Примеры схем автоматического регулирования процесса горения барабанных котлов

Схемы «топливо — воздух». Выше было по­казано, что эти схемы целесообразно применять при работе котлов на газообразном, а при определенных усло­виях и на жидком топливах. На рис. 2-4 показаны два наиболее известных варианта схемы «топливо — воздух» для станций с общим паропроводом (с поперечными свя­зями). Давление пара р_п в выбранной точке общего паропровода воспринимается главным (корректирую­щим) регулятором ГР. Командный сигнал от главного регулятора подается в систему регулирования процесса горения всех автоматизированных котлов. При схеме рис. 2-4,а сигнал от главного регулятора поступает одно­временно на регулятор топлива РТ и воздуха РВ каж­дого котла. Такая схема носит название параллельной или схемы «заданная нагрузка — воздух». В схеме 2-4,б воздействие от главного регулятора подается только на регулятор топлива. Расход топлива измеряется и в качестве командного сигнала подается к регулятору воздуха. Схема носит название последовательной. В ка­честве обратной связи в регуляторе воздуха применяется сигнал по расходу воздуха. Этот сигнал измеряется по сопротивлению участка воздушного тракта котла или по перепаду давления в специальном устройстве — мульти­пликаторе, помещаемом в поток воздуха. В схемах рис. 2-4,а и б регулятор топлива получает сигнал, про­порциональный расходу топлива.

Для статической настройки системы служат на­строечные приспособления (задатчики 3). С помощью задатчика 3₁ устанавливается доля участия данного котла в общей выработке пара котельной. Задатчик З₂ служит для настройки соотношения между расходами топлива и воздуха, т. е. коэффициента избытка воздуха, поддерживаемого регуляторами.

Рис. 2-4. Схема автоматического регулирования процесса горения по соотношению «топливо—воздух». а — параллельная; б — последовательная.

Проследим работу схемы «топливо — воздух» при появлении внутреннего возмущения, например при переходе, на сжигание топлива с более высокой теплотворной способностью. В этом случае регулятор топлива не контролирует возмущение, и приход тепла окажется больше расхода с паром. На регулятор воздуха это не окажет воздействия, и он будет продолжать подавать воздух впрежнем количестве. В результате рассматриваемого внутреннего возмущения нагрузка котла повысится, а коэффициент избытка воздуха снизится за допустимые по условиям экономичности пределы. Незакономерное увеличение паропроизводительности котла приведет к повышению давления в общем паропроводе, что будет вос­принято главным регулятором, который уменьшит на грузку всех автоматизированных котлов и восстановит нарушенное равновесие. Таким образом, при схеме «топливо — воздух» с главным регулятором внутренние возму­щения, полученные одним из котлов, приводят в действие регуляторы всех остальных автоматизированных котлов. На многих станциях (особенно работающих на пыли) наблюдается, что внутренние возмущения возникают ча­сто и имеют большую величину. В этом случае при авто­матизации по схеме «топливо — воздух» с главным регу­лятором котлы работают с резко переменным режимом даже при постоянной нагрузке электростанции. Отклоне­ние от нормы величины коэффициента избытка воздуха, появившееся в результате внутреннего возмущения, ре­гуляторами полностью не снимается, и котел будет про­должать работать с пониженной экономичностью.

Эти недостатки приводят к тому, что применение схемы «топливо — воздух» нецелесообразно на большин­стве современных агрегатов. Только при работе на газе со стабильной теплотворной способностью эта схема себя полностью оправдывает. Как наиболее простая, схема «топливо — воздух» в этом случае имеет преиму­щество перед другими схемами автоматизации. Точное измерение расхода газа дроссельным способом затрудне­ний не представляет.

Несколько сложнее измерение расхода жидкого топ­лива, например мазута. Однако с помощью дроссельных диафрагм типа «четверть круга» и постоянного подо­грева мазута можно получить удовлетворительный ре­зультат и в этом случае.

