Автоматизация тепловых процессов

Вид работы:

Дипломная (ВКР)
Предмет:

Физика
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

52,07 kb
Опубликовано:

2012-01-10

Все дипломные работы по физике

Скачать дипломную работу Читать текст online Заказать дипломную
*Помощь в написании! Посмотреть все дипломные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Автоматизация тепловых процессов

Понятие об автоматическом регулировании

Автомат - самодвижущийся (с греч.)

Автоматика включает три части:

1. теория автоматического регулирования.

2. технические средства автоматизации.

3. система автоматического регулирования тепловых процессов.

Авторегулирование - это автоматическое поддержание параметров на заданном уровне.

САР

m l

Q₁ Q₂

Н - регулируемая величина

1 - входной сигнал

Q2 - нагрузка

Статическая характеристика

Н(j, Х_вых)

Н_max

H_min + D_н

- D_н

Q_min Q_ном Q_max Q₂(l)

Такую статическую характеристику имеет статическая система авторегулирования.

Статическая система - это такая система, в которой каждому возмущению соответствует свое значение выходного или регулируемого параметра.

D = Hmax - Hmin - абсолютная статическая погрешность САР

- относительная статическая погрешность (статизм регулирования)

Структурная схема САР

l (Q₂)

Q₁, Х_вх

j (Н)

Х_зад Регулятор прямого

действия

1 - измерительное устройство (поплавок)

- задатчик

- усилительное устройство (рычаг)

m - физическое перемещение штока

Регулятор прямого действия берет энергию для работы из объекта.

Пример астатической системы

Астатическая система в независимости от нагрузки должна поддерживать постоянный уровень.

+ D_н

- D_н

Q₂ Регулятор переменного

действия

₀ М

⁰

5 6

7 Q₂

3 4 3

Q₁

1 - поплавок

- электрические контакты

- регулирующий орган

- бак

- электродвигатель

- червячный редуктор

- груз

Порядок работы

Возмущение по нагрузке Q2 создает разбаланс притока и расхода Q1 и Q2 , уровень падает, замыкается верхний контакт на Б (больше), электродвигатель вращается влево на подъем клапана.

Вращение происходит до установки уровня до заданного значения (Q1 = Q2) с точностью Dн .

+ ₀

+ D 1

Q₁

2 - ⁰

Q₂

⁰ U_пит ⁰

Принципы автоматического регулирования

Схема авторегулирования

1. Регулирование по отклонению выходного параметра.

D U_зад e j

ГИОС

З - задатчик

Х - сумматор

Р - регулятор

РО - регулирующий орган

ОР - объект регулирования

Сумматор - входное звено регулятора

e = Х3 - j = DU3 - dUj

Если çe ç< Dн регулятор не включается и регулирующий орган перемещаться не будет. (1)

Если çe ç> Dн произойдет включение регулятора. (2)

Преимущества:

· точность регулирования

Недостатки:

· (1) - компактное и высокое качество регулирования

· (2) - низкое качество регулирования

1. Регулирование по возмущению.

e j

Преимущества:

· быстрое действие

· годится для инерционных систем

Недостатки:

· нет контроля за выходным сигналом, т.е. отсутствие точности регулирования за счет разомкнутости системы

1. Комбинированная система: регулирование по отклонению выходного сигнала и возмущения.

e j

Пример: САР питания барабанного котла.

Д_пе

e + -

ВЭ

Д_пв

РПК

2. Принцип адаптации.

Рассмотрим самонастраивающуюся САР.

k_i t_i

Х_зад (t) j

УАО - устройство анализа состояния объекта

УАЗ - устройство анализа задающего воздействие

УВС - управляемая вычислительная система

ИУ - исполнительное устройство

Процесс настройки осуществляется в два этапа:

· решается задача идентификации объекта управления

· проводится расчет и коррекция динамических параметров настройки САР

Классификация САР

1. по назначению (САР котла, САР турбины …)

2. по виду регулируемого параметра (САР температуры, САР давления, САР уровня …)

3. по виду используемой энергии (электрические САР, пневматические САР, гидравлические САР, электрогидравлические САР …)

4. по принципу действия регулятора (аналоговая САР, дискретная САР)

Дискретная САР бывает: релейной, импульсной, цифровой.

