Система управления котлом

Для контроля наличия пламени поз. 32а,б 33а,б 34а,б используются датчики контроля пламени ДМС-100. Оптический датчик-реле контроля пламени ДМС-100 предназначен для селективного контроля и индикации отсутствия или наличия пламени в жидкотопливных горелочных устройствах; обеспечивает выдачу сигнала для систем автоматики. Вторичный преобразователь ДМС-100 устанавливается на щите розжига.

 

6. Описание локальных контуров регулирования

 

Рассматриваемая система автоматизации, одной из основной задачи которой  является ведение оптимального технологического процесса и получение конечного  продукта с заданными параметрами  и характеристиками. Конечным продуктом  является насыщенный водяной пар. Для  решения задач по автоматизации  по выпуску пара применяются технические  средства, которые четко контролируют процесс производства продукта и оптимально регулируют его. Для этого используются несколько контуров регулирования:

- регулирование разрежения;

- регулирование соотношения «топливо-воздух»;

- регулирование уровня в барабане;

- регулирование давления в барабане.

Регулятор разряжения в  топке котла.

Назначение — полное удаление продуктов  сгорания независимо от величины нагрузки котла. Этого можно достичь при  соответствии производительности дымососа в каждый момент производительности вентилятора и количеству топлива. Показателем такого соответствия является разрежение в топочной камере котла.

Избыточное давление в топке  приводит к выбиванию газов и  пламени из топки в помещение  котельной. С увеличением же разрежения в топке резко возрастают присосы воздуха, снижающие экономичность работы котла за счет потерь с уходящими газами и увеличение расхода электроэнергии на тягу.

На регулятор разрежения возлагается  задача поддержания постоянного  разрежения — 30 Па (—3 мм вод. ст). с высокой точностью ±5 Па (±0,5 мм вод. ст.). Конкретная величина разрежения зависит от конструкции топки и места отбора импульса. Дело в том, что в различных по высоте зонах топки разрежение неодинаково. Согласно заводской инструкции на котлы ДКВР место отбора разрежения в топке должно быть на боковой стенке топки, располагающейся дальше от выходного окна, и находится на расстоянии 1/3 ширины стенки от задней стены топки и 1/3 высоты боковой стены от потолка топки.

Основное требование к регулятору — максимально возможное быстродействие, так как топка как объект регулирования  разрежения практически безынерционна.

При увеличении количества воздуха, подаваемого  в топку, разрежение в топке уменьшится, одновременно снижается поступление  воздуха через неплотности обмуровки. Это говорит о значительном самовыравнивании топки как объекта регулирования разрежения.

Из сказанного следует, что регулятор  не должен иметь остаточной неравномерности  и может быть простым по закону регулирования. Сигнал разрежения подается из топки на преобразователь разряжения, где преобразуется в электросигнал и поступает на вход усилителя, где сравнивается с электросигналом задатчика Зд. Если действительная величина разрежения X равна заданной Х₀, то отклонение, рассогласование ΔХ=0 и система регулирования находятся в установившемся режиме. При наличии рассогласования ΔХ больше величины чувствительности усилителя, он подает команду на исполнительный механизм, который перемещает направляющий аппарат дымососа в определенном направлении, стремясь свести рассогласование к нулю.

Регулятор соотношения  «топливо-воздух».

Назначение—поддерживать заданное соотношение между количеством топлива и воздуха во всем диапазоне изменения подачи топлива, которое определяется по графику. Необходимые данные получают при теплотехнической наладке котла и выдаются службе КИПиА за подписью начальника котельной.

Для полного сжигания топлива используются несколько технологических зависимостей между топливом и воздухом. Исходя из этого, строятся и схемы автоматического регулирования: «расход (давление) топлива — расход (давление)- воздуха» (сокращенно «топливо — воздух»); «расход пара — расход (давление) воздуха»; «положение РО топлива — расход (давление) воздуха» и «количество кислорода в уходящих газах — количество воздуха».

Оптимальное количество воздуха будет  выдерживаться, когда измеряется не только расход топлива, но и его качественные показатели: состав, температура, влажность  и т. д. Наиболее точно это учитывается  САР подачи воздуха, удерживающей избыток (1,0%-1,5%) кислорода О₂ в уходящих газах. Однако из-за сложности измерения кислорода наиболее часто применяется схема регулирования соотношения «топливо — воздух».

Для системы регулирования способ измерения количества топлива не имеет большого значения. Но от этого  значительно зависит качество сжигания топлива. Причин, влияющих на нормальную работу регулятора соотношения «топливо — воздух» (в дальнейшем — регулятор  воздуха), при измерении давления топлива, а не расхода, несколько.

