати при спалюванні палива.

Отже, регулювання економічності полягає в підтримуванні максимального значення к.к.д. парогенератора або - зведенню до мінімуму теплових витрат, які супроводжують процес згорання палива і передавання тепла, що виділилось,воді та парі.

Але регулювання за к.к.д. або сумарною оцінкою втрат через відсутність надійних і точних способів та засобів їх безперервного вимірювання на даний час не застосовується.

Найбільш вживаним способом оцінювання економічності процесу згорання є аналіз складу вихідних газів, що залишають паленище котла. На базі залежності к.к.д. та сумарних втрат від надлишку повітря підтримують коефіцієнт надлишку α повітря, при якому к.к.д. парогенератора і сумарні витрати

Значення надлишку повітря оцінюють за вмістом кисню в вихідних газах згідно з формулою:

Величина в основному впливає на q₂ (витрата палива з вихідними газами),q₃ i q₄ (витрати тепла від хімічного та механічного недопалу палива; якісні залежності і подані у вигляді графіків на рисунку.

Оптимальне значення кисню О₂ в поворотній камері при номінальному навантаженні і спалюванні порохоподібного палива знаходиться в межах 3-5%; при спалюванні мазута та газу оптимальне значення О₂ значно менше (від 0,2% до 2%).Головним способом регулювання оптимального значення надлишку повітря за пароперегрівником є спосіб з допомогою зміни кількості повітря, яке подається в паленище.

Розглянемо можливі варіанти схем автоматичного керування подання повітря в залежності від способів непрямого оцінювання економічного процесу згорання за співвідношенням різних сигналів:

2.2.2.1. Регулювання економічності за співвідношенням «паливо – повітря».

При постійній якості палива його витрата та кількість повітря, необхідна для забезпечення потрібної повноти згорання , в’язані прямопропорційною залежністю , яка визначається під час режимних випробувань. Якщо вимірювання витрати здійснюється достатньо точно, то підтримування оптимального надлишку повітря забезпечується за співвідношенням витрата палива – витрата повітря. При цьому застосовується схема регулювання подання повітря відома під назвою паливо – повітря.

1-Регулятор подання повітря

2-Регулюючий орган

В_п- Витрата палива

∆Р_по- Перепад тиску на повітропідігрівнику

Зд- Задаючий керуючий пристрій

Q_по- Витрата повітря.

На газоподібному паливі потрібне співвідношення між кількостями газу та повітря здійснюється найпростіше; тобто з допомогою порівняння перепаду тиску ∆Р_г на звужуючому пристрої, встановленому на газопроводі, з перепадом тиску ∆Р_по на повітропідігрівнику. Різниця перепаду тисків ∆Р_г - ∆Р_по є вхідним сигналом автоматичного регулятора 1 економічності, який керує продуктивністю дуттєвих вентиляторів.

Оскільки безперервне вимірювання витрати твердого палива до даного часу є не повністю вирішеною проблемою, то схема паливо – повітря застосовується переважно лише для рідкого та газоподібного палив постійного складу.

2.2.2.2. Регулювання економічності за співвідношенням «пара – повітря».

На одиницю витрати різного за складом палива необхідна різна кількість повітря, але його потреба на одиницю тепла,що виділяється при згоранні не змінюється. Тому, якщо оцінювати тепловиділення в паленищі за витратою пари та змінювати витрату повітря в відповідності зі змінами витрати пари, то в такий спосіб можна підтримувати оптимальний надлишок повітря. Цей принцип регулювання подання повітря застосовується в схемах пара – повітря. Крім відомих, тут D_пп – витрата пари.

3. Регулювання економічності за співвідношенням «тепло – повітря».

Якщо тепловиділення в паленищі, еквівалентне до теплового навантаження парогенератора, оцінювати за витратою перегрітої пари та швидкістю зміни тиску пари в барабані, тобто за теплом

то інерційність цього сумарного сигналу D_q при збуреннях в паленищі буде суттєво меншим, ніж інерційність одного сигналу за витратою D_пп пари. Кількість повітря, що відповідає заданому тепловиділенню, вимірюється за перепадом тисків на повітропідігрівнику чи його частині або за тиском повітря в напірному патрубку вентилятора. Різниця цих сигналів застосовується як вхідний, сигнал регулятора економічності процесу згоряння.

4.Регулювання економічності за співвідношенням «завдання – повітря» з додатковим сигналом за вмістом …….. в димових газах.

Відсотковий вміст О₂ в продуктах згорання палива характеризує надлишок повітря і мало залежить від складу палива. Тому О₂ можна застосувати як вхідний сигнал автоматичного регулятора, що діє на витрату повітря. Але реалізація такої схеми затруднюється недостатньою надійністю та швидкістю газоаналізаторів кисню. Тому в промислових умовах поширення отримали схеми регулювання подання повітря не з прямою, а з коректуючою дією за О₂ .

Схема «завдання – повітря» з корекцією за О₂

4 – коректуючий регулятор повітря

5 – коректуючий регулятор тиску перегрітої пари (регулятор завдання за навантаженням)

Попередні схеми,хоча і є простими та надійними але не завжди забезпечують достатню точність. Цей недолік усувається в даній схемі. Регулятор надання повітря змінює його витрату за сигналом від головного або коректуючого регулятора 5 тиску. Сигнал пропорційний до витрати повітря ∆Р_по, як і в попередніх схемах, по-перше, ліквідує збурення за витратою повітря, не пов’язані з регулюванням економічності (ввімкнення чи вимкнення системи порохоприготування і т.д.), по-друге, при стабілізації самого процесу регулювання подання повітря, оскільки є одночасно сигналом жорсткого зворотного зв’язку. Введення додаткового коректую чого сигналу за вмістом О₂ підвищує точність підтримування оптимального надлишку повітря в будь - якій системі регулювання економічності. Додатковий коректуючий регулятор 4 за О₂ безпосередньо змінює подання повітря при збуренні зі сторони паленища і забезпечує підтримування заданого надлишку повітря в залежності від навантаження агрегату.