. по количеству регулируемых величин (одноконтурная САР, многоконтурная САР,

многомерная САР)

Многоконтурная - много контуров независимого регулирования.

Многомерная - много контуров связанного регулирования.

. по характеру изменения управляемой величины (стабилизирующая САР, программная

САР, следящая САР, экстремальная САР)

7. по принципу регулирования (по отклонению, по возмущению, комбинированная, адаптивная)

По отклонению применяется для вероятностных систем, по возмущению - для детерминированных систем, адаптивная - для нестационарных вероятностных систем.

8. по временным свойствам САР (по виду передаточной функции: стационарная и нестационарная)

9. по статической характеристике (статические и астатические)

10.по динамическим свойствам (безинерционная, инерционная)

Динамические свойства тепловых объектов регулирования.

Под тепловыми объектами понимаются все элементы тепловой схемы ТЭС.

Любой объект регулирования находится в двух режимах:

· стационарный (при наличии энергетического баланса)

· динамический (переходный режим, происходит за счет появления разбаланса)

Тепловые объекты регулирования по характеру переходного процесса делятся на две группы:

· быстродействующие (турбина, насос, дымосос …) - малоинерционные

· медленнодействующие (котел, бак аккумулятор, деаэратор, подогреватель …) - инерционные, динамические

Причиной инерционности является наличие аккумулирующих емкостей, которые могут накапливать подведенную энергию.

Медленнодействующие объекты делятся на:

· объекты с самовыравниванием (инерционные звенья)

· объекты без самовыравнивания (интегрирующие звенья)

t_зап Т_с t

- реальное интегрирующее звено

1 2

t_зап Т_и t

Свойства самовыравнивания

Q₁

Q₂ аналитический объект

(без самовыравнивания)

Требования:

1. Q2 = idem

çdQ1 ç= çQ1 - Q2 ç¹ 0

dQ₁ H

+ DH

· DH

Диаграмма прохождения сигнала:

X_вх

1. Q2 = j (H)

dQ1 H

Диаграмма прохождения сигнала:

Xвх

- ООС

· к - min, r ® ¥

- коэффициент самовыравнивания

· к ® ¥, r ® 0

Под самовыравниванием объекта понимают такое его свойство, в результате которого выходной параметр при нанесении возмущения стремится к новому установившемуся состоянию без вмешательства регулятора.

Чтобы снять динамические характеристики объекта регулирования фиксируется разгонная характеристика объекта при отключенном регуляторе.

Аккумулирующая способность

Мерой аккумулирования служит скорость изменения внутреннего (выходного) параметра как для объекта с самовыравниванием, так и без него.

Объекты регулирования обоих классов (с самовыравниванием и без) бывают одноемкостными и многоемкостными. Количество емкостей может быть бесконечным, но в расчетах разумно учитывать не больше 3 ¸ 5 емкостей.

Многоемкостные объекты от одноемкостных отличаются наличием времени запаздывания.

Чем больше емкостей, тем больше время запаздывания.

t₀

t_п

t_з t_з = t₀ + t_п

С увеличением числа подключенных емкостей разгонная характеристика смещается по оси времени вправо за счет увеличения времени запаздывания и постоянной времени.

Если в числе последовательно соединенных одноемкостных объектов хотя бы один астатический, то весь объект будет астатическим.

Замена сложных многоемкостных объектов простейшими звеньями

Пример: Рассмотрим САР питания барабанного котла.

· Заменение объекта двумя последовательными объектами.

m_т

ПП F_пп

РПК F_пв

ОП

Опережающий участок:

L = 5 м

Д = 0,2 м

n = 1 м / с

t0 = 5 с

m 6 c

F_пв

5 с 5 с

Тс = 60 с

DТс = 6 с

Т_пв

t малоинерционное опережающее звено

m Н_б m Н_б

· Заменение объекта двумя параллельными объектами.

