система для защиты поверхностей нагрева пароперегревателя от перегрева при увеличении подачи топлива в топку парового котла

Формула изобретения

Система для защиты поверхностей нагрева пароперегревателя от перегрева при увеличении подачи топлива в топку парового котла, содержащая датчики температуры, установленные на самых теплонапряженных поверхностях, узел ввода сигналов от датчиков температуры и регулятор подачи топлива, при этом к каждому входу узла ввода сигналов от датчиков температуры подключен соответствующий датчик температуры, отличающаяся тем, что она содержит узел ввода сигналов от датчиков расхода топлива, узел ввода дискретных сигналов, узел вывода дискретных сигналов и программный вычислительный узел, который через интерфейс соединен с упомянутыми узлами, причем каждый вход узла ввода дискретных сигналов является входом сигнала от регулятора подачи соответствующего вида топлива, каждый вход узла ввода сигналов от датчиков расхода топлива является входом сигнала от датчика расхода соответствующего вида топлива, а выход узла вывода дискретных сигналов является выходом сигнала к каждому регулятору подачи топлива, а датчики температуры представляют собой N датчиков температуры, установленных на каждом участке пароперегревателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике, а именно к автоматическому регулированию подачи топлива, и может быть использовано в системах автоматического регулирования подачи топлива в топку парового котла, работающего на нескольких видах топлива, отличающихся теплотехническими характеристиками.

Процессы парогенерации и тепловыделения в топке при увеличении подачи топлива вызывают нарушения теплового баланса и, вследствие этого, значительное повышение температуры металла труб в обогреваемой зоне (см. Сборник научных трудов ЛКИ "Изыскания путей повышения эффективности преобразования энергии в элементах СЭУ", Л., 1988 г., статья "Определение максимально допустимого темпа форсировки топки барабанного котла с перегревом пара", с. 113 - 118).

Из уровня техники известны системы автоматического регулирования подачи топлива (см. например, описания изобретений к авторским свидетельствам N 1249268, кл. F 23 N 1/00 опубл. в 1986 г., N 1401233, кл. F 23 N 1/00 опубл. в 1988 г., N 1469249, кл. F 23 N 1/02 опубл. в 1989 г., N 1643875, кл. F 23 N 1/00 опубл. в 1991 г.). Однако в них не предусмотрена защита поверхностей нагрева пароперегревателя от перегрева при увеличении подачи топлива в топку парового котла.

Известна система для защиты поверхностей нагрева пароперегревателя от перегрева при увеличении подачи топлива в топку парового котла, которая содержит датчики температуры, установленные на самых теплонапряженных поверхностях, узел ввода сигналов от датчиков температуры и регулятор подачи топлива, при этом к каждому входу узла ввода сигналов от датчиков температуры подключен соответствующий датчик температуры (см. SU 1521990 A1, F 23 N 1/00, 15.11.1989, 4 с.).

Недостатком данного изобретения является недостаточная точность срабатывания защиты.

Задача предлагаемого технического решения заключается в повышении надежности работы парового котла путем защиты поверхностей нагрева пароперегревателя от перегрева при увеличении подачи топлива в его топку за счет постоянного контроля за всеми теплонапряженными поверхностями всех участков пароперегревателя и запрета на дальнейшее увеличение подачи топлива при возникновении возможности перегрева этих поверхностей.

Поставленная задача решается тем, что система для защиты поверхностей нагрева пароперегревателя от перегрева при увеличении подачи топлива в топку парового котла содержит датчики температуры, установленные на самых теплонапряженных поверхностях каждого участка пароперегревателя, узел ввода сигналов от датчиков температуры, узел ввода сигналов от датчиков расхода топлива, узел ввода дискретных сигналов, узел ввода дискретных сигналов является входом сигнала от регулятора подачи соответствующего вида топлива, каждый вход узла ввода сигналов от датчиков расхода топлива является входом сигнала от датчика расхода соответствующего вида топлива, а выход узла вывода дискретных сигналов является выходом сигнала к каждому регулятору подачи топлива, при этом к каждому входу узла ввода сигналов от датчиков температуры подключен соответствующий датчик температуры.

Такое выполнение предлагаемой системы позволяет получить технический результат, который заключается в обеспечении защиты поверхностей нагрева пароперегревателя от перегрева при увеличении подачи топлива путем постоянного автоматического контроля за всеми теплонапряженными поверхностями всех участков пароперегревателя и запрета на дальнейшее увеличение подачи топлива при возникновении возможности перегрева этих поверхностей. Все это позволяет повысить надежность работы парового котла, предотвращая опасный перегрев металла, который снижает ресурс труб пароперегревателя и приводит к их разрыву, а в результате к аварийной ситуации самого парового котла и аварийным простоям энергооборудования электростанций в целом.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию изобретения "новизна".

