Рациональный автоматизированный электропривод систем топливоприготовления и подачи угольной пыли тепловых электростанций

В решениях ХХУ1 съезда К С по развитию народного хозяйстПС ва в П пятилетке и на период до 1990 года го ставлены большие задачи по дальнейшему развитию энергетики, при этом доминирующая роль в наращивании энергетических мощностей тепловых электростанций отводится энергоблокам мощностью 300, 800 и более мВт с прямоточными парогенераторами f l В настоящее время порадка 85 всей производимой в стране электроэнергии дают станции, работающие на органическом топливе, а уголь (его доля примерно 46) является важнейшим видом энергетического топлива. В ближайшие 20 лет и, по-видимому, до 2000 года электростанции, сжигающие органическое топливо, будут оставаться основным производителем электроэнергии в народном хозяйстве [2] а твердое топливо основным (до 6 0 потребляемым на тепловых станциях. В этой связи проблема повышения надежности и экономичности эксплуатации современных крупноблочных электростанций представляется важнейшей задачей, успешное решение которой в значительной степени определяется надежной и экономичной работой системы пыле питания. Топочные камеры котлоагрегатов работают в режиме значительных по величине пульсаций избытка воздуха. Основной причиной этих пульсаций являются недостаточная надежность работа электроприводов паровых мельниц и неравномерная по времени производительность пыпепитателей. Частота пульсаций ja. схода пыли по экспериментальнш данным находится в диатзоне частот О 4- 15 Гц при амплитудах до 70 -г 80 средней производительности пылепитателей [з] Опыт работы энергоблоков потазал, что в настоящее время не обеспечивается требуемая равномерность пыпепитания топочной камеры парогенератора, приводящая к значительному снижению надежности и экономичности котлоагрегата. Основной проблемой при этом является обеспшение высокой равномерности дозирования угольной пыли как во времени, так и по отдельным горелкам. Угольная пыль, находящаяся в промежуточном бункере, имеет во времени различные физические свойства, зависящие от влажности и фракционного состава материала. Это не позволяет существующим схемам электроприводов пылепитателвй и системам автоматического регулирования обеспечить постоянную высокую равномерность дозирования пыли при плавном изменении ее расхода в зависимости от требуемой нагрузки парогенератора. По мере развития прямоточных котлов, в связи с увеличением их единичной мощности, усложнением конструкции, повышением najnметров пара, ужесточаются требования к точности поддержания технологических параметров автоматизированными электроприводами, от качества работы и надежности которых существенным образом зависит экономичность работы котлоагрегатов. По этой причине вопросы их автоматического регулирования становятся все более актуальными. Значительный вклад в успешное решение задач автоматизации котлоагрегатов и совершенствования тиристорных и синхронных электроприводов внесен трудами А. А. Арманда, З. Я. Бейраха, Г. Герасимова, В. Д. Пивень, Л. С. Попырина, В. Я. Ротача, Е. П. Серова, Н. И. Давыдова, И. А. Глебова, И. Логинова, Д. К. Крюкова, А. И. Лищенко, В. Е. Зеленова и других ученых. Исследования по указанным проблемам находятся в центре внимания многих крупных научно-исследовательских, проектно-конструкторских институтов и высших учебных заведений (ВТИ им. Ф. Э. Дзержинского, ЦКТИ им. И. Й. Ползунова, ЦИНИКА, ЭНИН, МЭИ, Ш1И, ТЭП, ДГИ).Анализ работ, посвященных совершенствованию схем пылеприготовления и топливоподачи показывает, что до настоящего времени как в СССР, так и за рубежом, решения указанной проблемы, удовлетворяющей возросшим требованиям энергетики, пока не существует. В связи с изложенным, представляется целесообразным дальнейшие исследования и анализ работ котлоагрегата, а также разработка мероцриятий, обеспечивающих стабильное и равномерное пылепитание горелок топочной камеры парогенератора. Одним из решений поставленной задачи является совершенствошние электроприводов тракта топливоприготовления и топливоподачи путем создания надежных систем синхронных электроприводов с бесконтактнши автоматами гашения поля и тиристорных электроприводов с коррекцией частоты вращения