С. И. Новиков

Оптимизация автоматических систем регулирования теплоэнергетического оборудования.

Часть 4. Практические расчеты аналоговых систем регулирования

теплоэнергетического оборудования.

Новосибирск

2008

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет.

С. И. Новиков

Оптимизация автоматических систем регулирования теплоэнергетического

оборудования.

Часть 4. Практические расчеты аналоговых систем регулирования

теплоэнергетического оборудования.

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия.

Новосибирск

2008

- 2 -

Краткая аннотация.

В работе приведены практические расчёты параметров настроек аналоговых регулирующих устройств типовых автоматических систем регулирования теплоэнергетического оборудования. Даны рекомендуемые объёмы оснащения системами регулирования барабанных котлоагрегатов и турбогенераторов.

Рассмотрены особенности расчётов и реализации параметров настроек для наиболее распространенных регулирующих устройств аппаратуры «каскад- 2», АКЭСР-2 и РПИБ.

Пособие предназначено для студентов специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов»(220301) и аспирантов. Оно может представлять интерес для специалистов по проектированию, эксплуатации, наладке и исследованию систем автоматизации теплоэнергетических установок.

- 3 -

Введение.

Автоматизация технологических процессов теплоэнергетических установок определяет безопасную и экономичную работу котлов и турбин при блочной компоновке и компоновке с поперечными связями. Длительное время автоматизация выполнялась на аналоговых технических средствах, развитие которых шло параллельно с совершенствованием систем приборостроения – от отдельных полупроводниковых усилителей до больших интегральных схем. С помощью аналоговых регулирующих устройств были внедрены высокоэффективные автоматические системы регулирования (АСР) отдельных параметров технологических процессов. Были сформированы критерии качества регулирования, свойственные для теплоэнергетики. Аналоговые регулирующие устройства, несмотря на расширяющееся внедрение микропроцессорных цифровых регуляторов, остаются на вооружении многих теплосиловых установок, поэтому продолжают сохранять своё значение приёмы расчета и реализации оптимальных параметров расчета регуляторов.

В настоящей работе предпринята попытка обобщить примеры расчетов настроек регуляторов, начиная от РПИБ (РПИК) до АКЭСР-2 и «Каскад- 2»,ориентируясь на типовые схемы АСР.

Типовые схемы АСР позволяют облегчит освоение алгоритмов поиска оптимумов настроек регулирующих устройств с цифровой реализацией. Учитывая учебную направленность работы и ограниченный объем ,рассматриваются АСР котлов и паровых турбин установок с поперечными связями и с блочной компоновкой оборудования.

В основу работы положены материалы наладочных работ предприятий Союзтехэнерго – ОРГРЭС, в том числе выполненные автором.

Автор выражает благодарность студентке гр.АТЭ-31 ФЭН Орловой М.В. за подготовку работы к изданию.

Автор полагает, что работа окажется полезной и для студентов, специализирующихся в области автоматизации теплоэнергетических установок, но и специалистам по проектированию, наладке и эксплуатации автоматических систем регулирования теплоэнергетических процессов, и благодарит заранее за все замечания и предложения, которые следует направлять в адрес кафедры ТЭС факультета энергетики НГТУ.

Используемые сокращения и термины

АВР – автоматический ввод резерва; АПВ – автоматическое повторное включение; АРМ – автоматизированное рабочее место; АЧР – автоматическая частотная разгрузка;

АРЧМ – автоматическое регулирование частоты и активной мощности; БСУ – бункер сырого угля; БЩУ – блочный щит управления; ВГД – вентилятор горячего дутья; ВЗП – воздухоподогреватель;

ВПУ – водоподготовительная установка; ГПЗ – главная паровая задвижка; ГРП – газорегуляторный пункт; ГрЩУ – групповой щит управления; ДВ – дутьевой вентилятор; ДРГ – дымосос рециркуляции газов; ДС – дымосос;

КИП – контрольно-измерительные приборы; КЭН – конденсатный электронасос; МВ – мельница-вентилятор; МВС – среднеходная мельница; ММТ – молотковая мельница; МО – маслоохладитель;

