Реферат: Рекомендации по эксплуатации автоматических систем регулирования процесса горения газомазутных котлов тэс

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

"ФИРМА ПО НАЛАДКЕ, СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ

И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И СЕТЕЙ ОРГРЭС"


РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ГАЗОМАЗУТНЫХ КОТЛОВ ТЭС

И ПО ОПТИМИЗАЦИИ ЭТИХ СИСТЕМ


УДК 621.311


Разработано Открытым акционерным обществом "Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей ОРГРЭС"


Исполнитель Ю.Т. МЕТАЛЬНИКОВ


Утверждено ОАО "Фирма ОРГРЭС"

Главный инженер В.А. КУПЧЕНКО


Введение


Вопрос автоматического регулирования процесса горения котлов ТЭС всегда рассматривался в контексте решения другой, более общей задачи — регулирования нагрузки, а в конечном счете — электрической мощности отдельных агрегатов (энергоблоков) или электростанции в целом. Автоматизация основных технологических процессов, связанных со сжиганием топлива, имеет важное эксплуатационное значение.

Однако прежде чем рассуждать о возможностях участия котлов в авторегулировании электрической нагрузки ТЭС или привлечения ТЭС к автоматическому регулированию частоты энергосистемы, необходимо иметь ясное представление об уровне реального использования существующих схемных решений по автоматизации процесса горения. Регуляторы процесса горения кроме функций поддержания экономичности работы и надежности эксплуатации основного оборудования должны обеспечивать возможность создания АСУ ТП различных, в том числе многоуровневых структур для последующего участия в автоматическом регулировании энергосистемных параметров.

В настоящих Рекомендациях приняты следующие сокращения и обозначения:

^ БНП — блок нелинейных преобразований;

БРУ — блок ручного управления;

Д — дифференциатор;

ДВ — дутьевой вентилятор;

ДП — датчик положения;

ДРГ — дымососы рециркуляции газов;

И — интегратор;

ИМ — исполнительный механизм;

НА — направляющий аппарат;

П — переключатель;

ППТ — переключатель программ топлива;

ПТ — переключатель вида топлива;

^ РВ — регулятор воздуха;

РВП — регенеративный воздухоподогреватель;

РДП — регулятор давления пара;

РМК — регулятор мощности котла;

РОВ — расход общего воздуха;

РР — регулятор разрежения;

^ РТ — регулятор топлива;

САУМ — схема автоматического управления мощности;

СУСР — система управления стартовым расходом топлива;

СУСН — система управления скоростью нагружения;

СУТР — система управления толчковым расходом топлива;

^ ТЗ — технологическая защита;

УП — указатель положения;

А, В, С, D — логические сигналы, характеризующие достижение давлением газа (мазута) заданных максимальных (S) или минимальных (К1) значений;

БУ-А "Р" — логический сигнал, характеризующий "ручной" режим регулятора НА А;

^ Запрет "М" ("Б") — запрет работы регулятора на "меньше" ("больше");

Мин, Макс — модули селективности;

Огр — элемент, ограничивающий значения выходного сигнала интегратора;

^ ПД — регулирующий модуль;

РА(Б) — регулирующий модуль НА А (Б);

Рм(г)Р — логический сигнал, характеризующий "ручной" режим регулятора мазута (газа);

М — Г (Г - М) — сигнал разности давлений мазут — газ (газ — мазут);

м — г (г — м) — логический сигнал от переключателя ППТ, характеризующий режим перехода котла со сжигания мазута на газ (газа на мазут).


^ 1. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

СХЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ

ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОБСЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ


Схем регулирования основных технологических параметров, обеспечивающих режим сжигания газомазутного топлива в котлах, разработано достаточно много. Это, однако, не означает, что запроектированные для конкретного котла схемы регулирования процесса горения эксплуатируются в дальнейшем в первоначальном виде. Наладка и условия эксплуатации порой вынуждают вносить существенные коррективы в структуры регуляторов. Нередко при наличии объективных причин в основном технологического характера (об этом подробнее будет рассказано в следующем разделе) и при недостаточной квалификации эксплуатационного персонала или слабой его заинтересованности в работе автоматики регуляторы процесса горения вообще выводятся из работы.

