способ автоматического регулирования взаимосвязанных процессов нагрузки прямоточного котла в условиях технологических ограничений

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования нагрузки прямоточного котла в условиях технологических ограничений путем поддержания заданной нагрузки котла изменением расхода питательной воды на котел, изменением расхода топлива пропорционально изменению расхода питательной воды, с коррекцией по температуре среды в промежуточной точке пароводяного тракта котла, изменением расхода воздуха пропорционально изменению расхода топлива, с коррекцией по содержанию кислорода в уходящих газах, поддержания разрежения воздействием на изменение положения регулирующих органов расхода дымовых газов, а при возникновении технологических ограничений переключением регулирующих воздействий регулятора, где возникло ограничение, на вход регулятора питания котла, отличающийся тем, что измеряют и сравнивают сигналы по положению регулирующих органов расхода топлива, общего воздуха и дымовых газов, выбирают из них максимальный сигнал и подают его на вход регулятора ограничения нагрузки котла, который формирует сигнал коррекции регулятору мощности блока в сторону снижения нагрузки котла до величины, при которой положение наиболее открытого регулирующего органа поддерживают близким к полному открытию, с запасом на увеличение нагрузки блока, необходимым для участия в первичном регулировании частоты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автоматического регулирования взаимосвязанных процессов, например подачи питательной воды, топлива, воздуха и поддержания разрежения в топках котельных агрегатов.

Известен способ автоматического регулирования подачи топлива и питательной воды в прямоточный котел (SU № 177018, МКИ F23N 1/08, 1964), в котором на регулятор питания подают сигналы по заданному значению нагрузки котла и по расходу питательной воды, а на регулятор топлива подают основной сигнал по температуре пара в промежуточной точке водопарового тракта и дополнительный исчезающий сигнал по температуре воды на входе термосигнальной трубки. При исчерпании диапазона регулирования топлива, регулятор, получающий сигнал по температуре пара, переключают на регулирование подачи питательной воды, а регулятор, получающий сигнал по расходу питательной воды, - на регулирование подачи топлива. При этом поддерживается максимально возможная нагрузка котла в условиях технологических ограничений по топливу с обеспечением требуемого значения температуры пара.

Недостатком этого способа является то, что он не учитывает ограничений по изменению расходов воздуха или дымовых газов, связанных с исчерпанием диапазонов регулирования исполнительных механизмов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ автоматического регулирования взаимосвязанных процессов (SU № 284233, МКИ F23N 1/04, 1969), согласно которому при достижении любым регулирующим органом расхода топлива, воздуха или разрежения одного из крайних положений срабатывает соответствующий путевой выключатель и при помощи реле цепь регулятора переключают с регулирующего органа на интегратор, который формирует дополнительный корректирующий импульс на снижение нагрузки регулятору питания котла. Корректирующее воздействие снимается после устранения ограничений, и схема переключается в нормальный режим работы.

Недостатком данного способа является невозможность обеспечить запас по производительности котла, а следовательно, и мощности блока, требуемый для участия энергоблоков ТЭС в нормированном первичном регулировании частоты сети.

Согласно стандарту СТО 59012820.27.100.002-2005 (СО-ЦДУ ЕЭС 001-2005, IDN) система автоматического регулирования частоты и мощности энергоблока должна обеспечивать выполнение требований нормированного первичного регулирования в диапазоне первичного регулирования не менее 5% для нормальных режимов работы энергосистемы (нормальный резерв первичного регулирования) и не менее Pп( f)=±12,5% Рном для возможных аварийных режимов работы энергосистемы (аварийный резерв первичного регулирования), где Рном - номинальная мощность энергоблока.

Настоящий Стандарт распространяется на энергоблоки тепловых электростанций, предназначенные для участия в нормированном первичном и автоматическом вторичном регулировании частоты электрического тока и перетоков мощности. Нормированное первичное регулирование - первичное регулирование, осуществляемое выделенными энергоблоками нормированного первичного регулирования, на которых запланированы и постоянно поддерживаются резервы первичного регулирования и обеспечено их эффективное использование в соответствии с заданными характеристиками (параметрами) первичного регулирования.