Применение предлагаемой системы в промышленной теплоэнергетике для защиты поверхностей нагрева пароперегревателя от перегрева при увеличении подачи топлива в топку парового котла обеспечивает ей соответствие критерию "промышленная применимость".

Предлагаемая система для защиты поверхностей нагрева пароперегревателя от перегрева при увеличении подачи топлива в топку парового котла поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой системы;

на фиг. 2 приведен пример выполнения регулятора подачи топлива для пояснения работы предлагаемой системы;

на фиг. 3 - 7 представлены алгоритмы, поясняющие работу узлов, входящих в предлагаемую систему.

Система для защиты поверхностей нагрева пароперегревателя от перегрева при увеличении подачи топлива в топку парового котла (см. фиг. 1) содержит датчики температуры 1¹...1^N, узел 2 ввода сигналов от датчиков температуры, программный вычислительный узел 3, узел 4 ввода сигналов от датчиков расхода топлива, узел 5 ввода дискретных сигналов, узел 6 вывода дискретных сигналов, интерфейс 7.

На фиг. 1 также пронумерованы элементы, не входящие в предлагаемую систему, но поясняющие ее работу, это регуляторы подачи топлива 8¹...8^M и датчики расхода топлива 9¹...9^M, где М - соответствует количеству видов топлива.

На фиг. 2 приведен пример выполнения регуляторов подачи топлива 8¹...8^M, каждый из которых содержит регулирующее устройство 10, автоматический ключ 11, пусковое устройство 12 и электродвигатель 13.

Каждый из датчиков температуры 1¹...1^N, установленных на самых теплонапряженных поверхностях каждого участка пароперегревателя, соединен с соответствующим входом узла 2 ввода сигналов от датчиков температуры. Программный вычислительный узел 3 через интерфейс 7 соединен с узлом 2 ввода сигналов от датчиков температуры, с узлом 4 ввода сигналов от датчиков расхода топлива, с узлом 5 ввода дискретных сигналов и с узлом 6 вывода дискретных сигналов, выход которого является выходом сигнала к регуляторам 8¹...8^M подачи соответствующего вида топлива. Входы узла 4 являются входами сигналов от датчиков 9¹. ..9^M расхода соответствующего вида топлива, а входы узла 5 являются входами сигналов от регуляторов 8¹...8^M подачи соответствующего вида топлива.

В качестве программного вычислительного узла 3 может быть использован, например, вычислительный модуль технологического контроллера моноблочного ТКМ-51.

В качестве узла 2 ввода сигналов от датчиков температуры может быть использован, например, модуль ввода аналоговых сигналов L16.

Узел 5 ввода дискретных сигналов может быть выполнен, например, на базе модуля ввода-вывода дискретных сигналов D32.

Узел ввода 4 сигналов от датчиков расхода топлива может быть выполнен, например, на базе модуля ввода аналоговых сигналов А16.

В качестве узла 6 вывода дискретных сигналов может быть использован, например, модуль вывода дискретных сигналов D40R.

Интерфейс 7, осуществляющий связь между узлами системы, представляет собой внутренний интерфейс ввода-вывода контроллера ТКМ-51.

В качестве датчиков температуры 1¹...1^N могут быть использованы стандартные термоэлектрические термометры с металлическими термоэлектродами (термопары) (см. В.П.Преображенский. "Теплотехнические измерения и приборы". - М.: "Энергия", 1978, с. 101).

В автоматических системах регулирования широкое применение в качестве исполнительных механизмов (ИМ) находят электродвигатели (ЭД) с постоянной частотой вращения - ИМ постоянной скорости. В качестве пусковых устройств 12 ИМ постоянной скорости используются релейные аппараты (магнитные пускатели, электромагнитные реле и т.п.), а в качестве регулирующего устройства 10 - регулирующие блоки с импульсным выходом (см. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования. Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 87).

Регулирующие блоки из входных сигналов формируют сигнал отклонения и один из законов П-, ПИ-, ПИД-регулирования. На выходе регулирующего блока формируется трехпозиционный релейно-импульсный сигнал, определяющий направление вращения исполнительного механизма. Выпускаемые промышленностью регулирующие блоки с импульсным выходом, такие как регулирующий блок Р27, имеют два двухпозиционных выхода, обозначенных как "Больше" и "Меньше". Направление вращения исполнительного механизма определяется наличием импульсов на одном из этих выходов (см. там же, с. 162).

Выходы регулирующих блоков соединяются с входами пусковых устройств, таких как, например, пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-3, связанный с электрическим исполнительным механизмом постоянной скорости (см. Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЗЯа.647.509 ТО).

