Принципиальная схема трехимпульсной аср питания водой барабанного парогенератора имеет вид

Обновлено: 18.05.2024

студент группы 583

Санкт-Петербург 2010 г.

1. Состав и характеристика объекта управления

1.2 Принцип действия

1.3 Технические характеристики объекта управления

2. Характеристика ТС объекта управления

2.1 Перечень и спецификация ТСА

3. Обоснование требований к разрабатываемой САУ

3.1 Требования к разрабатываемой САУ

3.2. Требования к ТСА и качеству управления

3.3 Анализ качества управления существующей САУ

4. Выбор ТС разрабатываемой САУ

4.1 Обоснование выбора ТС

4.2 Перечень и спецификация ТС САУ

5. Выбор структуры регулятора

5.1 Обоснование выбора структуры регулятора

5.2 Функциональная схема, принцип действия регулятора

6. Организация безударных переходов в САУ

6.1 Способы обеспечения высокой надёжности САУ

6.2 Принцип организации безударного перехода

6.3 Структурная схема САУ

7. Разработка технической структуры САУ

7.1 Техническая реализация САУ

7.2 Техническая структура

7.3 Описание работы САУ

8. Разработка электрической схемы

Список используемой литературы

Проводить полную модернизацию котельной установки нецелесообразно. Нужно задаваться целью пошаговой модернизацией производства с планомерным обучением имеющегося персонала. Процесс переоборудования котельной установки и сопутствующих технических инструментов должен проходить с минимальными материальными затратами, но в тоже время с максимальной отдачей. Т.е. разработанная САУ должна обеспечить бесперебойную работу на производстве. Это позволит сократить штат персонала, обслуживающего устаревшую САУ. Кроме того автоматика избавит персонал от рутинной работы. Но перед запуском новой системы персонал должен пройти соответствующее обучение.

Какая бы не была надёжная САУ в её режиме должно быть предусмотрено ручное управление. В случае аварийной ситуации персонал должен будет взять на себя управление всей системы, т.к. остановка производственный процессов категорически неприемлема.

Регулируемый нами параметр – уровень воды в котле является одним из важнейших контролируемых параметров в котельных установках, т.к. при снижении уровня воды ниже допустимого предела, не обеспечивается циркуляция воды. В результате нарушения циркуляции воды в экранных трубах происходит чрезмерное повышение температуры и пережог их стенок. Также опасно и резкое снижения давления пара, что увеличивает опасность возможного заброса воды в пароперегреватель и выведение котла из строя.

Непосредственное измерение уровня воды в котле не представляется возможным, поэтому мы проводим замеры в двух точках: расход питательной воды до барабана и расхода пара после. В итоге применения регулятором ПИ-закона на основании полученных от датчиков сведений, мы знаем, какой уровень воды непосредственно в барабане. И если он отклоняется от нормы, то регулятор посылает сигнал на исполнительный механизм в виде регулирующего клапана с электроприводом. Процесс регулирования заданного значения происходит плавно благодаря выбранным переходным процессам.

Благодаря программному управлению система автоматически отслеживает все параметры текущих процессов, реализуемых водогрейными и паровыми котлами, и управляет технологическим оборудованием, обеспечивая нормальное и безаварийное функционирование котельной установки. Кроме того, система контролирует исправность оборудования и при возникновении поломок и аварийных ситуаций сигнализирует об этом и при необходимости персонал может перевести работу САУ в ручной режим для устранения неполадок.

На предприятиях промышленности и ЖКХ, где требуется большое количество тепловой энергии в виде пара и горячей воды, котельные оборудованы разнообразными паровыми и водогрейными котлами, произведёнными 30 и более лет назад.

Для управления процессами котлы комплектовались системами, построенными на основе релейно-контактной автоматики, которые к настоящему времени морально и физически устарели. В процессе эксплуатации котлов, оснащённых релейно-контактной автоматикой, нередко возникают аварийные режимы, это обусловлено физическим старением, износом элементов на основе которых построены такие системы, часто такие системы автоматики не отвечают требованиям существующих правил безопасности.