по расходу пыли. Из этого следует, что выработанное направление работы является актуальным и ее результаты могут представлять теоретический и практический интерес. Цель работы. Разработка рациональных систем автоматизированных электроприводов тракта топливоприготовления и топливоподачи, обеспечивающих стабилизацию подачи угольной пыли в горелки котлоагрегата. Основная научная идея работы. Установление математических зависимостей влияния возмущающих воздействий электроприводов тракта топливоприготовления и топливоподачи на работу котлоагрегата и разработка на их основе целенаправленных технических решений по совершенствованию автоматизированных электроприводов пыпепитателей и шаровых мельниц, позволяющих повысить надежность и экономичность энергоблока. В работе защищаются:

1. Результаты аналитического и экспериментального исследования возмущающих воздействий электроприводов тракта топливоприготовлвния и подачи угольной пыли на режим работы энергоблока 2. Результаты исследований автономных и групповых тиристорных электроприводов пыпепитателвй с коррекцией часто он вращения. 3. Разработанные устройства по бесконтактному гашению поля синхронного двигателя шаровой мельницы и схемы управления электроприводами постоянного тока для приводов пылепитателей. 4. Графический метод расчета элекгроцриводов с селективной коррекцжй частоты вращения. 5. Структура системы автоматшеского управления с коррекцией частоты вращения по расходу угольной пыли. 6. Математические выражения параметров возбуждения синхронного электропривода в переходных режимах при колебательном и апериодическом законах спадания тока возбуждения. 7. Результаты экспериментальных исследований разработанных систем электроприводов на энергоблоке мощностью 300 мВт. Научная новизна. 1. Исследовано влияние электроприводов тракта топливоцриготоБления и подачи угольной пыли на режим работы котлоагрегата и получены математические зависимости. 2. Разработана многофакторная модель котлоагрегата и произведена оценка гогрешностей расчета. 3. Получены аналитические зависимости управляющих воздействий, обеспечивающих необходимую величину статизма приводов пылепитателей. 4. Разработана рациональная структура электроприводов пылепитателей с корректирующими элементами по стабилизации расхода пыли. 5. Представлен графический метод расчета электроприводов с селективной коррекцией частоты вращения. 6. Исследованы режиш синхронного привода при апериодическом и колебательном заюнах гашения магнитного поля. 7. Предложены новые способы гашения магнитного поля синхронного двигателя и схемы управления электропривода1ли постоянного тока. Практическая ценность. На основе аналитшеских и эксперишнтальных исследований автоматизированных электроприводов тракта топливо приготовления и топливоподачи предложшы юнвретные устройства, обеспечивающие повышение надежности работы синхронного электропривода, снижение статизма и рассогласования частот вращения пылепитателей, что существенно влияет на повышение экономичности рабош энергоблоков. Разработанные схемные ршения бьши внедрены на блоке 300 МВт Криворожской ГРЭС. Указанные устройства защищены 4 авторскими свидетельствами. Внедрение разработанных способов и схем управления электроприводами на Криворожской ГРЭС позволило получить при сохранении диапазона регулирования, относительно незначительных капитальных затратах, без существенного усложнения схем экономический эффект в сумме 214 260 руб. В цроведении экспериментальных исследований и опытно-промышленных испытаниях принимали устие инженеры Пинчук Ф. В. и Донченко А, П. I ОБЗОР И КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ СТАБИЛИЗАЦИИ ПШЕПИТАНИЯ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ Теплоэнергетические процессы котлоагрегатов современных тепловых электрических станций, надежность и экономичность их работы существенно зависят от равномерной подачи пыли к горелкам котла. Кк известно, неравномерная подача твердого топлива в топку котла приводит не только к нарушению устойчивой работы топочной камеры, но и служит причиной накопления на поду топки несгоревшей пыли, что, Б свою очередь, приводит к снижению экономичности работы котлоагрегата. Поэтому, вопросы стабидизации пыж питания и