способ автоматического регулирования расхода питательной воды парогенератора

Формула изобретения

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ ПАРОГЕНЕРАТОРА с двумя водопаровыми потоками и общей магистралью с питательным насосом путем поддержания необходимых расходов воды для питания обоих потоков в соответствии с сигналами по суммарному расходу воды и заданному, поданными на регулятор производительности питательного насоса, и сигналами по расходу воды по каждому потоку, заданному и суммарному входному сигналу с обратным знаком регулятора производительности, поданными на регуляторы питания потоков, управляющие регулирующими питательными клапанами потоков, отличающийся тем, что определяют сигнал по суммарной тепловой нагрузке парогенератора, измеряют положение каждого регулирующего клапана, выделяют сигнал, соответствующий большей степени открытия, из выделенного сигнал вычитают нелинейно преобразованный и подвергнутый демпфированию сигнал по суммарной тепловой нагрузке и полученную разность сигналов подают через нелинейное звено типа "нечувствительность" в качестве дополнительного на регуляторы питания потоков, определяют скоростной сигнал полученной разности и подают его в качестве дополнительного на регулятор производительности питательного насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов энергетического оборудования тепловых электростанций и предназначено, в частности, для автоматического регулирования расхода питательной воды прямоточных парогенераторов с двумя потоками водопаровой среды и общим питательным насосом (или группой питательных насосов) с регулируемой производительностью и регулирующими питательными клапанами (РПК) в каждом потоке.

Известна система автоматического регулирования подачи питательной воды в двухпоточный парогенератор [1] содержащая регулятор производительности питательных насосов и регулятор распределения воды по потокам, управляющий через логический элемент исполнительными механизмами РПК, в которой с помощью логического элемента разрывается цепь "больше" исполнительного механизма любого РПК, если его открывание превысит оптимальное значение, формируемое по нагрузке парогенератора при помощи нелинейных блоков. Назначение этой системы обеспечить в процессе регулирования питания оптимальную зависимость открывания РПК от нагрузки, при которой обеспечиваются приемлемые потери энергии собственных нужд на питание и вместе с тем достаточно высокое качество регулирования расходов питательной воды.

Недостаток указанной системы управления РПК состоит в пассивном характере ее действия: система не устанавливает РПК в требуемое положение, а только препятствует дальнейшему отдалению их в сторону "больше" от этого положения, в результате чего положение РПК в течение длительного времени может существенно отличаться от оптимального.

Известным способом автоматического регулирования питания парогенераторов, наиболее близким к заявляемому по технической сущности, является способ, отличающийся использованием как регулятора производительности питательного насоса, так и регуляторов питания, управляющих РПК каждого из потоков, причем суммарный входной сигнал регулятора производительности подают на регуляторы питания потоков с обратным знаком [2] Его основное достоинство состоит в автономности регулирования общего расхода питательной воды на котел и расходов питательной воды по каждому потоку.

Недостатком такого способа является неопределенность положения (т.е. степени открывания) РПК в процессе регулирования во всем диапазоне регулируемых нагрузок парогенератора, что может привести либо к перерасходу энергии собственных нужд на питательные насосы и быстрой эрозии проточной части РПК вследствие чрезмерного дросселирования в них воды, либо к значительным колебаниям расхода питательной воды при пониженных нагрузках вследствие недостаточного сопротивления РПК. Последнее связано с тем, что по мере уменьшения расхода питательной воды при снижении нагрузки парогенератора существенно уменьшается крутизна характеристики расход-напор питательного насоса. Это приводит к значительным изменениям расхода питательной воды вследствие даже небольших колебаний давления в паровом тракте парогенератора, если не уменьшать степени открывания РПК по мере снижения нагрузки для смещения рабочей точки в область характеристики насоса с большей крутизной.

Таким образом, по условиям минимизации потерь энергии на собственные нужды, удлинения срока службы РПК и предотвращения значительных колебаний расхода питательной воды вследствие отклонений давления пара при пониженных нагрузках необходимо поддерживать определенную зависимость степени открывания регулирующих питательных клапанов от нагрузки котла. Рассматриваемый способ такой зависимости не обеспечивает, что является его недостатком.