Такие котлы требуют определённого уровня квалификации обслуживающего персонала, а своевременное регулирование процесса производства тепловой энергии требует постоянного наблюдения за параметрами процесса со стороны оператора. К сожалению выпускаемые системы автоматики, поставляемых в комплекте с котельными установками по-прежнему реализованы на основе релейно-контактных элементов. Кроме того большое количество котельных установок, эксплуатируемых по всех территории России, имеют ещё достаточный запас ресурса, их полная замена не оправдана. И по этому для продления срока службы котлов эксплуатирующие предприятия вынуждены оснащать агрегаты, системами автоматизированного управления в основном импортного производства.

Такое оборудование имеет высокую стоимость, и как правило, требует дорогого сервисного обслуживания. Наряду с этим постепенное удорожание топлива потребовало наиболее рационального и вместе с тем эффективного использования энергоресурсов, что реально при оснащении котлов высоконадёжными и быстродействующими системами автоматики, в основе которых используются последние достижения в области микроэлектроники и программного регулирования процессов.

В данный момент на мировом рынке имеется полное разнообразие, в частности микроконтроллеров для промышленной автоматизации, предназначенных для продолжительной работы в различных условиях, а также развитые компьютерные технологии позволяют создавать системы управления процессами, способные функционировать в автономном режиме.

Внедрение систем автоматизированного управления паровыми и водогрейными котлами, построенных на основе программируемых контроллеров, позволяет автоматизировать процесс производства тепловой энергии в котлах и значительно упростить контроль и управление этим процессом. Применение такой системы повышает эффективность функционирования котлоагрегата за счет снижения потребления энергоресурсов, рационального сжигания топлива, использования технологического оборудования, оперативного управления оборудованием и технологическим процессом. Кроме того, внедрение таких систем позволяет снизить влияние человеческого фактора в производственном процессе и вероятность возникновения аварийных режимов функционирования котла. Повышение экологических характеристик котельной и культуру производственного процесса. Благодаря программному управлению система автоматически отслеживает все параметры текущих процессов, реализуемых водогрейными и паровыми котлами, и управляет технологическим оборудованием, обеспечивая нормальное и безаварийное функционирование котельной установки. Кроме того, система контролирует исправность оборудования и при возникновении поломок и аварийных ситуаций сигнализирует об этом обслуживающему персоналу.

Объектом автоматизации является котлоагрегат Е-50

1.1 Назначение

Паровой котел Е-50предназначен для получения пара высокого давления и температуры при сжигании газа, а также используется на технические нужды предприятий различных отраслей для теплоснабжения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначения, а также при работе на паровую турбину получения электрической энергии.

1.2 Принцип действия

В теплоэнергетике основным теплоносителем является вода или водяной пар. Комплекс устройств и агрегатов, обеспечивающих получение горячей воды или пара под давлением, называется котельной установкой. Она состоит из котла и вспомогательного оборудования. Котлом – называется устройство для получения горячей воды или водяного пара с давлением выше атмосферного за счёт теплоты сгорания органического топлива.

Котел барабанный, с естественной циркуляцией, с камерным сжиганием топлива. Компоновка поверхностей нагрева П-образная. В котле происходит нагрев воды, ее испарение и перегрев образовавшегося пара. В качестве топлива используется природный газ. Котел предназначен для работы в закрытых помещениях. Паропроизводительность котла 50 т/час, абсолютное давление и температура пара 3,9 МПа, 440°C, температура питательной воды 145°C. Теплоносителем являются продукты сгорания - дымовые газы. Горение топлива происходит в вертикальной топочной камере, образованной экранными трубами. Подача топлива в топку осуществляется с помощью газо-мазутных горелок, расположенных на боковых стенках топки по две на каждой стенке с мазутными форсунками. Форсунки устанавливаются по центру каждой горелки. На стенках топки расположены испарительные экраны из труб диаметром 60 на 3 мм, шаг между трубами 70 мм2 (сталь 20).

Реакционные поверхности нагрева закрывают все стены топочной камеры, образуя фронтовый, задний и боковые экраны.

