Исследование чувствительности автоматической системы питания бар. Исследование чувствительности автоматической системы питания барабанного котлоагрегата

• Название: Исследование чувствительности автоматической системы питания барабанного котлоагрегата
• Дата: 19.02.2019
• Размер: 83.08 Kb.
• Имя файла: Исследование чувствительности автоматической системы питания бар.docx
• Тип: Исследование; #68168

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ БАРАБАННОГО КОТЛОАГРЕГАТА

В работе производиться исследование чувствительности автоматической системы питания барабанного котлоагрегата.

Автоматическое регулирование питания барабанного котлоагрегата. Регулирование питания котла осуществляется регулятором уровня воды в барабане котла, которое отражает материальный баланс между поступающей в баорабан и израсходованной на паропроизводство воды. . Поддержание уровня воды в барабане котла заданных пределах означает соответствие расходу пара (нагрузке) расхода питательной воды, поступающей в барабан. К регулятору предъявляются особо высокие требования, так как уУпуск уровня или перепитка котла может привести к серьёзным авариям: пережогу экранных труб или забросу воды в магистральный паропровод.

На колебание уровня в барабане котла оказывает влияние не только изменение нагрузки, но и Синтез и анализ регулятора питания осложняет явление "набухания" воды - изменение объёма, занимаемого паром впароводяной смеси, проходящей через циркуляционный контур котла. "Набухание" происходит при резких изменениях давления в барабане (сброс или нарастание нагрузки) либо при колебаниях тепловыделений в топке, связанных с изменениями подачи топлива или воздуха. Например, при увеличении расхода пара уровень сначала за счёт "набухания" начнёт повышаться и только через некоторое время понизится.

Рассмотрим автоматическую систему регулирования питания на примере котлоагрегата НЗЛ – 60. На рисунке 1 представлена типовая структурная схема автоматической системы управления питания.


Рис. 1. Типовая структурная схема АСУ питания:

-передаточная функция ПИ-регулятора; –передаточная функция приведенного П-регулятора; –передаточная функция объекта внутреннего контура регулирования; –передаточная функция объекта внешнего контура регулирования; –передаточная функция объекта регулирования по каналу изменения расхода пара; , , – коэффициенты передачи измерительных каналов по расходу воды, уровню и расходу пара; – сигнал задания; – возмущение расходом перегретого пара.

Эта система имеет два контура по отклонению регулируемой величины: внешний (основной) – контур регулирования по уровню H, и внутренний (вспомогательный) – контур регулирования по расходу питательной воды W; и контур по возмущению расходом перегретого пара D.

Контур регулирования по уровнюH представлен передаточной функцией ; контур регулирования по расходу питательной воды Wпредставлен передаточной функцией .

Идентификация математической моделиобъекта регулирования. Динамические процессы регулирования уровня в барабане котла в зависимости от изменений величин расходов пара и питательной воды достаточно сложны. Для решения задачи управления идентификации будем пользоваться аналитическими и экспериментальными методами идентификации. Структуру передаточной функции сконструируем на основании известных теоретический положений, а все параметры определим экспериментальным путём, то есть проведем структурно – параметрическую идентификацию комбинированным методом.

Теоретический анализ процесса регулирования уровня барабана позволяет представить передаточную функцию объекта внешнего контура регулирования в форме дробно – рациональной функции с транспортным запаздыванием .



А для расчета передаточной функции объекта внутреннего контура регулирования воспользуемся численным методом идентификации, а именно методом площадей и запишем её в форме дробно – рациональной функции с транспортным запаздыванием .




Таким же методом идентификации рассчитаем передаточную функцию объекта по возмущению со стороны расхода пара.W?

Анализ возмущающих воздействий. В процессе эксплуатации котлоагрегата НЗЛ – 60, под влиянием различных факторов, таких как качество химической подготовки воды, точность поддержания температуры продуктов сгорания омывающих поверхностей, например пароперегревателя и так далее, возможно изменение параметров объекта регулирования. Основные из них – изменение расхода питательной воды D_п.в и температуры питательной воды t_п.в, изменение нагрузки потребителя G_п.п; изменение расхода топлива В_т.

При возмущении расходом питательной воды формы переходных процессов по уровню существенно различны в зависимости от типа экономайзера. Для котлов с некипящим экономайзером переходной характеристике присуще так называемое явление «набухания» уровня, т.е. изменение уровня в первоначальный момент в сторону, противоположную изменению расхода питательной воды. Объясняется это тем, что, например, увеличение подачи холодной воды вызывает в первый момент снижение температуры пароводяной смеси в барабане котла и, как следствие, снижение ее уровня. В дальнейшем уровень начинает повышаться из-за того, что расход воды в котел превышает расход пара из него (рис. 2).



Рис. 2. Переходные процессы по уровню при возмущении 
расходом питательной воды при не кипящем экономайзере

При изменении нагрузки потребителя (изменение расхода отбираемого пара) меняется давление пара в барабане. Так, при увеличении расхода пара давление падает и в первый момент увеличивается интенсивность парообразования, что приводит к увеличению уровня пароводяной смеси в барабане котла. В дальнейшем уровень начинает падать из-за несоответствия расходов питательной воды и пара. Временной характеристике котла при возмущении расходом пара всегда присуще явление «набухания» уровня (рис. 2).