В данном разделе будут рассмотрены принципиальные схемные решения по регулированию подачи топлива и воздуха в котел, наиболее часто встречающиеся в практике эксплуатации этих регуляторов на ТЭС. Регулятор разрежения в топке имеет устоявшуюся одноимпульсную структуру и на всех электростанциях, где нет технологических проблем с его включением (а это прежде всего пульсации параметра с изменяемой во времени амплитудой), работает по одинаковой схеме. Сразу оговоримся, что термин "встречающиеся в эксплуатации" не означает, что регуляторы постоянно включены в работу на данных электростанциях. Настроенные регуляторы, способные успешно выполнять свои функции, могут периодически выводиться из работы в силу, как уже упоминалось, незаинтересованности оперативного персонала в наблюдении за их функционированием или из-за привычки некоторых операторов работать без поддержки автоматики.

Настоящие Рекомендации составлены на основании длительного опыта наладочных работ, проводимых ОАО "Фирма ОРГРЭС" на территории России, ближнего и дальнего зарубежья, а также по результатам обследования нескольких ТЭС с однотипным оборудованием, наиболее распространенным в отечественной энергетике (конденсационные электростанции с энергоблоками мощностью 300 МВт, ТЭС с конденсационными блоками 200 МВт, теплофикационные электростанции с энергоблоками 250 МВт и ТЭЦ с поперечными связями).

На Костромской ГРЭС (энергоблоки 300 МВт) автоматизирован режим не только раздельного, но и совместного сжигания газа и мазута. Структурная схема регулирования расхода (давления) газа и мазута к котлу (рис. 1) состоит из двух регуляторов (газа и мазута) с общим заданием от интегратора регулятора мощности. На входы регуляторов посредством специального переключателя могут подсоединяться как сигналы расхода топлива, так и давления. Оба сигнала предварительно преобразованы в соответствии со своей статической зависимостью от нагрузки котла. Поддержание расхода осуществляется при раздельном сжигании, при работе на смеси регулируется давление. Сочетание горелок, сжигающих газ и мазут, в последнем случае может быть любым, а их тепловая производительность автоматически поддерживается на одинаковом значении. Фиксация одного из видов топлива (в случае необходимости) при изменении нагрузки может быть достигнута за счет перераспределения количественного состава горелочных устройств, в которых сжигаются газ и мазут. Измерение расхода газа Gг осуществляется с учетом коррекции по давлению перед измерительным устройством по формуле





где р — перепад давлений газа на измерительном устройстве;

р — текущее давление;

рр — расчетное (абсолютное) давление, равное 1 кгс/см2.





Рис. 1. Структурная схема регулирования расхода (давления) газа и мазута к котлу


При использовании датчиков, измеряющих абсолютное давление (например, датчики типа "Сапфир"), указанная формула принимает вид





Недостатком схемы в режиме совместного сжигания является отсутствие в ее составе сигналов по расходам топлива, что при отключении горелки приводит к снижению нагрузки блока с ее последующим восстановлением автоматикой только через регулятор мощности.

В структурной схеме регулирования РОВ к котлу (рис. 2) задающим сигналом является или расход газа, или расход мазута. Использование суммарного сигнала по этим видам топлива для обеспечения работоспособности регулятора в режиме совместного сжигания не представляется возможным ввиду низкой надежности измерения малых расходов. Из-за отсутствия на воздуховодах котлов расходомерных устройств в качестве сигнала обратной связи использован импульс по перепаду давлений на РВП. Управление исполнительными механизмами двух направляющих аппаратов осуществляется по схеме последовательной синхронизации через следящий регулятор (для моноблоков). Для формирования статической зависимости на входе корректирующего регулятора по кислороду (рис. 3) использован импульс по электрической мощности генератора. В схеме корректора предусмотрены сигналы, характеризующие химическую неполноту сгорания (появление СО) — q3 при сжигании газа и механическую неполноту сгорания (задымленность) — q4 при сжигании мазута. Сигналы — динамически преобразованные, одностороннего действия, т.е. их влияние сказывается только при увеличении неполноты сгорания. Появление этих сигналов в переменных режимах работы котла (при изменении нагрузки) вызывает кратковременное увеличение расхода воздуха с одновременным запретом на работу регулятора в сторону прикрытия направляющих аппаратов. Использование указанных сигналов в статическом режиме для корректировки соотношения "топливо — воздух" на сегодняшний день пока невозможно в силу неполной однозначной зависимости показаний приборов на q3 и q4 от значения химической или механической неполноты сгорания.





Рис. 2. Структурная схема регулятора общего воздуха к котлу (РОВ):

а — для котлов моноблоков; б — для котлов (корпуса) дубль-блоков





Рис. 3. Структурная схема корректирующего регулятора по содержанию

кислорода в дымовых газах


Электростанция ТЭС "Насирия" в Ираке (энергоблоки 210 МВт, период ввода в эксплуатацию 1979—1981 гг.), оснащенная российским оборудованием, имела развитую систему регулирования подачи топлива, ориентированную как на раздельное, так и на совместное поярусное сжигание газа и мазута в различных количественных сочетаниях. Схема достаточно сложна, но упрощенно может быть представлена в виде регулятора суммарного расхода топлива, воздействующего на два подчиненных регулятора давления газа и мазута. Такая структура обеспечивает стабилизацию нагрузки котла при отключении горелки (например, на продувку), не допуская прохождения этого возмущения на выход системы (к турбине). Регулятор расхода получает задание от главного регулятора, работающего в связке с турбинным регулятором мощности. Недостатком схемы является ее сложная трехуровневая структура, что в динамическом отношении вызывает немалые трудности при наладке.

Воздух в топку подается после РВП четырьмя потоками (по два потока на каждый ярус горелок). Регулятор РОВ с корректирующим регулятором по кислороду поддерживает расход, измеряемый с помощью четырех труб Вентури и с заданием по суммарному расходу топлива. При совместном сжигании газа и мазута в системе задействованы еще два регулятора, воздействующие на шиберы распределения воздуха к верхнему и нижнему ярусу горелок. Как и собственно регулятор РОВ, эти регуляторы также являются регуляторами соотношения "топливо — воздух", но только "своего" топлива и "своего" воздуха на данный ярус горелок.

Теоретически схема регулирования воздушного тракта учитывает такой важный фактор, как экономичность сжигания газа и мазута при работе котла на смеси топлива. Однако при отходе от поярусного регулирования это условие уже не может быть обеспечено автоматикой и при совместном сжигании в таком режиме приходится поддерживать избытки воздуха, соответствующие режиму сжигания чистого газа. Кроме того, из-за неудовлетворительных характеристик регулирующих шиберов регуляторы распределения воздуха по ярусам горелок обладали крайне низкой работоспособностью.

Система подачи топлива энергоблоков 200 МВт Псковской ГРЭС (станция работает только на газе) состоит из пускового регулятора давления газа и режимного регулятора расхода топлива. Последний работает по заданию от котельного регулятора мощности. Регулятор РОВ является регулятором соотношения "расход газа — расход воздуха" с коррекцией по содержанию кислорода в уходящих газах. Переход с растопочного регулятора на основной и обратно осуществляется оператором энергоблока.

Примерно аналогичную структуру имеет система регулирования процесса горения теплофикационных энергоблоков 250 МВт Минской ТЭЦ-4. Отличие в том, что на электростанции производится сжигание как газа, так и мазута, однако режимы совместного сжигания не автоматизированы. Регуляторы давления газа и мазута автономны и используются не только при растопке котла, но и при розжиге "нового" топлива на работающем котле (при полной замене одного вида на другой или при переходе на смесь). В режиме перехода оператор отключает регуляторы расхода топлива и мощности и вводит в работу оба регулятора давления. Предварительно на регуляторе давления "нового" топлива устанавливается задание по давлению, соответствующее нагрузке котла. После этого на выбранных горелках последовательно гасится рабочее топливо с одновременным замещением его на топливо "новое". Таким образом в процессе замены одного топлива на другое нагрузка на котле может колебаться в некоторых пределах, определяемых расходом топлива на горелку. По завершении полного перехода регулятор давления отключается и вводятся в работу регуляторы расхода и мощности, а при переходе на смесь, как уже говорилось, управление топливом производится дистанционно оператором.

На котле расход воздуха не измеряется, хотя соответствующие расходомерные устройства (трубы Вентури) на воздуховодах установлены. Из-за сильных пульсаций в воздушном тракте при наладке регулятора РОВ пришлось отказаться от импульса по расходу, так как малая величина его полезного сигнала сопоставима с амплитудой неустранимых пульсаций. Регулятор работает по схеме "расход топлива — давление воздуха за РВП". Для обеспечения однозначности этой зависимости при изменении загрузки ДРГ, врезка напорных линий которых производится в подводящие воздуховоды к горелкам, на вход регулятора поступает также сигнал по сумме положений направляющих аппаратов ДРГ. Такая схема обеспечивает достаточную точность в поддержании требуемых избытков воздуха на котле при возмущениях со стороны ДРГ даже при неработающем корректирующем регуляторе по кислороду.

На котлах БКЗ-420 (Петрозаводская ТЭЦ), работающих на общую магистраль, регулятор топлива стабилизирует расход мазута с заданием от главного регулятора. На воздуховодах котла отсутствуют достаточной длины прямолинейные участки, пригодные для установки расходомерных устройств. Поэтому в схеме регулятора РОВ используется импульс по давлению воздуха в перемычке за РВП. Заданием на регулятор служит сигнал по расходу топлива.

Котел работает с переменным составом горелочных устройств. На номинальной нагрузке при сжигании мазута задействовано 8 горелок, при снижении нагрузки сначала отключаются две горелки, в дальнейшем еще одна. Существующая схема авторегулирования топлива и воздуха обеспечивает оптимальный процесс горения в диапазоне нагрузок котла 50—100% номинальной. В режимах изменения количества работающих горелок оба регулятора отключаются. Последнее обстоятельство, носящее вынужденный характер при данной схеме авторегулирования процесса горения, весьма негативно воспринимается оперативным персоналом и затрудняет эксплуатацию регуляторов.

Оценивая результаты обследования в целом, можно отметить некоторые общие закономерности, присущие эксплуатируемым системам регулирования, независимо от типа основного оборудования. Так, при растопке или переходе с одного вида топлива на другое используются (в тех случаях, где этот режим автоматизирован) регуляторы давления топлива. При этом все процедуры, связанные с обеспечением указанных операций (задание уставок, включение — отключение регуляторов, изменение структуры, подъем параметров, ограничения по допустимым давлениям перед горелками и т.д.), выполняются в основном персоналом. При регулировании нагрузки котла, как правило, используются регуляторы расхода топлива.

При автоматизации воздушного режима одинаково используются схемы как с импульсом по расходу воздуха, так и с импульсом по давлению. Корректирующий регулятор по кислороду не эксплуатируется.


^ 2. ПРОБЛЕМЫ НАЛАДКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ НА ТЭС


Недостаточная гибкость и определенная ограниченность существующего на сегодняшний день в эксплуатации набора схемных решений по регулированию процесса горения определяются, с одной стороны, проблемами технологического характера, с другой — невозможностью или сложностью конструктивно-аппаратурной реализации отдельных элементов или функций управления. Следует отметить, что в настоящее время с появлением в энергетике микропроцессорных средств регулирования аппаратурные проблемы можно считать в значительной степени снятыми. Вероятно, в ближайшей перспективе любые структурные разработки в области автоматизации оборудования ТЭС не будут ограничиваться возможностью реализации даже на уже выпускающихся цифровых технических средствах. Однако далеко не все электростанции имеют в своем распоряжении микропроцессорные регуляторы или планируют модернизацию систем управления с заменой аналоговых технических средств — финансовое положение в отрасли хорошо известно.

Одна из серьезных проблем, препятствующая нормальному функционированию автоматики горения, связана с наличием на некоторых котлах мазутных форсунок без парового распыла. В этом случае при снижении или увеличении нагрузки котла происходит соответственно отключение или включение части горелок. Кроме того, сама процедура изменения количества работающих горелок сопровождается обязательным изменением нагрузки котла. Так, на котле БКЗ-420 при расходе пара 300 т/ч и давлении мазута перед горелками 28 кгс/см2 обеспечивается хороший распыл на 6 форсунках. Включение 2 дополнительных форсунок при стабилизированном расходе топлива вызывает понижение давления и неустойчивую работу горелочных устройств. Поэтому одновременно с включением дополнительных форсунок оператор увеличивает расход топлива (давление перед горелками), а следовательно и нагрузку котла. Поскольку регулятор топлива есть стабилизатор расхода мазута, а процесс изменения количества горелочных устройств — динамический, то использование автоматики не освобождает оператора от его обычных действий в этой ситуации. Наоборот, эти действия усложняются, так как главная задача при включении горелок — не допустить чрезмерного понижения давления топлива, что возможно только при наличии регулятора давления или соответствующих ограничениях в схеме регулятора расхода.

Одновременно регулятор РОВ, работающий по соотношению "давление воздуха — расход топлива", после переключения горелок без дополнительного вмешательства оператора будет обеспечивать или переизбыток воздуха, или неполноту сгорания топлива. Все это вынуждает операторов при включении — отключении горелок выводить из работы регуляторы топлива и воздуха.

Для снятия этой проблемы нужны новые схемные решения по автоматизации процесса горения котлов, работающих с переменным составом горелочных устройств. Решением будет также замена механических форсунок на паро-механические, что обеспечит работу котла во всем регулировочном диапазоне нагрузок без отключения горелок и, соответственно, автоматики.

При регулировании подачи топлива в котел, особенно в режимах розжига горелок, важно не допустить понижения давления топлива до уставки срабатывания защиты на останов котла. В практике наладки и эксплуатации регуляторы топлива нередко снабжаются устройствами, блокирующими действие регулятора на закрытие клапана при понижении давления до заданного значения. Эффективность работы таких блокировок невелика, так как устраняется лишь последствие первопричины, вызвавшей понижение давления, тогда как в большинстве случаев необходимо принимать меры встречного характера. Такими мерами могут быть: принудительное открытие клапана с целью быстрого восстановления давления, изменение структуры регулятора, способствующее его работе в сторону снятия первоначального возмущения и т.п. Выполнение подобных защитных мероприятий потребует специальной алгоритмической подготовки, а их реализация будет возможна только на базе микропроцессорных систем регулирования.

Характеристики направляющих аппаратов дымососов и дутьевых вентиляторов в большинстве случаев удовлетворяют требованиям автоматики. Серийно выпускаемая арматура для регулирования подачи топлива в котел за несколько последних десятилетий не претерпела существенных конструктивных изменений. На мазутных трубопроводах, как правило, устанавливаются по два клапана (основной и пусковой) поворотного типа.

Недостатком поворотных клапанов является нерегулируемый пропуск среды в закрытом положении, имеющий в процессе эксплуатации тенденцию к росту, что неблагоприятно сказывается на регулировании расхода, особенно при пусках. Профили проходных сечений таких клапанов, выполненные в виде круглых отверстий или прямоугольных окон в золотнике и гильзе, не обеспечивают требуемых (линейных) расходных характеристик. По этой причине наладочный и эксплуатационный персонал на электростанциях вынужден нередко заменять поворотные клапаны на шиберные. Профиль шиберного клапана предварительно рассчитывается и вытачивается в местной мастерской с конструктивной характеристикой, позволяющей реализовать прямолинейную расходную характеристику во всем диапазоне нагрузок котла, что обеспечивает возможность замены двух поворотных клапанов на один шиберный.

Регулирование расхода газа к котлу, так же как и расхода мазута, осуществляется в основном с помощью двух параллельно установленных поворотных заслонок, которым присущи следующие недостатки:

— круглая поворотная заслонка является полнопроходным регулирующим органом и в положении, близком к максимальному открытию, теряет свою дросселирующую способность и крутизну рабочей характеристики по сравнению с крутизной характеристики в начале открытия, которая, как правило, является чрезмерной;

— поворотная заслонка обладает неплотностью (начальным пропуском) в закрытом положении, достигающей значительных величин (около 10% максимального пропуска), что существенно затрудняет управление котлом в растопочном режиме.

Для обеспечения качественной работы регуляторов топлива на газе на некоторых электростанциях (например, Минская ТЭЦ-4) поворотные заслонки приходится заменять на клапаны конструкции Центрального ремонтно-механического завода (ЦРМЗ) Мосэнерго, выпускающего по индивидуальным заказам газовый регулирующий клапан, в конструкции которого устранены указанные выше недостатки, присущие заслоночным регулирующим органам.

Таким образом, проблемы, связанные с регулирующими органами на топливе, в принципе решаемы, но в каждом случае это решение носит индивидуальный характер и требует значительных трудозатрат.

Даже при решении стандартных типовых задач систем регулирования процесса горения, к каковым можно отнести стабилизацию расхода (давления) топлива и воздуха, важное значение имеет обеспечение надежного измерения регулируемых параметров. При реализации таких задач как автоматизация пусковых режимов, перевод с одного вида топлива на другой и других, влияние этого фактора увеличивается многократно. Под надежностью здесь понимается не только достоверность и стабильность показаний датчиков за длительный период эксплуатации, но и возможность их работы в широком диапазоне изменения параметров.

При использовании датчиков давления в структуре регуляторов процесса горения проблем не возникает. Современные датчики расхода (например, типа "Сапфир") устойчиво работают во всем диапазоне измеряемого перепада давлений. Однако проблемы возникают при формировании самого импульса по перепаду давлений. Наиболее распространенные в отечественной практике способы измерения расхода основаны на принципе дросселирования потока через сужающие устройства (диафрагму, сопло и т.д.). При малых значениях расхода достоверность измеряемого на таких устройствах перепада давлений резко падает, в силу чего использовать традиционные способы контроля в широких пределах измерения расхода вообще и топлива в частности не представляется возможным.

Существует достаточное количество проработок (в основном теоретического характера) в направлении решения данной проблемы. Предлагалось для формирования широкодиапазонного сигнала расхода в схеме регулятора топлива использовать импульс по давлению, скорректированный по количеству работающих горелок. Практической проверки этот способ еще не получил, однако нетрудно видеть, что для крупных котлов с большим количеством горелок его реализация значительно усложнит схему измерения. Кроме того, появляется новая проблема, связанная с тем, какой сигнал использовать для характеристики работающей горелки. Надежных и эффективно работающих серийных датчиков контроля пламени на сегодняшний день нет, а конечный выключатель положения "Открыто" задвижки подачи топлива в горелку не является объективным показателем того, что горелочное устройство в данный момент находится в работе.

Другие методы измерения малых расходов связаны с установкой расходомерных устройств малых перепадов давлений на обводных линиях подачи основного топлива к котлу. При снижении расхода топлива до значения, при котором основное измерительное устройство не обеспечивает достоверных показаний, подача топлива к котлу должна автоматически переключаться на байпасную линию меньшего диаметра с одновременным измерением расхода по этой линии. Такой способ не только технически сложен, но и сопряжен со значительными возмущениями в топливном тракте.

К сожалению, наиболее приемлемым решением вопроса в настоящее время является установка датчиков расхода топлива, изготовленных иностранными фирмами, принцип измерения которых не связан с дросселированием потока на сужающем устройстве. Подобный опыт, давший положительные результаты, в современной практике имеется (ТЭС "Насирия", Ирак).

Для регулятора РОВ вопрос измерения малых расходов не является актуальным, так как в растопочных режимах работы котла расход воздуха в топку принудительно поддерживается завышенным. Однако при регулировании подачи воздуха с импульсом от расходомерных устройств типа труба Вентури (диафрагмы на воздуховодах не устанавливаются в силу значительной безвозвратной потери напора) возникают другие проблемы, связанные с пульсациями в воздушном тракте. Незначительные по значению изменения перепада давлений на трубах Вентури при существенной амплитуде неподавляемых пульсаций снижают точность регулирования, что исключает возможность эксплуатации регулятора РОВ с импульсом по расходу, особенно на котлах, работающих с малыми избытками. Кроме того, не на всех котлах конструкцией воздуховодов предусматривается возможность установки труб Вентури. Как известно, для этих целей необходимы прямолинейные участки длиной не менее 5-6 диаметров воздуховода как до сужающего устройства, так и после него. Все это вынуждает вводить в схему регулятора подачи воздуха другие сигналы, косвенно характеризующие расход, в частности давление воздуха.

Статическая характеристика давления от нагрузки не является линейной, однако это обстоятельство может быть учтено путем введения в алгоритм регулирования специального элемента, способствующего линеаризации этой характеристики. Кроме того, ее кривизна существенна лишь при малых нагрузках, когда режимная автоматика, как правило, не работает, а в регулируемом диапазоне изменения расхода воздуха (например, 50—100% номинального) с достаточной для практики точностью может считаться линейной. Опыт наладки регуляторов РОВ с импульсом по давлению [1, 2] позволяет сделать вывод о том, что подобные схемы могут обеспечить высокую точность в поддержании требуемых избытков воздуха. Причем указанная точность может быть достигнута на уровне регулирования соотношения "топливо — воздух" без привлечения корректирующего регулятора по кислороду.

Что касается собственно корректирующего регулятора по кислороду, то проблема его использования на электростанциях имеет давнюю и практически неизменную историю. Методы измерения свободного кислорода в уходящих газах, применяемые на отечественных ТЭС, отличаются существенной инерционностью, а разработанные малоинерционные методы по ряду причин не нашли пока широкого применения в энергетике. Однако недостаточно благоприятные динамические характеристики импульса по кислороду не являются препятствием для включения корректирующего регулятора. Главная причина — в низкой надежности этих измерительных устройств, недостоверности показаний и необходимости в этой связи постоянного контроля за работой кислородомеров. Эти обстоятельства на сегодняшний день ограничивают возможность использования сигнала по кислороду не только в регуляторах, но и в схемах технологического контроля.


^ 3. ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМ

РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ГАЗОМАЗУТНЫХ КОТЛОВ


В практике наладки и эксплуатации систем автоматического регулирования процесса горения, а также в специальной литературе утвердилось мнение, что для котлов, сжигающих жидкое топливо и работающих в широком диапазоне изменения нагрузок, когда возникает необходимость отключения части работающих горелок, метод измерения расхода воздуха по давлению является неприемлемым. Однако, как было показано в предыдущих разделах настоящих рекомендаций, измерение давления воздуха во многих случаях оказывается единственной возможностью для организации автоматического регулирования подачи воздуха в котел.

В этой связи на рис. 4 показана схема регулирования процесса горения котла, работающего с переменным составом горелочных устройств, при отсутствии измерения расхода воздуха. Схема ориентирована не только на котлы, сжигающие мазут в форсунках без парового распыла, где отключение отдельных форсунок при снижении нагрузки является необходимым условием работоспособности оборудования. Довольно часто такой режим наблюдается и на котлах, оборудованных паромеханическими форсунками, а также при сжигании газа. В этом случае подобный режим нельзя признать нормальным, так как проистекает он из причин несовершенства, разрегулировки или старения основного оборудования, а порой определенного консерватизма оперативного персонала и стремления сохранить повышенный запас устойчивости по горению (запас по давлению топлива перед горелками) на низкой нагрузке. Эти обстоятельства, однако, весьма серьезны и с ними приходится считаться.

В схеме рис. 4 регулятор РОВ поддерживает давление в перемычке за РВП в соответствии с заданием по давлению сжигаемого топлива. Соотношение этих давлений выбирается из режимной карты и является постоянным для данного типа котла, зависящим только от вида топлива и количества работающих горелок. Статические характеристики давления мазута и давления воздуха при переходе от 6 горелок к 8 (например, котел БКЗ-420) несколько смещаются, однако их крутизна примерно сохраняется. Это означает, что зависимость давления воздуха от давления топлива носит одинаковый характер при любом составе горелочных устройств. Следовательно, при включении или отключении горелок регулятор РОВ без дополнительной перенастройки установит давление перед горелками в соответствии с требованиями режима для данной нагрузки.





Рис. 4. Схема регулирования процесса горения котла, работающего с переменным

составом горелочных устройств


Регулятор топлива выполнен по каскадной схеме. Стабилизирующий контур поддерживает давление топлива за регулирующим клапаном согласно заданию, которое поступает от корректирующего регулятора по кислороду. Корректор поддерживает расход топлива пропорционально заданной нагрузке. Так как отключение — включение горелок является сильным возмущением по топливу для котлов и имеет небольшое количество горелочных устройств, стабилизация давления в подобных режимах весьма желательна. Особенно это относится к включению горелок, где сопровождающий этот процесс провал давления топлива может усугубиться параллельной работой регулятора расхода.

Таким образом в схеме формируется автоматическое задание регулятору давления топлива, которое определяется нагрузкой котла. При изменении количества работающих горелок для сохранения прежнего расхода топлива (нагрузки) регулятор перемещает клапан в новое положение. При этом перед горелками устанавливается такое давление, которое при новом составе горелочных устройств способно обеспечить первоначальный расход топлива в котел.

В свою очередь регулятор РОВ приводит в соответствие давление воздуха с новым установившимся давлением топлива. Этим будет восстановлен существовавший до переключения горелок расход воздуха, а следовательно, и соотношение "топливо — воздух".

В схеме рис. 4 отсутствуют элементы, способные вызвать запаздывание в работе регуляторов. Такие сигналы, как расход и давление, в динамическом отношении являются практически безынерционными. Корректирующий регулятор по кислороду в схеме не задействован. Отдельного разговора заслуживает импульс по положению направляющих аппаратов дымососов рециркуляции (УПрец — указатель положения направляющих аппаратов дымососов рециркуляции). Как отмечалось ранее, если врезка напорных линий дымососов выполнена в подводящие воздуховоды, то изменение степени рециркуляции дымовых газов при неработающем корректирующем регуляторе по кислороду может привести к нарушению соотношения "топливо — воздух". Например, при увеличении загрузки дымососов рециркуляции повысится давление воздуха перед горелками, что заставит регулятор РОВ уменьшить загрузку дутьевого вентилятора. В результате при неизменном расходе топлива подача воздуха в котел снизится.

Введение в схему регулятора РОВ сигнала, характеризующего подачу дымососов рециркуляции (в данном случае используется наиболее простой импульс по положению направляющих аппаратов), преследует цель сделать регулятор индифферентным к возмущению изменением загрузки дымососов. Статическая настройка в первом приближении выбирается из соображений уравновешивания на входе регулятора величины возмущения (УПрец) сигналом изменения давления воздуха, соответствующим этому возмущению. Реально эта процедура носит более сложный характер и подробно описана