К конвективным поверхностям относятся: котельный пучок, воздухоподогреватель, пароперегреватель и экономайзер.

Трубы фронтового и заднего экранов в нижней части образуют холодную воронку. Трубы заднего экрана в верхней части разведены в четырёхрядный фестон.

Температура перегрева пара на выходе котла относится к важнейшим параметрам, определяющим экономичность работы паровой турбины и энергоблока в целом. Допустимые длительные отклонение температура перегрева пара от номинального значения, например, для пара Р_пп = 13 МПа (130 кгс/см 2 ) и t _пп = 540 o С составляют в сторону увеличения плюс 5 o С, а сторону уменьшения минус 10 o С. Температура перегрева пара для БПК зависит от тепловосприятия пароперегревателя и паровой нагрузки. При постоянстве паровой нагрузки тепловосприятие перегревателей определяется топочным режимом и может изменяться в зависимости от загрязнения поверхностей нагрева, избытка воздуха, изменений состава топлива и тому подобных причин. Принципиальная схема регулирования температуры перегрева первичного пара приведена на рисунке 2.8.

Для БПК наиболее распространен способ регулирования температуры пара на выходе при помощи пароохладителей. К возмущающим воздействиям относятся расход потребляемого пара D_пп и количества теплоты, воспринимаемое от топочных газов Q ” _т.

Рисунок 2.8 - Принципиальная схема регулирования температуры перегрева первичного пара: 1 - барабан, 2, 3 - ступени пароперегревателя, 4 - пароохладитель, 5 - регулирующий клапан впрыска, 6 - охладитель пара, 7 - сборник конденсата, 8 - гирозатвор, 9 - дифференциатор, 10 - регулятор

В схеме САР температуры регулятора перегрева 10 получает основной сигнал по отклонению температуры пара на выходе пароперегревателя t_пп и воздействует на расход охлаждающей воды. Дополнительный сигнал, пропорциональный скорости изменения температуры пара в промежуточной точке dt_пр/dt. Принцип регулирования является регулирования по отклонению регулируемого параметра.

Регулирование питания и водного режима барабанных паровых котлов

Принято, что максимально допустимые отклонения уровня воды в барабане ±100 мм от среднего значения. Снижение уровня может привести к нарушениям питания и охлаждения водоподъемных труб. Повышения уровня может привести к снижению эффективности внутрибарабанных устройств. Перепитка барабана и заброс частиц воды в турбину может явиться причиной тяжелых механических повреждений ее ротора и лопаток.

Схемы регулирования

Исходя из требований к регулированию уровня воды в барабане, автоматический регулятор должен обеспечить постоянство среднего уровня независимо от нагрузки котла и других возмущающих воздействий. В переходных режимах изменение уровня может происходить довольно быстро, поэтому регулятор питания для обеспечения малых отклонений уровня должен поддержать постоянство соотношения расходов питательной воды и пара. Эту задачу выполняет трехимпульсный регулятор (рисунок 2.9). Регулятор 3 перемещает клапан 4 при появлении сигнала небаланса между расходами питательной воды D_пв и пара D_пп. Кроме того, он воздействует на положение питательного клапана при отклонениях уровня от заданного значения. Такая САР питания, совмещающая принципы регулирования по отклонению и возмущению, получила наибольшее распространение на мощных барабанных котлах.

Регулирование водного режима БПК осуществляется следующим образам.

Химический состав воды, циркулирующей в барабанных котлах, оказывает существенное влияние на длительность их безостановочной и безремонтной компаний. К основным показателям качества котловой воды относятся общее солесодержание и избыток концентрации фосфатов.

Поддержание общего солесодержания котловой воды в пределах нормы осуществляется с помощью непрерывной и периодической продувок из барабана в специальные расширители. Потери котловой воды с продувкой выполняются питательной водой в количестве, определяемом уровнем воды в барабане.

