Назад в библиотеку

Система автоматического управления подогревателем низкого давления системы регенерации тепловой электростанции

Автор: Илюк И. Б., Федюн Р. В.
Источник: Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых. Сборник научных трудов ХVI научно-технической конференции аспирантов и студентов в г. Донецке – Донецк, ДонНТУ, 2019.

Регенеративный подогрев питательной воды и основного конденсата является важнейшим методом повышения эффективности и экономичности современных тепловых электрических станций (ТЭС). Для регенеративного подогрева используется греющий пар, отработавший в турбине. В зависимости от начальных параметров острого пара и количества его отборов на регенерацию, повышение КПД турбины за счет регенеративного подогрева конденсата (питательной воды) может составлять от 10 до 15%. Таким образом, регенеративный подогрев воды уменьшает потери тепловой энергии с отработавшим паром в конденсаторе турбоустановки [1].

Несмотря на принятое разделение, что основной конденсат - это поток конденсата рабочего пара от конденсатора до деаэратора, а питательная вода - поток конденсата рабочего пара от деаэратора до котла, в дальнейшем для упрощения изложения оба этих потока будут называться питательной водой.

Согласно типовой тепловой схемы турбины ТЭС, в подогреватель низкого давления ПНД-2 подается: питательная вода от предыдущего подогревателя ПНД-1, греющий пар от турбины и внешний конденсат от следующего подогревателя ПНД-3. Из рассматриваемого подогревателя низкого давления ПНД-2 (рис.1) отводится нагретая до заданной температуры питательная вода (направляется в следующий подогреватель ПНД-3) и конденсат, который при помощи сливного насоса СН подается на вход подачи питательной воды следующего подогревателя низкого давления ПНД-3 (рис.1).

Подогреватель низкого давления типа ПН-400-26-7-II (рис.1) состоит из следующих основных узлов: водяной камеры 2, трубной системы 4, корпуса 5. К отсекам водяной камеры приварены патрубки Б, В входа и выхода питательной воды, соответственно.

К цилиндрической части корпуса приварены патрубки входа греющего пара Г, конденсата 6, входа и выхода 7 паровоздушной смеси, а к эллиптическому днищу корпуса — патрубок выхода конденсата, который подключается к сливному насосу.

Пар вводится в корпус через патрубок Г, конденсируется на трубах поверхности теплообмена, а некоторая часть его совместно с неконденсирующимися газами (воздухом) выводится через полукольцевую перфорированную трубу 7. Весь конденсат сливается на уровень воды в корпусе, снизу через патрубок в днище выводится из подогревателя. Ввод конденсата греющего пара от подогревателя низкого давления ПНД-3, как правило, осуществляется через перфорированную трубу 6 в нижнюю часть корпуса под уровень конденсата (рис.1).

Рассмотренные выше особенности подогревателя низкого давления ПНД-2, а также анализ его технических параметров и характеристик позволили сформировать схему его информационных переменных и их взаимодействия, которая приведена на рис.2

Рисунок 1 – Подогреватель низкого давления типа ПН-400-26-7-II

1 – трубка; 2 – водяная камера; 3 – трубная доска; 4 – трубная система; 5 – корпус; 6 – вход к.г.п.; 7 – концевая труба воздухоотсасывающего устройства; 8 – направляющая перегородка; 9 – опора трубного пучка; 10 – щиты, закрывающие проход пара мимо трубного пучка; 11 – рамки для заводки трубного пучка в корпус; Г – вход греющего пара; Б, В – вход и выход питательной воды

Рисунок 2 – Схема информационных переменных подогревателя низкого давления ТЭС

Основными управляемыми переменными подогревателя низкого давления ПНД-2 ТЭС, которые полностью характеризуют процесс подогрева питательной воды, являются (рис.2):
– температура питательной воды на выходе подогревателя t_ПВ ;
– уровень конденсата в подогревателе h_К.

Для достижения, поддержания или необходимого изменения управляемых переменных в разрабатываемой САУ подогревателем низкого давления ТЭС, согласно рис.2, применяются следующие управляющие воздействия:
– расход греющего пара, подаваемого в подогреватель G_П;
– расход конденсата, отводимого из подогревателя G_К.

Требуемое изменение перечисленных управляющих воздействий достигается за счет использования исполнительных механизмов с регулирующими органами – управляемых клапанов с электроприводами, которые установлены на соответствующих подающих трубопроводах. Для изменения расхода конденсата, отводимого из подогревателя, может применяться регулирующий клапан или сливной насос.

Основным возмущающим воздействием, которое оказывает существенное влияние на температуру питательной воды на выходе подогревателя t_ПВ является расход питательной воды G_ПВ, который может изменяться, в достаточно широких пределах, в зависимости от текущей нагрузки на турбину. Кроме этого возмущения, на процесс подогрева питательной воды и ее температуру tПВ оказывают влияние следующие возмущения: температура питательной воды на входе в подогреватель t_ПВВ; температура греющего пара t_П. Эти возмущения не оказывают существенного влияния на рассматриваемую управляемую переменную t_ПВ, так как они изменяются в достаточно узком диапазоне за счет их стабилизации другими САУ.

