Разработка газовоздушного тракта котла

Разработка газовоздушного тракта котла.

1. Основные характеристики и анализ особенностей объекта управления.

1.1 Характеристика котлоагрегата ТГМП-314.

Прямоточный котел типа ТГМП-314 спроектирован и изготовлен Таганрогским котельным заводом, рассчитан на сжигание мазута и природного газа и предназначен для работы в блоке с паровой турбиной К-300−240 ЛМЗ мощностью 300 МВТ. Котлоагрегат выполнен однокорпусным в П-образной компоновке с вынесенными из-под котла РВП, размещенными вне здания главного корпуса. Основные данные по котлоагрегата ТГМП-314 приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Поверхности нагрева котлоагрегата приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Топка котлоагрегата ТГМП-314 представляет собой прямоугольный параллелепипед с размерами в свету 17 370×8660×32 316 мм. Топочная камера полностью экранирована. Под топки заложен одним рядом шамотного кирпича, покрытого 30−40 мм слоем магнезитовой обмазки. Под и стены топки экранированы поверхностями НРЧ, СРЧ, ВРЧ.

НРЧ экранирует под и нижнюю часть топки с вертикально-подъемным движением среды в обогреваемых панелях, с опускным движением среды в не обогреваемых перепускных трубах и делает четыре хода. I ход каждого потока по боковым стенам, II, III, IV ходы последовательно подпотоками по задней и фронтовой стенам с расположением панелей от центра к боковой стене. Такая компоновка НРЧ позволила расположить панели с большой теплоемкостью среды в менее теплонапряженных угловых частях топки. В панелях НРЧ смонтированы 16 газо-мазутных реконструированных горелок, расположенных в два яруса на отметке 8,0 и 11,0 метра. Расположение горелок встречное на фронтовой и задней стенах топки. Производительность горелки: на мазуте — 4500 кг/час, на газе — 5000 нмі/час.

Воздух, поступающий к горелке делится на 4 потока: I поток (отсчет от периферии к центру) — управляется шибером ВГП-I, II поток управляется шибером ВГП-II, III поток (основной) управляется регистрами, т. е. изменением степени его закрутки; IV поток управляется шибером центрального воздуха. На общем воздухе установлен шибер ВГ. После НРЧ расположены 9 параллельно включенных панелей СРЧ с горизонтально-подъемным движением среды. Три панели каждого потока экранируют всю боковую стену, три — половину задней с отм. 16,0 до отм. 23,0 м. По такому же принципу с отм. 23,0 до отм. 30,0 м стены топки экранируют панели ВРЧ.

Вверху топки на котлоагрегатах № 7,8 ширмы I и II ходов подвешены в два ряда в вертикальном положении по 10 ширм на один поток в каждом ходе и крепятся к каркасу котла посредством входных и выходных камер. Часть фронтовой стены, потолок топки и поворотной камеры экранируются трубами фронтового и потолочного экранов, а стены поворотной камеры экранируют шесть панелей экранов поворотной камеры. Первой поверхностью нагрева в опускной шахте по ходу газов расположены пакеты КП СКД, включенные по схеме прямотока. Пакеты крепятся на подвесной системе конвективной шахты, включенной в тракт котла.

Ниже расположены пакеты КПП НД-II, которые тоже крепятся на подвесной системе конвективной шахты. Входные и выходные камеры КП СКД и КПП НД-II расположены в необогреваемых камерах на боковых стенах шахты. Еще ниже расположены пакеты двух ходов КПП НД-1, которые опираются на два ряда опорных балок (по 6 балок в ряду на всю ширину шахты). Опорные балки охлаждаются воздухом, который забирается из цеха, проходит по сечению балок и сбрасывается на всас дутьевых вентиляторов.

Последней поверхностью конвективной шахты является водяной экономайзер, опирающийся на собственные входные и выходные камеры. Контроль за перемещением камер и трубопроводов котлоагрегата при пусках и остановах энергоблоков осуществляется по реперам.

Регулирование температуры острого пара производится впрыском питательной воды в I и II пароохладители, а при пусках энергоблоков — III впрыскивающим пароохладителем.

Регулирование температуры вторичного пара производится байпасированием части холодного пара помимо КПП НД-I, количеством рециркуляции дымовых газов, отбираемых за ВЗ и подаваемых ДРГ во внешние каналы горелок котлоагрегата 6 или в воздуховоды горячего воздуха котлоагрегатов 5, 7, 8, а также аварийными впрысками питательной воды от промступеней питательных насосов.