Рисунок 2.9 - Трехимпульсная САР питания барабанного парогенератора: 1 - барабан; 2 - водяной экономайзер; 3 - регулятор питания; 4 - регулирующий клапан питательной воды

Регулирование непрерывной продувки осуществляется путем воздействия регулятора на регулирующий клапан на линии продувки (рисунок 2.10).

Помимо корректирующего сигнала по солесодержанию, на вход ПИ - регулятор 2 поступает сигнал по расходу продувочной воды D_пр и сигнал по расходу пара D_пп (рисунок 2.10, а).

В некоторых случаях значение непрерывной продувки определяется не общим солесодержанием котловой воды, а концентрацией кремневой кислоты. При этом концентрация кремневой кислоты в допустимых пределах гарантирует поддержание в пределах нормы и общего солесодержания котловой воды.

Концентрацией кремневой кислоты в котловой воде оценивается по косвенным показателям: паровой нагрузки и количеству продуваемой воды. При этом зависимость между содержанием кремневой кислоты, паровой нагрузкой и значениям непрерывной продувкой устанавливается по результатам специальных теплохимических испытаний котла. Автоматическое регулирование продувки в этом случае осуществляется по двухимпульсной схеме (рисунок 2.10, б). Для выполнения без накипной работы поверхностей нагрева и поддержания требуемой щелочности котловой воды барабанный котел оснащается аппаратурной, регулирующий ввод фосфатов.

Рисунок 2.10 - Регулирование водного режима пароперегревателя: 1 - барабан, 2 - регулятор продувки, 3 - импульсатор расхода пара, 4 - пусковое устройство, 5 - мерный бак, 6 - плунжерный насос, 7 - корректирующий прибор; а - схема регулирования продувки с трехимпульсным регулятором, б - принципиальная схема регулирования продувки и ввода фосфатов

Требуемая концентрация фосфатов устанавливается в зависимости от паровой нагрузки путем ввода фосфатов в чистый отсек барабан.

Сигнал по расходу пара поступает на расходомер 3, электромеханический интегратор которого используется в качестве импульсатора, воздействующего через пусковое устройство 4 на включение и отключение плунжерного фосфатного насоса 6. При увеличении паровой нагрузки увеличивается продолжительность цикла включения насоса и наоборот. Требуемые соотношения между содержанием фосфатов, паровой нагрузкой и непрерывной продувкой устанавливаются по результатам теплохимических испытаний.

Автоматизация водного режима облегчает труд обходчиков оборудования, позволяет сократить трудоемкий лабораторный анализ качества котловой воды, ведет к увеличению срока безремонтной службы основного оборудования.

Любой технический специалист, занимающийся эксплуатацией оборудования, знает, что значительной части возможных проблем можно избежать, если еще на стадии проектирования и монтажа оборудования вдумчиво подойти к решению всех технических задач. Этот материал поможет кому-то прояснить ситуацию, происходящую у него на предприятии, а кому-то, кто еще только собирается построить новую котельную, подскажет, на что обратить внимание при составлении технического задания для проектантов или обсуждении вопросов монтажа трубопроводов со строительной компанией.

Главные паровые коллекторы

Производительность жаротрубных паровых котлов, как правило, не превышает 40 000 кг/ч пара. В случае, когда потребности предприятия превышают данное значение, устанавливаются дополнительные котлы (два или более), которые подключаются для работы в параллель. При этом способ соединения паропроводов, отходящих от котлов, достаточно важен, так как он может повлиять на работу как самих котлов, так и котельной в целом.

Традиционная, схема подключения паровых котлов представлена на рис. 1. Такая схема типична для наших комплексов, но она не рекомендуется, поскольку предполагается, что котлы работают на одном давлении. При этом, для того чтобы пар от котла номер 3 мог свободно поступать к потребителям, давление в точке А должно быть меньше, чем в точке В. Соответственно на участке от котла номер 4 до точки А падение давления должно быть больше, чем на участке от котла номер 3 до точки А. Расход пара в трубе зависит от падения давления, а это означает, что котел номер 4 будет вырабатывать пара больше, чем котел номер 3. По этой же причине котел номер 3 будет вырабатывать пара больше, чем котел номер 2 и т. д. При этом, если котел номер 1 работает на полной нагрузке, то эффектом данной схемы окажется то, что котлы с номерами 2, 3 и 4 будут перегружены. Причем с увеличением номера котла его перегрузка автоматически возрастает.