Во-первых, выходное сопло распылителя  мазута газомазутных горелок типа ГМГ, которыми оборудуются котлы ДКВР, рассчитано до 2000 часов работы при нормальной фильтрации топлива и режиме работы сопла. Если эти требования не выдерживаются, то сопло увеличивается и при том же давлении через него проходит больше мазута. В этом случае воздуха нужно больше, но так как САР контролирует только давление, то количество воздуха не изменится, что приведет к неполному сгоранию топлива.

Во-вторых, сопла форсунок и газовые  отверстия забиваются, что ведет  к росту давления на них. Но одновременно уменьшается количество топлива, а  регулятор будет держать воздуха  больше необходимого, согласно давлению, что приведет к охлаждению топки  и снижению паропроизводительности котла, т. е. к.п.д. котла.

В-третьих, у котлов ДКВР-20 устанавливаются  по 3 горелки, и контролировать давление топлива для регулятора воздуха  можно только на коллекторе (на общем  трубопроводе топлива) после РО. При  полностью открытых ручных вентилях давление топлива на коллекторе и  на горелках будет одинаковое. Если один из вентилей будет открыт не полностью, то давление топлива за ним будет  меньше, а значит, и расход топлива  меньше, и воздуха надо меньше, но при этом давление на коллекторе будет  больше, и тогда регулятор воздуха  будет не уменьшать подачу воздуха, что необходимо, а увеличивать.

Контролировать правильность работы регулятора воздуха можно (при замере давления топлива) по графику оптимального соотношения «топливо — воздух», но качество сжигания топлива при  таком косвенном замере расхода  топлива не гарантируется, да и проконтролировать  его без газоанализаторов дымовых  газов, которые не предусмотрены  проектами, сложно.

Следовательно, более качественное сжигание топлива гарантировано  при измерении его расхода. Причем не только при изменении расхода  с помощью РО системы регулирования, но и ручными вентилями, а также  при изменении состояния любого элемента тракта подачи топлива.

Количество воздуха, подаваемого  в топку, обычно измеряется по давлению воздуха в воздуховоде перед  котлом. У котлов ДКВР-20 горелок три, и из общего воздуховода имеются  ответвления к каждой горелке  с ручными заслонками для перераспределения  количества воздуха. К котлам ДКВР нужно  знать точное и постоянное положение  ручных заслонок, иначе всякое их отклонение от заданного положения изменит соответствие между давлением воздуха и его количеством. Например, если прикрыть ручные заслонки на горелках, то давление воздуха в общем воздухопроводе возрастет, что свидетельствует об увеличении количества воздуха от первоначального положения ручных заслонок и регулятор будет прикрывать направляющий аппарат вентилятора, хотя на горелки идет меньше воздуха и нужно наоборот увеличивать подачу воздуха.

Работу регулятора рассмотрим на примере  «газ — воздух». График этого соотношения выданный после окончания режимной наладки котла, предусматривает одно соотношение между количеством газа и воздуха, поэтому задатчик должен быть выключен. Датчик расхода газа преобразует измеряемый перепад давления на диафрагме в электрический сигнал и посылает на усилитель, где он сравнивается с электросигналом датчика давления (расхода) воздуха. При этом сигналы датчиков должны быть равны, но противоположны по фазе—тогда на входе усилителя суммарный сигнал равен нулю и САР находится в покое. Всякое изменение расхода газа вызовет изменение электросигнала датчика расхода, и регулятор должен восстановить вновь соотношение сигналов датчиков, то есть соотношение «газ — воздух».

Из рассмотренного видно, что расход газа является задающим параметром для  регулятора воздуха, изменяющего подачу воздуха вслед за изменением расхода  газа. Значит, регулятор воздуха  является следящим.

Регулятор уровня воды в  барабане котла.

Назначение — поддерживать уровень  воды в барабане постоянным с точностью  ±5 мм при изменении расхода пара с котла от 10 до 120%.

Уровень воды в барабане является одним из основных регулируемых параметров паровых котлов. В равновесном  состоянии участок питания котла  характеризуется равенством между  количеством поступающей воды и  расходом пара с котла. Если это условие  выдерживается, то уровень воды будет  неизменным. Отклонение уровня происходит по следующим причинам: изменение подачи воды, расхода пара, теплонапряжения топки и давления пара в барабане. Отклонения уровня от среднего положения при его регулировании не должны превышать ±20—30 мм, так как в случае отказа регулятора достаточно 3—4 мин до упуска воды из барабана или его перепитки. Упуск воды приводит к разрыву экранных труб и выходу котла из строя. Перепитка барабана котла приводит к повышению давления пара, к забросу воды в паропровод, гидравлическим ударам и возможным разрывам паропроводов.