F_пп

m_т

Н_б

вызывает ложное срабатывание авторегулятора

Р_б

1 - изменение уровня за счет набухания пароводяной смеси в результате вскипания

- уменьшение уровня воды в барабане за счет убыли массы жидкости

Процессы 1 и 2 действуют одновременно, т.е. уровнемер будет наблюдать их суммарное действие 3.

h = F_пп

Х_з m Н

ГИОС

m_пв

F_пп

m_пв Н

Н_б

САР для инерционного многоемкостного объекта

m_т

ПП F_пп

импульс по пару

должен компенсировать

возмущение по нагрузке

РПК F_пв

ОП

Н_з

БФ - блок формирования

Любое возмущение, которое может нарушить баланс и изменить уровень компенсируется до того, как оно начнет действовать на уровень.

l_п

Н_з m

F_пв

Для регулирования многоемкостного объекта применяют два способа, смысл которых заключается в создании добавочных информационных каналов.

Качество регулирования можно улучшать 2 способами:

1. усложнением информационной структуры (создание добавочных информационных каналов)

2. усовершенствованием алгоритма регулирования

Второй путь на сегодня практически исчерпан, применяемые алгоритмы ПИ и ПИД достаточны для тепловой автоматики, поэтому качество регулирования улучшают по пути наращивания информационной структуры.

Два способа усовершенствования информационной структуры:

1. создание систем со вспомогательными переменными состояниями (ВПС)

2. создание систем с компенсацией возмущения

Например, САР барабанного котла производится компенсация возмущения по нагрузке и фиксируется по ВПС расход питательной воды.

Анализ работы систем с ВПС

1. Система САР с двумя подчиненными регуляторами.

W_э^р

W₂ W₁ l

U₃ e U₂ e₁ m y ¹ U₃

z W_оп W_ин

ДИОС

z (ВПС)

ГИОС

канальная система

РГ - главный регулятор

РВС - вспомогательный регулятор

WГИОС = WДИОС = -1 оп » 1

e - сигнал рассогласования

e1 = U2 - z

, т.к. W1 = 105

Рассмотрим два режима питания барабанного котла.

· lпв ¹ 0

z » l m

z ® 0

l_пв

z=0 y

· y ¹ 0 (Нб ¹ Нз)

y e m y

U₃

1. схема с ВПС и одним регулятором

U₃ e m y

1. l ¹ 0 ® z º l

Wрпи

2. y ¹ 0

Wбф = 1, Wэр = 1 - П - закон (кр = 1)

Дает статическую погрешность регулирования

У(Н)

H_max

U₃D_ст H₃

H_min

l_д

Dст - статическая погрешность регулирования

В случаи выбора блока формирования в виде пропорционального звена получается П - закон регулирования и статическая погрешность.

(ПИ - закон)

- реальное диф. звено

В случаи выбора БФ в виде реального диф. звена закон регулирования будет пропорционально - интегральный и статическая погрешность регулирования будет равна 0.

~ П

САР с компенсацией возмущения

l_к W_кв

l_к l_i

U - e m y

· строится для инерционного объекта

· выбирается наиболее сильное возмущение

· возмущение подается на вход регулятора через блок компенсации возмущения

e = U - lkWкв

Рассмотрим два случая:

1. Wкв = кl - пропорциональное звено

2. - реальное диф. звено

. e = U - lkWкв= const ® m

Формируется постоянное рассогласование, т.е. схема поддерживает не заданное значение U, а U со смещением lkWкв (статическая погрешность).

Dст = e

l_k

l_kW_кв

D_н

Т_д

автоматический регулирование сигнал возмущение

2. Реальное диф. звено создает динамическую связь (временную). Такая связь должна в первый момент появления lк должна переставить ОР на определенную величину.

Произведем точный подбор.

Применение в качестве компенсации реального диф. звена дает приближенный результат, потому что не учитывает динамические свойства объекта.

Для точного учета динамических свойств объекта ведется следующий расчет:

l_к W_кв

l_к l_i W_y_l

U - e m y

W_y_m

y = 0

l_k

Целью является то, чтобы регулируемый параметр не отклонялся от заданного значения.

Wкв Wр Wym + Wyl = 0

Если Wуl » Wуm , то

Если передаточные свойства каналов близки по возмущению l и регулирующему воздействию m , то для компенсации возмущения подходит реальное диф. звено.

Cравним схему с компенсацией возмущения и схему с ВПС.

U e m y

Сравним по:

1. Быстродействию

если Wzl = 1, то разницы по быстродействию нет

если Wzl ¹ 1, то схема с компенсацией более быстро включает регулятор

2. Схема с компенсацией реагирует только на одно возмущение, а схема с ВПС - на все сразу

Регулирование многомерных систем

Большинство объектов регулирования имеют поперечные внутренние связи между каналами, которые в общем случаи не позволяет пользоваться простыми схемами регулирования, которые мы рассматривали.

