11 ПЗ Сист. автомат. регулир. общего возд. при работе котла БКЗ 320 140 560 на различ. вид. топл. (1233012), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Из многочисленных жидких топлив на ТЭС используют мазут и дизельное топливо. Мазут − это в основном смесь тяжелых углеводородов, остаточный продукт перегонки нефти, остающийся после отделения бензина, керосина и других легких фракций. Мазут сжигают в топках энергетических котлов газомазутных энергоблоков в периоды недостатка газа (например, при сильных длительных холодах и временной нехватке природного газа, заготовленного в подземных хранилищах). Часто его используют для «подсветки» − добавки к сжигаемому твердому топливу при некоторых режимах работы для обеспечения устойчивого горения. Сжигать мазут постоянно сегодня нерентабельно из-за большой его стоимости по сравнению и с газом, и с твердыми топливами.

Мазут − достаточно вязкое топливо, и поэтому перед подачей его к форсункам котла его разогревают до температуры 100 − 120 °С и распыляют в топке с помощью паровых форсунок. Мазуты делятся на малосернистые (до 0,5 процентов серы) и высокосернистые (от 2 до 3,5 процентов серы). При сжигании образующиеся оксиды попадают в атмосферу.

Твердые топлива, показанные на рисунке 1.6, отличаются большим разнообразием, вызванным различной геологической историей их месторождений. Если выполнить анализ определенной навески твердого топлива (так называемой рабочей массы), то прежде всего, можно обнаружить, что она содержит определенное количество влаги (воды) и золы (минеральных негорючих веществ). И влага, и зольность серьезно ухудшают потребительские и технические качества твердых топлив. Прежде всего, это балласт, который необходимо перевозить, перерабатывать вместе с горючими элементами топлива, а затем выбрасывать в горячем состоянии либо в дымовую трубу (водяные пары), либо в золовые отвалы. Если из рабочей массы вычесть влажность и зольность, как показано на рисунке 1.6, то останется так называемая горючая масса топлива. Основным «горючим» элементом в твердом топливе является углерод.

1 – мазут; 2 – торф; 3 – сланец; 4 – бурый уголь; 5 – каменный уголь; 6 – антрацит

Рисунок 1.6 − Сравнительные характеристики мазута и твердых топлив

1 – мазут; 2 – торф; 3 – сланец; 4 – бурый уголь; 5 – каменный уголь; 6 – антрацит

Рисунок 1.7 − Сравнительные характеристики мазута и твердых топлив

Содержание горючей массы в рабочей определяет теплоту сгорания Q_pн – то количество тепловой энергии, которая выделяется при полном сгорании единицы рабочей массы (1 кг) жидкого или твердого топлива. Из рисунка 1.7 видно, что наибольшей «калорийностью» обладают мазут и антрацит, наименьшей – торф.

Для того чтобы сравнивать качество работы различных ТЭС вводят понятие условного топлива (сокращенно – у.т.) – топлива с теплотой сгорания 7000 ккал/кг. Если, например, ТЭС сожгла 1000 тонн бурого угля с Q_pн = 3500 ккал/кг, то, значит, она использовала 500 тонн у.т.

Теплоту сгорания природного газа относят к 1 нм³. Например, для типичного природного газа Q_pн = 8400 ккал/нм3 [6].

1.2 Способы автоматического управления процессом горения в котле

Широко распространенным видом систем автоматического управления являются системы автоматического регулирования (САР). Системой автоматического регулирования называется САУ, задача которой заключается в поддержании выходной величины объекта Х на заданном уровне Y, т.е. поддержание равенства Х=Y [7].

Автоматизация котлов развивается в направлении от систем стабилизации параметра к управлению функциональ­ными группами оборудования. Функциональная группа представляет собой узел оборудования, решающий определен­ную технологическую задачу. Например, решение задачи регулирования подачи воздуха в котел, осуществляется путем поддержания заданного соотно­шения между расходами топлива (газа, мазута, угля) и воздуха и которое позволяет выполнить одно из основных технологических требований: поддержание горения в необходимых значениях.

