5.Примеры расчета настроек АСР барабанных котлоагрегатов.

В разд.1. приведен типовой объем АСР для барабанных котлоагрегатов, который включает 5 основных систем регулирования наиболее важных параметров технологического процесса генерации и перегрева пара.

Основную массу отечественных котельных агрегатов с естественной циркуляцией составляют установки с уравновешенной тягой.

Эти АСР могут быть реализованы на различной аппаратурной базе аналогового типа (резисторы, конденсаторы, транзисторы и т.д.). В табл.5.1. приведено соответствие основных блоков выпускавшихся промышленных регулирующих устройств, нашедших широкое применение при автоматизации теплоэнергетических процессов.

Далее рассматриваются примеры расчетов статической и динамической настройки регулирующих устройств АСР, выполненной на базе аппаратуры РПиБ, которые были широко распространены в течение 50 лет прошлого столетия и применяются до сих пор на менее ответственных участках регулирования. В табл.5.2. показано соответствие органов статической и динамической настройки различных типов аппаратуры, что позволяет пересчитать настройки при переходе на другой тип аппаратуры.

Расчеты для типовых АСР производились по таблицам, приведенным в разд.4.

5.1.АСР разрежения в верху топки котлоагрегата.

Баланс воздуха, подаваемого в топку для сжигания топлива, и удаляемых продуктов сгорания в виде дымовых газов для котлоагрегатов с уравновешенной тягой определяется по разрежению в верхней части топки.

Разрежение поддерживается по величине порядка -20÷-30 Па (-2÷-3 кгсм2 или

мм. водяного столба) с помощью регулирования производительности дымососов с помощью дроссельных устройств – многолопаточных направляющих аппаратов.

Рис.5.1.Функциональная схема АСР разрежения.

Функциональная схема АСР приведена на рис.5.1, на рис.5.2 показана структурная схема системы, реализованная на аппаратуре РПиБ МЗТА

(регулирующее устройство) и первичных измерительных преобразователях (датчиков) с выходным сигналом в виде напряжения.

Рис.5.2.Структурная схема АСР разрежения.

Выходной сигнал датчиков нелинеаризован. Особенностью данной АСР является наличие двух исполнительных механизмов – дымососов, которые во избежание перекосов по газовой стороне должны быть загружены одинаково. Для этой цели в схеме предусмотрено переключающее устройство, обеспечивающее приближенной равенство загрузки электродвигателей дымососов по равенству открытий направляющих аппаратов.

В последнее время в качестве сигналов загрузки дымососов используется активная мощность или ток, что более точно отражает загрузку электродвигателей.

Рассмотрим пример расчета параметров статической и динамической настройки для АСР разрежения котлоагрегата ТП-158 с уравновешенной

тягой, производительностью котла DК = 230т/ ч , давление за котлом Р”к=10 МПа, температура перегретого пара tпе=5400С.

Дано:

-аппаратура РПиБ;

-номинальный статический коэффициент преобразования датчика

разрежения типа ДТ-2 МЗТА (предел измерения- -300 Па÷+200 Па) КДS=2,08 мВ/Па (по данным лабораторной проверки);

-коэффициент усиления полупроводникового усилителя КПУ=55 (по данным лабораторной поверки);

-минимальная зона нечувствительности электронного блока РПИ

∆min =160мВ (по данным лабораторной поверки);

-максимальное напряжение от задатчика ЗУ11 (через измерительный блок И-ΙΙΙ) при αзд=10 дел - Σ Uзд.max=1660 мВ;

-номинальное значение разрежения в топке (по технологическим требованиям) – ST=40 Па;

-диапазон действия оперативного задатчика по разрежению -

Σ=Sзд=200 Па (по технологическим требованиям).

Расчет:

Нечувствительность по регулируемому параметру определяется следующим выражением

ΔSТ=(0,01÷0,015)ΣSТ,

где ΣSТ – диапазон возможного изменения регулируемого параметра.

- 38 -

Примем диапазон изменения регулируемого параметра равным диапазону измерения параметра датчиком ДТ-2 ΣSТ=500 Па.

Тогда ΔSТ=0,015·ΣSТ=0,015∙500=7,5 Па, примем ΔSТ=10 Па (1кгсм2 ,мм.в.ст.).

Используя минимальное значение зоны нечувствительности блока РПИ, определим значение положения органа масштабирования по регулируемому параметру, исходя из равенства сигналов на входе в регулирующий прибор

min= ΔSТ·КПУ· КДS · α101 ,

где α1 – число делений потенциометра “Чувствительность 1” измерительного блока И-ΙΙΙ (αmax=10 дел.).