Нарушение статической настройки системы автомати­ческого регулирования процесса горения под влиянием внутренних возмущений может быть компенсировано вручную, с помощью задатчиков. Это же может быть до­стигнуто автоматически, с помощью корректора, дей­ствующего по содержанию свободного кислорода в га­зах. Корректор по 0₂ показан на схеме рис. 2-4,б пунк­тиром. Эта схема может быть изменена (перевернута) таким образом, что сигнал от главного регулятора будет подан на регулятор воздуха, а регулятор топлива полу­чит сигнал по расходу воздуха в качестве командного воздействия. Преимущества такой схемы объясняются простотой получения представительного сигнала по рас­ходу воздуха.

Регулирование отсоса газов выполняется по разреже­нию в топке S_T, как показано на схеме рис. 2-4,а. С дру­гими регуляторами системы регулятор газов связан только общностью процессов, происходящих в котлоагрегате.

Регуляторы воздуха и газов в схемах рис. 2-4 можно поменять местами, заставляя регулятор воздуха поддер­живать заданное разрежение в топке, а регулятор газов поддерживать экономический режим горения. В этом случае регулятор газов помимо задающего сигна­ла получает также сиг­нал по сопротивлению га­зового тракта котла. По­добные варианты схем применяются в тех слу­чаях, когда измерение расхода воздуха на кот­ле затруднительно, а шлакование и занос зо­лой газоходов не мешает измерению расхода газов по сопротивлению участ­ка газового тракта.

Рис. 2-5. Схема регулирования процесса горения по соотношению «пар—воздух» с исчезающим кор­ректирующим воздействием по расходу топлива

Выше было показа­но, что регулирование воздуха по расходу па­ра обычно не оправдывается экономически из-за запаздывания развития регулирующего сигнала при внешнем и внутреннем возмущении. Качество регу­лирования может быть улучшено, если на регулятор воз­духа будет подан исчезающий по времени сигнал дина­мической связи от регулятора топлива. Подобная схема показана на рис. 2-5. Регулятором нагрузки в этой схеме служит регулятор топлива. Регулятор воздуха получает основное командное воздействие по расходу пара D и исчезающий сигнал от регулятора топлива. Влияние этого сигнала на расход воздуха наиболее интенсивно в первый момент после получения возмущения, а затем постепенно уменьшается до полного исчезновения. Время действия сигнала по расходу топлива выбирается так, чтобы к концу переходного процесса в силу вступило воздействие по расходу пара. Таким образом, при уста­новившемся режиме расход воздуха поддерживается пропорциональным расходу пара, а в переходных про­цессах подача воздуха пропорциональна расходу топ­лива.

Схемы с воздействием «по теплу». Схемы с воздействием суммы сигналов но расходу пара и ско­рости изменения давления в барабане котла находят ши­рокое применение при автоматизации котлов, работаю­щих на топливах практически всех видов. В последнее время эти схемы пополняются корректирующим воздей­ствием по содержанию свободного кислорода в дымовых газах. В зависимости от решения схемы суммарный сиг­нал «по теплу» подводится к регулятору воздуха или топлива.

Рис. 2-6. Схема с воздействием по «теплу» для котла, работающего на пыли, с промбункером. Диф — дифференцирующий прибор; Корр — корректи­рующий прибор.

Схемы с воздействием «по теплу» в котельных с общим паропроводом дают возможность ликвидиро­вать внутренние возмущения, возникающие при работе, в пределах самого котла без привлечения к этому других агрегатов, объединенных общей системой регулирования. При их исполнении расход воздуха правильно пропорционируется по количеству выделяющегося в топке тепла и коэффициент избытка воздуха поддерживается по­стоянным.

