16.1 Автоматическое регулирование паровых барабанных котлов малой мощности.

В паровых котлоагрегатах типа ДКВР, ДЕ, ГМ-50 и БКЗ-75 регулиру­ются процессы горения и питания котла водой.

Кроме того, для котлов БКЗ-75 и ГМ-50 предусматривается ре­гулирование температуры перегретого пара и непрерывной продувки. Схемы автоматического регулирования для этих котлов определяют­ся техническими условиями завода — изготовителя котлов. Автома­тическое регулирование процесса горения включает регулирование подачи топлива в топку в зависимости от нагрузки котла поддержание оптимального соотношения топлива и воздуха для экономичного сжигания топлива, поддержание тре­буемого устойчивого разрежения в топке.

В схемах регулирования процессов горения для котлов, работающих на твердом топливе (пылеугольном) топливе, широко используется сигнал по тепловой нагрузке. При работе котла только на газообразном топливе, регулирование подачи топлива на котел упрощается, так как калорийность природного газа одного месторождения практически постоянна, а измерение расхода газа не вызывает трудностей.

Для группы котлов, работающих параллельно на общую паровую магистраль функции распределения нагрузки выполняет главный (корректирующий) регулятор, получающий сигнал по давлению пара в общей паровой магистрали. Главный регулятор корректирует работу подключенных к нему через переключатель нагрузки регуляторов тепловой нагрузки котлов (Рис. 16.1), а оптимальное распределение нагрузок между котлами устанавливается с помощью задатчиков регуляторов. Для перевода какого-либо из котлов в базовый режим работы прерывают сигнал к регулятору нагрузки этого котла от главного регулятора, устанавливая значение от задатчика ручного управления. Следует отметить, что схемы регулирования процессов горения с использованием сигнала по тепловой нагрузке обычно применяют для котлов паропроизводительностью 50 т/ч и выше. Для котельных установок меньшей паропроизводительности, например, ДЕ и ДКВР применение сложных схем регулирования нецелесообразно.

Рис. 16.1. Структурная схема регулирования нагрузки «по теплу».

1 — регулятор тепловой нагрузки; 2 — главный корректирующий регулятор давления; 3д — задатчик; ИМ — исполнительный механизм; РО — регулировочный орган; Рп1 — давление пара в барабане котла; Рп2 — давление пара в общей магистрали; Д — дифференциатор; Dг – расход газа к котлу; ПН – переключатель нагрузки.

Для котлов ДЕ и ДКВР роль регулятора нагрузки выполняет регулятор давления пара в барабане котла, воздействуя на изме­нение подачи топлива (рис. 16.2). В этом случае регулирование па­ровой нагрузки параллельно работающих котлов (поддержание опре­деленной зависимости между расходом пара от данного котла и дав­лением в общей паровой магистрали) осуществляется по одному из двух вариантов, приведенных на рис. 14.3, где р₁и р₂— давления в общей паровой магистрали, соответствующие минимальной и ма­ксимальной производительности котельной.

Разность (р₁—р₂) в первом случае характеризует абсолютную величину неравномерности регулирования давления в магистрали Рм во всем диапазоне изменения суммарной нагрузки параллельно работающих котлов, во втором случае — равна сумме абсолютных неравномерностей всех регуляторов нагрузки.

Для отопительно-производственных котельных, где величина Рм может колебаться в сторону уменьшения в пределах 0,15 — 0,2 Па, рекомендуется распределять нагрузки при параллель­ной работы котлов, согласно варианту, приведенному на рис. 16.3,б. В отдельных случаях могут составляться другие графики распределения нагрузки между котлами, являющиеся комбинациями графиков, приведенных на рис. 16.3.

Поддержание оптимального соотношения топлива и воздуха (избытка воздуха) осуществляется для экономичного сжигания топ­лива в топке котла

При работе котла на газообразном топливе для котлов ГМ-50 и БКЗ-75 рекомендуется включать регулятор нагрузки по схеме «топливо — воздух» (рис. 16.4,а). Регулятор получает два импульса: по расходу газа к котлу, который непосредственно измеряется с помощью диа­фрагмы и дифманометра, и второй импульс по перепаду давления воз­духа на воздухоподогревателе, пропорционального расходу воздуха. Регулятор воздействует на направляющий аппарат дутьевого венти­лятора.

Рис. 16.2. Струк­турная схема регулирования на­грузки по дав­лению пара в барабане.

Рп1 — давление пара в барабане; РН — регулятор нагрузки; Зд – задатчик; ИМ — исполнительный механизм; РО — регулировочный орган.

Рис. 16.3. Распределение нагрузки между котлами.

а — пропорционально номинальным производительностям параллельно рабо­тающих котлов; б — последовательное включение параллельно работающих котлов соответственно абсолютной неравномерности их регуляторов,

Рм – давление пара в общей магистрали; D – расход пара.

В отдельных случаях, например, для котлов ДЕ и ДКВР, когда по конструктивным соображениям невозможно обеспечить необходимую длину газопровода для установки сужающего устрой­ства, импульс по расходу газа можно заменить импульсом по давлению газа перед горелками, косвенно характеризующим расход газа. Следует иметь в виду, что импульс по давлению газа харак­теризует расход топлива только для котлов, в топке которых под­держивается устойчивое разрежение. При этом вторым импульсом, поступающим на регулятор, будет давление воздуха перед горел­ками (рис. 16.6,б). Статический напор воздуха в общем воздухопро­воде перед горелками характеризует расход воздуха при условии, что сопротивление части воздуховода между точкой отбора импуль­са и горелками будет постоянным т. е. на этом участке отсутст­вуют устройства, изменяющие сопротивление воздуховода.