Откуда

	α	1	=	αmax ∆min	=		10 160	=1,4дел
				∆ST KSД КПУ		10 2,08 55

Данные расчета приведены в табл.5.2.

По заданному технологическому диапазону оперативного задатчика определим положение потенциометра “Чувствительность задатчика”, исходя из уравнения равенства сигналов в узле сравнения измерительного блока (сумматоре) от датчика разрежения и от задатчика

αзд

Σ∆U

здmax

=

α1

K Д Σ∆S

T

α

max

α

max

S

α

1

К Д Σ∆S

T

1,4 2,08 200

= 0,4дел

αзд =

S

=

Σ∆U здmax

1660

Цена деления оперативного задатчика равна

Z = Σ∆100Sзд = 100200 = 2 делПа ;

Число делений оперативного задатчика – Umax=100 дел. Расчеты сведены в табл.5.2.

- 39 -

- 40 -

Таблица 5.1.

Сравнительная таблица систем аналоговой аппаратуры авторегулиования.

№№	Назначение		Контур	Каскад	Каскад-2	АКЭСР	АКЭСР-2	Примечание
п/п
1.Блоки регулирующие
1.1.	Блоки регулирующие с		выход	Р12	Р17,Р17.1	РБА-11	можно
	аналоговым выходом (для		0-5 мА	выход	Р17.2	выход	использовать РП-4	КПИ
	построения каскадных схем)		0-10 В	0-5 мА	Р17.3	0-5 мА	совместно с БЗИ
			К15			0-10 В
1.2.	Блоки регулирующие				Р-27,Р-27.1	РБИ1М-11 (111)	РП-4У,РП-4Т,	РПИ
	импульсные		Р-25	Р-21	Р-27.2		РП7-П
					Р-27.3
1.3.	Блоки регулирующие						РП4-У,РП4-Т,
	импульсные с дистанционной		-	Р23	Р28	РБИ2М-11(111)	РП4-П	-
	дискретной подстройкой
1.4.	Блоки регулирующие						РП4-У,РП4-Т,
	импульсные с аналоговой		-	-	Р28	РБИ3М-11(111)	РП4-П	-
	дистанционной подстройкой
1.5.	Блок измерительный (для							И-111,И-1V,
	предварительного		не требуется	ИО4	не требуется	не требуется	не требуется	И-МК,И-НП,
	суммирования и							И-Т,И-Т2,И-С,
	преобразования входных							И-2С,И-М
	импульсов)
2.Блоки	вспомагательные
2.1.	Блок согласующих приставок
	для включения регуляторами		не требуется	В21	не требуется	не требуется	не требуется	-
	Р21,Р23 магнитного пускателя
2.2.	Устройство защитное		В01	В01	В01	-	ЗУ-04	-
3.Задатчики выносные и блоки управления
3.1.	Задатчик ручной		ЗУ11	ЗУ11	ЗУ11	-	РЗД-12	ЗУ11
	(потенциометр)
3.2.	Задатчик ручной с		-	ЗУ05	РЗД с выходом		РЗД-22 с выходом
	унифицированным выходом			выход	0-5 мА		0-5 мА	-
				0-5 мА	0-10 В		0-10В
3.3.	Задатчик с ручным и
	дистанционным
	переключателем цепей и		-	-	-	РЗД-К	-	-
	унифицированным выходом
3.4.	Блок управления аналоговый					БРУ-1К	БРУ-22	см.примечание

(для переключения в		БУ-12	БУ-12	(однокнопочный)
информационных и	-			БРУ-2К
измерительных цепях)				(двухкнопочный)

3.5.Блок управления и

	переключения (без указателя	БУ-21	БУ-21	БУ-21	БРУ-3К	см.примечание
	положения)
3.6.	Блок управления и
	переключения (с указателем	-	-	-	-	БРУ-32
	положения)

3.7.То же с возможностью

	дистанционного переключения	-	-	-	БРУ-У	БРУ-42	см.примечание
	цепей
4.Блоки функциональные
4.1.	Блоки кондуктивного	-	-	-	БКР1-11(111)	-	-
	разделения				один датчик
					0-5 мА
5.Усилители
5.1.	Для однофазных двигателей	-	-	-	-	-	ПБР2-3
	МЭО						ПБР2М новой
							модификации
5.2.	Для трехфазных двигателей	-	-	-	-	-	ПБР-3И
	МЭО с мощностью двигателя
	до 0,4 кВт
5.3.	Для трехфазных двигателей	-	-	-	-	-	У-102 или У-23
	МЭО-Б до 0,4 кВт						(вместо У-101)
5.4.	Для трехфазных двигателей	-	-	-	-	-	ПБР-3-новая
	МЭО с фазным током до 2А						млдификация
5.5.	Для трехфазных двигателей	-	-	-	-	-	У-22
	встроеных механизмов до 4,5
	кВт