автоматизации процесса пыле приготовления являются актуальными. Технико-экономические показатели работы котлоагрегата в значительной степени зависят также от выбора схемы пылеприготовления. I I Схемы пылеприготовления и пылепитания Равномерность пылепитания и полная автоматизация процесса наиболее просто обеспечиваются в схемах с промежуточным бункером. В схемах без промежуточных бункеров равномерность пылепитания в и с и т от работы бункера и питателя сырого угля. Автоматизация процесса в этом случае значителшо затрудняется из-за больших постоянных времени тракта теплив оно дач и. В схемах с промежуточнш бункером, которые, как правило, применяются в установках большой единичной мощности, всегда имеется определенный з, а т о угольной пыли. По этой причине влияние пыпесистемы на процесс горения в топке незначительно, а, следовательно, выше надежность и экономичность работы котлоагрегата. Шерционность тракта: промежуточный бункер пылепитатель горелка топочная камера значительно меньше, чем в схемах без промежуточных бункеров пыли. В системах пылвприготовления с промежуточным бункером (рис. 1.1) топливо из бункера сырого угля (БСУ) поступает в питатель сырого угля (ПСУ), который предназначен для регулирования подачи топлива в мепьншное устройство (М). В шаровых барабанных мельницах уголь измельчается, окончательно подсушивается и вместе с сушильный агентом поступает в сепаратор ©, в котором происходит отделенш крупных фракций с последующим их возвратом по течке (ТВ) на вход мельницы. После сепаратора происходит.

I. Опытно-промышленные испытанвд разработанных систем электроприводов пыле пита те ле й, • проведенные на блоке 300 МВт, подтвердили надежность в работе и существенные преимущества их • • * • -«» Рис. 5.II. Осциллограмма процесса эксплуатационного отк синхронного двигателя мощностью 2000 кВт (Т Рис. 5.12. Общий вид БАШ на синхронном двигателе шаровой мельницы J 8 Криворожской ГРЭС по сравнению с ранее эксплуатируемыми, т .к. статизм электропри водов снизился с 1% до 2%, 2. Внедрение указанных схем на электроприводах энергоблока Криворожской ГРЭС гоказало, что они отвечают техническим требо ваниям, предъявляемым к электроприводам теплив о по дач и, позволяют решать задачу повышения надежности и экономичности работы энер гоблока.3. Экспериментальными исследованиями подтверждена работо способность разработанной бесконтактной системы возбуждения, обеспечивающей надежность и форсированный режим гашения поля синхронного двигателя при исчезновении шпряжения в питающей се ти. Снижена стоимость возбудительных устройств и коммутирующей аппаратуры за счет уменьшения термического и динамического дей ствия токов короткого замыкания.4. Составление времени гашения го ля синхронного двигателя с БАГП и времени гашения в системе тиристорного возбудителя, пе реведенного в инверторный режим, показало, что в отношении бы стродействия разработанная система по своим гоказателям превос ходит аналогичные устройства, применяемые в современных системах возбуждения.5. Анализ процесса пуска синхронного двигателя с БАГП гока зал, что перенапряжения на обмотке возбуждения не превышают до пустимых значений, переходные процессы в этом случае г1ротека, ют значительно быстрее, что в конечном итоге приводит к сокращению времени пуска синхронного двигателя.6. Внедрение разработанных систем электроприводов позволи ло стабилизировать температуру аэросмеси по всем горелкам (рис. 5.14), снизить пульсации кислорода примерно на 1% (рис. 5.16) Рж.5.13. Температура аэросмеси до внедрения рациональных схем электроприводов [^=^/^у^д^ Рис. 5.14. Темпфатура аэросмеси после внедрения рациональных схем электроприводов Рис. 5.15. Пульсации кислорода до внедрения рациональных схем электроприводов Рис. 5.16. Пульсации кислорода после внедрения рациональных схем электроприводов З, А К Л Ю Ч Е Н И Е Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют обобщить результаты работы в следующих выводах:

1. Существующие в настоящее время на блоках 300 МВт системы автоматизированного электропривода пыле питателей по причине большого статизма при нагрузках, значительного рассогласования Б скоростях вращения, недостаточного быстродействия, отсутствия простых и надежных конструкций датчиков расхода пыли не обеспе чивают необходимых требований эксплуатации. Указанные системы не осуществляют контроля за состоянием каждого двигателя, что обусловлено интегральным действием схемы как в части отбора ин формации, так и реакции на нее.2. Экспериментальными исследованиями энергосиловых гвра метров установлено, что относительная загрузка электродвигате лей пылепитателей по моменту составляет 2% -f 35% от номиналь ного. По этой причине возможна стабилизация частоты вращения ослаблением потока возбуждения на всем диапазоне регулирования по условиям тепловой нагрузки.3. Исследования показали, что автономизация электроприво дов пылепитателей позволяет производить индивидуальную коррекцию характеристик шждого из электроприводов группы с учетом особен ностей работы котлоагрегата и собственных характеристик электро привода.4. Раз^вботана и исследована математическая модель котло агрегата, гозволяю[щя оценить количественное взаимодействие входных параметров и погрешности прогноза функции отклика. Опре делено, что наиболее существенными параметрами, влияющши на эффективность работа ютло агрегат а, являются уровень пыли в бун кере, зависящий от надежности работы синхронного электропривода шаровых мельниц и среднее квадратическое отклонение скоростей вращенш электропрмодов пыле питателей. Практическое использо ванш результатов моделирования состоит в возможности проведе ния аргументированного и целенаправленного поиска схемных реше ний и систем автоматического регулирования, обеспечивающих оп тимальный режим работы энергоблока.5. Установлено, что систему электроприводов пыле питателей следует выполнять таким образом, чтобы все электроприводы были объединены и связаны в группу го заданию и вместе с тем бьши бы инвариантны относительно состояния шждого из них в отдельности. Это состояние должно корректироваться дифференцированно с учетом частных причин отклонени^ от задания.6. В результате проведенных иссждований разработаны ра циональные схемы автономного и группового электропривода (А.О. & 964 939 и A.G. й 1 035 765). Предложена графическая методика расчета селективной коррекции, позволяющая определить необходи мую величину корректирующего сигнала.7. Выполнено математическое моделирование системы автоном ного тиристорного электропривода пылепитателей с коррекцией частоты вращения по расходу угольной пыли. Результаты расчета свидетельствуют, что разработанная система обеспечивает стаби лизацию подачи угольной пыли.8. Анализ систем гашения магнитного поля синхронных элек троприводов шаровых мельниц систем пылеприготовленри показал, что они имеют недостаточную надежность и не позволяют форсиро ванно осуществлять процесс гашения поля при отключениях обмотки возбуждения.9. Выполнены теоретические исследования процесса гашения магнитного поля в системе тиристорного возбуждения синхронного эле кг ро привода семкостньм прерыванием тока преобразователя при апериодическом и колебательном законах его спадания, позво ляющие определить велшину тока и напряжения в переходных про цессах при откдючении обмотки возбуждения.10. Разработаны бесконтактные автошты гашенш поля, при менение которых совместно с пуске защити ьм и устройствами позво ляет синтезировать бесконтактню системы возбуждения синхрон ных эж кг ро привод ОБ средней и большой мощности для различного класса механизмов (А.С. & 744 892 и А.С. & 974 542).11. Экспериментальными исследованиями и опытно-промышлен ными испытаншми разработанных систем эжкгроприводов тракта топдивоприготовления и топливо подачи, проведенными на блоке 300 МВт, годтверждена работоспособность и существенные преиму щества их по сравнению с janee эксплуатируемыми, т .к. статизм эжкгроцриводов снизился с 1% до 2%, в 5 раз увеличились меж ремонтные сроки автоматов гапвния поля. За счет повышения на дежности рабозд синхронного электропривода тракта топливопри готовления сократилось количество аварийных остановов энерго блока, уменьшилась недовыработка электроэнергии. Внедрение разработанных схем на блоках 300 МВт Криворожской ГРЭС шказа ло, что они отвечают техническим требованиям, позволяют решать задачу повышения надежности и эффективности работы энергобло ков. Эконоышеский эффект от внедрения составляет 214 260 руб.