5.4.1.Пример 1.Расчет статических и динамических настроек регулирующих устройств АСР тепловой нагрузки.

Исходные данные:

−котлоагрегат БКЗ-320-140, работающий на поперечную магистраль по пару;

−регулируемый диапазон нагрузок котла - 200÷320 т/ч;

−диапазон изменения давления в барабане Σ∆Ρб=1,2 МПа;

−регулирующая аппаратура РПИБ МЗТА (РПИ-62+ И1-lll-62 – в стабилизирующем контуре и И2-lll-62+КПИ – в корректирующем контуре)

−данные лабораторной проверки аппаратуры:

•коэффициент усиления полупроводникового усилителя И1-lll

КПУ1=52;

•минимальная зона нечувствительности РПИ ∆неч.min=120 мВ;

•диапазон действия задатчика Σ∆Uзд.1.max=1390 мВ;

•коэффициент преобразования первичного измерительного преобразователя по расходу пара Кдд=3,75 мВ/(т/ч);

•зона линейности выходного сигнала дифференциатора ДЛ-П

Σ∆Uвых=10В;

•коэффициент усиления полупроводникового усилителя дифференциатора КПУ.д=52;

•коэффициент преобразования первичного измерительного преобразования по давлению в барабане КдРб=16 мВ/МПа;

−для корректирующего регулятора КПИ:

o коэффициент усиления полупроводникового усилителя И2-lll

КПУ2=48;

o статический коэффициент прямого канала ККПИ=7;

o диапазон изменения выходного сигнала КПИ Σ∆Uкор.р.=1000 мВ

(при изменении от 10% до 90% Σ∆Uкор.р.=800 мВ);
o диапазон действия задатчика Σ∆Uзд.max2=1600 мВ;
o коэффициент преобразования первичного измерительного
преобразования по давлению за котлом mP′′ = 28мВ/ МПа	;
к
Расчет:

Статическая настройка регулирующих устройств стабилизирующего контура.

Измерительный блок И1-lll.

Минимальная нечувствительность регулируемого параметра – расхода пара

∆Dk.min=(0,01÷0,015)Σ∆Dk=0,015·120 2 т/ч;

Положение потенциометра «Чувствительность 1» И1-lll по расходу пара

α1	=	αmax ∆нечmin					=	10 120	=3,0дел
1		Кд	К	ПУ1	∆D	.min		3,75 52 2
		D			k

Положение потенциометра «Чувствительность 2» И1-lll по сигналу от корректирующего регулятора КПИ

- 71 -

				Кд	Σ∆D			3,75 120	=1,35дел
α		=α		D		k	=3,0
	2		1 Σ∆Uкорр100					1000
						. р

Положение потенциометра «Чувствительность Задатчика 1»

	α		=α		К Д Σ∆D	к	=3,0	3,75 120	= 0,97 1,0дел
		зд			D
				1 Σ∆U зд1.max				1390

Цена деления задатчика Зд1

z = Σ∆100Dк =120100 =1,2 т%/ч

Дифференциатор.

Положение потенциометра «Чувствительность» дифференциатора по давлению в барабане выбирается из условия линейности характеристики полупроводникового усилителя дифференциатора

	α =	αmaxΣ∆Uвых	=		10 10	=100дел
		КРбД КПУ Σ∆Рб		16 52 1,2

Принимаем αmax=10 дел.

Расчет статической настройки измерительного блока И2-lll корректирующего регулятора.

Точность поддержания давления за котлом можно определить из уравнения пределов изменения давления за котлом Σ∆Р//к=1 МПа.

Примем ∆Рм.min=1 МПа при этом диапазон изменения напряжения с выхода корректирующего регулятора должен быть равен диапазону изменения сигнала по давлению за котлом Σ∆Uкорр.р=Σ∆UР//к

				Σ∆U Рм =		α12	КРмД	КПУ2		ККПИ Σ∆Рк// ,
					α
	отсюда					max
				αmaxΣ∆Uкорр. р
	α	1	=						=	10 1000	10дел
				КРмД КПУ2	ККПИ Σ∆Рк′′					28 48 7 1,0

Положение потенциометра «Чувствительность Задатчика 2» определим из равенства сигналов развиваемого датчиком по давлению за котлом и от задатчика

			КРкД α1 Σ∆Рк′′ =αзд Σ∆U зд
α	зд	=α	1		КРкД Σ∆Рк′′	=1,1	28 2	0,021дел
							1600
					Σ∆U зд

Цена деления оперативного задатчика 2 по давлению за котлом

z = Σ∆100Рк′′ =1002 = 0,02 МПа%

Расчет динамической настройки регулирующих устройств АСР тепловой нагрузки.