Внутренние связи в объектах бывают в трех видах:

1. объект с несвязанными каналами (многомерный)

По каждому каналу действует свой сигнал и на соседние каналы влияния не оказывает.

m₁ у₁

m₂ у₂

2. многомерный объект с односторонними связями

m₁ у₁

m₂ у₂

3. многомерный объект с перекрестными двухсторонними связями

m₁ у₁

m₂ у₂

Регулирование таких объектов может быть связанным или несвязанным.

При несвязанном регулировании каждая регулируемая величина у регулируется своим регулятором.

При связанном регулировании каждый регулятор воздействует не только на свой регулирующий орган, но и на регулирующий орган других регулируемых величин.

Выбор способа регулирования зависит от характера внутренних связей. Физически внутренние связи обусловлены наличием общих для нескольких регулируемых величин возмущений или общих регулирующих воздействий.

Способы регулирования:

1. несвязанное регулирование

Рассмотрим двумерный объект без поперечных внутренних связей.

- m₁ у₁

U₁

U₂ m₂ у₂

2. регулирование двумерного объекта с односторонней поперечной связью

_· W_l₁₁

_· - m₁ у₁

· U₁

· +

· U₂ m₂ у₂

· +

· -

· несвязанное регулирование

если несвязанное регулирование не дает результатов, то применяют связанное регулирование

· связанное регулирование

надо связать регуляторы и развязать каналы

W_l₁₁

- m₁ у₁

U₁ e₁

U₂ m₂ у₂

+ e₂

Для развязывания контуров используют дополнительные компенсирующие перекрестные связи между регуляторами. Связи подбираются так, чтобы скомпенсировать поперечные связи в объекте. При этом происходит изоляция выходного параметра у2 от процесов в первом контуре и второй контур становится автономным.

В нашей схеме возможны 4 варианта расположения компенсирующих связей:

W_l₁₁

- m₁ у₁

U₁ e₁

U₂ m₂ у₂

+ e₂

e₁ y₂

W_l₁₁

- m₁ у₁

U₁ e₁

U₂ m₂ у₂

+ e₂

m₁ y₂

W_l₁₁

- m₁ у₁

U₁ e₁

U₂ m₂ у₂

+ e₂

m₁ y₂

W_l₁₁

- m₁ у₁

U₁ e₁

U₂ m₂ у₂

+ e₂

e₁ y₂

Если в многомерном объекте внутренние связи имеют односторонний характер, то можно использовать методы, разработанные для одномерных систем.

1. объект с перекрестными двухсторонними связями

- m₁ у₁

U₁

U₂ m₂ у₂

Имеются три замкнутых контура: два обычных и третий, замыкающийся через поперечные связи по восьмерке. В третьем контуре происходит двойная схема знако - сигнала. Т.о. третий контур имеет положительную обратную связь и появляется угроза потери устойчивости.

Рассмотрим схему регулирования:

- m₁ у₁

U₁

U₂ m₂ у₂

Это один из 4 возможных вариантов организации компенсаторных связей.

m₁

m₂

Получили 5 замкнутых контуров, причем 3 из них с положительной обратной связью, поэтому построить такую систему сложно и она не всегда годится для практической организации.

Пример.

Прямоточный котел, как объект регулирования температуры за переходной зоной и давления перегретого пара.

m_пв Q_{п з}

m_т Р_пп

Регулирующее воздействие по питательной воде сильно влияет на температуру и давление.

Сильная перекрестная связь между расходом питательной воды и давлением перегретого пара появляется из-за неразрывности пароводяного тракта.

Подача топлива меняет температуру и давление перегретого пара. Поэтому в прямоточных котлах система регулирования давления и температуры единая.

Замечание:

При введении внешних перекрестных связей, компенсирующих внутренние перекрестные связи объекта, могут возникнуть два явления: ненаблюдаемость и неуправляемость.

. Ненаблюдаемые системы - это такие, когда анализ не позволяет обнаружить процессы, которые могут реально существовать.