Это объясняется противоречивостью технологических тре­бований, согласно которым необходимо обеспечить: подачу общего расхода топлива в мельницы в зависимости от потреб­ности в нем котла при разных режимах его работы; распреде­ление топлива по мельницам из условия оптимального режи­ма работы котла и других факторов; необходимый расход топ­лива при ограничениях в пылесистеме; пуск, нагружение и оста­нов мельниц без существенного нарушения режимов работы котла; подготовку топлива необходимого качества (тонины помола, температуры аэросмеси и др.); необходимое соотно­шение между первичным и вторичным воздухом; экономич­ность работы мельниц и мельничной системы в целом; желае­мые динамические характеристики пылесистем.

Задачи регулирования подачи воздуха в котел формулируются также в виде требований поддержания заданных параметров: опти­мального расхода газа и воздуха; безопасной температуры воздуха за ВЗП.

Трудности практического внедрения тех­нических решений объясняются большой функциональной сложностью технологического объекта управления, обладаю­щего существенной аккумулирующей способностью каналов.

Неоднозначность и противоречивость технологических тре­бований определяются также необходимостью решать комплекс дополнительных задач управления, связанных с режимами работы групп дутьевых вентиляторов, с устранением тепловых неравномерностей в топке котла при меняющемся их составе, и пр. Поэтому среди множества требований не­обходимо выделить и обосновать те, которые имеют собствен­ную для рассматриваемого класса объектов специфику и не­посредственно определяют основные технологические задачи управления. Постановка названной технологической задачи определя­ется тем, что регулятор общего воздуха вхо­дит в систему общего регулирования котла как элемент, выдаю­щий воздух в котел в соответствии с изменениями теплового режима котельного агрегата.

Автоматика системы регулирования подачи воздуха в котел включа­ется в общую автоматику процесса горения котла, так как ко­личество выдаваемого дутьевыми вентиляторами воздуха должно точно сле­довать за изменениями нагрузки парогенераторов. Учиты­вая при этом требования к точности поддержания технологи­ческих параметров и маневренности объекта, необходимо, чтобы регулирование текущей производительности дутьевых вентиляторов осуществлялось с минимальной динамической ошибкой. Дутьевые вентиляторы должны выдавать в топку кот­ла воздуха заданного качества (содержание кислорода) в каждый момент времени ровно, столько, сколько требуется для его текущей производительности с учетом изменений аккумуляции каналов, формирую­щих потоки воздуха, и котла при изменениях его нагрузки, иными словами, чтобы динамическое несоответ­ствие "тепловой" производительности дутьевых вентиляторов и котла было минимальным.

Одной из основополагающих причин особой необходимости регулирования процесса горения стал «Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ (ред. от 29.12.2014) "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», который обязывает предприятия Российской Федерации проходить энергетические обследования [8].

Задачи повышения экономичности сжигания топлива, уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу и снижения капитальных затрат на их реализацию не только очень сложны, но и, часто, противоречат друг другу. Одновременное успешное решение этих задач можно называть энергоэкологической оптимизацией использования топлива или управлением качеством его сжигания.

В большинстве случаев при промышленном сжигании топлива основным принципом повышения эффективности является максимально возможное использование располагаемой (низшей) теплоты сгорания Q^p_н. Основными составляющими потерь теплоты при этом являются потери с отходящими газами q₂ и от, так называемого, химического недожога q₃. Оба этих показателя тесно связаны с коэффициентом избытка воздуха α в факеле горящего топлива. От него же зависит и количество вредных выбросов в атмосферу [8].

В топке не удаётся обеспечить идеального перемешивания горючего с окислителем. При подаче Vº (т.е. объёма воздуха фактически необходимого для сжигания данной массы топлива) происходит недожог. Для полноты сгорания воздух подают с избытком V_в.

α топочной камеры зависит от:

• способа сжигания (факельное сжигание твёрдого топлива α_т в пределах 1,2÷1,25, слоевое сжигание α_т в пределах 1,4÷1,7);

• вида и марки топлива (природный газ и мазут α_т в пределах 1,05÷1,1);

• конструкции горелочного устройства.