Рисунок 1.

На практике оказывается, что если котел номер 1 работает на полной нагрузке, то котел номер 2 будет работать с перегрузкой в 1% относительно своей максимальной расчетной производительности, котел номер 3 – с перегрузкой около 6% и, наконец, котел номер 4 - с перегрузкой уже около 15%.

Жаротрубные котлы способны нормально справляться с перегрузкой до 5%, работа с перегрузкой в 15% просто недопустима. Увеличение скорости истечения пара из котла приводит к нестабильному состоянию поверхности зеркала испарения и, соответственно, к проблемам с поддержанием уровня воды в котле. При большой потребности в паре из-за падения давления в котле номер 4 может сработать защита по низкому уровню воды, и котел будет мгновенно отключен. Его отключение приведет к еще большей нагрузке на оставшиеся котлы, которые также будут отключены, что еще более усугубит и без того проблемную ситуацию.

Таким образом, изучение типичной схемы подключения показывает, что в данном случае котлы не могут равномерно перераспределять свои нагрузки. Поэтому одна из задач при проектировании котельной состоит в том, чтобы разница в падениях давления на участках от каждого котла до места отбора пара на главном паровом коллекторе не превышала 0,1 бар. Это обеспечит одинаковую работу котлов и предотвратит их возможные перегрузки и, соответственно, возможные отключения.

Более приемлемая схема подключения котлов (Рисунок 2) предполагает, что место отбора от коллектора к потребителям находится в его центральной части. При таком подключении и при условии, что все диаметры паропроводов выбраны правильно, котлы никогда не будут перегружены более чем на 1%, что является вполне допустимым. Но и эта схема не идеальна.

Рисунок 2.

Существует подключение, которое гарантирует работу всех котлов при абсолютно равных условиях. Такая схема рекомендована, когда предполагается, что все котлы будут постоянно работать на своей максимальной производительности.

Правильно спроектированный главный паровой коллектор при использовании нескольких паровых котлов обеспечит их нормальную сбалансированную работу и отсутствие проблем в обслуживании котельной в будущем.

Правильно спроектированный и смонтированный жаротрубный котел, работающий на постоянном режиме, должен вырабатывать пар со степенью сухости от 96% до 99%.

Особых проблем не возникает, если котел все время работает в постоянном режиме. Однако если нагрузка по пару может меняться быстро и в широких пределах, а котел не способен быстро и адекватно реагировать на эти изменения, то это может привести к колебаниям уровня котловой воды и, соответственно, к уносу котловой воды вместе с паром.

При этом некорректная работа системы регулирования уровня воды в котле, а также системы автоматической продувки и поддержания заданной концентрации растворенных в котловой воде примесей, могут приводить к следующим проблемам:
◘ наличие воды в паровой системе является потенциальным источником возникновения гидравлических ударов;
◘ влага, присутствующая в паре, не содержит энтальпии парообразования, поэтому транспортировать ее к потребителю пара неэкономично и нецелесообразно;
◘ вода и пена, уносимые с зеркала испарения котла, насыщены растворенными примесями, которые будут осаждаться на поверхностях теплообмена, регулирующей и запорной арматуре в виде накипи. При этом снижается эффективность теплообмена, а оборудование выходит из строя.

Для снижения эффекта уноса котловой воды, особенно при работе котла на переменных нагрузках, в непосредственной близости от котла рекомендуется установить сепаратор пара. Сепаратор перегородчатого типа за счет резкого снижения скорости потока пара и соударения с перегородкой находящихся в паре капелек влаги позволяет им скапливаться в нижней части сепаратора в виде конденсата, откуда в дальнейшем он может быть удален с помощью соответствующего конденсатоотводчика.