При пусках энергоблоков — байпасированием холодного пара помимо КПП НД-I, II в паропроводы перед ЦСД турбоагрегата.

Котлоагрегат ТГМП-314 оборудован:

— двумя дымососами типа ДО — 31,5 — ГМ с принудительной смазкой подшипников от маслостанции;

— двумя дутьевыми вентиляторами ВД — 28,6;

— двумя дымососами рециркуляции газов типа ГД-20−500У-Т;

— двумя выносными РВП типа РВВ-98 с принудительной смазкой нижних опор от маслостанции;

— калориферной установкой для подогрева воздуха перед РВП до 80? С;

— дробеочисткой поверхностей нагрева конвективной шахты;

— установкой термоволновой очистки РВП.

1.2 Газовоздушный тракт.

Дымосос ДО-31.5.

На котлоагрегате ТГМП-314 КГРЭС установлены осевые дымососы ДО-31.5 ГМ-Ш Барнаульского котельного завода с электродвигателями ДАЗО-1910;12. Дымососы предназначены для удаления дымовых газов из топок котлоагрегатов и представляют собой двухступенчатую осевую машину, состоящую из следующих основных узлов:

— всасывающего кармана.

— корпуса со спрямляющим аппаратом.

— двух направляющих аппаратов с общим приводом.

— ходовой части.

— двух рабочих колес.

— диффузора.

— опор

Техническая характеристика дымососа.

Всасывающий карман состоит из нижней и верхней половин, соединенных между собой болтами. Нижняя половина имеет две фундаментальные опоры и люк. Карман снабжен воронкой с постоянным радиусом кривизны для обеспечения плавного входа поток газов в дымосос.

Корпус дымососа состоит из 3-х частей и кока, соединенных между собой болтами по фланцам. В первой части размещены направляющий аппарат и рабочее колесо 1 ступени, во второй части — направляющий аппарат и рабочее колесо II ступени, в третьей части — спрямляющий аппарат.

Направляющие аппараты I и II ступеней служат для регулирования производительности дымососа и состоят из неподвижных частей лопаток и поворотных закрылков.

Закрылки отклоняются в обе стороны от среднего (нулевого) положения и закручивают поток газов как по ходу колеса, так и против хода, соответственно повышая или понижая производительность дымососа. Все закрылки имеют общий привод, обеспечивающий синхронность регулирования обоих ступеней.

Ходовая часть дымососа состоит из кованного вала, четвертого опорного и третьего опорно-упорного подшипников, тормоза с ручным приводом и двухвенечной зубчатой муфты, соединяющей валы машины и электродвигателя.

Смазка подшипников принудительная, циркуляционная от одной маслостанции на два дымососа, что обеспечивает охлаждение подшипников при работе и их прогрев при пуске в зимнее время.

Температура подшипников измеряется термометрами сопротивления. Прибор для регистрации температур установлен на БЩУ ТГМП-314.

Торможение ротора дымососа при аварийном останове и его фиксации при проведении ремонтных работ или отключении маслостанции производится колодочным тормозом с ручным приводом.

Осевой дымосос имеет ряд недостатков: низкий напор отдельных ступеней, наличие неустойчивой зоны характеристики и возможности попадания в помпажный режим, относительная конструктивная сложность, большие габаритные размеры и значительный шум при работе.

Корпус дымососа и газоходы покрыты теплозвуковой изоляцией, состоящей из:

— минеральной ваты толщиной 100 мм.

— металлической сетки.

— асбоцементной штукатурки толщиной 15 мм.

Привод дымососа осуществляется электродвигателем типа ДАЗО-1910;12 — напряжением 6 кВ,.

J_ном = 216 А, мощностью 1700 кВт.

Дутьевые вентиляторы.

Котлоагрегат ТГМП-314 — двумя вентиляторами типа ВД — 28,6. ВД предназначены для подачи воздуха через калориферы и РВП в горелки котлоагрегата.

Техническая характеристика вентиляторов (табл. 4).

2. Технологическая задача управления.

2.1 Описание схемы регулирования.