Примечание:

1.Блоки Р17,Р27 работают с унифицированными датчиками;Р17.1,Р27.1,ЛОЗ.1 и РП4-П работают с дифтрансформаторными датчиками.

2.Блоки АКЭСР имеют два исполнения:11-приборное и 111-шкафное.

3.В системе АКЭСР выпускаются также в шкафном исполнении регуляторы на 2 канала регулирования:РБИ4МШ-111(с дискретной и аналоговой подстройкой параметров); РБИ5М-Ш (с аналоговой подстройкой параметов) и РБИ6М-Ш (с дискретной подстройкой).

4.Блоки управления БРУ-1К,БРУ-2К,БРУ-3К,БРУ-У сняты с производства в 1982 году и заменены на БРУ-22,БРУ-32,БРУ-42;блоки БВО-2 и БСЛ-2 серийно выпускаются с 1V квартала 1983 года.

5.Усилители могут работать с любой системой регуляторов;их выбор диктуется только типом и мощностью исполнительного механизма.

Таблица 5.2.

- 42 -

Обозна

Едини-

Результат расчета

Расчетный

чение

ца

Расчетная формула

Расчет

Реализация

Примечание

параметр

измере-

на

ния

аппаратуре

Минимально

допустимое

’

кПа

(0,01-0,15)*ΣSт

доп

отклонение

S Tmin

Принято S

Тmin=

регулируемого

=10 Па

параметра

Зона

неч

%

ДОП

Д

αРП

160,16

нечувствительности

10 2,08 1,4

∆ΧРП

КS αmax

КПУ

55

10

передачи по ХРП

α1

дел

10∆min

10 160

Коэффициент

неч

1,4

2,08 10 55

КSД ∆SТдопmin КПУ

Коэффициент

передачи

αзд

дел

α1 КSД Σ∆ST

1,4 2,08 200

0,4

оперативного

задатчика

U здmax

1660

апп

Цена деления

Z

ед.рег

Σ∆Sзд

200

2

задатчика

дел

100

100

Постоянная времени

Тдемп

с

(

А α

)

2

−1

демпфирования

П

РП

Устранена

∆неч

ТП

гидравлическим

демпфером

2π

Скорость связи

Vос

%/с

7

αсс

Получены

0,33 МОм

экспериментально

R13

Время

Ти

с

RдC3

1,5 МОм

интегрирования

Переключатель

α1

“шаговой” схемы

α2

Комплект

α1

0,5

Получены

динамической связи

экспериментально

α3

0

КДС

0,15 МОм

R2

- 43 -

- 44 -

Для определения параметров динамической настройки регулирующего прибора необходимо знание динамической характеристики объекта регулирования.

Рис.5.3.Кривая разгона по разрежению в топке.

На рис.5.3. показана переходная характеристика (кривая разгона) объекта регулирования, полученная экспериментально при возмущении регулирующим органом (изменением положения направляющего аппарата). Пульсации параметра (разрежения) сглажены гидравлическим демпфером. После обработки переходной характеристики имеем τ=12 с. и Та=30

с., τ = 0,4 .

TA

Показателями динамической характеристики дают основания отнести объект регулирования к малоинерционным. Динамическая настройка аналогового регулирующего прибора с ПИ-законом регулирования таких систем определяется экспериментальным методом отработки возмущения задатчиком в замкнутой системе за одно-два включения.

Полученные значения коэффициента усиления регулятора (через реализацию αсс-потенциометра “Скорость связи” и R13-дискретного задания диапазона скорости связи) и времени интегрирования (через реализацию значением Rу) приведены в табл.5.2.

Рис.5.4.Зависимость Vос от αсс и Rсм=R13.

