АННОТАЦИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ
Паровые котлы. Их виды и принципы работы.
Паровым котлом называется устройство, предназначенное для получения пара или нагревания воды с давлением, выше атмосферного, используемых за пределами устройства, в которых применяется тепло, выделяемое при сжигании топлива, а также тепло отходящих газов. Используют его как в быту, так и в промышленности. Пар применяется для обогрева помещений, аппаратов и трубопроводов, а также для вращения турбомашин.
Как можно понять из определения, паровой котел является агрегатом, производящим пар. При этом котлы такого типа могут давать пар двух видов: насыщенный и перегретый. В первом случае температура его составляет порядка 100 градусов, а давление – около 100 кПа. Температура перегретого пара поднимается до 500 градусов, а давление - до 26 МПа. Насыщенный пар используют в бытовых целях, в основном для обогрева частных домов. Перегретый пар нашел применение в промышленности и энергетике. Он хорошо переносит тепло, поэтому его использование в значительной степени повышает КПД установки.
Несмотря на многообразие конструкций, принципиальное устройство и принцип работы паровых котлов не отличаются. Общая схема нагрева воды с ее последующим преобразованием в пар выглядит таким образом
Топливо вводится в топку, где оно и сгорает. Воздух, необходимый для сгорания топлива, подаётся в топку дутьевым вентилятором при искусственной тяге или подсасывается через колосниковую решётку - при естественной тяге.
Для улучшения процесса сгорания топлива и повышения экономичности работы котлоагрегата воздух перед подачей в топку предварительно подогревается дымовыми газами в воздухоподогревателе.
Дымовые газы, отдав часть своего тепла радиационным поверхностям нагрева, размещённым в топочной камере, поступают в конвективную поверхность нагрева, охлаждаются и дымососом удаляются через дымовую трубу в атмосферу.
Сырая водопроводная вода проходит через катионитовые фильтры, смягчается и дальше поступает в деаэрационную колонку, где из неё удаляют агрессивные газы (О2 и СО2) и стекает в бак деаэрованной воды. Из бака питательной воды она питательным насосом подаётся в паровой котёл.
Пройдя по поверхности нагрева, вода испаряется и под рабочим давлением пара собирается в верхнем барабане. Из котла пар подаётся в общекотельный паровой коллектор и оттуда подаётся потребителям.
В зависимости от назначения, условий эксплуатации и требований к параметрам пара устройство парового котла может быть различным. Конструктивно паровые котлы различаются по:
- Способу сепарации пара – прямоточные (проточные) и циркуляционные;
- По устройству пароотделителя – барабанные и прочие (колпаковые, змеевиковые и др;
- Способу теплообмена – газотрубные (прежнее название жаротрубные; старое огнетрубные) и водотрубные;
- По ориентации и конфигурации каналов парообразователя – горизонтальные, вертикальные, комбинированные (вход топочных газов горизонтальный, выход вертикальный; каналы изогнутые), наклонные, многоколлекторные, змеевиковые, рубашечные вихревого горения и др;
- По ходу топочных газов – прямого хода и оборотные;
- По гидродинамике – с открытым или замкнутым пароводяным контуром, см. далее;
- По способу нагрева – пламенные (топливные), электрические, косвенного нагрева, гелиокотлы и др.
В данной работе мы будем исследовать паровой котел, который является по устройству пароотделителя барабанным. Рассмотрим его особенности конструкции, а также как объекта управления, в следующем пункте.
БАРАБАННЫЙ ПАРОВОЙ КОТЕЛ, КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ
Барабанный паровой котел как объект управления представляет собой сложную динамическую систему с несколькими взаимосвязанными входными и выходными величинами. Бойко Е.А. Паровые котлы
В барабане вода отделяется от пара и снова направляется в водо-отпускные трубы. Такое движение обусловлено различием между весом столба воды в опускных трубах и весом столба (трубных панелях) или как их называют экранах. Таким образом, у котлов с естественной циркуляцией вода самотеком многократно проходит через трубы.
Рисунок 1 - схема технологического процесса,
протекающего в барабанном паровом котле.
Топливо поступает через горелочные устройства в топку l, где его сжигают обычно факельным способом. Для поддерживания процесса горения в топку и подают воздух в количестве QB.Его нагнетают с помощью вентилятора ДВ и предварительно нагревают в воздухоподогревателе 9.
Образовавшиеся в процессе горения дымовые газы Qг отсасывают из топки дымососом ДС. Попутно они проходят через поверхности нагрева пароперегревателей 5, 6, водяного экономайзера в атмосферу.
Процесс парообразования протекает в подъемных трубах циркуляционного контура 2, экранирующих камерную топку и снабжаемых водой из отпускных труб 3. Насыщенный пар Gб из барабана 4 поступает в пароперегреватель, где нагревается до установленной температуры за счет радиации факела и конвективного обогрева топочными газами. При этом температуру перегрева пара регулируют в пароохладителе 7 с помощью впрыска воды Gвпр.