Wp11 Wm21 = Wp21 Wm22

Wp11 = Wp21

Система называется ненаблюдаемой, если на модели, полученной из диф. уравнения невозможно установить ее действительную внутреннюю структуру. Ненаблюдаемость системы часто возникает тогда, когда в числителе и в знаменателе W(p) передаточной функции имеются одинаковые сомножители, поэтому они сокращаются. В результате число уравнений состояния модели оказывается меньше числа действительных уравнений состояния.

Система диф. уравнений несет об описываемом объекте более полную информацию, чем диф. уравнения непосредственно связывающие вход и выход.

. Неуправляемость системы - это когда некоторые ее переменные перестают реагировать на управляющее воздействие.

Это бывает, если прямые и перекрестные связи в объекте имеют одинаковые передаточные функции.

Многомерное звено по схеме может обозначаться иначе.

х₁ y₁

x_n y_n

(р) = (p) (p)

(p) - входной сигнал

(р) - выходной сигнал

(p) - матричная передаточная функция (ее элементы состоят из передаточных функций отдельных каналов)

Для выполнения условия автономности (развязывание каналов для компенсации поперечных связей в объекте) следует так подбирать перекрестные связи в многомерном объекте, чтобы матричная передаточная функция многомерного разомкнутого контура стала бы диагональной.

Wm, ik (p) Wp kj (p) = 0, при j ¹ i

Авторегулирование тепловых объектов

Особенности теплоэнергетических объектов.

· медленный характер протекания переходных процессов

· монотонный вид динамической характеристики

m n

W(p) = k / pn [ П (Ti p + 1) / П (Tj p + 1)], n ³ m

е- рt - звено запаздывания

Теплоэнергетические объекты - динамические (инерционные) системы с запаздыванием. Они включают интегрирующие, дифференциальные, динамические звенья.

· На тепловые объекты регулирования действует целый ряд возмущений l. Это отличает их от других технических объектов.

Эти возмущения входят в тепловой объект через разные каналы с разными динамическими свойствами.

l_i

m у

Все эти возмущения носят случайный характер. Часть этих возмущений остается неконтролируемыми с неизвестными статическими характеристиками. Причем неизвестным может оставаться их количество и место их приложения.

· Тепловые объекты регулирования в принципе не способны функционировать без принудительного регулирования.

Авторегулирование котельных установок

Рассмотрим регулирование барабанного парового котла.

Р_б Р_пп m_тб

Н_б

m_т

m_в ДВ

m_р Д

m т - устройство регулирования подачи топлива

m р - регулирование разряжения

m в - регулирование подачи воздуха

m тб - регулирующий клапан турбины

Д - дымосос

ДВ - дутьевой вентилятор

Основные системы авторегулирования.

1. регулирование тепловой нагрузки осуществляют регулирование

2. регулирование общего воздуха процесса горения

3. регулирование разряжения в топке

4. регулирование температуры перегрева пара

5. регулирование питания котла водой

6. регулирование солесодержания в котловой воде

Д₁Поперечная компоновка - главный

регулятор тепловой нагрузки.

Д₂ Р_м

Д₃

Блочная компоновка - устанавливается

регулятор мощности, работающий от

регулятора частоты энергосистемы (РЧС).

Регулирование процесса горения в котле

Задача. Поддержание требуемой тепловой нагрузки в заданном режиме.

(Рпп , tпп , Дпп , c)

Основной схемой регулирования является схема регулирования по давлению.

1. Дк = Дт - назначение системы регулирования (Рпп = const)

2. Дк ¹ Дт - происходит разбаланс (Рпп ¹ const)

Рассмотрим с точки зрения теорий регулирования процессы, происходящие в топке и в испарительной части.

W_т

В_т Q_т Д_п (Д_б)

G_в Р_п (Р_б)

испарительные парорегенерирующие барабан

поверхности поверхности

Давление пара на выходе из котла поддерживается с точностью ± 2 % РНОМ

DВ

DQ_т

t_т

tт » 0 - задержка в топке

DВ

t_т^//

Т_т

котел с сухим шлакоудалением Тт = 10 сек.

котел с жидким шлакоудалением Тт = 50 ¸ 60 сек.

котел работает на природном газе Тт = 4 сек.