Объект регулирования по разряжению представляет собой последовательно расположенные топку (камеру сгорания) и газоходы до всасывающих патрубков дымососа. Наличие небольшого разряжения 2−3 мм. вод. ст. (20−30 Па) в верхней части топочного пространства необходимо для устойчивости факела в зоне горения, предотвращения выбивания продуктов горения из котла и косвенно характеризует материальный баланс между воздухом-окислителем топлива и отходящими газами-продуктами горения. Входное регулирующее воздействие-расход отсасываемых дымовых газов, определяемый производительностью дымососа. Внешнее возмущающее воздействие-изменение расхода воздуха, подаваемого в топку при изменении тепловой нагрузки котельного агрегата. Внутренние возмущения — нарушения газовоздушного режима.

Рост S_т вызванный увеличением отсоса дымовых газов, может привести к срыву факела и останову котла (срабатывает защита по погасанию факела).

Уменьшение может привести к выбиванию продуктов сгорания из топки котла в производственные помещения (например, за счет увеличения расхода воздуха выше допустимого значения при неизменном отводе газов и котла).

Благодаря своей простоте и надёжности, наибольшее распространение получила схема регулирования разрежения с одноимпульсным ПИ-регулятором, реализующим принцип регулирования по отклонению (рис. 1). Требуемое значение разрежения устанавливается с помощью задатчика ручного управления (ЗРУ). Регулятор разрежения (РР) воздействует на производительность дымососов, изменяя положение НА и, соответственно, количество отсасываемых дымовых газов D_г.

Рис. 1. Структурная схема АСР разрежения в топке: ЗРУ — задатчик ручного управления; РР — регулятор разряжения; УДС — устройство динамической связи; РОВ — регулятор общего воздуха; НА — направляющий аппарат.

При работе котла в регулирующем режиме происходят частые изменения тепловой нагрузки и связанные с ними изменения расхода воздуха. Изменение расхода воздуха, нагнетаемого в топку, приводит к нарушению газо-воздушного режима и изменению величины. Для предупреждения этого изменения и улучшения качества переходного процесса через устройство динамической связи (УДС) на РР подают дополнительный сигнал от РОВ.

Информационная схема регулирования разряжения.

Расчетная схема одноконтурной АСР разрежения с каналом компенсации внешнего возмущения в стабилизирующем контуре.

Регулирующий орган X (t) — Производительность ДС (т/ч).

Внешнее возмущение Z (t) — Производительность ДВ (т/ч).

Регулируемый параметр Y (t) — Разрежение в топке Sт (Па).

Представим перечень параметров газовоздушного тракта, подлежащих контролю, в таблице 6.

Таблица 6.

2.2 Технические требования к качеству регулирования.

Автоматическое регулирование представляет собой непрерывный процесс, и предназначенный для стабилизации технологических параметров на заданном уровне, обеспечении установленной мощности, надежной и экономичной работы котла.

Согласно [1], нормой поддержания разрежения в верхней части топки котла в стационарном режиме нагрузок является допустимое отклонение при скачкообразном изменении нагрузки на 10% допускается отклонение.

2.3 Разработка P&I-диаграммы.

P&I-диаграмма газовоздушного тракта котла ТГМП-314 разработана согласно по системе кодирования KKS и приведена в приложении 1. Расшифровка обозначений приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Расшифровка кодов KKS P&I-диаграммы.

2.4 Перечни точек контроля, уставок сигнализации, защит, и исполнительных устройств.

Перечень запорно-регулирующей арматуры и механизмов собственных нужд.

Перечень уставок сигнализации и технологических защит.

2.5 Разработка сквозной информационно-функциональной структуры ЛСУ.

Информационно-функциональная (сквозная) структура системы управления разработана в соответствии с и P&I-диаграммой и представлена на 2-м листе чертежа.

При разработке ИФС множество выполняемых системой управления функций было объединено в 5 подсистем решаемых задач:

1) обработка и контроль достоверности сигналов технологических параметров;

2) технологическая сигнализация;

3) аварийное управление (технологические защиты в части формирования командных сигналов);

4) автоматическое регулирование и логическое управление;

5) автоматические блокировки, АВР и управление исполнительными устройствами.

Для полноты схемы на ней также показаны блоки исполнительных устройств.

2.6 Результаты патентно-информационного исследования.

Проведённый патентный поиск по изобретениям и полезным моделям в открытом реестре изобретений (www.findpatent.ru) выявил альтернативный вариант способа регулирования разрежения в топке, предложенной в.

ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.