Диапазон первичного регулирования должен обеспечиваться при любой исходной мощности энергоблока и может быть ограничен лишь в целях предотвращения аварийного останова энергоблока.

Первичная мощность - значение изменения активной мощности энергоблока в процессе первичного регулирования.

Резерв первичного регулирования - максимальное значение первичной мощности, которое может выдать энергоблок при понижении частоты сети. Резерв первичного регулирования расходуется при отклонении частоты и вновь восстанавливается при ее возврате к номинальному значению.

Задачей изобретения является обеспечение запаса по первичной мощности блока.

Для решения этой задачи в способе автоматического регулирования нагрузки прямоточного котла в условиях технологических ограничений путем поддержания заданной нагрузки котла изменением расхода питательной воды на котел, изменением расхода топлива пропорционально изменению расхода питательной воды, с коррекцией по температуре среды в промежуточной точке пароводяного тракта котла, изменением расхода воздуха пропорционально изменению расхода топлива, с коррекцией по содержанию кислорода в уходящих газах, поддержания разрежения воздействием на изменение положения регулирующих органов расхода дымовых газов, а при возникновении технологических ограничений переключением регулирующих воздействий регулятора, где возникло ограничение, на вход регулятора питания котла, согласно изобретению измеряют и сравнивают сигналы по положению регулирующих органов расхода топлива, общего воздуха и дымовых газов, выбирают из них максимальный сигнал и подают его на вход регулятора ограничения нагрузки котла, который формирует сигнал коррекции регулятору мощности блока в сторону снижения нагрузки котла до величины, при которой положение наиболее открытого регулирующего органа поддерживают близким к полному открытию, с запасом на увеличение нагрузки блока, необходимым для участия в первичном регулировании частоты генератора.

Для пояснения осуществления способа на чертеже представлена структурная схема осуществления способа автоматического регулирования взаимосвязанных процессов нагрузки котла в условиях технологических ограничений.

Система содержит корректор 1 частоты с подключенным к нему датчиком 2 частоты генератора, а выходом, соединенным с регулятором 3 мощности блока, на другие входы регулятора 3 мощности блока подключены датчик 4 мощности блока, задатчик 5 плановой мощности, на вход которого подключен выход регулятора 6 ограничения нагрузки котла. Также система содержит регулятор 7 питания котла (расхода питательной воды), выход которого подключен на регулирующий клапан 8 питания котла. На вход регулятора 7 питания котла подключен вышестоящий регулятор 3 мощности блока и датчик 9 расхода питательной воды. Для регулирования расхода топлива служит регулятор 10 расхода топлива, выход которого соединен с регулирующим органом 11 подачи топлива в котел, снабженный датчиком положения, а на входы регулятора 10 топлива котла подключены датчик 9 расхода питательной воды, датчик 12 расхода топлива и выход корректирующего регулятора 13 тепловой нагрузки котла. На вход регулятора 13 подключен датчик 14 температуры среды в промежуточной точке пароводяного тракта котла. Для регулирования расхода воздуха в котел служит регулятор 15 расхода общего воздуха, выход которого соединен с регулирующим органом 16 расхода общего воздуха, снабженным датчиком положения. На входы регулятора 15 расхода общего воздуха подключены датчик 12 расхода топлива, датчик 17 расхода общего воздуха и выход корректирующего регулятора 18 содержания кислорода на выходе из топки. На вход корректирующего регулятора 18 подключен датчик 19 содержания кислорода. Для поддержания заданного значения разрежения в топке котла служит регулятор 20 с датчиком 21 разрежения. Выход регулятора 20 расхода дымовых газов соединен с регулирующим органом 22 расхода дымовых газов, снабженным датчиком положения. Датчики положения регулирующих органов подключены к входам блока 23 выбора максимального сигнала своим выходом, подключенным на вход регулятора 6 ограничения нагрузки котла. На второй вход регулятора 6 ограничения нагрузки подключены, через переключатель 24, блок 25 нормального задания положения максимально открытого регулирующего органа или блок 26 задания максимально возможного открытия регулирующего органа. На управляющий вход переключателя 24 подключен аналого-дискретный преобразователь, вход которого соединен с выходом частотного корректора 1.