Чтобы предотвратить незакономерную переброску на­грузки между котлами, нужно заставить систему регули­рования котла воспринимать внутренние нарушения ре­жима и, воздействуя на органы, регулирующие подачу топлива и воздуха, восстанавливать нагрузку, заданную котлу, вручную или главным регулятором. Это должно осуществляться настолько быстро, чтобы нарушение подачи топлива в топку восстанавливалось, не вызывая сколько-нибудь существенного отклонения давления в паропроводе перед турбинами. Опыт показал, что на­рушение подачи топлива на котле, работающем при дав­лении около 100 ат, сказывается на давлении пара пе­ред турбинами через несколько десятков секунд. Этого времени бывает достаточно для ликвидации внутренних возмущений в пределах самого котла.

Рис 2-7. Схема ВТИ с воздействием по «теплу». ДС — устройство динамической связи.

На рис. 2-6 показан один из наиболее часто приме­няемых вариантов схемы автоматического регулирования процесса горения для котлов, работающих на пылеугольном топливе с промбункером. Сигнал от главного регулятopa подается одновременно на регуляторы топлива и воздуха каждого автоматизированного котла. Регулятор топлива получает также воздействие «по теплу». Вну­тренние возмущения вызывают отклонения давления в барабане со скоростью, пропорциональной величине этих возмущений. Благодаря воздействию сигнала «по теплу» на регулятор топлива, влияние этих возмущений ликвидируется в контуре самого котла. Отклонения от заданного значения коэффициента избытка воздуха ликвидируются корректирующим воздействием на по­дачу воздуха регулятора «экономичности», восприни­мающего отклонение содержания 0₂ в газах от установ­ленной при настройке величины. Отсос газов по-преж­нему управляется регулятором газов, поддерживающим заданное разрежение в топке.

Рис. 2-8. Схема регулирования процесса горения для котла с шахтно-мельничной топкой.

Корр — корректирующий прибор; ДС — устройство динамической связи.

На рис. 2-7 представлен один из вариантов схемы с воздейст­вием сигнала «по теплу», разработанный ВТИ. Главный (корректи­рующий) регулятор РГ в этой схеме воспринимает давление пара в сборном паропроводе. Командный сигнал от этого прибора посы­лается на регуляторы воздуха РЕ всех автоматизированных котлов. Эти регуляторы получают обратный сигнал по расходу воздуха. Таким образом, главный регулятор задает всем котлам расход воз­духа в соответствии с общей нагрузкой электростанции, а регуля­торы воздуха поддерживают этот расход постоянным до тех пор, пока не произойдет изменение команды от главного регулятора или от задатчика. Регулятор топлива РТ воспринимает задающий сиг­нал по расходу воздуха, сигнал «по теплу», т. е. по сумме величи­ны паровой нагрузки D и скорости изменения давления в барабане котла. Всякое нарушение подачи тепла с топливом, не связанное с командой от главного регулятора, прежде всего приводит к изме­нению давления в барабане. Скорость этого изменения пропорцио­нальна величине возмущения. Построенный по такой схеме регулятортоплива приводит расход тепла к заданному значению при любом внутреннем возмущении котла, не изменяя нагрузки других котлов, работающих параллельно с ним.

Разрежение в топке поддерживается регулятором газов РГ, который получает дополнительный опережающий сигнал от регуля­тора воздуха (пунктирная линия на рис. 2-7). Эта дополнительная связь позволяет регулятору газов воспринимать изменения подачи воздуха раньше, чем произойдет изменение разрежения в топке.

Схемы регулирования в топках с инди­видуальными пылеприготовительными установками. Автоматизация регулирования процес­са горения на котлах с индивидуальными пылеприготовительными установками, в том числе с шаровыми бара­банными мельницами без промежуточного бункера пыли, с шахтными или молотковыми мельницами, усложняется тем, что подача сырого топлива в мельницу должна управляться регулятором топлива, входящим в систему авторегулирования процесса горения котла.