Основными возмущающими воздействиями, которые оказывают существенное влияние на уровень конденсата в подогревателе hК являются расход подводимого внешнего конденсата G_КВ, расход греющего пара, подаваемого в подогреватель G_П и расход питательной воды G_ПВ, которые изменяются в достаточно широких пределах, в зависимости от текущей нагрузки на турбину. Кроме этих возмущений, на уровень конденсата в подогревателе h_К оказывают влияние следующие возмущения: температура питательной воды на входе в подогреватель t_ПВВ; температура греющего пара t_П, температура конденсата в подогревателе t_К. Эти возмущения не оказывают существенного влияния на управляемую переменную – уровень конденсата h_К, так как они изменяются в достаточно узком диапазоне.

Таким образом, с учетом проведенного выше анализа, предложена укрупненная структурная схема концепции построения САУ подогревателем низкого давления системы регенерации ТЭС, которая приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Укрупненная структурная схема концепции построения САУ

К стабильности температуры питательной воды на выходе подогревателя низкого давления ПНД-2 предъявляются достаточно жесткие требования – от этого зависит эффективность дальнейших этапов регенеративного подогрева питательной воды и всей системы регенерации ТЭС в целом. Поэтому САУ температурой питательной воды t_ПВ реализована по каскадной двухконтурной схеме стабилизации выходной температуры воды при влиянии основного возмущения – расхода питательной воды G_ПВ (рис.3). Внутренний контур управления расходом греющего пара G_П (рис.3) необходим для повышения точности процесса управления. Алгоритм управления в САУ температурой питательной воды t_ПВ реализуется двумя регуляторами – внешним регулятором температуры питательной воды РТ и внутренним регулятором расхода греющего пара РРП (рис.3).

САУ уровнем конденсата hК также реализована по каскадной двухконтурной схеме стабилизации уровня конденсата h_К при влиянии основных возмущений – расхода греющего пара G_П, расхода подводимого внешнего конденсата G_КВ, расхода питательной воды G_ПВ (рис.3). Внутренний контур управления расходом конденсата G_К (рис.3) необходим для повышения точности и уменьшения инерционности процесса управления. Алгоритм управления в рассматриваемой САУ уровнем конденсата h_К реализуется двумя регуляторами – внешним регулятором уровня конденсата РУ и внутренним регулятором расхода конденсата РРК (рис.3).

Эффективность решения задач автоматического управления и достижения поставленных целей зависит от выбранной структурной схемы САУ. На основе концепции построения (рис.3) предложена структурная схема САУ температурой питательной воды на выходе подогревателя, которая приведена на рис.4.

Рисунок 4 – САУ температурой питательной воды на выходе подогревателя

Согласно структурной схемы (рис.4), система автоматического управления температурой питательной воды на выходе подогревателя состоит из следующих элементов: W_ПНД(p) – передаточная функция подогревателя низкого давления; W_РО(p) – передаточная функция регулирующего органа; W_ИМ(p) – передаточная функция исполнительного механизма; W_РРП(p), W_РТ(p) – передаточная функция регулятора расхода греющего пара и регулятора температуры питательной воды; W_ДР(p), W_ДТ(p) – передаточная функция датчика расхода пара и датчика температуры питательной воды на выходе подогревателя.

Для необходимого изменения управляющего воздействия – расхода греющего пара на входе в подогреватель воды G_П(t) в состав САУ входят регулирующий орган W_РО(p) с исполнительным механизмом W_ИМ(p) (рис.4). Контроль текущего состояния основных и дополнительных управляемых переменных осуществляется соответствующими технологическими датчиками, которые образуют цепи обратных связей – главной: W_ДТ(p) – датчик температуры питательной воды и внутренней: W_ДР(p) – датчик расхода греющего пара (рис.4).

Алгоритм управления подогревателем питательной воды реализуется в виде двух регуляторов: W_РРП(p) – внутреннего регулятора расхода пара и W_РТ(p) – внешнего регулятора температуры питательной воды.

Таким образом, в статье предложена, обоснована и разработана концепция системы автоматического управления подогревателем низкого давления системы регенерации турбины ТЭС. На основании выполненного анализа существующих принципов построения систем автоматического регулирования, их особенностей, достоинств и недостатков было принято решение об использовании каскадной структуры САУ, как наиболее подходящей для решения поставленной задачи автоматизации рассматриваемого подогревателя системы регенерации по основным каналам управления.

Перечень ссылок

1. Соколов, Е.Я. Теплофикация и тепловые сети / Е.Я.Соколов. - М.: Энергоиздат, 1982. - 360 с.

2. Елизаров, Д.П. Теплоэнергетические установки электростанций / Д.П. Елизаров. - М.: Энергоиздат, 1982. –264 с.

3. Назмеев, Ю.Г. Теплообменные аппараты ТЭС / Ю.Г. Назмеев, В.М. Лавыгин. – М.: Издательство МЭИ, 2003. – 260с.