Т_т

Тт = сумме постоянных времени всех малоинерционных процессов и в зависимости от вида котла, вида топлива, степени загрязнения поверхностей и других факторов меняется в диапазоне от нескольких секунд до нескольких минут.

В частности, загрязненные поверхности дают резкое увеличение аккумулирующей емкости в топке и значительное обратное излучение в топку, что увеличивает тепловую инерцию, как и в случаи с жидким шлакоудалением.

При факельном сжигании угольного топлива в каждый момент времени в топке находится порядка нескольких десятков килограмм угольной пыли.

Испарительные участки

Д_б

Q_т Р_б

Колебания тепловыделения dQт приводят к одновременному изменению расхода dДб и давления dРб , поэтому контроль ведется по одному из этих параметров.

Рассмотрим испарительный участок при нанесении возмущения расходом топлива.

DВ_т

dД_б

Т_и » 6 ¸ 7 мин.

dQт = dQп + dQме

dQп - в паре

dQме - в металле (аккумулирующая добавка)

Wуст(р) = Di

DВ

DQ_т

Dtст ® DQт ®

А - коэффициент пропорциональности

Дб = C Рб

Qт = С Рб Di + А

Di = iпп - iпв

Дq - тепловая нагрузка

Q_т

Р_б

DВ

DQ_т

Д_пп

Р_б

Qт ~

Возмущение котла паровой нагрузкой.

l_в l_д

W_пв

Р_т^/

Р_пп

h_кл

В_т = const

Q_т = const

ЕЦ

ПК

N_т

DМп = DДп (t)dt - количество пара, дополнительно снимается с котла при сбросе давления

Это происходит без изменения подачи в котел воды и топлива. Это используется в регулировании блоков, особенно при противоаварийном регулировании частоты и перетоков мощностей в энергосистеме, когда надо получить быстрое изменение нагрузки турбины.

Аккумулирующая способность котла включает три составляющие:

· теплота, аккумулированная в кипящей воде

· теплота, аккумулированная в металле труб

· теплота, аккумулированная в массе пара, сосредоточенной в пароперегревателях и в паропроводах

DМп = DМ1 + DМ2 + DМ3

DМ1 - теплота воды

, кг

Смысл Tq - время, которое мог бы работать котел за счет аккумуляции пара при снижении давления на DР.

Т_q

120

ПК

ЕЦ

Р_пп , МПа

10 20 30

Регулирование процесса горения

1. Регулирование тепловой нагрузки

Рассмотрим случай, когда котел сжигает газ.

Вт ® Gг

В_т

G_г

Рассмотрим случай, когда котел сжигает твердое топливо (аналогично для мазута).

Q_т® Д_п +

исполнительный орган

Функциональная схема САР котла на природном газе

Р₃

Д_пп

Р_пп

f₃

h_кл

В₃

m_т

dВ

- f_c + f_c

Такой контур хорошо поддерживает стабильный расход газа и компенсирует возмущение подачи топлива.

dВ ¬ dGг

Кроме возмущения со стороны подачи топлива возможно возмущение со стороны турбины (изменение расхода перегретого пара, воспринимаемого турбиной).

РТБ - регулятор оборотов турбины (стабилизатор турбины)

РЧС - регулятор частоты системы

РД - регулятор давления

РТ - регулятор топлива

Структурная схема регулятора

l_В l_д

Р₃ m _т

(ВПС) z

G_г

Функциональная схема САР котла на твердом топливе

блочные связи

Р₃

Д_пп

Р_пп

Р_б f₃

h_кл

В₃

m_т

dВ

- f_c + f_c

САР тепловой нагрузки котла эксплуатируется в двух режимах:

· базовом

· регулирующим

При работе в базовом режиме регулятор давления отключен. В этом случаи регулирование производится по схеме одноконтурной стабилизирующей САР.

При работе в регулирующем режиме регулятор давления подключен. В этом случаи регулируемый параметр - давление пара за котлом. Динамические характеристики давления пара отличаются большой инерционностью по отношению к регулирующему воздействию mт и внутренним возмущениям в котле.

Котел, как объект регулирования состоит из двух участков:

· малоинерционного

· инерционного

Малоинерционный участок состоит из топки и испарительной части котла.

Инерционный участок включает пароперегреватель, паропровод от котла и паровую магистраль до врезки измерительного сопла.