Модель регулирования газовоздушного режима котлоагрегата с дутьевым вентилятором и дымососом, содержащая регулятор разрежения с задатчиком, датчиком мощности двигателя дымососа и корректирующим регулятором разрежения, связанным с датчиком разрежения.

Информационная схема регулирования разряжения.

Расчетная схема регулирования разряжения.

В результате использования такой структуры САУ устраняется статическая ошибка регулирования разрежения, снижается динамическая ошибка регулирования разрежения при отработке управляющего воздействия и при действии внешнего возмущения по расходу воздуха, повышается быстродействие при регулирования разрежения. Техническим результатом от использования полезной модели является улучшение качества регулирования разрежения в топке котла, что выражается в повышении надёжности работы котла.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную САР разрежения в топке котла введён корректирующий блок, включённый между выходом датчика разрежения и входом регулятора разрежения и имеющий передаточную функцию пропорционально-дифференцирующего звена (ПД):

где, — оператор Лапласа; - коэффициент усиления корректирующего блока; - постоянная времени демпфирования корректирующего блока.

По своей сути, предложенная схема являет собой одноимпульсную схему с ПИ-регулятором и отличается лишь наличием ПД-звена, позволяющего производить точную подстройку качества регулирования.

3. Идентификация динамических характеристик по каналам объекта регулирования.

По результатам проведения экспериментов были сняты переходные процессы в контуре при возмущении по каналу действия внутреннего и внешнего возмущения.

3.1 Переходные характеристики.

Используя формулу.

(3.1).

где ?y (t) — кривая разгона, приведённая к нулю; - величина возмущения, построим переходные характеристики контура разряжения.

Графики полученных переходных характеристик приведены на рис. 8 и рис. 9.

Переходная характеристика при ступенчатом возмущении по каналу «Vг — Sт» (производительность ДС: 1,11 т/ч).

Переходная характеристика при ступенчатом возмущении по каналу «V в — Sт» (производительность ДВ: 1,11 т/ч).

3.2 Математические модели «вход-выход».

Основные цели математического моделирования следующие:

· определение оптимальных параметров настройки регуляторов для заданного запаса устойчивости;

· оценка качества регулирования переходных процессов.

Определение передаточной функции ТОУ непосредственно по переходной характеристике (во временной области) представляется нежелательным по следующим причинам. Во-первых, по виду переходной характеристики трудно определить структуру математической модели, т. е. порядки полиномов числителя и знаменателя аппроксимирующей передаточной функции. Во-вторых, критерии аппроксимации основаны на степени близости исходных и аппроксимирующих переходных характеристик, а согласно теореме единственности операционного исчисления близость двух функций во временной области не гарантирует их близости в частотной области (с другой стороны, близость двух функций в частотной области гарантирует их близость во временной). В-третьих, имеющийся опыт практического применения методов и алгоритмов аппроксимации переходных характеристик показал, что даже наиболее строго обоснованный среди этой группы методов метод «площадей» М. П. Симою часто не обеспечивает удовлетворительного совпадения исходной и аппроксимирующей КЧХ в наиболее важном с точки зрения синтеза САУ третьем квадранте комплексной плоскости.

Расчет КЧХ (Рис. 10, 11) по экспериментальной переходной характеристике (алгоритм производим в программно-методическом комплексе 'ТЕМП", предварительно произведя ввод значений переходной характеристики в файл «f11.dat».

КЧХ по каналу возмущения регулирующим органом (Р, ДС) Vг — Sт Определяем структуру (порядки полиномов n, m) аппроксимирующей передаточной функции.

(3.2).

КЧХ по каналу внешнего возмущения (Р, ДВ) V в — Sт по графическому изображению КЧХ (Рис. 10, 11), построенной в ПМК «ТЕМП».

По каналу Vг — Sт: m=0, n=3.

По каналу Vг — Sт: m=0, n=3.

Точную аппроксимацию в частотной области проводим путем уточнения коэффициентов передаточной функции с помощью алгоритма ЧАП (частотной аппроксимации) в ПМК «ТЕМП» (Рис. 12, 13).

Аппроксимация с помощью алгоритма ЧАП передаточной функции по каналу возмущения регулирующим органом (Р, ДС) Vг — Sт Аппроксимация с помощью алгоритма ЧАП передаточной функции по каналу внешнего возмущения (Р, ДВ) V в — Sт.