МУТ – механизм управления турбиной; МЩУ – маслонасосный щит управления; НА – направляющий аппарат; ПВД – подогреватель высокого давления;

ПНД – подогреватель низкого давления; ПЗК – предохранительный запорный клапан; ПСК – предохранительный сбросной клапан; ППУ – пароприёмное устройство;

ПСБУ – пускосбросное блочное устройство (БРОУ); ПСУ – питатель сырого угля; ПЭН – питательный электронасос;

РВП – регенеративный воздухоподогреватель; РЗА – релейная защита и автоматика; РК – регулирующий клапан;

РОУ – редукционно-охладительная установка; РПК – регулирующий питательный клапан; РШ – регулирующий шибер; СБР – станция бесступенчатого регулирования; СК – стопорный клапан;

- 5 -

СКУ – система контроля и управления; ТЭС – тепловая электростанция; ТЭЦ – теплоэлектроцентраль; УП – указатель положения;

ФГУ – функционально-групповое управление; ХПП – холодный промперегрев; ЦВД – цилиндр высокого давления; ЦСД – цилиндр среднего давления; ЦНД – цилиндр низкого давления; ЦЩУ – центральный щит управления; ШБМ – шаровая барабанная мельница; ЩУ – щит управления.

- 6 -

1.Рекомендуемый объем автоматических систем регулирования котлоагрегатов.

Известно, что основной задачей котельных агрегатов является превращение энергии топлива в пар с соответствующими параметрами для последующего преобразования в механическую энергию в паровой турбине. Используемое для котельных агрегатов топливо достаточно разнообразно: газ, мазут, уголь и другие более редкие виды топлива. Процессы использования топлива тоже разнообразны: это может быть и факельное сжигание, и кипящий слой, и парогазовые установки, и т.д. Процессы получения пара с соответствующими параметрами отличаются друг от друга: котлоагрегаты могут иметь технологию с естественной циркуляцией или прямоточную технологию.

Каждый из этих видов технологических процессов характеризуется сочетанием некоторых параметров, которые необходимо контролировать и управлять ими. Протекание технологических процессов во времени для установок разных типов также различно. Все это предопределяет необходимость для каждого технологического процесса своего объема автоматических систем регулирования, обеспечивающих стабилизацию или изменение во времени по определенной наперед заданной программе отдельных параметров.

Следует также отметить, что режимы работы котлоагрегатов можно разделить на:

•пусковые (растопочные);

•стационарные, штатные (с изменением нагрузки в пределах регулируемого диапазона);

•остановочные;

•аварийные.

Внастоящее время наиболее освоены с точки зрения использования АСР стационарные режимы. Освоение АСР пусковых операций находится в стадии становления.

Сцелью придания единообразия используемых АСР была использована классификация теплоэнергетических установок по типу компоновки: блочная

ис поперечными связями (по пару, питательной воде, растопочному топливу).

Каждый из этих видов имеет некоторое отличие по технологическим процессам, а , следовательно, и по рекомендуемому объему АСР. Далее из этих многочисленных признаков определяющими для рекомендуемого объема АСР являются:

•вид используемого топлива;

•технология генерации и перегрева пара (прямоточная или с естественной циркуляцией);

•компоновка технологического оборудования.

Дополнительным признаком может быть способ подготовки твердого топлива (вид используемых мельниц) и его подачи в топку (промбункер и пылепитатели, прямое вдувание в топку).

Отраслевые нормативные документы [1] предусматривают различные объемы рекомендуемых АСР. Следует отметить, что этот объем является минимальным, и на каждой ТЭС или ТЭЦ он может быть дополнен, если это обеспечивает повышение надежности и экономичности основного оборудования.

Втабл. 1.1 и 1.2 приведены рекомендуемые объемы оснащения котлоагрегатов АСР с указанием в примечаниях уточнений по компоновке, виду пылеприготовления и т.д.

Втабл. 1.3, 1.4. и 1.5 показаны рекомендуемые объемы АСР общие для барабанных и прямоточных котлов по системам пылеприготовления, по системам подачи воздуха и удаления газов и газообразного и жидкого топлива.