Регулирующий прибор РПИ стабилизирующего контура.

Исходные данные для расчета: экспериментальная кривая разгона (рис.5.30.) «по теплу» имеет запаздывание τ1=18 с, постоянную времени Та1=114 с,

- 72 -

Коб1=18 (т/ч)/В (коэффициент усиления объекта в т/ч расхода пара к напряжению выхода интегрального блока регулирования станции бесступенчатого регулирования БРИ СБР), скорость регулирования по выходу БРИ СБР Sр=0,433 В/с; напряжение цепи обратной связи РПИ

Uос=2400 мВ.

Рис.5.30.Динамика сигнала «по теплу».

Для расчета используется номограмма Сибтехэнерго для одноконтурной АСР (рис.5.24.):

по отношению

τ1

=

18

= 0,16 имеем (

Ти

) = 0,6 и (Кр Коб1 ) =3,2 .

114

Та

Та

1

1

Т

и

= (

Ти

)Та = 0,6 114 = 68,4с

Та

1

1

Тогда Rд =

Ти =

68,4

=3,42 3,5МОм

С3

20

Кр = (Кр Коб1 ) / Коб1 = 0,18 тВ/ч

Реализация коэффициента усиления РПИ может быть определена по следующей формуле через скорость обратной связи

S экв Vос = Киб1 Крр ,

где Киб1 – коэффициент усиления измерительного блока по расходу пара

К

=

α1

Кд

К

=

3

3,75

52 =58,5

мВ

Тогда

иб1

αmax

D

ПУ1

10

т/ч

V

= К

S рэкв

=

58,5 0,433

=140,75

мВ

иб1 Кр

0,18

с

ос

Расчетное значение Vос устанавливается с помощью сменного резистора R13 (грубо) и потенциометра R14 (αсс – скорость связи) из условия

R13 + R14 = Uос

С3Vос

Экспериментально найденное значение Uос=2400 мВ

R13 + R14 = 202400140,75 = 0,85МОм

- 73 -

При R13=0 по кривой зависимости R14=f(αсс) (рис.5.4) αсс=2,8 дел.

Регулирующий прибор КПИ корректирующего контура.

Выбор расчетных методов регулирующего устройства корректирующего (внешнего) контура. В рассматриваемом случае инерционность внутреннего

контура велика, отношение Та1 ≈ 1 , что не позволяет вести расчет по

Та2 2

динамической характеристике объекта внешнего контура и следует учесть влияние уже настроенного внутреннего контура. Это можно сделать, если отнести внутренний контур к эквивалентному объекту регулирования внешнего контура, включающего собственно объект этого контура и внутренний контур. Далее необходимо определить экспериментально переходную характеристику эквивалентного объекта регулирования, считая за вход объекта узел сравнения регулятора внутреннего контура, выходом объекта является паросборная камера котла, а регулируемым параметром – давление за котлом.

Экспериментально получены следующие параметры кривой разгона: τ2=20 с,Та2=255 с. Коэффициент усиления эквивалентного объекта может быть определен с учетом найденной ранее настройки стабилизирующего

контура и найденного в ходе описанного выше эксперимента определения кривой разгона эквивалентного объекта возмущением задатчиком стабилизатора коэффициента усиления по каналу давление в барабане – расход воздуха Крбв=0,2 МПа/В (отнесен к напряжению выхода БРИ СБР). Коэффициент усиления эквивалентного объекта [МПа/мВ]

К	э	=		Крс Крбв			=	3,2 0,2		= 0,032
	об2			αD	Д			0,1 3 3,75	18
					КD	Коб1
			αmax

Расчет параметров динамической настройки корректирующего регулятора ведется по номограмме Сибтехэнерго (рис.5.24) для одноконтурной АСР.

