Автоматическое регулирование прямоточных парогенераторов Прямоточный парогенератор как объект регулирования

Для прямоточных парогенераторов подача воздуха и топлива, удаление дымовых газов реализуется по той же технологии, что и для барабанных парогенераторов. В отличие от барабанных у прямоточных парогенераторов отсутствует барабан, по-другому расположены поверхности нагрева, иной способ генерации пара. Принципиальная схема прямоточного парогенератора представлена на рис. 2.56.

Прямоточный парогенератор напоминает змеевик, в котором питательная вода под напором, созданным питательным насосом последовательно проходя поверхности нагрева, нагревается до кипения, превращается в пар, пар перегревается и перегретым выходит из змеевика. Для прямоточных парогенераторов докритического давления водопаровой тракт условно деляг на три зоны: экономайзерную, парообразующую и пароперегревательную. Конец парообразующей и начало пароперегревательной части водопаровой тракта называют переходной зоной. В этой зоне процесс парообразования завершается и происходит небольшой перегрев пара.

В экономайзерную зону входит водяной экономайзер и нижний участок радиационной части (НРЧ). Парообразующая зона включает большую часть НРЧ и некоторый участок средней радиационной части (СРЧ). Пароперегревагельная зона состоит из остальной части СРЧ, верхней радиационной части (ВРЧ), ширмовых и конвективного пароперегревателей.

Рис. 2.56. Прямоточный парогенератор (принципиальная схема):

1 — дутьевой вентилятор; 2 — дымосос; 3 — воздухоподогреватель; 4 — водяной экономайзер; 5 — нижняя радиационная (испарительная) часть; 6 — переходная зона; 7, 8 — радиационный и конвективный пароперегреватели; 9 — пароохладители

В экономайзсрной зоне происходит нагрев питательной воды до температуры, близкой к температуре кипения, затем вода поступает в парообразующую зону, где и превращается в насыщенный пар. Насыщенный пар, попадая в пароперегревательную зону, перегревается до заданной температуры.

Во время работы прямоточного парогенератора границы экономайзерной, парообразующей и перегревательной зон постоянно перемещаются вдоль водопарового тракта. На положение границ этих зон влияет изменение расхода питательной воды, расхода топлива, изменение тягодутьевого режима, нагрузки. Все эти факторы влияют на температуру перегретого пара, что существенно усложняет задачу ее автоматического регулирования.

В барабанном парогенераторе изменение расхода питательной воды практически не влияет на расход, температуру и давление перегретого пара, т. к. барабан парогенератора разделяет парогенерирующую и пароперегревательную части водопарового тракта. В прямоточном парогенераторе все обстоит иначе. Изменение расхода питательной воды в прямоточном парогенераторе непосредственно влияет на паропроизводительность, давление и температуру пара. Если для барабанного парогенератора система автоматического регулирования питания водой является независимой от других систем регулирования, то у прямоточного парогенератора системы автоматического регулирования температуры и давления пара, тепловой нагрузки между собой тесно связаны.

В прямоточном парогенераторе при уменьшении расхода питательной воды и постоянном расходе топлива уменьшается паропроизводительность. Экономайзерная и парообразующая зоны сокращаются, увеличивая пароперегревательную зону. На подогрев и испарение воды, поступающей в меньшем количестве, затрачивается меньшее количество тепла. Все это приводит к повышению температуры пара в паровом тракте парогенератора как за счет увеличения пароперегревательной зоны и уменьшения количества пара, проходящего по тракту, так и за счет увеличения доли тепла идущего на перегрев пара.

Значительное влияние на температуру пара по тракту парогенератора оказывают возмущения, связанные с расходом топлива. Эти возмущения часто вызываются нестабильной работой пылепитателей, изменением качества топлива, изменением числа включенных горелок. При увеличении расхода топлива происходит увеличение тепловыделения в топке и поэтому температура пара по тракту повышается. По сравнению с барабанными парогенераторами влияние изменения расхода топлива на температуру пара для прямоточных парогенераторов существенно выше.