Внутренний контур стабилизирует тепловыделение при нестабильности состава и качества топлива, характеристик топливоподачи, температуры питательной воды и прочих внутренних возмущений.

Внешний контур меняет задание стабилизаторов тепловыделения в зависимости от давления пара за котлом.

Различие инерционности внутреннего и внешнего контуров невелика, однако допустима раздельная настройка контуров.

При параллельной работе котлов давление пара должно поддерживаться в общей магистрали. Регулятор, который поддерживает давление пара постоянным, называется главным или корректирующим. Он управляет нагрузкой всех котлов.

Р_М= const

> < > < Р_М

З₁ З₂

ГКР - главный корректирующий регулятор (регулирует давление)

ЗПЗ - задатчик переменного задания (размножает выходной сигнал ГКР)

Если паровые магистрали имеют большую протяженность, то включается несколько корректирующих регуляторов, тогда для повышения качества регулирования часть корректирующих регуляторов включают по П - закону, а часть - по ПИ - закону. При этом за счет котлов, включенных в регулирующие режимы по П - закону, растет быстродействие, а за счет котлов с ПИ - алгоритмом ликвидируется неравномерность регулирования.

Доля участия каждого котла во внесении общей паровой нагрузки устанавливается ручными задатчиками (З1 и З2).

Регулирование экономичности горения

Экономичность оценивается КПД. Задачей регулирования является поддержание максимального КПД.

Наиболее распространенным методом определения экономичности горения является анализ состава дымовых газов. На основании зависимости hКУ (a) стремятся поддержать оптимальный расход воздуха, который отвечает максимальному КПД.

h_КУ h_max

ГМ: a_ОПТ = 1,05 ¸ 1,15

пыль: a_ОПТ = 1,2 ¸ 1,3

Д_НОМ

a_ОПТ a

Замечание:

Избыток воздуха можно определять по любому компоненту газовой смеси уходящих газов:

традиционно по кислороду, возможно по СО2 и Н2.

О2:

Если a = 1 О2 ух = 0

a = 1,05 О2 ух = 3%

САР общего воздуха.

Топливо - газ

W_ИН

О₂

W_ОП » 1

dВ_т НАВ

m _т m_В

l _т

В_з

О₂^з

НАВ - направляющий аппарат вентилятора

РО2 - регулятор кислорода

РВ - регулятор воздуха

КВ - блок компенсации возмущения

Схема регулирования каскадная с двумя регуляторами: регулятор воздуха и регулятор кислорода.

Регулятор воздуха включен в малоинерционный контур, где объектом регулирования служит отрезок WОП между направляющим аппаратом и точкой замера расхода. С помощью этого контура компенсируется возмущение, входящее в котел со стороны вентилятора.

Второй контур - внешний. В нем в качестве импульса используется импульс по концентрации кислорода, который отбирается из верхней части шахты. Датчик кислорода описывается уравнением инерционного звена 2 - го или 3 - го порядка.

Структурная схема САР общего воздуха.

l_т l_т

З В_з

m_В

О₂

G_В

l_т

О₂

САР разряжения в топке (тяги)

W_ИН

- D Р_т

НАД

m _д

величина разряжения

D Р_з

m _В

НАД - направляющий аппарат дымососа

РР - регулятор разряжения

tо = 2 ¸ 3 с

Т0 = 10 ¸ 15 с

И обладает хорошими регулировочными свойствами (малая инерция То и малое запаздывание tо). Поэтому система регулирования выполняется простой и одноконтурной.

WКВ = р Т

Такая связь называется исчезающей динамической связью.

Регулирование питания барабанного котла

Схема регулирования питания барабанного котла выполняется одно-, двух- и трехимпульсными.

Если котел работает на низком давлении набухание мало, ложное набухания не происходит и регулирование происходит по одноимпульсной схеме.

Если котел работает на среднем давлении, где набухание более заметно регулирование происходит по двухимпульсной схеме.

Если котел работает на высоком давлении, регулирование происходит по трехимпульсной схеме, которая не всегда срабатывает из - за ложного набухания.

Функциональная схема комбинированного регулирования

l_д

dН

W_КВ = a₂

РПК

l_W

W_БФ = a₁

W_ОП

Н_з

РУ - регулятор уровня

БФ - блок формирования

Регулирование идет по каскадной схеме с одним регулятором и компенсацией возмущения.