Определяется отношение	τ2	=	20	= 0,078 , тогда (	Ти	) = 0,55 и Ти=140 с, а
	Та2		255
					Та2
(Коб2Ккр) следует определить по инверсной характеристике							1	= 0,21	и
							(Коб2 Ккр )

Ккр=4,8/0,032=150

Vос = ααрм КРмД КПУ2 max

К			S рэ		0,43		мВ/ с
	КПИ			=5,3 28 48 7	150	=144
			Ккр

αсс = f (Vос )

Vос = f (R13 , R14 )

R13=0,αсс=0,5 дел (по рис.5.4).

Расчеты параметров статической и динамической настройки приведены в табл5.8.

5.5.АСР общего воздуха.

- 74 -

Требуемая паропроизводительность котла определяет необходимый расход топлива. В зависимости от вида топлива и его характеристик для сжигания в топку нужно подать определенное количество воздуха. Для полноты сгорания топлива следует подать воздух с некоторым избытком. Сжигание по возможности должно быть полным, оценка полноты сгорания топлива определяется содержанием кислорода в уходящих газах, уносом твердых частиц. При полном сгорании топлива образуется окись углерода СО2, соединение, вредное для человека и окружающей среды, при неполном – монооксид углерода СО. Определение содержания твердых частиц в уходящих дымовых газах затруднительно. Для определения выбросов газообразных веществ используются газоанализаторы, среди которых наиболее распространены кислородомеры, построенные на принципе оценки влияния содержания кислорода на магнитное поле. Однако магнитные кислородомеры обладают неудовлетворительной динамикой: запаздывание τ=40-60 с, постоянная времени Та=80-90 с. В связи с отсутствием других, магнитные кислородомеры использовались достаточно долго, но в последнее время появились быстрореагирующие газоанализаторы с измерительной ячейкой из двуокиси циркония, помещаемые непосредственно в поток уходящих газов. Запаздывание этих кислородомеров τ=5-8 с, постоянная времени Та=10-12 с, что уже соизмеримо с динамикой процессов сжигания в топке. Более совершенной была бы оценка не только содержания кислорода, но и монооксида углерода СО, непосредственно свидетельствующего о появлении химического недожога топлива. На рис.5.31. показаны кривые содержания кислорода О2 и монооксида углерода СО при изменении избытка воздуха на разных нагрузках котла.

Рис.5.31.Содержание монооксида СО в функции избытков воздуха.

Необходимые соответствия расхода воздуха расходу топлива требует использования в АСР сигнала по расходу топлива. Если в случае использования газа или мазута в качестве топлива, непосредственное измерение расхода топлива возможно, то в случае сжигания пылевидного твердого топлива оно практически невозможно. Использование простых косвенных показателей расхода топлива, таких как расход пара, приводит к несоответствию расходов топлива и воздуха в переходных режимах, что

- 75 -

ведет к экономическим потерям. Весьма приблизительно определяется по оборотам пылепитателей расход топлива, подаваемый в топку, в случае разомкнутой системы пылеподачи или по загрузке мельниц при прямом вдувании.

Наиболее точно отражается расход топлива сигналом «по теплу», выражаемым формулой

QТ = Dk ±Ck dPdtб ,

где Qт – тепло, подаваемое в топку; Dк – расход пара;

Cк – коэффициент определяемый аккумуляционной способностью котла; Рб – давление в барабане.

Расход воздуха может быть определен по величине перепада давления по воздуху на первой ступени или на обеих ступенях трубчатого воздухоподогревателя.

Требования к качеству регулирования с помощью АСР общего воздуха определяются предельным содержанием кислорода в уходящих газах:

−в стационарном режиме (при колебаниях нагрузки менее 2-3% от номинальной):

для котлов, сжигающих сернистое топливо (газ-мазут) при предельно низких избытках воздуха - σэ.max=±0,1%О2;

для мазутных котлов при малых избытках воздуха (при постоянной времени кислородомера не более 1,5 мин.) - σэ.max=±0,2%О2;

для остальных котлов - σэ.max=±0,5%О2;

−при скачкообразном изменении нагрузки на 10% содержание кислорода в дымовых газах:

для котлов, сжигающих сернистое топливо (газ-мазут) при

предельно низких избытках воздуха - σэ.max=±0,2%О2;

 для мазутных котлов при малых избытках воздуха (при постоянной времени кислородомера не более 1,5 мин.) - σэ.max=±0,3%О2 и квадратичный интегральный критерий – 10 (%)2с;

 для остальных котлов - σэ.max=±1%О2 и квадратичный интегральный критерий – 200 (%)2с (при постоянной времени у кислородомера менее 1,5 мин).