Целью изобретения является повышение качества регулирования расхода питательной воды, подаваемой в парогенератор, при минимально возможном расходе энергии собственных нужд на питание, путем непрерывного поддержания оптимальной зависимости степени открывания наиболее открытого РПК от нагрузки парогенератора.

Цель достигается тем, что по способу автоматического регулирования расхода питательной воды парогенератора с двумя водопаровыми потоками и общей магистралью с питательным насосом путем поддержания необходимых расходов воды для питания обоих потоков в соответствии с сигналами, поданными на входы регулятора производительности питательного насоса и регуляторов питания, управляющих РПК потоков, причем суммарный входной сигнал регулятора производительности подают также на регуляторы питания с обратным знаком, дополнительно измеряют положение каждого РПК, выделяют сигнал, соответствующий большей степени открывания, из выделенного сигнала вычитают нелинейно преобразованный по заданному закону и подвергнутый демпфированию сигнал по суммарной тепловой нагрузке парогенератора и полученную разность сигналов подают через нелинейное звено типа "нечувствительность" на регуляторы питания потоков, а в качестве скоростного сигнала на регулятор производительности питательного насоса.

Нелинейное преобразование сигнала по суммарной тепловой нагрузке парогенератора выполняется в соответствии с требуемой (оптимальной) зависимостью от нагрузки степени открывания более открытого РПК. Динамическое преобразование (демпфирование) этого сигнала обеспечивает более плавное, замедленное перемещение РПК в новое положение, соответствующее изменившейся нагрузке, благодаря чему возмущения, наносимые на контуры регулирования расходов питательной воды, минимальны.

С этой же целью указанный сигнал в качестве скоростного подается на регулятор производительности питательных насосов (с обратным знаком), благодаря чему при снижении, например, нагрузки парогенератора прикрытие обоих РПК непосредственно компенсируется увеличением производительности питательных насосов, не создавая дополнительного возмущения на контуры регулирования расхода питательной воды.

Подача на регуляторы дополнительного сигнала через блок нечувствительности оставляет возможность наиболее открытому РПК срабатывать в сторону "больше", т. е. позволяет при небольших возмущениях сохранить двустороннюю автономность системы, даже для такого крайнего случая.

Пример реализации способа.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ автоматического регулирования расхода питательной воды парогенератора.

Регулятор 1 питания потока А и регулятор 2 питания потока Б управляют РПК-А 3 и РПК-Б4 соответствующих потоков. Регулятор 5 производительности питательного насоса управляет механизмом 6 управления питательного трубонасоса (ПТН). Для формирования входных сигналов регуляторов служат сумматоры 7, 8 и 9. На сумматоры 7 и 8 поступают сигналы по текущему (фактическому) расходу питательной воды (W_A, W_Б) и с противоположными знаками по заданному расходу (ЗдА, ЗдБ) соответствующего потока (А, Б). Выходные сигналы (по разности текущего и заданного расходов питательной воды по потокам) с выходов сумматоров 7 и 8 поступают на вход регуляторов 1 и 2 соответственно, а также с коэффициентом усиления 0,5 на входы сумматора 9, выходной сигнал которого подается на вход регулятора 5 ПТН, а также (с обратным знаком) на входы регуляторов 1 и 2.

На блок 10 выделения максимального сигнала поступают сигналы по степени открывания (положению) РПК 3 и 4 m_рпка и m_рпкб. Выходной сигнал этого блока поступает на вход сумматора 11, на второй вход которого подается с обратным знаком преобразованный суммарный сигнал по тепловой нагрузке обоих потоков g_A и g_Б, формируемый в блоке 12 суммирования и преобразуемый в блоке 13 нелинейности и блоке 14 демпфирования. Выходной сигнал сумматора 11 подается через блок 15 нечувствительности на входы регуляторов 1 и 2 питания потоков А и Б, а также с обратным знаком в качестве скоростного сигнала через дифференциатор 16 на вход регулятора 5 производительности питательного насоса.

