Современный подход к регулированию разрежения топки котла

Современный подход к регулированию разрежения топки котла 27/02/2010    Admin   434   Global  Печать  PDF  RSS ленты Еще в технической литературе 30 летней давности одним из возможных способов регулирования разрежения топки котла предлагалось скоростное регулирования или изменением количества оборотов димовсмоктувача с помощью гидравлических муфт, или посредством изменения частоты вращения электропривода.
Было показано, что такой способ является наиболее экономичным. Появление на рынке частотных преобразователей-инверторов создала условия для реализации давней технической идеи в жизнь.


Автоматическая система регулирования разрежением.

Характеристика участка регулирования. Объект регулирования разрежением представляет собой последовательно расположенные топку (камеру сгорания) и газоходы до всасывающих патрубков димовсмоктувача. Наличие незначительного разрежения 2-3 мм.вод.ст. (20-30 Па) в верхней части топочного пространства необходимо для устойчивости пламени в зоне горения, предотвращения удаления продуктов горения из котла и косвенно характеризует материальный баланс между воздухом - окислителем топлива и газами - продуктами горения. Входная регулировочная действие - расход отсасывающих дымовых газов определяется производительностью димовсмоктувача. Внешняя збурювальна действие - изменение расхода воздуха, подаваемого в топку при измерении тепловой нагрузки котельного агрегата. Внутреннее возмущения - нарушение газовоздушного режима.

Динамические свойства объекта регулирования характеризуются отсутствием опоздание, малой инерционностью (постоянная времени составляет 5-10 с), самовыравнивание. Особенностью являются колебания регулируемой величины около среднего значения с амплитудой 3-4 мм.вод.ст. (30-40 Па) с частотой несколько герц. Такие низкочастотные колебания обусловлены пульсациями расходов топлива и воздуха, кроме того, процесс сгорания является источником высокочастотных колебаний (100 - 150 Гц), отдельные низкочастотные моды которых могут резонировать.

Способы регулирования.

Регулирование можно осуществлять путем изменения производительности димовсмоктувача:

- Изменением положения многоосных дроссельных заслонок (кривая 1, рис.1);
- Изменением положения направляющих аппаратов (кривая 2, рис 1);
- Скоростным регулированием (кривая 3, рис.1).

Сравнительная оценка различных способов реализации регулирующей действия приведена на рисунке 1 в координатах: относительная расход электрической энергии как функция относительной производительности димовсмоктувача. Из графиков видно, что при нагрузках, отличных от 100%, наиболее экономичным является скоростной способ реализации регулирующей действия. С точки зрения структуры контура регулирования наибольшее распространение получила одноконтурные схема с импульсным регулирующим блоком, который вместе с исполнительным механизмом постоянной скорости реализует ПИ-закон в импульсном режиме. Однако следует отметить, что контуры регулирования соотношения "топливо-воздух" и разрежения физически связаны через объект регулирования, поэтому при работе котла в регулирующих режиме (т.е. при изменении нагрузки) изменение расхода воздуха для поддержания соотношения с топливом нарушает баланс материальных потоков , так для избежания такой ситуации вводят упреждающий сигнал от регулятора воздуха (реальное дифференцирования выходного сигнала регулятора воздуха).

Существующие технические средства регулирования разрежения. Преимущественно для котлов малой и средней мощности используются такие средства автоматизации:

- Датчик дифференциальный тягомир ЗН-2-50 (-100, -200, -300) производства "Московский завод тепловой автоматики" (МЗТА), Россия;

- Регулирующий блок РПИБ, Р25.1.2 (сняты с производства МЗТА), РС29.1.12 (МЗТА) и другие его модели с дифференциальным трансформаторным входом, или украинский аналог УКР01.1.12;

- Исполнительный механизм МЭО-250.25-0.25-Р-87 с трехфазным двигателем (могут быть и другие модели в зависимости от производительности димовсмоктувача) производства Чебоксарской завода исполнительных механизмов, Россия.

В случае необходимости динамического связи между контурами соотношения топливо-воздух и разряжения используется комплект динамической связи КДС (МЗТА). Как видим, весь комплекс технических средств производится в России.

Предлагаемые технические средства регулирования разрежения.

Модернизированный контур регулирования разрежения приведены на рисунке 2. Для быстрой модернизации существующей схемы можно использовать датчик ДТ-2, который уже использовался в контуре. Для преобразования сигнала с ДТ-2 в унифицированный токовый сигнал используется блок преобразования взаимной индуктивности БПВЫ-1Л со встроенным узлом линеаризации сигнала (производства ООО "Микрол"). Токовый сигнал с БПВЫ-1Л подается на аналоговый вход микропроцессорного ПИД-регулятора МИК-21-05. Аналоговый выход МИК-21 соединен с аналоговым входом частотного преобразователя - инвертора, например SJ300 (производства Hitachi).