В связи с тем, что возмущения расходом питательной воды и топлива оказывают сильное влияние на температуру пара по тракту прямоточного парогенератора для стабилизации температур по водопаровому тракту необходимо поддержание на постоянном значении соотношения между расходом питательной воды на парогенератор и количеством выделяемого тепла в топке. Эта задача решается совместной работой регуляторов питания и топлива. Однако регуляторы питания и топлива могут осуществить лишь первичную стабилизацию температуры пара по тракту и не могут поддерживать с необходимой точностью температуру перегретого пара на выходе парогенератора. Это связано с тем, что при воздействии расходом питательной воды или топливом температура пара на выходе парогенератора изменяется со значительным запаздыванием.

Для улучшения качества регулирования, а также из-за необходимости защиты отдельных пакетов пароперегревателя от перегрева, прямоточный парогенератор оснащается большим, чем у барабанного парогенератора, числом впрысков. Если у барабанного парогенератора расход воды на впрыск может достигать примерно 5% от номинальной производительности, то у прямоточного парогенератора расход на впрыск может составить до 10% от количества выработанного пара. При этом впрыск воды в пар изменяет не только температуру, но и количество пара, вырабатываемого парогенератором.

На основании свойств прямоточного парогенератора как объекта регулирования, его конструктивных особенностей, а также взаимного влияния и направленности отдельных параметров выделяют следующие системы автоматического регулирования парогенератора:

• а) давления пара и тепловой нагрузки;
• б) экономичности процесса горения;
• в) разрежения;
• г) температуры перегрева первичного и вторичного пара.

АСР давления перегретого пара и тепловой нагрузки пылеугольных прямоточных парогенераторов К основным возмущающим воздействиям, влияющим на давление перегретого пара, можно отнести изменение расходов питательной воды D_{n в}, пара D_{n п}, топлива В_т, воды на впрыск D_Bl]p, а также перемещение регулирующих клапанов турбины.

Возмущения, действующие на парогенератор как объект регулирования давления перегретого пара и тепловой нагрузки при перемещении регулирующих клапанов турбины, относят к внешним возмущающим воздействиям, а внутритопочные возмущения считаются внутренними.

В практике автоматизации прямоточных парогенераторов общепринятым является следующий подход к компенсации внутренних и внешних возмущений. Внутритопочные возмущения устраняются изменением расхода топлива в топку. Внешние возмущения компенсируются одновременным воздействием на расходы топлива и питательной воды, обеспечивая при этом необходимое соответствие между расходами пара и питательной воды, а также осуществляя первичное регулирование температуры пара в тракте перегрева пара.

Схемы АСР топлива и питания выполняются в зависимости друг от друга. Причем в одном варианте схем регулятор топлива является регулятором тепловой нагрузки (ведущим регулятором), а регулятор питания ведомым. В другом варианте схем роли регуляторов меняются. Регулятор питания становится ведущим регулятором, т. е. регулятором тепловой нагрузки, а регулятор топлива — ведомым.

Такая взаимосвязь построения систем регулирования давления перегретого пара и тепловой нагрузки определяется тем, что совместное действие регуляторов питания и топлива не только обеспечивает нагрузку парогенератора, но и выполняет важную задачу первичной стабилизации температуры среды в водопаровом тракте. Поэтому схемы АСР подачи топлива и питания неотделимы друг от друга, и их нужно рассматривать совместно.

На рис. 2.57 представлен ряд вариантов схем систем регулирования подачи топлива и питания для прямоточных парогенераторов, обеспечивающих поддержание тепловой нагрузки и давления перегретого пара на заданном значении.

В приведенных вариантах осуществляется стабилизация температуры пара в промежуточном сечении водопарового тракта, как правило, в начале перегревательной зоны, до первого по ходу пара впрыска. В этом случае впрыск не оказывает влияния на температуру пара в выбранном сечении.

В первом варианте регулятор питания РП является регулятором тепловой нагрузки, т. е. ведущим, а регулятор топлива РТ — ведомым. Сигнал задания для регулятора питания, т. н. задание по нагрузке, формируется корректирующим регулятором давления, получающим сигнал по давлению перегретого пара перед турбиной. Регулятор питания с помощью регулирующего органа РО приводит расход питательной воды в соответствие с заданием по нагрузке, получая сигнал по расходу питательной воды D_{n в} в качестве отрицательной обратной связи.