Для объяснения работы системы регулирования определяются сигналы, поступающие на входы регуляторов 5, 1 и 2.

Статический сигнал Y₅, поступающий на вход регулятора 5 производительности питательного насоса с выхода сумматора 9, определяется из следующего выражения (коэффициент усиления сумматора 9 составляет 0,5):

Y₅=

(1) (знак "минус" перед дробью учитывает направление действия регулятора).

Обозначают

W_A ЗдА W_А; W_Б ЗдБW_Б. (2)

Подставляя выражение (2) в выражение (1), получают

Y₅= (3)

Таким образом, сигнал, поступающий на вход регулятора 5, равен полусумме небалансов расхода воды по каждому потоку, т.е. полусумме небаланса расхода по котлу в целом.

Суммарный сигнал Y₁, поступающий на вход регулятора 1 питания потока А, слагается из следующих трех сигналов: от сумматора 7, от сумматора 9 и от блока 15 (предполагается, что

m_рпка > m_рпкб:

Y₁=-/W_А- + (m_рпка-m_рпкзд)

(4) где m_рпкзд сигнал, поступающий на сумматор 11 от блока 14.

Выражение (4) можно переписать в следующем виде:

Y₁=- + m

(5) где m_рпка m_рпка m_рпказд. (6)

По аналогии суммарный сигнал Y₂, поступающий на вход регулятора 2 питания потока Б, может быть выражен в виде

Y₂=- + m

(7)

Таким образом, регуляторы 1 и 2 питания, действующие на свои РПК, реагируют на разность небалансов по расходу питательной воды в обоих потоках, причем с противоположными знаками, а также на разность (небаланс) сигналов по фактическому и заданному положению наиболее открытого РПК (с одинаковым знаком).

Система работает следующим образом.

При возмущениях, требующих изменения общего расхода воды на котел, например, при увеличении тепловыделения в топке, когда сигналы ЗдА и ЗдБ изменяются примерно одинаково и, следовательно,

W_A W_Б, (8) изменяется сигнал Y₅ на входе регулятора производительности (см. выражение (3)), и последний, воздействуя на скорость вращения питательного насоса, изменяет общий расход питательной воды в соответствии с изменившимся заданием (сигналами ЗдА и ЗдБ), так чтобы обеспечить

Y₅ W_A + W_Б 0.

При этом регуляторы 1 и 2 обоих потоков не вступают в работу, так как их входные сигналы Y₁ и Y₂ cогласно выражениям (5), (7) и (8) остаются равными нулю.

Таким образом, контур регулирования общего расхода питательной воды, воздействующий на питательные насосы, не наносит возмущения контурам регулирования расхода по потокам, которые, следовательно, автономны к указанному возмущению.

При возмущениях, требующих перераспределения расходов питательной воды по потокам при сохранении нагрузки котла примерно постоянной, например, при перекосе тепловыделения по сторонам топки и соответствующем перераспределении тепловосприятия поверхностей нагрева по потокам, когда сигнал ЗдА увеличивается, а ЗдБ уменьшается примерно на одну и ту же абсолютную величину

W_A + W_Б 0, (9) т.е. W_A W_Б. (10)

Следовательно, входной сигнал Y₅ регулятора 5 производительности питательного насоса согласно выражениям (3) и (9) остается равным нулю и этот регулятор не вступает в работу. Включаются в работу регуляторы 1 и 2 питания потоков, поскольку согласно выражениям (5) и (7) с учетом уравнения (10) на их входах появляются сигналы, равные между собой по абсолютной величине и противоположные по знакам. Эти регуляторы стремятся изменить степени открывания своих РПК в противоположных направлениях, благодаря чему происходит требуемое перераспределение расходов воды по потокам без заметного изменения общего расхода, так как увеличение гидравлического сопротивления прикрывшегося РПК компенсируется уменьшением сопротивления РПК параллельного потока благодаря увеличению степени его открывания.

