Регулирование котлов

Для поддержания заданного режима котла необходимо привести в точное соответствие между собой большое число параметров, определяющих физические процессы в его различных системах. Основные технологические параметры котла — расход и параметры пара перед турбиной (давление и температура), а также температура промперегрева пара. Наряду с этими внешними регулируемыми величинами, вытекающими из технологического назначения котла, имеется ряд внутренних регулируемых величин, поддержание которых в заданных пределах обеспечивает надежную и экономичную работу отдельных элементов котла при изменениях режима. К таким параметрам относятся коэффициент избытка воздуха, уровень воды в барабане (для барабанных котлов), температура стенок труб (в зоне максимальных температур) и т. п. Общая система регулирования котла представляет собой совокупность контуров регулирования отдельных физических процессов (рис. 6.1), выполненную по каскадному принципу. В регулировании котлов широко применяют электрические схемы с электронными регуляторами, серийно выпускаемыми отечественной промышленностью.

Основные контуры регулирования котлов
Регулирование пара производительности. Контур регулирования пара производительности (нагрузки котла) приводит выработку пара в соответствие с заданной. Командным органом котла является его главный регулятор ГРК (рис. 6.1). В схемах регулирования блоков с первичным управлением котлом в качестве ГРК используют регулятор электрической мощности блока, сравнивающий ее заданное N3JK и фактическое N значения, а в схемах без регулятора мощности — задатчик мощности, передающий АСР котла задание по мощности. В схемах с первичным управлением турбиной в качестве ГРК применяют регулятор давления свежего пара, получающий сигналы по заданному /?од и фактическому ро значениям давления. Выходная величина ГРК в типовой схеме регулирования прямоточных котлов поступает в качестве задания на вход регулятора топлива РТ. Для некоторых типов прямоточных котлов используют схему, в которой сигнал ГРК является заданием регулятору питания РП. В качестве опережающего используют импульс по скорости изменения давления в какой-либо промежуточной точке пароводяного тракта.
Регулирование экономичности процесса горения. Совокупность контуров регулирования процесса горения поддерживает оптимальный коэффициент избытка воздуха в топке котла. Регулятор топлива РТ (рис. 6.1), воздействуя на регулирующий орган подачи топлива, устанавливает соответствующий заданному режиму расход топлива. Импульс по расходу топлива в РТ применяют редко даже для котлов, работающих на жидком или газообразном топливе, так как при изменении марки топлива и его теплоты сгорания для поддержания заданной пара производительности потребуется иной, чем до такого изменения, расход топлива. В котлах же, работающих на твердом топливе, затруднительно измерение его расхода, поэтому вместо импульса по расходу топлива (обычно применяют тот или иной импульс, отражающий тепловыделение в топке. Одно из применяемых решений — импульс по тепловой нагрузке.
Тепловой нагрузкой котла (называют расход пара, который был бы получен, если бы вся воспринятая теплота была израсходована на парообразование, а не аккумулировалась частично водой, паром и металлом парообразующей части котла. Вследствие тепловой и материальной аккумуляции давление пара р в какой-либо точке пароводяного тракта изменяется не мгновенно, а со скоростью, определяемой соотношением, где A — коэффициент пропорциональности; Q — количество теплоты, воспринятое поверхностями нагрева; G—расход пара; ix и £п. в—энтальпии пара в промежуточной точке пароводяного тракта и питательной воды.
Полученное соотношение можно переписать в виде:
Здесь k = A/(ix —ia. в)- Величина Gq представляет собой тепловую нагрузку котла. Для ее измерения необходимо просуммировать импульсы по расходу пара и скорости изменения давления в зоне насыщения или какой-либо другой точке пароводяного тракта.
Регулятор воздуха РВ, воздействующий на поворотные направляющие аппараты или дроссельные заслонки дутьевых вентиляторов, приводит расход Воздуха в соответствие с расходом топлива. В типовых схемах регулирования котлов [73] основной регулируемой величиной для регулятора воздуха выбрана концентрация С свободного кислорода 02 в уходящих газах. Находят также применение схемы, в которых регулятор воздуха поддерживает заданную тепловую нагрузку котла.
Заданное разрежение в верхней части топки (для котлов, работающих без наддува) поддерживает регулятор разрежения, воздействующий на поворотные направляющие аппараты или дроссельные заслонки дымососов. Для улучшения качества процесса регулирования к регулятору разрежения подводят исчезающий импульс от регулятора воздуха. Регулятор разрежения, получая опережающий импульс от регулятора воздуха, переводит дымососы на новый режим работы до того, как изменится разрежение в топке. Этим обеспечивается более точное поддержание заданного разрежения. В газоплотных котлах, работающих под наддувом, давление в топке не регулируют.
Наряду с рассмотренной схемой находят применение системы экономичности процесса горения, в которых ГРК воздействует на подачу воздуха, а регулятор экономичности приводит в соответствие с нею расход топлива.