В рассматриваемом варианте схемы регулирования температура пара в выбранном сечении водопарового тракта парогенератора /_пр регулируется непосредственно с помощью регулятора топлива. Для повышения качества регулирования на регулятор топлива дополнительно поступают сигналы по скорости изменения расхода питательной воды и по скорости изменения температуры газов Т_Г в поворотной камере, получаемые на выходе дифференциатора D. Назначение скоростных сигналов состоит в следующем: сигнал по скорости изменения расхода питательной воды необходим для того, чтобы изменение расхода питательной воды сопровождалось одновременным изменением подачи топлива в топку. Сигнал по скорости изменения температуры газов служит для повышения быстродействия регулятора топлива при появлении внутритопочных возмущений.

В практике автоматизации часто применяют несколько видоизмененную схему первого варианта. В измененной схеме вместо импульса по температуре газов в поворотной камере применяют импульс по температуре факела в верхней части топки. Применение импульса по температуре факела связано с недостаточной надежностью измерения температуры газов термоэлектрическими термометрами. Температуру факела измеряют радиационными пирометрами.

Рис. 2.57. Варианты схем систем регулирования питания и топлива для пылеугольных прямоточных парогенераторов

Итак, в первом варианте температура пара в выбранном сечении водопарового тракта регулируется непосредственно, обеспечивается согласованное изменение расходов питательной воды и топлива при изменении нагрузки, а также быстродействие регулятора топлива при внутритопочных возмущениях.

Во втором варианте регулятор питания также является регулятором тепловой нагрузки, а регулятор топлива — ведомым регулятором. Для регулятора топлива сигналом задания служит импульс по расходу питательной воды, а сигналом отрицательной обратной связи — импульс «по теплу», формируемый в виде суммы сигналов по расходу пара ?>_1|р и скорости изменения давления пара Р в выбранном сечении водопарового тракта. Непосредственно поступающий на регулятор топлива импульс по давлению пара Р_пр необходим для компенсации влияния изменения давления пара на результат измерения расхода пара ?>_пр (от давления зависит плотность пара).

При изменении нагрузки регуляторы питания и топлива практически одновременно вступают в действие, изменяя подачу питательной воды и топлива в парогенератор. Регулятор топлива, поддерживая соотношение «вода-тепло» тем самым косвенно обеспечивает первичное регулирование температуры пара. При появлении внутритопочных возмущений их устранение осуществляет только регулятор топлива.

В третьем варианте регулятором тепловой нагрузки является регулятор топлива, получающий задание по нагрузке от корректирующего регулятора давления пара перед турбиной. Поступающий на вход регулятора топлива в качестве отрицательной обратной связи импульс «по теплу» формируется таким же образом, что и во втором варианте.

Регулятор питания в рассматриваемом третьем варианте выполнен по схеме «тепло-вода». Он косвенно поддерживает температуру пара в промежуточном сечении водопарового тракта. При возникновении внутритопочных возмущений регуляторы топлива и питания вступают в работу одновременно. При этом регулятор топлива устраняет возникшие возмущения, а регулятор питания компенсирует действие этих возмущений на температуру пара, приводя в соответствие с теплом в промежуточном сечении водопарового тракта расход питательной воды. Такая работа регуляторов топлива и питания при внутритопочных возмущениях обеспечивает меньшие отклонения температуры пара по сравнению со вторым вариантом.

Для третьего варианта рассматриваемых схем систем регулирования характерно то, что при изменении нагрузки изменение расходов топлива и питательной воды не происходит одновременно. Сначала изменяется расход топлива, а потом с некоторой задержкой начинает изменяться расход питательной воды. Вследствие этого отклонения температуры пара при изменении нагрузки будут больше, чем для второго варианта.

Сравнительный анализ рассмотренных выше схем систем регулирования показывает, что каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. Однако нужно отдать предпочтение первому варианту схем, т. к. в этом случае обеспечивается более высокое качество регулирования температуры и система регулирования, выполненная по этому варианту, проще в наладке.