Таким образом, контуры регулирования расходов воды по потокам не наносят возмущений на контур регулирования общего расхода питательной воды, который остается автономным к рассматриваемому возмущению, за исключением случаем, когда РПК потока, требующего увеличения расхода питательной воды, "стоит" на концевом выключателе "больше".

При существенном изменении тепловой нагрузки парогенератора, измеряемой по каждому потоку g_A и g_Б, изменяется сигнал на входе и на выходе блока 13 нелинейности, характеристика которого соответствует оптимальной зависимости открывания РПК от нагрузки. Выходной сигнал этого блока m_рпкзд соответствует заданному открыванию наиболее открытого РПК при данной нагрузке котла. Этот сигнал после демпфирования в блоке 14 сравнивается в сумматоре 11 с сигналом по положению более открытого клапана и разность этих сигналов поступает через блок 15 нечувствительности на входы регуляторов 1 и 2, побуждая их изменять открывание обоих РПК до положения, при котором для более открытого клапана исполняется соотношение (см. выражение (4))

m_рпк=m_рпкзд

Одновременно разность указанных сигналов поступает с обратным знаком в качестве скоростного сигнала через дифференциатор 16 на вход регулятора 5, который под влиянием этого сигнала изменяет производительность питательного насоса в направлении, обратном перемещению РПК, в результате чего компенсируется изменение расхода питательной воды, вызванное перемещением обоих регулирующих клапанов в новое положение. Этим достигается известная автономность регулирования положения наиболее открытого РПК по отношению к регулированию как общего расхода питательной воды, так и расходов питательной воды по потокам.

Блок 14 демпфирования замедляет процесс параллельного перемещения обоих РПК в положение, соответствующее новой нагрузке, благодаря чему это перемещение мало нарушает поддержание быстродействующими регуляторами питания расходов питательной воды, являющееся главной задачей системы автоматического регулирования расхода питательной воды.

Блок 15 нечувствительности создает некоторую "свободу" положения наиболее открытого РПК (в пределах зоны нечувствительности блока 15), благодаря чему сохраняется (в ограниченных пределах) автономность системы регулирования расходов воды по потокам и в том случае, когда наиболее открытый РПК должен перемещаться в сторону открывания.

Использование способа автоматического регулирования расхода питательной воды двухпоточного парогенератора с предлагаемыми признаками обеспечивает достижение поставленной цели. Это доказывает соответствие изобретения критерию "существенные отличия".

Подача сигнала ошибки между фактическим и оптимальным положениями наиболее открытого РПК непосредственно на регуляторы питания, управляющие РПК потоков, обеспечивает непрерывное поддержание этими регуляторами открываний РПК вблизи оптимальных значений. Этим обеспечивается улучшение качества регулирования расхода питательной воды без заметного перерасхода энергии на собственные нужды.

Благодаря подаче этого же сигнала в качестве скоростного на регулятор производительности питательного насоса непрерывное поддержание требуемых открываний РПК происходит автономно по отношению к регулированию расхода питательной воды, т.е. практически не наносит возмущений на последнее.

Этой же цели, т.е. повышению качества регулирования расхода питательной воды, служат такие признаки, как динамическое преобразование (демпфирование) задающего сигнала по нагрузке, а также подача на регуляторы питания разности сигналов по положению наиболее открытого РПК и по преобразованной суммарной тепловой нагрузке через нелинейное звено типа "нечувствительность".

Наконец, признак нелинейного преобразования по заданному закону сигнала по тепловой нагрузке обеспечивает формирование требуемой оптимальной зависимости положения РПК от нагрузки парогенератора.

Таким образом, каждый из указанных введенных признаков служит цели повышения надежности эксплуатации парогенератора за счет повышения качества регулирования питания парогенератора водой.

Предлагается использование изобретения в 1992-95 г. на прямоточных котлах типов П-57, П-75, П-76, П-78, П-81, ТПП-315, ТПП-316, ТПП-807, всего на 11 энергоблоках мощностью 300, 500 и 800 МВт, в том числе поставляемых за рубеж.