На рис.5.32. показана функциональная схема АСР общего воздуха котлоагрегата, сжигающего пылеугольное топливо.

Дутьевые вентиляторы забирают воздух из помещения котельного цеха, затем этот воздух подогревается предвключенным дутьевым вентилятором воздухоподогревателя (на функциональной схеме он не показан). Затем воздух подается в горелки котла. Производительность вентиляторов регулируется дроссельным методом с помощью многолопаточных направляющих аппаратов. Положение направляющих аппаратов контролируется датчиками положения.

- 76 -

Рис.5.32.Функциональная схема АСР общего воздуха.

Наличие двух параллельно работающих дутьевых вентиляторов требует синхронизации подачи воздуха от них во избежание перекоса по сторонам котла. Чаще всего эта синхронизация выполняется шаговым способом, когда перемещение регулирующих органов дутьевых вентиляторов осуществляется ступенями, настраиваемый шаг которых задается переключающим устройством. Предпочтительнее, безусловно, синхронизация подачи воздуха по изменению мощности приводных электродвигателей дутьевых вентиляторов.

Контроль подачи топлива осуществляется по сигналу «по теплу» -

Dk ±Ck dPdtб , причем изменение расхода воздуха осуществляется на выходе

котла (за паросборной камерой).

Контроль содержания кислорода в уходящих дымовых газах проводится в зоне 700-8000С за рядом поверхностей нагрева подогревателя, что обусловлено стационарностью поля скоростей в поперечном сечении газохода. Приближение замера по О2 к топке практически невозможно из-за трудности поиска наиболее представительного места размещения датчика по сечению.

Рис.5.33.Структурная схема АСР общего воздуха.

Измерение расхода воздуха при малости перепада давления на первой ступени трубчатого воздухоподогревателя (ТВП) производится на обеих ступенях ТВП, иногда при недостаточном перепаде приходится использовать трубу Вентури (даже двухступенчатую).

На рис.5.33. приведена структурная схема АСР общего воздуха с коррекцией по содержанию кислорода в уходящих газах при реализации системы на аппаратуре РПИБ МЗТА.

- 77 -

АСР построена по каскадной схеме. Объект регулирования представляет собой тракт подачи воздуха от направляющих аппаратов до той части газовоздушного тракта, где производится отбор сигнала по содержанию кислорода в уходящих газах. Внутренний контур, называемый также стабилизирующим, образован частью объекта регулирования от направляющих аппаратов до поворотной камеры, измерительным блоком И1-lll с подключенным оперативным задатчиком, расходом пара. Измерительный блок соединен с электронным регулирующим блоком РПИ. В рассечку соединения измерительного и регулирующего блока включен выход дифференциатора ДЛ-П, на вход которого включен датчик по давлению в барабане. Сигналы по расходу пара и от дифференциатора образуют сигнал «по теплу». Выход регулирующего блока через блок управления БУ21 соединен со входом переключающего прибора ПЛК-ПС. Выходы переключателя соединены с исполнительными механизмами приводов направляющих аппаратов, датчики положения которых соединены с входами переключателя. Блок управления позволяет реализовать переход с ручного управления на автоматическое и обратно.

Рис.5.34.Зависимость содержания кислорода в уходящих газах от нагрузки.

Поскольку выходом объекта регулирования этого контура является сигнал «по теплу», а регулятор осуществляет стабилизацию регулируемой величины, то часто этот регулятор называют стабилизатором.

Внешний контур образован объектом регулирования – часть котла от входа воздуха в топку до места отбора сигнала по содержанию кислорода, который подается на измерительный блок И2- lll и с выхода измерительного блока на вход регулирующего устройства КПИ (корректирующий пропорциональноинтегральный регулятор), сигнал с выхода КПИ через блок управления БУ-212 идет на измерительный блок И1-lll стабилизатора. На один из входов измерительного блока И2- lll включен оперативный задатчик ЗУ11, на другой

– сигнал по расходу пара, т.к. требуемое содержание кислорода О2 зависит от нагрузки (см. рис.5.34.).

Принципы наладки каскадных схем изложены в разделе «Методы определения оптимальных динамических параметров настроек» и ниже в рассматриваемом примере для АСР общего воздуха пылеугольного барабанного котла, работающего на общую паровую магистраль.

- 78 -