При необходимости использования другого типа аналоговых регуляторов можно воспользоваться табл.5.3 соответствия органов статической и динамической настройки АСР, выполненных на различных типах аналоговой аппаратуры. Определение реальных значений скорости связи возможно по рис.5.4. Эта характеристика должна быть уточнена путем лабораторной проверки, т.к. точность изготовления резисторов (постоянных и переменных) и конденсаторов достаточно низка,±20%. Время интегрирования равно

ТИ=RУ·С3, МОм∙мкФ→с

где RУ – сопротивление разряда конденсатора обратной связи, МОм. Типовое значение ёмкости конденсатора обратной связи С3=30,0 мкФ, однако иногда встречается С3=10,0 мкФ, что требует исходной лабораторной проверки.

Рис.5.5.Переходный процесс в АСР разрежения без КДС.

При наличии в газовоздушном тракте таких емкостей, как объем помещения электрофильтров, сероочистки переходные процессы могут оказаться не лучшими по квадратичной интегральной оценке (площади под кривой) и длительности переходного процесса, как, например, показано на рис.5.5. Переходной процесс может быть улучшен за счет ввода воздействия по основному возмущению – изменению расхода воздуха. В данной АСР использован упрощенный способ ввода основного возмущения – подача упреждающего сигнала при срабатывании регулирующего прибора АСР общего воздуха через дифференциатор или коробку динамической связи КДС. КДС представляет пассивную RC-цепь с настраиваемыми параметрами

– резисторами Rсс и Rд (рис.5.6).Параметры настройки КДС были получены экспериментально и приведены в табл.5.2.

Рис.5.6.Схема комплекта динамической связи КДС.

- 46 -

Динамическая настройка КДС (подбор αос,Тд.с.) осуществляется по принципу отработки возмущения задатчиком регулирующего прибора АСР общего воздуха за одно включение (изменяя αсс).После подбора αсс подбирают Тд.с. по направлению второго-третьего включения (при совпадении направления первого и второго включения, Тд.с. следует уменьшить, и наоборот).

Переходный процесс в АСР после ввода сигнала через КДС показан на рис.5.7.

Рис.5.7.Переходный процесс в АСР разрежения с КДС.

- 47 -

Таблица 5.3.

Соответствие органов статической и динамической настройки АСР, выполненных на различных типах аналоговой аппаратуры.

Используемая		органы	зона	корректор	задатчик	демпфер	коэффициент	время	время	контроль
аппаратура		масштабирования	нечувстви				передачи	интегрирования	длительности	рассогласования
			тельности				рег. прибора		импульса
РПИБ	И-111-62	чувст. 0-10 дел	-	αчув	чувств.	демпф	-	-	-	Д-Е~
				корр	внеш.	0-13 с				В-Г=
				И	задатчик
	РПИ	-	150-900 мВ	-	-	-	αсс,R13,R9	0-200 с	длит.имп.	-
АКЭСР	БКР	вх.1,2	-	-	РЗД	ТФ=0-24 с	-	-	-	Гi-Г0
					0-100	КСУ=0,5-
						2,0
	РБИ	вх.2	зона неч.	-	РЗД	Тф	Vсс	5-500 с	0,1-1,0 с	Г0-ГЗ
		0-1	0,2-2,0 %			0-20 с	0,2-2,5 %с-1	20-2000 с
АКЭСР-2	РП4-У	вх.4			внутр.	Тф	αП	τи	длит.имп.	У1-0
		К1,К3 0-1	0,2-2,0%	5	0-5 мА	0-30 с	0,5-5 с%-1	5-500 с	0,1-1с
		0-1			внеш.5%			20-2000 с
КАСКАД	И04	КП- КП	-	груб.100	дискр.0-0,4	-	-	-	-	А-Б
		0-1		плав.5	1,0
					плав.0-1
	Р21	демп.вх3	зона	-	-	Тдф	Vсв	Ти	0,2-1с	А-Б
		недемп.вх.2	0,2-1,6%			0-9с	0-2,5%с-1	5-510 с
								20-2000с
КАСКАД-	Р27	вх.40-5мА				τдф	αП	τи	0,08-0,5
2	Р27.1	0-1 (К1-К4)	0,2-2	±100%	αзу0-1	0-10 с	0,3-100	5-500
		вх3 естест.			0-100%		с%-1	20-2000
		0-1
КОНТУР	Р25.1	К1,К2	зона	корр.	задание	демпф.	КП63	Ти	импульс
		0-1	0-5%	±100%	±20%	0-10 с	0-20%-1с	5-500 с	0,1-1,0 с	Е-от
							(Тсм=63 с)

Данные экспериментальной настройки КДС приведены в табл.5.2. Наличие двух параллельно работающих дымососов вынуждает синхронизировать их работу, выполнив настройку переключающего устройства для реализации “шагающей” схемы. В рассматриваемой АСР в качестве переключающего устройства применен переключатель ламповый контактный ПЛК-ПС МЗТА, использующий датчики положения направляющих аппаратов дымососов. Для расчета статической настройки необходимо знание крутизны характеристик преобразования датчиков положения КДд.п.[мВ/%], зоны возврата в переключающего устройства (по данным лабораторной проверки); коэффициента усиления полупроводникового усилителя Кпу (по данным лабораторной проверки).

