На схеме: РПК – регулируемый питательный клапан,
           ВЭ – водяной экономайзер,
           НРЧ, СРЧ, ВРЧ, - нижняя, средняя и верхняя радиационные части котла соответственно,
           ВЗ – встроенная задвижка,
           ЭПК- экран поворотной камеры,
           ПЭ – потолочный экран,
           ШПП1, ШПП2 – ширмовые пароперегреватели 1и 2 соответственно,
           КПП - конвективный пароперегреватель.
           ВС- встроенный сепаратор,
           РР- растопочный расширитель,
           Д-1, Д-2, Д-3 – дроссельные клапаны для сброса среды,
           УП, РКВ – указатель положения регулируемого клапана вентильного.

      Перегревательная часть прямоточных парогенераторов состоит из отдельных последовательно включенных участков, разграниченных конструктивно и размещенных в различных температурных зонах газового тракта. Поверхности нагрева отдельных участков, соединительные трубопроводы и паросборные коллекторы, а также устройства впрыска охлаждающей воды образуют объект регулирования, представляющий собой сложную динамическую систему, подверженную действию многих возмущающих воздействий. Температура на выходе каждого участка стабилизируется с помощью отдельных автоматических регуляторов, действующих на впрыскивающие устройства, устанавливаемые между поверхностями нагрева. Динамические характеристики отдельных пароперегревательных участков могут быть получены экспериментально или по данным теплового расчета.

      Современные энергоблоки мощностью 300- 800 МВт, в составе которых в настоящее время используются прямоточные котлоагрегаты сверхкритического давления (СКД), в процессе эксплуатации могут находиться в трех режимах функционирования:

• пуск энергоблока;

• режим выполнения суточного графика нагрузки;

• выведение из рабочего состояния (останов блока).

      Порядок пуска блока регламентируется технологической инструкцией [1], которая определяет последовательность и условия проведения основных технологических операций при ограничениях на значения технологических параметров. Требования инструкции направлены на обеспечение безаварийного выхода энергоблока на заданный рабочий режим за заданное время.
      Последовательность выполнения операций управления пуском блока приводит к дискретному процессу смены состояний энергоблока, которые характеризуються достижением определенных значений технологических параметров. Не вдаваясь во все детали пусковых операций, можно разделить пуска блока по времени на следующие этапы:
1)     заполнение котла водой до встроенной задвижки (ВЗ) (пароперегреватель при этом отключен) и розжиг горелок;
2)     холодная а затем горячая отмывка тракта котла до ВЗ при температуре пароводяной среды перед ВЗ 180-220 °С до снижения содержания загрязнений (железа, соли, меди и др. ) до требуемых величин (клапан Д -2 при этом открыт) ;
3)     подъем температуры среды перед ВЗ, подключение пароперегревателя (путем открытия клапана Д-3) и прогрев оборудования перед толчком роторов турбины;
4)     разворот турбины и прогрев оборудования до включения генератора в сеть;
5)     нагружение блока в сепараторном режиме;
6)     открытие встроенной задвижки и переход котла в прямоточной режим работы.
      Система управления должна выдавать команды на выполнение определенных операций включения-выключения определенного силового и теплотехнического оборудовния, а также контролировать последовательных переходов с одного этапа пуска на другой в соответствии с программой пуска.
      Для выполнения пусковых операций с учетом ограничений на температуру среды до встроенной задвижки и скорости ее подъема формируется соответствующий график-задание [2] и затем выполняется контроль за его выдерживанием. Реализация графика-задания в настоящее время выполняется оператором котла вручную путем изменения расхода топлива. При этом точность реализации графика-задания зависит от опыта оператора и в общем случае не гарантируется. В связи с этим возникает необходимость в разработке метода и алгоритмов управления расходом топлива, которые бы обеспечили требуемую точность выдерживания графика-задания.
      На участке встроенных сепараторах (ВС) осуществляется сепарация пароводяной смеси на жидкую и паровую составляющие, эта операция производится за счет центробежных сил. Начало прикрытия клапанов Д-2 выполняется после открытия клапанов Д-3 и связано с необходимостью минимизировать проскок пара в растопочный расширитель, что позволяет понизить потери тепла в пусковой период.
      Система управления должна осуществлять контроль и управление процессом сброса среды из встроенных сепараторов, для чего необходимо осуществить соответствующий расчет задания для исполнительных регуляторов степени открытия клапана Д-2;