Ниже рассмотрена одна из известных схем автомати­зации котла, оборудованного шахтно-мельничными топ­ками. Особенность регулирования этих котлов состоит в том, что пыль, приготовленная в мельницах, вдувается непосредственно в топку воздухом, вентилирующим шах­ту. Поэтому подача топлива в мельницу должна в каж­дый момент времени соответствовать нагрузке котла. Для выполнения этой задачи регулятор загрузки мель­ницы должен входить в систему авторегулирования про­цесса горения в качестве регулятора топлива.

Так как в объеме шахты мельницы во время работы скапливается ощутимое количество пыли, готовой к сжи­ганию, его можно рассматривать как промежуточную емкость, из которой во время переходных процессов мо­жет быть получено дополнительное количество топлива. Однако в связи с этим шахтные мельницы обладают большим временем запаздывания при изменении подачи сырого топлива. Это запаздывание определяется объемом шахты и запасом пыли в ней и сильно затрудняет авто­матизацию процесса горения.

Вредное влияние инерционности регулятора топлива, управляющего подачей сырого топлива в мельницы, можно уменьшить, изменяя запас пыли, накопленной в шахте, воздействием на подачу первичного воздуха. В этом случае необходимо также обеспечить хорошее качество помола, в основном зависящее от скорости первичного воздуха в шахте. При повышении скорости, а следовательно, и расхода первичного воздуха вынос пыли из шахты увеличивается, а мельница разгружается. Этим можно воспользоваться для быстрого изменения поступления топлива в топку при переходных процессах, для чего в схему автоматического регулирования котла включают специальные регуляторы первичного воздуха. В схемах находят применение также автоматические ре­гуляторы загрузки мельницы, действующие по величине тока ее электродвигателя. При этом используется зави­симость, существующая между загрузкой мельницы топ­ливом и током электродвигателя. Находит применение, например, схема, при которой регуляторы поддерживают постоянным величину тока электродвигателя мельницы, воздействуя на расход первичного воздуха, поступаю­щего в шахту, а нагрузку регулируют расходом сырого топлива в мельницу. Эта схема может быть изменена таким образом, что сигнал по току электродвигателя бу­дет воздействовать на подачу сырого угля, а команда по нагрузке — на расход первичного воздуха.

Следует заметить, что схемы с изменением расхода первичного воздуха не могут обеспечить постоянства ка­чества пыли (тонины помола). При увеличении расхода воздуха мельница выдает более грубую пыль. Однако это обычно совпадает с требованиями эксплуатации и не ухудшает экономичности сжигания топлива.

На рис. 2-8 показана одна из применяемых на элек­тростанциях схем с регулированием экономичности по соотношению «топливо — воздух» и корректором по со­держанию свободного кислорода в дымовых газах. В этой схеме первичный воздух регулируется по расходу топлива. Регулятор топлива получает задание от глав­ного регулятора и воздействует на подачу сырого топ­лива в мельницы. Одновременно регулятор топлива по­дает командный сигнал регулятору общего воз­духа РВ_общ и регуляторам первичного воздуха РВ_пср всех мельниц. Таким образом, при изменении подачи топлива одновременно изменяется расход первичного воздуха, вентилирующего каждую мельницу, что без заметного запаздывания увеличивает или уменьшает поступление пыли в топку. Регулятор общего воздуха под­держивает заданную пропорциональность между расхо­дами топлива и воздуха, поступающих в топку. При на­рушении оптимальных условий работы топки в действие вступает корректор по 0₂, восстанавливающий нарушен­ный из-за внутренних возмущений коэффициент избытка воздуха. Регуляторы первичного и вторичного воздуха получают обратные сигналы по регулируемому ими рас­ходу воздуха, измеренному по сопротивлению участка воздухопровода или измерительной диафрагмы. Рассма­триваемая схема не учитывает загрузку мельницы углем, поэтому при неблагоприятных условиях возможна пере­грузка или выхолащивание мельниц. Для предотвраще­ния этого схему следует дополнить корректирующим ре­гулятором, воспринимающим сигнал по току электродви­гателя мельницы, с воздействием на подачу топлива.