- 8 -

Таблица 1.1.

Рекомендуемый объем АСР барабанных котлоагрегатов.

№№ п/п	Наименование регулятора	Назначение регулятора	Регулирующий орган	Примечание
1	2	3	4	5
1	Регулятор температуры	Поддержание температуры за	РК на линии впрыска
	свежего пара за отдельными	отдельными поверхностями	«собственного» конденсата и
	поверхностями нагрева в	нагрева в каждом потоке	питательной воды
	каждом потоке и на выходе
	котла
2	Регулятор температуры	Поддержание температуры	РК на линии впрыска из
	промпара в каждом потоке	пара промперегрева в каждом	промступени питательного
		потоке	насоса (аппаратный впрыск)
			РК на байпасе ППТО
			РК на байпасе поверхности
			нагрева
3	Регулятор температуры	Поддержание температуры	РК на линии питательной воды
	свежего пара в каждом потоке	пара в каждом потоке при	на растопочный впрыск
	при растопке	пуске котла
4	Регулятор питания котла	Поддержание уровня в	РПК
		барабане котла
5	Растопочный регулятор	Поддержание заданного	Растопочный РПК
	питания	расхода питательной воды
6	Регулятор давления в общей	Поддержание давления пара в	Задание регулятором тепловой	ТЭС с поперечными связями
	паровой магистрали (главный	общей магистрали	нагрузки котлов
	регулятор)
		Таблица 1.2.
	Рекомендуемый объем АСР прямоточных котлоагрегатов
№№ п/п	Наименование регулятора	Назначение регулятора	Регулирующий орган	Примечание
1	2	3	4	5
1	Регулятор температуры	Поддержание температуры за	РК на линии впрыска
	свежего пара за отдельными	отдельными поверхностями	питательной воды
	поверхностями нагрева в	нагрева в каждом потоке
	каждом потоке и на выходе
	котла
2	Регулятор температуры	Поддержание температуры	РК на линии впрыска из
	промпара в каждом потоке	пара промперегрева в каждом	промступени питательного
		потоке	насоса (аварийный впрыск)

			РК на байпасе ППТО
			РК на байпасе поверхностей
			нагрева
3	Регулятор температуры	Поддержание температуры	РК на линии питательной воды
	свежего пара в каждом потоке	пара в каждом потоке за котлом	на растопочный впрыск
	при растопке	при пуске
4	Регулятор температуры пара	Поддержание температуры	РК на линии из промежуточной
	промперегрева в каждом	пара в каждом потоке перед	ступени питательного насоса на
	потоке при растопке	ЦСД турбины при пуске котла	впрыск
5	Регулятор давления перед ВЗ в	Поддержание давления среды	РК перед встроенным
	каждом потоке при пуске котла	перед ВЗ в каждом потоке при	сепаратором по каждому
		пуске котла	потоку
6	Регулятор давления в	Поддержание давления среды в	РК на линии сброса в
	растопочном расширителе в	растопочном расширителе	конденсатор
	каждом потоке при пуске котла	каждого потока
7	Регулятор перепада давления	Поддержание перепада	РК на линии сброса
	на клапанах растопочных	давления на клапанах	питательной воды в деаэратор
	впрысков каждого потока	растопочных впрысков
8	Регулятор сброса из	Поддержание расхода среды,	РК на линии сброса из
	встроенного сепаратора	отделяемой в сепараторе по	встроенного сепаратора
	каждого потока	заданной программе
9	Регулятор уровня в	Поддержание уровня в	РК на линии сброса из
	растопочном расширителе в	растопочном расширителе в	растопочного расширителя в
	каждом потоке при пуске котла	каждом потоке	конденсатор
10	Регулятор подачи ПТН или	Поддержание подачи насосов	РК привода турбины ПТН и	Блочная компоновка ТЭС
	ПЭН с гидромуфтой		клапан управления
			гидромуфтой
11	Корректирующий регулятор	Поддержание температуры	Режимный регулятор питания
	температуры режимного	среды в промежуточном
	регулятора питания	сечении пароводяного тракта
12	Режимный регулятор питания	Поддержание расхода	Регулятор подачи питательных
		питательной воды в каждом	насосов и РПК
		потоке котла
13	Растопочный регулятор	Поддержание заданного	РПК
	питания	расхода питательной воды при
		растопке

Таблица 1.3.