Запорные клапаны

В случае, когда к главному паровому коллектору подключаются несколько котлов, настоятельно рекомендуется за главной паровой задвижкой каждого котла установить дополнительный запорный клапан, шток которого можно фиксировать в закрытом положении. Установка дополнительного клапана гарантирует надежную изоляцию неработающего котла от парового коллектора.

В соответствии со стандартами многих европейских стран, если за котлом не имеется отдельного обратного клапана, то один из двух запорных клапанов обязательно должен иметь встроенный обратный клапан. Простейший обратный клапан подъемного типа не пригоден для данного применения, потому как даже небольшие изменения давления могут вызывать его неустойчивую работу, что в свою очередь будет сказываться и на работе другого котла. Результатом работы в таких условиях может стать циклическая перегрузка то одного, то другого котла.

Ручные запорные клапаны, имеющие функцию обратного клапана, менее подвержены влиянию этого феномена. Альтернативным решением может быть установка подпружиненного дискового обратного клапана, изображенного на рисунке 3.

Рисунок 3.

Диаметр локального парового коллектора должен быть рассчитан исходя из скорости пара 15 м/с при максимальном расходе пара. Низкая скорость пара позволяет отсепарировать присутствующую в паре влагу и удалить ее из коллектора. Отбор пара от коллектора к потребителям должен быть сделан от верхней части коллектора, чтобы вероятность попадания влаги и грязи в трубопровод была минимальной. Важно чтобы формирующийся на дне коллектора конденсат отводился сразу по мере его формирования. Для этого наиболее подходящим является поплавковый конденсатоотводчик.

В случае достаточно высокого давления пара в коллекторе (более 10 бари) в качестве альтернативы может быть применен термодинамический конденсатоотводчик. Если на всем протяжении паропровода от главного парового коллектора до локального коллектора точек дренажа не существует, и место дренажа локального коллектора является первым по ходу движения пара, то из-за возможного уноса котловой воды и пены из котла рекомендуется отводить этот конденсат не в общий конденсатный трубопровод, а в сепаратор продувок котлов или в дренаж.

Запуск системы

Запуск паровой системы в работу должен быть медленным,безопасным и контролируемым во избежание следующих моментов:

Гидравлические удары

Поступление пара в холодную систему сопровождается интенсивным образованием конденсата, который, постепенно накапливаясь в трубопроводах, может полностью перекрыть сечение трубопровода. После этого, конденсатная пробка, будучи подхваченной потоком пара, с очень высокой скоростью достигнет и, скорее всего, разрушит ближайшее препятствие на своем пути. А таким препятствием может оказаться, например, регулирующий клапан, теплообменник или технологическое оборудование, разрушение которого приведет к очень значительным материальным потерям, не говоря уже о возможном ущербе здоровью или даже жизни обслуживающего персонала.

Излишние термические напряжения

Быстрые неконтролируемые термические расширения трубопроводов могут вызывать утечки в соединениях, неадекватные и опасные нагрузки на корпуса клапанов и другой арматуры, а также к сдвигам самих трубопроводов относительно их опор.

Унос котловой воды

Резкое снижение давления внутри котла за счет быстрого разогрева холодной системы может привести к повышению уровня котловой воды, ее уносу в паропровод, что в свою очередь вызовет срабатывание системы защиты и отключение котла. Кроме этого, попавшая в паропровод вода вызовет гидравлические удары, о которых мы уже упоминали ранее.

Время запуска и разогрева паровой системы зависит от множества факторов. Небольшие котлы, работающие на невысоком давлении и вырабатывающие пар для небольшой паровой системы, могут быть запущены в работу в течение всего 15 минут. А разогрев больших разветвленных паровых систем может занять несколько часов.

Преимущество такой схемы заключается в том, что она не требует участия человека (если только котел не нагревается из холодного состояния) во время нагрева котла, который может выполняться и в ночное время. Начальной точкой паровой системы в случае небольших котлов может быть обыкновенный ручной запорный клапан, который при пуске системы должен быть медленно открыт.