Передаточная функция каналу возмущения регулирующим органом (Р, ДС) Vг — Sт:

Передаточная функция по каналу внешнего возмущения (Р, ДВ) V в — Sт:

3.3 Оценка адекватности математических моделей.

Качественную оценку адекватности модели во временной области проводим путем сравнения переходных характеристик — исходной с аппроксимирующей. Построение и. Во временной области проводим в программном средстве имитационного моделирования VisSim.

Аппроксимирующая и экспериментальная переходные характеристики по каналу возмущения регулирующим органом (Р, ДС) Vг — Sт.

Аппроксимирующая и экспериментальная переходные характеристики по каналу внешнего возмущения (Р, ДВ) V в — Sт.

Сравнивая переходные характеристики исходные с аппроксимирующими по всем каналам можно сделать вывод, что полученные модели адекватны реальным объектам.

Вывод.

В данном курсовом проекте была разработана локальная система управления газовоздушного тракта котла ТГМП-314 и проведён алгоритмический синтез АСР разрежения в топке котла. Анализ качества переходных процессов показал, что расчет схемы был проведен корректно. Реакции системы на все подаваемые возмущения, были адекватны, средства регулирования схемы должным образом отрабатывали их, выводя систему на заданные установившиеся значения.

Таким образом, в результате имитационного моделирования мы получили, что:

— система была устойчивой при всех подаваемых возмущениях;

— система обладала требуемым запасом устойчивости;

— качество регулирования переходных процессов удовлетворяло требованиям, заложенных выше.

котлоагрегат дымосос регулирование газовоздушный.

1. Тверской Ю. С. Локальные системы управления: Учеб.-метод. пособие / ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина». — Иваново, 2011. — 128 с.

2. Инструкция по эксплуатации энергоблока 300 мВт Костромская ГРЭС / Министерство энергетики и электрификации «ЕЭС России» ОАО «Костромская ГРЭС», г. Волгореченск 2000 г. — 108 с.

3. Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике: учебник для студентов вузов / Г. П. Плетнёв. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва: Издательство МЭИ, 2005. — 352 с., ил.

4. РД 153−34.1−35.144−2002. Рекомендации по применению современной универсальной системы кодирования оборудования и АСУТП ТЭС.

5. СО 34.35.101−2003. Методические указания по объему технологических измерений, сигнализации и автоматического регулирования на тепловых электростанциях: утв. Департаментом научно-технической политики и развития РАО «ЕЭС России» 23.10.2003; разраб. ОАО «Фирма ОРГРЭС». — М.: ЦНТИ ОРГРЭС, 2004. — 119 с.

6. SU 1 176 145 A. Патент: Система автоматического регулирования газовоздушного режима котлоагрегата / Авторы: Н. И. Давыдов, И.Х. Л. Рабовицер, В. В. Тропин, Ф. П. Пюпа, А. С. Землянский, Н. Е. Мельченко; патентообладатель: Уральский теплотехнический научно-исследовательский институт им. Ф. Э. Дзержинского и Подольский машиностроительный завод им. Серго Орджоникидзе.

7. Тверской Ю. С. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Локальные системы управления»: учеб.-метод. разработка / Ю. С. Тверской, С. А. Таламанов, А. В. Голубев. — Иван. гос. энерг. ун-т. — Иваново, 2002. — 40 с.

8. Ротач В. Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами: Учебник для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 296 с., ил.

9. Клюев А. С., Товарнов А. Г. Наладка систем автоматического регулирования котлоагрегатов / М.: Энергия, 1970. — 280 с. с илл.

10. Таламанов С. А. Практикум по идентификации, параметрической оптимизации и имитационному моделированию систем автоматического управления: учеб. пособие / С. А. Таламанов, Ю. С. Тверской; Иван. гос. энерг. ун-т. — Иваново, 2000. — 96 с.

11. Управление и информатика в технических системах. Квалификационная работа: учеб. пособие / под ред. Ю. С. Тверского; ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». — Иваново, 2008. — 148 с.

12. Журнал «Вестник УГАТУ», Регулирование разряжения в топке котла — современный подход / Ю. А. Тверской // Известия Академии наук. Энергетика. 2003. № 1.

13. Кузьменко Д. Я., Регулирование и автоматизация паровых котлов: учебник для машиностроительных техникумов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Энергия, 1978 — 160 с., ил.

14. Конспект лекций по курсу «Локальные системы управления»; Тверской Ю.С.