      После принятия решения об остановке блока выполняется ряд мероприятий по подготовке к проведению этой операции таких, как проверка средств автоматики и дистанционного управления. Процедура останова включает следующие этапы.
1)     Отключение защиты по понижению температуры свежего пара и пара промежуточного перегрева и начало снижения температуры свежего пара до 500 °С .
2)     Разгрузка блока до 250 МВт за 5-7 минут (для энергоблока 300 МВт) и перевод на сжигание газа, если использовалось твердое томливо.
3)     При температуре свежего пара 500 °С разгрузка блока до 190-195 МВт со скоростью 2 МВт/мин и установление требуемых инструкцией значений параметров температуры среды до ВЗ , расхода питательной воды и расхода газа на котел.
4)     Разгрузка блока до 150 МВт со скоростью 5 МВт/мин и підготовиться к переходу на сепраторный режим, затем в течение 2 часов 20 минут разгрузка блок от 150 до 80 МВт и снижение температуры свежего пара с 470 до 430 °С и температуры пара промежуточного перегрева от 500 до 470 °С . После снижения давления пара перед ВЗ до 225-230 кгс/ см2 закрыть ВЗ.
5)     При достижении 80 МВт начало снижения температуры свежего пара от 430 до 300 °С в течение 8 часов. Снижение температуры пара производится ступенчато по 10 °С с выдержкой по 15-20 минут.
6)     При температуре среды перед ВЗ 400 °С открыть на 10 % клапан Д-2 . Дальнейшее открытие клапана Д-2 проводится в зависимости от температуры среды перед ВЗ согласно инструкции. При расхолаживании турбины скорость остывания метала в зоне паровпуска цилиндров високого и среднего давления должна соответствовать инструкции.
7)     При достижении конечных параметров расхолаживания по температуре и давлению сделать выдержку в течение 2 часов, а затем отключить блок. Процедура отключения блока производится строго в соответствии с инструкцией.
      Анализ операций по останову энергоблока показывает, что также как и для пуска, возникает необходимость в разработке метода и алгоритмов управления расходом топлива, которые бы обеспечили требуемую точность выдерживания графика снижения температуры пара. В связи с переходом на сепараторный режим к концу остановочных операции необходимо также управлять степеню открытия клапана Д-2 для сброса среды ВС.

      С точки зрения задач управления объект можно охарактеризовать следующим комплексом входных и выходных переменных: D_впр - расход воды на впрыск, D_пв - расход питательной воды, В_т - расход топлива Q_в - расход воздуха, Q_г - расход газа, D_вп - расход вторичного пара, t_пп - температура перегретого пара (первичного), D_пп - расход перегретого пара, P_пп - давление перегретого пара, t_пр - температура в промежуточной точке тракта, O₂ - содержание свободного кислорода в газоходе за конвективным пароперегревателем , t_вп - температура перегретого пара (вторичного). Схема взаимного влияния входных и выходных величин представлена на рис. 2.

Рисунок 2 - Схема взаимосвязи между выходными и входными величинами в прямоточном парогенераторе.