В барабанном котле регулирование питания сводится к регулированию уровня в барабане.

Импульс создается от диф. манометра. Именно этот контур используется в одноимпульсной схеме регулирования котлов с малым давлением.

БФ и КВ - пропорциональные звенья

a1 = a2

m_д

a₁ = tg j₁

a₂ = tg j₂

j₁

j₂

m _W

Чтобы система работала без остаточной неравномерности a1 = a2

Регулирование непрерывной продувки солесодержания котловой воды

Для котлов большой производительности, имеющих большой расход котловой воды схема регулирования трехимпульсная.

Регулятор непрерывной продувки предназначен для удаления шлама из котловой воды и поддержания нормального солесодержания.

Регулирование происходит за счет изменения расхода продувочной воды в зависимости от расхода пара за котлом.

W_ПРОД

Функциональная схема САР непрерывной продувки

Д_ПП

l_Д

РК ВПС

W_ПРОД

NaCl₃

Каскадная схема с одним регулятором и с компенсацией возмущения. Возмущение - это расход пара.

ВПС - вспомогательная переменная состояния

РНП - регулятор непрерывной продувки

l_Д

+ ПИ

З m _ПР NaCl

dW_ПР W_ПР

ЖОС

контур стабилизации солесодержания

ЖОС - жесткая обратная связь для внешнего контура

ОП - опережающий участок

ИН - инерционный участок

- П - закон (пропорциональное звено)

Если во внутренний контур поставить идеальное звено, то внешний контур работал бы по ПИ - закону и была бы гибкая обратная связь.

При добавлении WКВ уменьшается подача продувочной воды.

Для ликвидации систематической погрешности ставят ЖОС с пропорциональным законом, т.к. пропорциональные звенья уравновешивают друг друга.

САР температуры перегретого пара

Требования к температурному напору:

· точность поддержания температуры ± 1% от номинальной величины

· отсутствие автоколебаний в САР и ограниченная частота включения регулятора (не чаще 6 раз в минуту)

· при ступенчатом 10% возмущении нагрузкой регламентируется максимальное отклонение температуры перегретого пара при включенном авторегуляторе (на выходе не более 8° по свежему пару и не более 10° по промперегреву).

10° недогрева Þ 0,2 % перерасхода топлива

Пароперегреватель как объект регулирования.

Это инерционное звено.

Д_{ВПРЫСКА} входной сигнал - впрыск

t_О t_ПЕР Т_О

tО - чистое запаздывание (» 0,5 мин.)

tПЕР - переходное запаздывание (» 1,2 мин.)

ТО - постоянная времени (» 2 мин.)

3 порядок инерции

Схема регулирования

Регулирование производится с помощью впрысков или поверхностных пароохладителей (для барабанных котлов типа БКЗ - 75 - 39 ФБ).

Схема впрыскивающим пароохладителем (ВПО)

W_ИН

W_ОП

ВПО

t^/ t^//

ПИ

t_З

двухимпульсная схема

Каскадная схема с одним регулятором

Структурная схема

ПИ

t^/ t^//

САР температуры промежуточного перегрева

ППТО - паропаровой теплообменник

Вторичный пар догревается первичным.

ГПТО - газопаровой теплообменник

Температура вторичного пара регулируется дымовыми газами.

Д аварийный впрыск

t₁ t₂

В настоящее время в России применяют для регулирования температуры двухконтурные каскадные САР с ВПС из промежуточной точки в виде исчезающего импульса по температуре t1. Основной закон регулирования - П - закон. На промперегреве встречаются ПИД - регуляторы. Реже применяют САР с вводом дополнительного воздействия компенсации по расходу пара.

За рубежом применяют двухконтурные каскадные схемы с двумя сопотчененными регуляторами: корректирующим и стабилизирующим.

Структурная схема САР с компенсацией возмущения по расходу пара

l_Д

З m_ВПР

t^/ t^//

- ПИ - закон

Автоматизация тепловых процессов

Автоматизация тепловых процессов

Автомат - самодвижущийся (с греч.)

Автоматика включает три части:

1. теория автоматического регулирования.

Н - регулируемая величина

РПК

Похожие работы на - Автоматизация тепловых процессов