Часто такой клапан называют главной паровой задвижкой, хотя совсем не обязательно, что по своей конструкции он является именно задвижкой.
Использовать ручную главную паровую задвижку для запуска большой паровой системы на практике оказывается сложно, а зачастую просто невозможно. Это происходит из-за того, что главным требованием к такому клапану является гарантированная плотность закрытия. Поэтому плунжер клапана имеет плоскую поверхность прилегания к седлу что, во-первых, вызывает необходимость приложения к маховику клапана чрезмерных усилий для открытия и закрытия, а во-вторых, проточная часть такого клапана не имеет специальной характеристики
регулирования. Это означает, что перемещение штока клапана вверх всего на 10% вызывает расход пара через клапан, равный 80% максимального.

Одной из рекомендуемых схем для данного применения является установка за запорным клапаном клапана регулирующего. Регулирующий клапан имеет специально спрофилированный плунжер, обеспечивающий линейное или логарифмическое соотношение между ходом штока клапана и увеличением расхода пара. Таким образом, расход пара, а соответственно и время прогрева, можно легко контролировать. Пример такой схемы приведен на рисунке 4.

Рисунок 4.

Для открытия регулирующего клапана за заданный промежуток времени может использоваться специальный контроллер – таймер, подающий на электропривод клапана питание определенными импульсами и через определенные промежутки времени.

В системах, где главный паропровод имеет слишком большой диаметр, и установка на нем регулирующего клапана может оказаться невыгодна, с экономической точки зрения, возможно применение схемы, когда в обвод основного ручного запорного клапана устанавливается байпасный регулирующий клапан небольшого диаметра. Это имеет преимущество и с той точки зрения, что перед открытием ручного клапана большого диаметра давление до и после него будет выровнено, что позволит открыть его, не прилагая чрезмерных усилий к его маховику.

На рис. 8.15 приведены схемы агрегатов, к регулированию уровня в которых предъявляются особо высокие требования. На рис. 8.15,а показан корпусной реактор с кипящей водой, предназначенный для непосредственной подачи пара на турбинy. Давление теплоносителя первого контура воспринимает корпус реактора 1.

Рис. 8.14. Регулирование подачи параллельно работающих насосов с помощью гидромуфт
В реакторе находится активная зона 2, состоящая из топливных кассет (аналогичных кассетам реакторов ВВЭР). Вода поступает в активную зону 2, где частично превращается в пар. Пароводяная смесь проходит тяговый участок 3. Пар отделяется от воды и направляется на турбину по паропроводу 4. Вода в опускном участке 5 смешивается с питательной водой, поступающей по питательному трубопроводу 6, и направляется на вход активной зоны. Пароводяная смесь занимает только нижнюю часть корпуса реактора, в верхней части — паровом пространстве 7 — находится пар с небольшой (до 1%) долей уносимой влаги. Естественная циркуляция теплоносителя осуществляется вследствие разности средней плотности смеси в тяговом и воды в опускном участках. Точное поддержание уровня в опускном участке реактора очень важно, так как при снижении уровня может нарушиться циркуляция в реакторе, а при повышении произойти заброс воды в турбину.
Подобные процессы протекают в канальных реакторах (см. pиc. 9 7), и необходимость точного регулирования уровня в канальных реакторах диктуется теми же соображениями, что и в корпусных. Однако в случае применения принудительной циркуляции тепловые процессы в канальных реакторах протекают более интенсивно и к точности поддержания уровня предъявляются «еще более жесткие требования.

Рис. 8.15. Схемы основных агрегатов АЭС, в которых регулируется уровень:
а —корпусной реактор с кипящей водой (одноконтурная схема); б — барабанный парогенератор

Рис. 8.16. Динамические характеристики парогенератора.
а— возмущение тепловой мощности Dn в=const, Р=const, б — возмущение по расходу питательной воды (P=const, Q=const), в — возмущение по давлению (DnB=const, Q=const), г — КЧХ по каналу расход питательной воды — уровень, уровень;---------------- «—объем воды, объем пара,
—О—О------ расход пара, —X—X —расход воды, ------------------------- . ——входной сигнал трехимпульсного регулятора уровня

Рис 8 17 Схемы регулирования уровня импульсная и трехимпульсная, в — регулирование уровня в двух параллельно работающих барабанах

3. Регулирование перепуском части пара в обвод конвективной поверхности нагрева вторичного пароперегревателя (паровой байпас).