      Задачи регулирования технологического процесса котлоагрегата сводятся в основном к необходимости поддержания в нем материального и теплового баланса. При их наличии котлоагрегат будет работать в постоянном (стационарном) режиме. Стационарный режим характеризуется постоянством во времени давления, температур, уровней, расходов и других показателей работы котлоагрегата.
      В прямоточном парогенераторе в отличие от барабанного расход питательной воды оказывает непосредственное воздействие на расход, температуру и давление пара на выходе, т.е. задачи регулирования теплового и материального балансов здесь тесно связаны. Это оказывает существенное влияние на выбор способов и схем регулирования парогенератора. АСР питания в прямоточном парогенераторе в противоположность барабанному нельзя считать автономной. Она связана с АСР давления и температуры пара по тракту (до первого регулируемого впрыска). Существенно усложняется и регулирование температуры перегрева первичного пара из-за влияния на нее расхода питательной воды и более существенного, чем у барабанных, влияния подачи топлива. Это приводит к необходимости увеличения числа впрысков и расхода воды на впрыск.
      Задача автоматизации котлоагрегата как объекта регулирования является сложной в том отношении, что контуры регулирования оказывают взаимное влияния друг на друга внутри объекта. Изменение любого из регулирующих воздействий приводит к изменению всех параметров, т.е. имеют место перекрестные связи через объект регулирования. Особенно тесно связаны между собой контуры автоматического регулирования тепловой нагрузки котла, разрежения в топке и соотношение «топливо - воздух». В связи с этим эти контуры целесообразно рассматривать как единую многосвязную систему автоматического регулирования тепловой нагрузки и процесса горения котлоагрегата.
      Таким образом, имеются три основные задачи, связанные с автоматизацией котлоагрегата как объекта управления: автоматическое регулирование питания котла, автоматическое регулирование тепловой нагрузки и процесса горения, автоматическое регулирование температуры перегретого пара. При наладке этих систем автоматического регулирования следует иметь в виду, что они оказывают существенное влияние друг на друга. В связи с этим при определении параметров настройки одной из этих систем необходимо рассматривать влияние других систем как возмущающие воздействия, на которые система автоматического регулирования должна реагировать, чтобы сохранить заданное значение регулируемой величины.
      Глобальной целью данного технологического процесса является получение перегретого пара по выбираемым критериям оптимизации. Поскольку отдельные локальные технологические участки и соответствующие им подпроцессы взаимосвязаны, автономное оптимальное управление подпроцессами по локальным критериям не может обеспечить оптимальное ведение всего процесса в целом. Для устранения этого недостатка необходимо отдельные оптимизированные управляющие подсистемы подчинить вышестоящей координирующей системе, в функции которой входят устранение конфликтных ситуаций между задачами управления подпроцессами и достижение глобальных целей в управлении процессом в целом. Координирующая система, таким образом, обеспечивает интеграцию системы в единый управляющий комплекс, функционирующий по выбранному основному критерию оптимизации работы объекта.

      Выводы. В работе выполнен анализ энергоблока как объекта управления в трех режимах функционирования. Выделены проблемы управления расходом топлива в режимах пуска - останова блока, которые должны обеспечить заданные графики подъема – снижения температуры пара. Второй не мене важной задачей является управление сбросом среды на участке встроенных сепараторов путем расчета задания для исполнительных регуляторов степени открытия клапана Д-2.
      В режиме выполнения суточного графика необходимо поддерживать материальный и тепловой баланс котлоагрегата. Для достижения этого можно выделить три основные задачи управления: автоматическое управление питанием котла, автоматическое управление тепловой нагрузки и процесса горения, автоматическое регулирование температуры перегретого пара. Для повышения эффективности управления эти контуры целесообразно рассматривать как единую многосвязную систему автоматического регулирования тепловой нагрузки и процесса горения топлива.

Литература

1. Инструкция по пуску и эксплуатации энергоблока 300 МВт. - МЭЭ ПЭО ”ДОНБАССЭНЕРГО”, 1992. - 81 с.
2. Афанасьев Н.Н., Панасовский О.Г., Курышко Г.И., и др. О формировании и выдерживании графика-задания подъема температуры среды перед ВЗ при пуске моноблока сверхкритического давления //"Энергетика и электрификация", 1997, №3, с.4-9.
3. Плетнев Г.П. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок электростанций. - М.:Энергоатомиздат, 1986. – 344с.
4. Клюев А.С., Товарнов А.Г., Наладка систем автоматического регулирования котлоагрегатов. – М.: Энергия, 1970. – 280 с.

---

      Дзюба А.В., Ткаченко А. В. Основные задачи управления котлоагрегатом сверхкритического давления в различных режимах функционирования. // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Сер. обчислювальна техніка та автоматизація, випуск 66. – Донецьк: ДонНТУ. – 2005.