, (1.1)

Потери q₂ зависят: от разности температур дымовых газов и входящего воздуха; содержания остаточного кислорода (О₂) в дымовых газах или от соотношения «топливо – воздух» подаваемого на горение, т.е. от коэффициента избытка воздуха (α). Эти потери очень значительны, и их необходимо уменьшать.

Потери q₃ также зависят от избытка воздуха, но главным образом они определяются: качеством перемешивания топлива и воздуха; полноты сжигания топлива и содержанием горючих остатков в дымовых газах (СО + Н₂ + СН). Сумму концентрации представляют либо в виде эквивалентной концентрации оксида углерода (СО)_э, либо просто оксидом углерода (СО) из-за малости остальных составляющих. Эти потери должны быть минимальными при правильно организованном горении.

Наиболее распространенным для отечественного уровня автоматизации котельной техники является параллельное управление. Такая система воспринимает информацию о давлениях регулируемых потоков и настраивается на оптимальное (на момент наладки) соотношение “топливо-воздух” при номинальной нагрузке. Найденное таким образом соотношение поддерживается постоянным при любых нагрузках котла. Результатом является существенное падение КПД котла на малых нагрузках.

К упомянутым возмущающим воздействиям относятся колебания теплоты сгорания топлива, нагрузки агрегата, температуры и влажности топлива и воздуха, техническое состояние горелок и всего агрегата, состояние тягодутьевого оборудования, а также износ направляющих аппаратов и исполнительных механизмов.

Система регулирования с перекрестным ограничением получает информацию о расходах топлива и воздуха, что позволяет значительно более точно выдерживать соотношение их потоков, хотя и она не избавлена от недостатка настройки только на номинальный режим. При этом система с датчиками расхода более дорога.

Вывод из этого короткого анализа прост – соотношением «топливо-воздух» необходимо управлять во всем диапазоне нагрузок. Инструментом такого управления является косвенное измерение коэффициента избытка воздуха и последующая его коррекция [9].

Компонентами продуктов сгорания, информация о содержании которых может использоваться для измерения коэффициента избытка воздуха и его последующей коррекции, могут быть: диоксид углерода СО₂, кислород О₂ и продукты химического недожога (СО, Н₂, СН₄ или их сумма, которую часто обозначают как – «СОЭКВ» из-за малости двух последних компонентов). На рисунке 1.8 приведен пример зависимости основных показателей эффективности и экологичности сжигания топлива от коэффициента избытка воздуха α, котла БКЗ 320–140–560.

Из приведенных кривых видно, что уменьшение коэффициента избытка воздуха способствует: снижению содержания кислорода, повышению КПД и, как следствие, снижению температуры дымовых газов и потребления электроэнергии вентилятором и дымососом. Одновременно с этим уменьшается выход вредных окислов азота (NO_х), т.е. улучшается экологическая обстановка. Появление химического недожога (СО) определяет границу допустимого воздействия на уменьшение подачи воздуха. Эта граница является гибкой и зависит как от характеристик горелочных устройств, так и от нагрузки котла. На её положение влияет также: состав топлива (теплота его сгорания); климатические условия; температура топлива и воздуха; техническое состояние оборудования и много других текущих факторов. Область экономически выгодного режима сжигания топлива соответствует малым значениям содержания кислорода (от 0,5 до 1,5 %) и появлению «следов» химического недожога, т.е. содержанию оксида углерода на уровне от 100 до 300 ppm. Работа в этой зоне (А), выделенной на рисунке 1.8 штриховкой, может быть обеспечена только автоматической коррекцией работы горелочных устройств. На этом же рисунке показаны линии (пунктирные), соответствующие работе котла по режимной карте (К) и фактическому режиму (Ф), когда со временем за счет негерметичности топочно-дымового тракта ухудшаются экономические показатели котла. Поэтому очень важно поддерживать работу котлоагрегата по режимной карте.

На рисунке 1.9 приведены графики зависимостей от нагрузки котла.

Характеристики

Список файлов ВКР