Способ осуществляется следующим образом.

В нормальном режиме работы, при отсутствии технологических ограничений, каждый из регуляторов управляет соответствующим регулирующим органом.

Регулятор 4 мощности блока, получая сигнал задания от задатчика 5 плановой мощности блока, воздействует на регулятор 7 расхода питательной воды.

Регулятор 7 расхода питательной воды воздействует на регулирующий клапан 8 питания котла. На вход регулятора 7 расхода питательной воды подают сигналы задания от вышестоящего регулятора 3 мощности блока и фактического расхода питательной воды датчика 9.

Регулятор 10 расхода топлива поддерживает изменение расхода топлива пропорционально изменению расхода питательной воды. На вход регулятора 10 расхода топлива поступает задающий сигнал с датчика 9 расхода питательной воды и сигнал датчика 12 обратной связи по расходу топлива на котел. Регулятор 10 расхода топлива воздействует на регулирующий орган 11 подачи топлива в котел. При правильно выбранной пропорциональной зависимости и неизменных характеристиках топлива сигнал датчика 14 температуры среды в промежуточной точке пароводяного тракта котла, характеризующий изменение удельной энтальпии пара в топке котла, остается неизменным при изменении нагрузки котла. При изменении теплотворной способности топлива, температуры питательной воды или других неконтролируемых параметров, влияющих на изменение удельной энтальпии пара в топке котла, вступает в работу корректирующий регулятор 13 тепловой нагрузки котла, который корректирует соотношение вода-топливо, воздействуя на регулятор 10 расхода топлива.

Регулятор 15 расхода общего воздуха поддерживает изменение расхода общего воздуха пропорционально изменению расхода топлива. На вход регулятора 15 поступают задающий сигнал датчика 12 расхода топлива на котел, сигнал датчика 17 фактического расхода воздуха и сигнал коррекции от корректирующего регулятора 18 содержания кислорода в уходящих газах, получающий сигнал от датчика 19 содержания кислорода.

Регулятор 20 разрежения дымовых газов поддерживает заданное значение разрежения в топке котла, получая сигнал разрежения от датчика 21, и воздействует на регулирующий орган 22 расхода дымовых газов.

Пока регулирующие органы 11, 16 и 22 находятся в диапазоне регулирования с требуемым запасом по первичной мощности, сигналы по их положению, поступающие через блок 23 выбора максимального сигнала на вход регулятора 6 ограничения нагрузки котла, меньше сигнала, поступающего с блока 25 нормального задания положения максимально открытого регулирующего органа, сигнал на выходе регулятора 6 ограничения нагрузки котла равен нулю.

При возникновении технологических ограничений (при исчерпании диапазона регулирования по расходу топлива, тяге или дутью) на вход регулятора 3 мощности блока, через задатчик 5 плановой мощности, поступает сигнал коррекции, сформированный регулятором 6 ограничения нагрузки котла, направленный на снижение нагрузки котла (например, до 95%).

Таким образом, в результате работы схемы нагрузка котла поддерживается на уровне, при котором все регулирующие органы находятся в диапазоне регулирования, а максимально открытый из них в положении, близком к полному открытию с запасом на открытие, позволяющим повысить нагрузку блока (например, на 5%). Этот запас «на открытие» обеспечивает необходимый запас по производительности котла, позволяющий при отклонении частоты увеличить нагрузку котла и блока в целом.

При отклонении частоты генератора на величину более 0,2 Гц сигнал с корректора 1 частоты генератора, получающий сигнал от датчика 2 частоты, поступает через аналого-дискретный преобразователь на переключатель 24 и подключает к регулятору 6 ограничения нагрузки котла вместо блока 25 нормального задания открытия регулирующего органа блок 26 задания максимально возможного открытия регулирующего органа.

Предлагаемый способ позволяет осуществить автоматическое регулирование взаимосвязанных процессов нагрузки котла в условиях технологических ограничений, что обеспечивает запас по первичной мощности блока в сторону повышения нагрузки блока.