Для котлов, работающих на мазуте, при возможности измерения расхода мазута с помощью сопла профилем «четверть круга» или сдвоенной диафрагмы, схема топливо — воздух не отличается от схемы, показанной на рис. 16.6,а.

Для котлов ДЕ и ДКВР, работающих на мазуте и твердом топливе, импульсом, характеризующим расход топлива, является импульс от датчика перемещения регулировочного органа исполнительного механизма регулятора топлива. Расход топлива не всегда соответствует положению выходного звена испол­нительного механизма, так как расходная характеристика регули­ровочного органа нелинейная, сочленение исполнительного механизма с регулировочним органом имеет люфты и пр.

Рис. 16.4. Структурная схема регулирования воздуха (топливо — воздух).

Dг— расход газа к котлу; Dв — расход воздуха; Рг— давление газа к котлу; Рв — давление воздуха Р — регулятор воздуха 3д — задатчик; ИМ — исполнительный механизм; РО — регулировочный орган.

Создание устойчивого разрежения в топке котла должно осу­ществляться автоматически в пределах от —20 до —30 Па. В связи с тем, что топка котла является объектом со значительным самовыравниванием, регулирование может осущест­вляться одноимпульсным астатическим регулятором.

Регулятор разрежения получает импульс по разрежению в верх­ней части топочной камеры и воздействует на направляющий аппа­рат дымососа (рис. 16.5).

Рис. 16.5. Струк­турная схема регулирования раз­режения.

Рразр — датчик; Р — регулятор разре­жения; 3д — задат­чик; ИМ — испол­нительный меха­низм; РО —регу­лировочный орган.

Для котлов производительностью выше 50 т/ч в схему регуля­тора для улучшения качества регулирования вводится исчезающая динамическая связь от регулятора воздуха. Регулирование питания котла осуществляется трехимпульсным регулятором уровня в барабане котла. Поддержание уровня воды в барабане котла в задан­ных пределах означает соответствие расходу пара (нагрузке) рас­хода питательной воды, поступающей в барабан.

Регулятор питания котлов ГМ-50 и БКЗ-75, придставляет собой ПИ-регулятор, суммирующий три импульса: уровень в барабане, расход пара и расход питательной воды, что значительно улучшает качество регулирования, особенно при резкопеременных нагрузках.

Для котлов ДКВР и ДЕ, имеющих большой объем воды в ба­рабане, поддержание уровня воды в требуемых пределах при малых колебаниях нагрузок достаточно хорошо обеспечивается одноимпульсным (по уровню) регулятором питания. Регулятор питания через исполнительный механизм воздействует на регулировочный кла­пан, установленный на трубопроводе питательной воды к котлам.

Необходимость регулирования температуры перегрева пара определяется условиями прочности металла и плавностью изменения температуры при колебаниях нагрузки. Для рассма­триваемых типов котлов регулирование температуры осуществляется изменением расхода питательной воды через охладитель поверхност­ного тина, установленный в рассечку пароперегревателя.

Рис. 16.6. Принципиальная схема регулирования температуры пара.

Dв – расход воды на пароохладитель; Dп – расход пара; DТ – расход топлива; — температура пара за перегревателем; Д1,Д2— дифференциаторы; Р — регулятор температуры; 3д — задатчик; ИМ — испол­нительный механизм; РО — регулировочный орган.

Наиболее распространенной схемой регулирования температуры пара является схема с двухимпульсным регулятором: по температуре пара на вы­ходе из пароперегревателя и по скорости изменения температуры пара за пароохладителем. Однако эта схема не дает желательных результатов: слабая реакция на внешние возмущения, значительное запаздывание. Наиболее полно отвечает всем предъявляемым к ней требованиям схема регулирования, показанная на рис. 16.6.

Основным импульсом является температура пара за пароперегревателем. Регулятор темпера­туры перегретого пара связан че­рез объект регулирования — котел с регулятором питания, так как часть питательной воды, посту­пающей в барабан котла, прохо­дит через пароохладитель. Поэто­му для восприятия возмущений по питательной воде в схему вво­дится дополнительный импульс по скорости изменения расходы воды на пароохладитель.

При резкопеременных нагруз­ках для улучшения работы схемы рекомендуется вводить дополни­тельные импульсы по скорости из­менения расхода пара от котла и расхода топлива к котлу, ха­рактеризующие равновесие тепло­вого баланса пароперегревателя, но в статике эти сигналы отсутствуют, а Dп и DТне изменяются.

При испарении воды раство­ренные в ней соли не должны до­стигать определенной концентра­ции. Удаление этих солей произ­водят с помощью непрерывной и периодической продувок. Для кот­лов производительностью более 50 т/ч процесс непрерывной про­дувки автоматизируется. Из-за от­сутствия датчиков солесодержания в котловой воде автоматическая продувка ведется пропорционально расходу пара. Регулятор продувки получает импульс по расходу пара и для улучшения работы схемы регулирования дополнительный импульс по положению регулировочного органа исполнительного механизма (рис. 16.7).

Рис. 16.7. Структурная схема регулирования непрерывной про­дувки.

Dп — расход пара; ДП — датчик пере­мещения исполнительного механизма; Р — регу­лятор непрерывной продувки; ИМ — исполнительный механизм; РО — регулировочный орган.