You are currently viewing Моделирование тягодутьевого процесса парового котла ТЭЦ

Моделирование тягодутьевого процесса парового котла ТЭЦ

Содержание

Согласно существующей статистике, большинство тепловых станций России нуждаются в модернизации средств контроля, управления и регулирования. Состояние и технические возможности установленных ранее аппаратных средств автоматизации оцениваются как удовлетворительные. Необходимость в модернизации средств управления подтверждается ухудшением экономических и экологических показателей функционирования ТЭЦ.

Для достижения более высокого качества технологических процессов требуются современные высоконадежные системы управления.

Отличительные особенности современных систем управления подачей воздуха в топку котла и удаления дымовых газов являются использование:

  • Частотно-регулируемых приводов вентиляторов и дымососов, что по сравнению с направляющими аппаратами регулирования потока воздуха и газа, обеспечивает существенную экономию расхода электроэнергии.
  • Компьютерных систем управления, способных с высокой точностью обеспечивать требуемые показатели качества управления тягодутьевым процессом.

Основные принципы работы системы автоматического управления тягодутьевым процессом котла

Структура системы автоматического управления тягодутьевым процессом котла представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Функциональная структура САУ тягодутьевым процессом котла
Рисунок 1 – Функциональная структура САУ тягодутьевым процессом котла

Система включает в свой состав:

  • Датчики расходов FT воздуха.
  • Датчик топлива.
  • Датчик отходящих газов.
  • Датчик разряжения в топке РТ.
  • Датчик содержания кислорода ОТ в отходящих газах.
  • Транзисторные преобразователи частоты ПЧ для управления скоростью электродвигателей М вентилятора и дымососа.
  • Программируемый логический контроллер котла ПЛК, реализующий алгоритм локального управления процессом тягодутьевого тракта.
  • Персональный компьютер ПК (АРМ оператора), выполняющий функции интерфейса «человек — машина».

Интерфейс разработан на базе SCADA-системы Trace Mode 6. Мнемосхема процесса управления тягодутьевым трактом представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Мнемосхема процесса управления тягодутьевым трактом
Рисунок 2 – Мнемосхема процесса управления тягодутьевым трактом

Схема включает в себя технологическую часть и элементы индикации, управления и регулирования:

  • При «клике» левой кнопкой мыши на соответствующие команды (смотрите рисунок 2) осуществляется дистанционное управление пуском/остановом механизмов котла — дутьевым вентилятором, дымососом и задвижкой.
  • Кликом команды «Регулирование» вызывается экран (рисунок 3), на котором с помощью кнопок КР, ТИ и РЗАД задаются параметры ПИ-регулятора и заданное значение разряжения в топке котла.
  • На этом же экране представляются в графическом виде заданное РЗАД и текущее РТ значения разряжения в топке котла.
Рисунок 3 – Экран регулирования
Рисунок 3 – Экран регулирования

Виды систем автоматического регулирования (САР) парового котла

САР разряжения в топке котла (рисунок 4), согласно требованиям оптимизации процесса горения для котлов, должна обеспечить:

  • Поддержать разрежение на уровне равным 12 мм.вод.ст.
  • Допустимое отклонение параметра от заданной величины не должно превышать +0,8 мм.вод.ст.
Рисунок 4 – САР разряжения в топке
Рисунок 4 – САР разряжения в топке

где

  • РЗАД, РТ — заданное и фактическое значения разряжения в топке.
  • YР — сигнал регулятора.
  • nД — частота вращения двигателя.
  • FД — поток дымовых газов (дыма).
  • FB — поток воздуха, подаваемого в топку.
  • КР, К1, К2, К3 — передаточные коэффициенты, соответственно, ПИ-регулятора, частотно-регулируемого привода, дымососа и топки.
  • ТИ, Т1, Т2, Т3 — постоянные времени, соответственно, ПИ-регулятора, частотно-регулируемого привода, дымососа и топки.
  • τТ — постоянная времени запаздывания топки.

Модель объекта регулирования разряжения в топке может быть представлена в виде трех последовательно соединенных звеньев — частотнорегулируемого привод (ЧРП), дымососа и топки, описываемых соответствующими передаточными функциями.

Для исследования переходных процессов в системе, учитывая малые значения постоянных времени Т1 и Т2 по сравнению с Т3. Принята одноконтурная структура САР разряжения (рисунок 5) со следующими параметрами объекта регулирования [1].

Моделирование тягодутьевого процесса парового котла ТЭЦ 1
Рисунок 5 – Структура одноконтурной САР разряжения в топке котла
Рисунок 5 – Структура одноконтурной САР разряжения в топке котла

На основе представленной выше структуры САР разряжения создана ее компьютерная модель в SCADA-системе Trace Mode 6 с использованием языка функциональных блоковых диаграмм FBD (рисунок 6).

Рисунок 6 – Компьютерная модель САР разряжения в топке котла
Рисунок 6 – Компьютерная модель САР разряжения в топке котла

Результаты исследования на модели переходных процессов в САР разряжения для различных значений параметров настройки ПИ- регулятора представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты исследования на модели переходных процессов в САР разряжения для различных значений параметров настройки ПИ- регулятора
Таблица 1 – Результаты исследования на модели переходных процессов в САР разряжения для различных значений параметров настройки ПИ- регулятора

В качестве примера на рисунке 7 показаны графики изменения разряжения в топке котла, представляющие собой реакцию системы на скачкообразное изменение расхода воздуха FB и задания РЗАД.

Рисунок 7 - Графики изменения разряжения в топке котла при скачкообразном изменении возмущения (а) и задания (б) с параметрами настройки ПИ-регулятора
Рисунок 7 - Графики изменения разряжения в топке котла при скачкообразном изменении возмущения (а) и задания (б) с параметрами настройки ПИ-регулятора

где уставки регулирования в графике б:

  • КР=1,7.
  • ТИ=3,1 с.

Наилучшие показатели качества регулирования разряжения в топке котла получены при параметрах настройки ПИ-регулятора КР= 1,7, ТИ=3,1 с.

Сравнение процессов разряжения на модели и реальном объекте показывает их хорошее совпадение.

При помощи разработанной модели можно с высокой достоверностью оценивать влияние изменения параметров объекта и возмущающих воздействий на качество процесса регулирования разряжения в топках паровых котлов и осуществлять благодаря этому, оптимальные настройки автоматических регуляторов.

Список литературы

  1. Белов М.В., Каперко Л.Ф. Автоматизация водогрейной котельной установки на базе ПТК и частотно-регулируемых приводов. //Автоматизация в промышленности. — 2008. -№ 5. — С 13-18.

Источник: Моделирование тягодутьевого процесса парового котла ТЭЦ / А.Е. Медведев, Е.М. Галушко // Вестник КузГТУ. — 2010. — №5. — C. 93-96.

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org