Рекомендуемый объем АСР систем пылеприготовления

- 10 -

№№ п/п	Наименование регулятора	Назначение регулятора	Регулирующий орган	Примечание
1	2	3	4	5
1	Регулятор температуры	Поддержание температуры	РК на линии
	аэросмеси	аэросмеси за мельницей в	низкотемпературного
		регламентируемом диапазоне	сушильного агента
		взрывобезопасности
2	Регулятор разрежения перед	Поддержание заданного	РК на стороне всаса
	мельницей с бункером пыли	разрежения перед мельницей	мельничного вентилятора
3	Регулятор загрузки ШБМ	Поддержание оптимальной	Частота вращения двигателя
		загрузки мельницы топливом	питателя сырого угля
4	Регулятор расхода сушильного	Поддержание расхода	РК на подводе сушильного
	агента на все мельницы, кроме	первичного воздуха на	агента к мельнице без МВ
	ШБМ	мельницу
5	Регулятор положения клапанов	Поддержание диапазона	? вентилятора сушильного
	сушильного агента для	регулирования расхода	агента или РК подвода
	мельниц с общим	первичного воздуха	сушильного агента
	вентилятором
6	Регулятор частоты вращения	Поддержание заданной частоты	СБР ПСУ
	ПСУ для пылесистем прямого	вращения ПСУ
	вдувания
7	Регулятор суммарной частоты	Поддержание суммарной	Регуляторы ПСУ
	вращения ПСУ	частоты вращения ПСУ

Таблица 1.4.

Рекомендуемый объем АСР газовоздушного тракта котла

№№ п/п	Наименование регулятора	Назначение регулятора	Регулирующий орган	Примечание
1	2	3	4	5
1	Регулятор температуры воздуха	Поддержание температуры	РК на линии рециркуляции
	перед ДВ	воздуха перед ДВ	воздуха или на линии подачи
			пара на калорифер
2	Регулятор общего воздуха	Поддержание расхода воздуха	НА ДВ
		в соответствии с расходом
		топлива
3	Регулятор рециркуляции	Изменение расхода дымовых	На ДРГ
	дымовых газов	газов по заданной программе
4	Корректирующий регулятор	Поддержание заданного	Регулятор общего воздуха

- 11 -

	избытка воздуха	значения О2 или другого
		параметра, характеризующего
		избыток воздуха в топке
5	Регулятор разрежения или	Поддержание заданного	На ДС
	давления в верху топки	разрежения в верху топки
6	Регулятор перепада давления	Поддержание заданного	РК на линии подачи воздуха в
		перепада давления между	«шатер»
		верхом топки и «шатром»
		газоплотных котлов,
		работающих под наддувом

Таблица 1.5 Рекомендуемый объем АСР системы подачи топлива к котлу

№№ п/п	Наименование регулятора	Назначение регулятора	Регулирующий орган	Примечание
1	2	3	4	5
1	Регулятор топлива	Поддержание расхода топлива	РК расхода топлива
		в соответствии с заданной
		нагрузкой
2	Регулятор нагрузки котла с	Поддержание заданной	Регулятор суммарной частоты
	прямым вдуванием	тепловой нагрузки котла	вращения ПСУ
3	Регулятор давления топлива	Поддержание давления	РК на растопочной линии
		газообразного или жидкого	топлива
		топлива за РК при растопке
4	Регулятор тепловой нагрузки	Поддержание заданной	СБР ПСУ
	котла с промбункером	тепловой нагрузки котла
5	Регулятор топлива	Поддержание заданного при	РК на растопочной линии
	растопочный	растопке расхода газа или	топлива
		мазута
6	Регулятор давления газа после	Поддержание заданного	РК на основных и растопочных
	ГРП	давления пара после ГРП	линиях подачи газа

- 12 -

- 13 -