Принципиальная схема регулирования при использовании парового байпасирования изображена на рис. 11.29.

Рис 11,29. Схема регулирования температуры вторичного пара перепуском части пара помимо холодного пакета пароперегревателя

На случай чрезмерного повышения t_в.п предусматривается дополнительный впрыск 7, управляемый автоматическим регулятором 8. Заданное значение t_в.п основного регулятора 4 устанавливается меньшим, чем у регулятора 8, с тем, чтобы клапан аварийного впрыска 9 в нормальном режиме работы был закрыт. Кроме того, наличие блокировки в электрической схеме управления предусматривает возможность открытия аварийного клапана 9 лишь после полного открытия трехходового клапана 3.

4. Газовое регулирование. Эффективное воздействие на температуру вторичного перегрева пара может быть достигнуто за счет изменения количества теплоты, передаваемой поверхностям нагрева топочными газами. Для того чтобы общий расход топочных газов оставался неизменным, целесообразно воспользоваться перераспределением потока газов между газоходами конвективного перегревателя и водяного экономайзера. Принципиальная схема газового регулирования изображена на рис. 11.30. Регулирующие органы — поворотные заслонки, с помощью которых осуществляется перераспределение газового потока, должны быть выполнены из жаропрочного материала и оборудованы специальной системой воздушного охлаждения. На вход автоматических регуляторов вторичного перегрева при газовом регулировании подаются два сигнала: первый (основной) по t_в.п, второй упреждающий (исчезающий) по температуре газов перед вторичным перегревателем.

Рис. 11.30. Газовое регулирование температуры вторичного пароперегревателя перераспределением потока газов: 1 — вторичный пароперегреватель; 2 — экономайзер; 3 — поворотные заслонки.

4. В чем заключается особенность барабана котла как объекта регулирования уровня? Какие факторы оказывают влияние на положение уровня в барабане?

Снабжение барабана водой осуществляется по одной и, реже, двум ниткам трубопроводов питательной воды, одна из которых служит резервной.

Отклонение уровня воды в барабане от среднего значения характеризует наличие небаланса между притоком питательной воды и расходом пара; оно происходит также вследствие изменения содержания пара в пароводяной смеси подъемных труб за счет колебаний давления пара в барабане или изменений тепловосприятия испарительных поверхностей нагрева.

Кривая переходного процесса по уровню в барабане при возмущении расходом питательной воды для парового котла (420 т/ч) приведена на рис. 11.17, а. Динамика этого же участка при возмущении расходом пара показана на рис. 11.17,6.

Выпуклость начального участка кривой разгона при возмущении нагрузкой (увеличением) объясняется снижением давления пара, в свою очередь это приводит к увеличению паросодержания в подъемных трубах циркуляционного контура и росту уровня. Описанное явление носит название набухания или вспучивания.

Рис 11.17. Динамические характеристики котла типа ТП-87 по уровню воды в барабане при возмущениях: а — водой; б — паром

Схема автоматического регулирования. Автоматический регулятор должен обеспечить постоянство среднего значения уровня независимо от нагрузки парового котла и других возмущающих воздействий. В переходных режимах изменение уровня протекает довольно быстро, поэтому регулятор питания должен поддерживать постоянство соотношения расходов питательной воды и пара. Эту задачу выполняет трехимпульсный регулятор питания (рис. 11.18). Регулятор 3 перемещает клапан 4 при появлении сигнала небаланса между расходами питательной воды D_в.п и пара D_п._п. Помимо того, он воздействует на положение питательного клапана при отклонениях уровня от заданного значения Н_б. Данная схема имеет широкое применение на крупных энергетических барабанных паровых котлах.

Рис. 11,18. Трехимпульсная АСР питания водой барабанного котла:

1 — барабан; 2 — экономайзер; 3 — регулятор питания; 4 — регулирующий клапан питательной воды

Читайте также: