Схемы регулирования экономичности процесса горения

Задачи автоматического управления энергетических барабанных котлов

Глава 3. Схемы автоматического управления тепловых процессов

При работе котла на любой нагрузке, определяемой требованиями потребителей пара и электроэнергии, необходимо обеспечить наиболее экономичный режим получения пара определенного качества, выражаемый поддержанием требуемого значения давления, температуры, солесодержания котловой воды и их допустимыми отклонениями в переменных режимах.

При этом экономичность работы котла в основном определяется количеством топлива, израсходованного на единицу паропроизводительности, и зависит от соотношения расходов топлива и воздуха, подаваемых в топку, т.е. от экономичного ведения процесса горения как при стационарном, так и в переменном режимах. Качество же вырабатываемого продукта (перегретого пара) определяется выбранной схемой регулирования и динамической настройкой регуляторов. Исходя из требований, накладываемых на процессы, протекающие в котлах, автоматизации подвергаются следующие участки, взаимосвязанные между собой не только с точки зрения единой технологической линии, но и с точки зрения построения единой многосвязанной системы автоматического управления.

1. Участок управления процесса горения, включающий в себя:

1) регулятор давления пара за котлом, изменяющий подачу топлива в топку при отклонении давления пара от заданного значения;

2) регулятор экономичности процесса горения, поддерживающий требуемое соотношение топливо – воздух;

3) регулятор разрежения в топке котла, воздействующий на отвод газов из топки.

2. Участок управления питания котла, воздействующий на подачу питательной воды.

3. Участок управления температурой перегрева пара, воздействующий на впрыск конденсата в пароохладители.

4. Участок управления солесодержания котловой воды, воздействующий на сброс конденсата с большим солесодержанием из барабана в дренаж.

Для экономичного сжигания топлива необходимо, чтобы количество воздуха, подаваемого в топку котла, строго соответствовало количеству тепла, поступающего с топливом, причем коэффициент избытка воздуха - a, определяемый содержанием О₂ в продуктах сгорания, должен поддерживаться в соответствии с режимной картой котла. К сожалению, достаточно точное поддержание коэффициента избытка воздуха - a затруднительно, т.к. газоанализаторы, используемые в настоящее время для анализа уходящих газов, являются инерционными и, следовательно, не позволяют получить желаемое качество регулирования. Поэтому подача воздуха в топку должна регулирования по косвенным показателям, более или менее точно учитывающим количество тепла, вносимое в топку котла. Этим и объясняется тот факт, что к настоящему времени используются несколько схем регулирования экономичности процесса горения, выбор которых осуществляется в основном в зависимости от вида топлива, сжигаемого в топке котла и от типа котла.

1. Схема топливо-воздух. Исторически является первой схемой регулирования соотношения топливо-воздух (рис. 3 – 1). Регулятор экономичности (FC) получает сигналы по расходу воздуха F_BE и топлива F_TE, воздействуя на направляющие аппараты вентиляторов (НАВ) изменяющих расход воздуха к горелкам котла. В этой схеме точность поддержания заданного соотношения зависит от точности и малоинерционности измерения расходов воздуха F_BE и топлива F_TE. Однако если расход воздуха можно измерить достаточно точно по перепаду давления (или давлению на участке воздушного тракта), то измерение расхода топливо в ряде случаев связанно с большими трудностями. Особенно большие трудности вызываются измерением расхода твердого и пылеобразного топлива, определяемого по числу оборотов пылепитателей или положению плоского контроллера (реостата), регулирующего число оборотов питателей. Этот способ измерения очень груб, так как при постоянном числе оборотов питателей пыли расход топлива зависит от влажности пыли, запаса ее в бункере, износа питателей и ряда других факторов, что и обуславливает некачественное регулирование экономичности горения по рассмотренной схеме при работе котлов на твердом и пылеобразном топливе.

Однако рассмотренная схема регулирования экономичности процесса горения рекомендуется к использованию при сжигании жидкого и газообразного топлива (расход которого можно достаточно легко и точно измерить) с постоянной теплотворной способностью, так как в противном случае количество тепла, вносимого в топку, будет определяться не только расходом топлива, но и его калорийностью.

2. Схема тепло – воздух (рис. 3 – 2). Получила широкое применение при работе котлов на твердом и пылеугольном топливе. Сигнал по теплу в данной схеме характеризуется суммой импульсов по скорости измерения давления пара в барабане котла и расходу пара:

,

Q – количество тепла, вносимого в топку;

F_n – расход пара;

к – коэффициент пропорциональности;

P_δ – давление в барабане котла.

В настоящее время ведутся работы по усовершенствованию этой схемы, которые сводятся к получению более представительного и с меньшим запаздыванием импульса по теплу. В частности, предлагается использовать импульс по тепловосприятию экранных поверхностей нагрева импульс по температуре факела в топке и ряд других.

3. Схема с введением импульса по содержанию О₂ в продуктах сгорания.

Рассмотренные выше схемы обладают тем недостатком, что они поддерживают постоянное отношение a независимо от нагрузки котла. Однако с изменением нагрузки существенно меняется отношение a и, чтобы учесть это, необходимо в рассмотренные схемы ввести импульс, корректирующий отношение a в соответствии с содержанием кислорода в продуктах сгорания.

Поэтому на энергетических котлах, работающих на переменных режимах, необходимо использовать корректирующий импульса по содержанию О₂ в продуктах сгорания, воздействующего на изменение задания регулятору экономичности процесса горения.

Для этой цепи сигнал по содержанию О₂ подается на корректирующий регулятор (О₂С) (рис. 3 – 3), который, при отклонении содержания О₂ от нормы, воздействует на изменение задания регулятору экономичности FC.

Таким образом, типовой схемой экономичности процесса горения энергетических котлов является: тепло – воздух (рис. 3 – 3б) при работе на пылеобразном топливе и топливо – воздух при работе на газообразном топливе (рис. 3 – 3а).

При номинальных режимах работы эти схемы поддерживают заданное соотношение топливо – воздух (тепло – воздух), а при отклонении О₂ от нормы (обычно наблюдаемое при переходе на другие нагрузки) начинает действовать сигнал от корректирующего регулятора, изменяющий задание регуляторам экономичности.