Основными регулируемыми величинами котла служат расход перегретого пара Gп.п, его давление pп.п и температура tп.п.Расход пара является переменной величиной, а его давление и температуру поддерживают вблизи постоянных значений в пределах допустимых отклонений, что обусловлено требованиям заданного режима работы турбины или иного потребления тепловой энергии. Кроме того, следует поддерживать в пределах допустимых отклонений значения следующих величин: уровень воды в барабане Нб -регулируют изменением подачи питательной воды Gп.в; разрежения в верхней части топки Sr- регулируют изменением подачи дымососов, отсасывающих дымовые газы из топки оптимального избытка воздуха за пароперегревателем a(O2)- регулируют изменением подачи дутьевых вентиляторов, нагнетающих воздух в топку концентрации оксидов азота в дымовых газах(CNOx)- регулируют,например, подачей вентиляторов рециркуляции газов в топку солесодержания котловой воды(а пересчете на NaCl)- регулируют изменением расхода воды Gп.р, выпускаемой из барабана в расширитель непрерывной продувки.
Перечисленные величины изменяются в результате регулирующих воздействий и под действием внешних и внутренних возмущений, носящих детерминированный или случайный характер. Котел в целом, например по каналу топливо-расход или давление пара, считают системой направленного действия.
Однако выходные регулируемые величины некоторых участков служат одновременно входными по отношению к другим.Например расход перегретого пара, являясь выходной величиной по отношению к расходу топлива Вт, служит входным воздействием по отношению к давлению и температуре перегретого пара, а давление пара в барабане, являясь выходной величиной по отношению к расходу топлива, служит также одним из входных воздействий участка регулирования уровня воды в барабане.
Следовательно,котел как объект управления- сложная динамическая система с несколькими взаимосвязанными входными и выходными величинами.
Рисунок 2 - Схема взаимосвязей между выходными
и входными величинами в барабанном котле.
Система управления барабанным котлом в целом включает автономные АСР процессов горения и парообразования, температуры перегрева пара, питания и водного режима.
Регулирование процессов горения и парообразования.
Процессы горения и парообразования тесно связаны. Количество сжигаемого топлива, а точнее, тепловыделение в топке в установившемся режиме должно соответствовать количеству вырабатываемого пара. Косвенным показателем тепловыделения служит тепловая нагрузка. Она характеризует количество теплоты, воспринятое поверхностями нагрева в единицу трубах и на парообразование. Количество пара вырабатываемого котлом, в свою очередь должно соответствовать расходу пара на турбину Dп.п. Показателем соответствия служит давление пара перед турбиной.
Процесс сжигания топлива должен осуществляться с максимальной экономичностью, а потери теплоты при ее передачи поверхностями нагрева должны быть минимальны.
В современных энергетических котлах осуществляется способ сжигания топлива. Косвенным показателем устойчивости факела в топочной камере является постоянство разрежения в ее верхней части Sт. Регулирование процессов и процессов горения и парообразования в целом сводится к поддерживанию вблизи заданных значений следующих величин:
1) давление перегретого пара и тепловой нагрузки;
2) избытка воздуха в топке за пароперегревателем, влияющего на экономичность процесса горения;
3) разрежения в верхней части топки.
Регулирование давление перегретого пара и тепловой нагрузки.
Котел как объект регулирования давления и тепловой нагрузки может быть представлен в виде последовательного соединения простых участков, разграниченных конструктивно: топочной камеры; парообразующей части, состоящей из поверхностей нагрева, расположенных в топочной камере; барабана и пароперегревателя.
Существующие способы и схемы автоматического регулирования тепловой нагрузки и давления пара в магистрали основаны на принципах регулирования по отклонению и возмущению. Они определяются: заданным режимом работы котла (базовым и регулирующим) и схемой подсоединения провода перегретого пара к потреблению (турбине).
базовым называют режим поддержания паровой нагрузки котла на заданном уровне вне зависимости от изменения общей электрической или тепловой нагрузки ТЭС.
В регулирующем режиме котел воспринимает колебания тепловой и электрической нагрузок турбин (участвует в регулировании тепловой и электрической нагрузок).
Котел может быть подключен как к одной турбине (блочный вариант ТЭС), так и к общей паровой магистрали, объединяющей группу котлов и турбин (вариант ТЭС с общим паропроводом).
ОПТИМИЗАЦИИ
Оптимизация (от лат. Optinum – наилучшее) – это процесс нахождения экстремума функции или выбор наилучшего (оптимального) варианта из множества возможных вариантов (альтернатив).
Какую бы техническую задачу ни решал конструктор или технолог, он всегда стремится получить наилучший или оптимальный ответ. Любая практически реализованная конструкция или любой технологический процесс могут рассматриваться с определенной точки зрения как оптимальные, так как имелись определенные основания для предпочтения их остальным.
Задача оптимизации в технологии состоит в том, чтобы наилучшим образом построить технологический процесс и определить оптимальные режимы его проведения.