Датчик уровня, дифманометр с перепадом 6,3 кПа (630 мм вод. ст.), подключается через уравнительный сосуд к барабану котла.

Регулятор работает следующим образом. Датчик измеряет уровень воды в барабане котла, преобразует его в электрический  сигнал и посылает на усилитель, где  он сравнивается с сигналом задатчика. При равенстве сигналов система регулирования находится в установившемся состоянии. При появлении сигнала рассогласования ΔХ=Х-Х₀ — регулятор, воздействуя на количество питательной воды, протекающей через регулирующий оргон, по ПИ-закону, восстанавливает равновесие системы.

Регулятор давления пара в  барабане котла.

Назначение — удерживать постоянной заданную величину давления пара в  пределах точности регулирования путем  изменения подачи топлива при  колебаниях расхода пара с котла  от 20 до 120% его мощности.

Нижний предел (20%) определяется началом  диапазона регулирования горелок  ГМГм и ГМГ-П, которыми оборудуются котлы ДКВР. Верхний предел (120%) определяется тем, что кратковременно разрешается перегрузка котла, при этом нужно учесть, что паспортная мощность котлов ДКВР указана для угольного топлива, а при использовании газового или мазутного она увеличивается на 40%.

Настроечные технологические данные параметров определяются по режимной карте Например, согласно таблице давление пара в барабане котла имеет только одно значение 1,0 МПа (10 кгс/см²). Значит, задатчик данного регулятора должен быть отключен. Точность удержания давления пара ± 0,5 кгс/см².

Регулируемое давление пара непрерывно измеряется датчиком давления преобразуется в электросигнал и посылается на усилитель, где он сравнивается с сигналом задатчика. Если оба сигнала равны, т. е. равны заданная величина давления пара Х₀ и, действительная его величина X, то рассогласование ΔХ=Х—Х₀ равно нулю и система регулирования находится в покое.

Если действительное значение давления пара X отклонится в какую-либо сторону  от задания Х₀, то сигнал рассогласования ΔХ поступает на вход усилителя. Когда ΔХ станет больше зоны нечувствительности усилителя, то с него подается командный сигнал на исполнительный механизм. Регулирующий орган будет перемещаться в направлении, необходимом для ликвидации сигнала рассогласования. [4,5]

 

4. Обоснование контура регулирования, подлежащего расчету

 

Условия безопасной и надежной работы котлаагрегата требуют, чтобы уровень воды в барабане поддерживался в определенных пределах.

Уровень воды в барабане является одним из основных регулируемых параметров паровых котлов. В равновесном  состоянии участок питания котла  характеризуется равенством между  количеством поступающей воды и  расходом пара с котла. Если это условие  выдерживается, то уровень воды будет  неизменным.

Отклонение уровня происходит по следующим  причинам: изменение подачи воды, расхода  пара (нагрузки котла), тепловой нагрузки топки и давления пара в барабане. Отклонения уровня от среднего положения  при его регулировании не должны превышать ±20—30 мм, так как в  случае отказа регулятора достаточно 3—4 мин до упуска воды из барабана или его перепитки. Упуск воды приводит к разрыву экранных труб и выходу котла из строя. Перепитка барабана котла приводит к повышению давления пара, к забросу воды в паропровод, гидравлическим ударам и возможным разрывам паропроводов.

При исследовании химико-технологических  процессов как объектов управления необходимо выделить входные, выходные параметры и возмущающие воздействия. Для определения основных регулируемых параметров и возмущающих воздействий, необходимо составить информационную модель процесса. На уровень воды в  барабане могут оказывать влияние  множество возмущений. Основные из них: изменение расхода питательной  воды, изменение нагрузки потребителя, изменение расхода топлива, изменение  температуры питательной воды. [4,5]

Рассмотрим информационную модель объекта, представленной на рис. 4.1.

 

Рисунок 4.1 - Информационная модель объекта

 

После анализа информационной модели, можно сделать вывод, что на уровень  воды в барабане котла действуют  множество возмущений. Поэтому сделаем  выбор в сторону управления расхода  воды и компенсации возмущений, связанных  с нагрузкой котла по пару. Так  как эти параметры больше всего  влияют на материальный баланс барабана котла и его уровень воды.