Величина «набухания» уровня зависит от параметров пара и конструктивных особенностей котла. Явление «набухания» определяется в основном разностью удельных объемов насыщенного пара и кипящей воды, с повышением давления пара этот эффект уменьшается.

Кроме того, «набухание» зависит от теплового напряжения топочных экранов: с его увеличением возрастает паросодержание в топочных экранах, поэтому резче сказывается изменение нагрузки потребителей на «набухании» уровня. У современных котлов с высоким тепловым напряжением колебания уровня при резких и значительных изменениях нагрузки достигают существенного значения. Так, для котла ТГМ-94 сброс нагрузки на 40 % приводит к изменению уровня до 120 мм даже при максимальном регулирующем воздействии расходом питательной воды, произведенным с целью удержания уровня на заданном значении.

Возмущение из-за изменения температуры питательной воды может произойти при изменении количества работающих подогревателей высокого давления (ПВД), что вызовет изменение режима работы экономайзера. При увеличении температуры питательной воды и постоянном обогреве увеличивается парообразование в испарительном контуре. В результате этого уровень в барабане будет повышаться. В дальнейшем увеличение парообразования при постоянном расходе пара приведет к повышению давления в барабане и, следовательно, к уменьшению удельного объема пара, что вызовет снижение уровня. Переходный процесс при возмущении температурой питательной воды аналогичен приведенному на рис. 2.

Характер переходного процесса при возмущении расходом топлива и неизменном расходе питательной воды аналогичен характеру переходного процесса при возмущении нагрузкой потребителя (см. рис. 2). Однако явление «набухания» здесь проявляется в несколько меньшей степени. Суть в том, что при изменении расхода топлива изменяется парообразование, одновременно изменяется давление в барабане, что ведет к изменению удельного объема пара. Оба эти фактора действуют на изменение уровня в противоположных направлениях. Вот почему при топочных возмущениях явление «набухания» проявляется в меньшей степени.

Исследуя возмущения, установил УСТАНОВЛЕНА зависимость их вмешательства в работу автоматической системы питания: а) изменение расхода питательной воды D_п.в  (30%); б) изменение температуры питательной воды t_п.в (20%); в) изменение нагрузки потребителя G_п.п или изменение расхода отбираемого пара (30%); г) изменение расхода топлива В_т(15%).

Так как регулятор настроен на определенные параметры объекта, то иИзменение этих параметров при сохранении постоянных настроек регулятора может привести к возникновению колебательных процессов в системе, к нарушению точности регулирования уровня, к высоким динамическим отклонениям, что в конечном итоге может вызвать аварийный останов, приведет к возникновению аварии на котле.

Снижение уровня ниже допустимых пределов («упуск» воды) может привести к нарушению циркуляции в экранных трубах (опрокидывание циркуляции) и, как следствие, к пережогу труб. При значительном повышении уровня в барабане возможен захват частиц воды паром, вынос ее в пароперегреватель и турбину, что вызывает занос пароперегревателя и турбины солями и ведет к их разрушению. В связи с этим к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокиесоответствующие требования.

Смоделировал в пакете Vissim переходный процесс регулирования уровня в барабане котла с учетом возмущения. В результате моделирования в пакете…Vissim…Результатом исследования были получены графики изменения переходного процесса автоматической системы регулирования под воздействием разных видов возмущений.



Рис 3. Сравнение переходных процессов: 1- переходный процесс без возмущений; 2- переходный процесс при изменении расхода питательной воды D_п.в. (+30%); 3 – переходный процесс при изменении расхода питательной воды D_п.в. (-30%).



Рис 4. Сравнение переходных процессов: 1- переходный процесс без возмущений; 2- переходный процесс при изменении температуры питательной воды t_п.в (+20%); 3 - переходный процесс при изменении температуры питательной воды t_п.в (-20%).



Рис 5. Сравнение переходных процессов: 1- переходный процесс без возмущений; 2- переходный процесс при изменении нагрузки потребителя G_п.п (+30%); 3 - переходный процесс при изменении нагрузки потребителя G_п.п. (-30%).



Рис 6. Сравнение переходных процессов: 1- переходный процесс без возмущений; 2- переходный процесс при изменении расхода топлива В_т (+15%); 3 - переходный процесс при изменении расхода топлива В_т (-15%).

Заключение. В работе произведена идентификация математической модели объекта. Рассмотрены возмущения, которые могут возникать во время использования системы, и проведен анализ влияния этих помех на качество переходного процесса. Можно сделать вывод, чтоУстановлено, изменение оптимальных параметров системы под влиянием что рассмотренныех возмущений возмущения отрицательно сказываюется на работе самой системы, уменьшая срок её работы и повышая риск возникновения аварийной ситуации.

Для предотвращения подобных ситуаций возможно применение робастных регуляторов питания, что однако может снизить эффективность системы в её расчетных режимах работы, либо использование адаптивных регуляторов питания.