Шаг переключения принимается как и минимальное допустимое значение регулируемого параметра nн=1÷1,5%.

Положение органа масштабирования дымососа, имеющего меньшее значение mдп потенциометра “Чувствительность 1”

α1 =	αmax ∆в
	Кдпд nн КПУ

Для второго датчика положение потенциометра “Чувствительность 2” определяется из равенства сигналов датчиков положения

Кд

α2 =α1 Кдпд 1

дп2

Данные настройки ПЛК-ПС приведены в табл.5.2.

Вставка к 5.25.

Динамическая настройка КДС (подбор αсс,Тд.с.) осуществляется по принципу отработки возмущения задатчиком регулирующего прибора АСР общего воздуха за одно включение (изменяя αсс). После подбора αсс подбирают Тд.с. по направлению второго-третьего включения (при совпадении направления первого и второго включения Тд.с. следует уменьшить и наоборот).

5.2.АСР питания барабанного котлоагрегата.

Для барабанных котлов водопаровой тракт разделен барабаном на паровую и водяную часть. Выходом тракта является паросборная камера, выходная среда-пар, расход пара определяет производительность котла, которая зависит от потребителей пара – паровых турбин. Расход пара измеряется с помощью специального сужающего устройства. Входом тракта является питательная магистраль, рабочая среда-питательная вода, расход которой также измеряется с помощью специального сужающего устройства. Показателем баланса расхода пара и расхода питательной воды является уровень воды в барабане. Контроль уровня в барабане играет важную роль в протекании технологического процесса генерации пара. Если уровень снижается до некоторого критического значения, возможен захват пара из

парового пространства барабана в опускные трубы, что может привести к опрокидыванию циркуляции и пережогу экранных труб. Это критическое значение пониженного уровня в барабане определяет уставку (предел)

срабатывания технологической на останов котла.

Рис.5.8.Поперечный разрез барабана.

Повышение уровня воды в барабане угрожает безопасности работы пароперегревателя котла, т.к. захват паром частиц воды может вызвать термическое напряжение в материале пароперегревателя и его разрушение. Повышение уровня может быть предотвращено открытием задвижек аварийного слива и сбросом части воды из барабана. Открытие задвижек аварийного слива происходит при значении уровня, называемого уставкой первого предела технологической защиты по повышению уровня в барабане. При дальнейшем повышении уровня при угрозе заброса воды в пароперегреватель срабатывает технологическая защита на останов котла (второй предел защиты).

Рис.5.9.Функциональная схема АСР питания котлоагрегата.

На рис.5.8. показан разрез барабана с указанием уставок защиты и нормального уровня. Нормальный уровень находится на -200 мм. ниже геометрической оси барабана. Вставка??

- 50 -

Рис.5.10.Структурная схема АСР питания котла.

На рис.5.9. приведена функциональная схема АСР питания барабанного котла, на рис.5.10. изображена структурная схема системы регулирования, построенная на аппаратуре РПИБ.

На измерительный блок И-111 подается сигнал от датчика по уровню. Измерительный блок связан с электронным блоком РПИ, который воздействует через блок управления БУ21 на сервомотор (исполнительный механизм), управляющий регулирующим питательным клапаном РПК подачи питательной воды в барабан.

Основным источником изменения уровня в барабане является изменение расхода пара на выходе пароперегревателя. Динамика изменения уровня в барабане при изменении расхода питательной воды показана на рис.5.11.

Рис.5.11.Динамическая характеристика по уровню в барабане при возмущении расходом питательной воды.

На рис.5.12. показано изменение уровня в барабане при изменении расхода пара. Уровень в барабане является объектом без самовыравнивания. Переходная характеристика (кривая разгона) имеет следующие динамические показатели: запаздывание τ и скорость разгона (установившаяся скорость изменения уровня) ε. Время запаздывания τ зависит от давления в барабане, которое составляет от 70 с при давлении в

барабане Pб=40 смкгс2 ; при Pб=100-115 смкгс2 - τ =20-25 с,

- 51 -