Трехфазный выход инвертора соединен с клеммами питания трехфазного асинхронного двигателя димовсмоктувача (на схеме не приведены дополнительные устройства инвертора: сетевой фильтр и другие, необходимость в которых зависит от мощности электропривода). В случае несогласования на входе МИК-21 между текущим и заданным разрежением регулятор по ПИД-закону изменяет частоту и напряжение питания электропривода до устранения несогласования. Тип характеристики частота / напряжение задается при настройке инвертора (для димовсмоктувача "скалярная квадратичная"). Наличие программируемых дискретных входов-выходов в МИК-21 и инвертора позволяет конфигурировать различные варианты режимов "Ручной / Автомат". Например ручное управление "по месту" может осуществляться потенциометром инвертора, смена состояния дискретного входа инвертора передает управление приводом регулятору МИК-21 в режиме "Ручной" или "Автомат". На второй вход МИК-21 можно подать сигнал аналогового выхода инвертора (или ток нагрузки, или частоту питания нагрузки).

Для поэтапного перехода от старой к новой схеме регулирования разрежения можно творчески использовать конструктивные особенности МИК-21 - наличие в структуре как импульсного, так и аналогового ПИД-регулятора. Если дискретные выходы МИК-21 Д1 ( "Больше") и Д2 ( "Меньше") подключить к входам пускателя ПБР-3А (ПБР-2М для однофазных МЭО), используя внутренний источник питания 24 В ПБР, то в любой момент можно перейти к старой схеме регулирования на базе МИК-21. Для этого достаточно переконфигурировать структуру ПИД-регулятора кнопками на панели управления и изменять настройки). Таким образом, в переходный период регулятор МИК-21 будет одновременно подключен к обоим контуров регулирования. Выбор в качестве регулятора МИК-21 обусловлен такими взаимосвязанными причинами:

- Современное средство автоматизации с коммуникационными функциями (ОРС-сервер, Modbus RTU протокол) для связи с верхним уровнем АСУ ТП;

- Наличие 16 разрядного АЦП и 12 разрядного ЦАП позволяет при реализации аналогового ПИД-закона максимально приблизиться к теоретическому ПИД-закона регулирования (вместе с инвертором в качестве исполнительного устройства);

- "Коммуникабельность" регулятора относительно оператора технологического процесса.

Не секрет, что в малой и средней теплоэнергетике есть проблемы с квалификацией обслуживающего персонала. В этом смысле регуляторы производства Микрол максимально схожие со старыми моделями регуляторов по функциям управления, предназначенными для оператора (режим "Ручной / Автомат", установка "Задача", ручное управление исполнительным механизмом и т.д.);

- Возможности настройки фильтра входного сигнала с панели регулятора, например, для устранения влияния низкочастотных пульсаций разрежения в топке котла, упомянутых выше;
- Стоимость МИК-21 практически равна стоимости нового РС29.1.12М.

Для управления димовсмоктувачем достаточно скалярной характеристики напряжение / частота. При выборе инвертора на этот факт следует обратить внимание, поскольку разница в цене векторного и скалярного типов составляет около 30%, и не все фирмы, представленные на рынке Украины, поставляют инверторы, например, на 30 кВт только со скалярным типом характеристики (Hitachi - поставляет . Инверторы Hitachi занимают ведущие позиции на рынке Украины из соотношения цена / качество.

Еще более досконально система регулирования котлоагрегатом может быть реализована с помощью контроллера МИК-51. Выше упоминался связь контуров регулирования соотношения и разрежения. Конфигуруючы схему соотношения топливо-воздух и схему регулирования разрежения в одном устройстве, можно организовать динамическую связь между изменением расхода воздуха и контуром разряжения путем соединения выхода регулятора расхода с входом регулятора разряжения через звено реального дифференцирования. Один из вариантов такой системы реализован в редакторе FBD-программ АЛЬФА (используется для конфигурирования МИК-51 с ПК) приведен на рисунке 3 (часть схемы соотношение не показана).

Поскольку стоимость МИК-21 равна стоимости нового РС29, а сумма стоимости ДТ-2-50 и БПЛ-1Л меньше стоимости нового преобразователя "Сапфир", то основные затраты связаны с прибанням инвертора. Многочисленные публикации в сети Интернет о внедрении инверторов показывают, что срок окупаемости составляет примерно 1 год. Наибольший экономический эффект можно получить на котлах, шо работают в режимах с переменной нагрузкой.

Использование микропроцессорных регуляторов производства ООО "Микрол" и частотных преобразователей в контурах регулирования является современным подходом к проблемам автоматизации и позволяет получать значительный экономический эффект за счет:

- Экономии электроэнергии на приводах исполнительных устройств;
- Экономии природного топлива котельных агрегатов путем качественного регулирования в условиях действия возмущений от нагрузки и внутренних неконтролируемых помех.