Сигнал увеличения подачи топлива берется с выхода "Больше" регулирующего устройства 10, а сигнал запрета увеличения подачи топлива отключает вход "Больше" пускового устройства 12 регулятора подачи топлива 8.

Принцип действия предлагаемой системы для защиты поверхностей нагрева пароперегревателя от перегрева при увеличении подачи топлива в топку парового котла основан на расчете максимально допустимой добавки топлива, при которой не будет превышена максимально допустимая температура ни для одного из участков пароперегревателя (Сборник научных трудов ЛКИ "Изыскания путей повышения эффективности преобразования энергии в элементах СЭУ", Л., 1988 г., статья "Определение максимально допустимого темпа форсировки топки барабанного котла с перегревом пара", с. 113-118). Для каждого из участков пароперегревателя существует своя предельно допустимая температура нагрева металла труб (см. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод, изд. "Энергия", М., 1973, с. 79 - 88.).

Предварительно, в процессе наладочных работ, рассчитывают время переходного процесса s и максимально допустимую температуру для каждого участка пароперегревателя Тмд, определяют зависимость максимально допустимых добавок топлива от температур участков пароперегревателя, при которых не превышаются максимально допустимые температуры ни одного из участков, а также для каждого участка пароперегревателя находят наиболее теплонапряженные поверхности, на которых устанавливают датчики температуры 1¹...1^N.

Работа системы осуществляется в непрерывном автоматическом циклическом режиме. Сигналы с регуляторов 8¹...8^M (см. фиг. 1 и 2) подачи топлива поступают в узел 5 ввода дискретных сигналов, в котором они преобразуются в информацию о наличии или отсутствии увеличения подачи топлива в данный момент времени по каждому виду топлива. Эта информация по интерфейсу 7 заносится в программный вычислительный узел 3. В этот же узел 3 поступает информация о расходе каждого вида топлива, полученная в процессе опроса датчиков расхода топлива 9¹. ..9^M узлом 4 и информация о температуре T1...TN наиболее теплонапряженных поверхностей участков пароперегревателя, измеренной датчиками 1¹...1^N и преобразованной в узле 2.

В начале каждого цикла работы предлагаемой системы опрашиваются датчики температуры 1¹...1^N, датчики расхода топлива 9¹...9^M и выход каждого регулятора 8¹. ..8^M подачи топлива о наличии сигнала об увеличении подачи топлива (форсировки) (см. фиг. 1). Значения температуры (T1...TN), расхода (G1... GM), а также сигналы о наличии форсировки (К1...КМ) запоминаются для дальнейшего использования в расчетах и анализа (см. фиг. 3 символ 2). Более подробно процесс опроса датчиков и запоминания их значений отображен на фиг. 4.

Далее определяется участок пароперегревателя с минимальной разностью между максимально допустимой для данного участка температурой (Тмд) и температурой (Тнн) наиболее нагретого датчика на данном участке (см. фиг. 3 символ 3). Такой участок считается ведущим на данный момент времени. Температура (Тв) наиболее нагретого датчика на ведущем участке и максимально допустимая для ведущего участка температура (Твмд) запоминаются. Более подробно определение ведущего участка, Тв и Твмд и запоминания их значений отображено на фиг. 5.

Затем рассчитывается ожидаемый прирост температуры (dTi) при увеличении подачи топлива для каждого вида топлива (см. фиг. 3 символы 4.1...4.М). На фиг. 5 отображен подробный алгоритм этого расчета для одного вида топлива. Наличие сигнала (Ki) от регулятора подачи топлива определяет, производится ли в данный момент времени увеличение подачи данного вида топлива (форсировка) (см. фиг. 6 символ 2).

В отсутствии форсировки рассчитывается прирост температуры в послефорсировочный период (dTпфi) как функция времени (tпфi), прошедшего после окончания последней форсировки (см. фиг. 6 символ 11).

При наличии форсировки вычисляется произведенная добавка топлива (dGi) как разность между расходом топлива на данный момент Gi и расходом топлива, соответствующим моменту времени, непосредственно предшествующему началу форсировки (GiO) (см. фиг. 6 символ 4). Вычисляется ожидаемый прирост температуры от форсировки (dTфi), пропорциональный произведенной добавке топлива dGi (см. фиг. 6 символ 5). Коэффициент пропорциональности (ki), зависящий от вида топлива, рассчитывается в процессе наладочных работ. Расчет прироста температуры в послефорсировочный период (dTпфi) во время форсировки не прекращается для снижения влияния предшествующей форсировки на точность определения ожидаемого прироста температуры.

Ожидаемый прирост температуры (dTi) по одному виду топлива определяется как сумма прироста температур при форсировке (dTфi) и в послефорсировочный период (dTпфi) (см. фиг. 6 символ 13).

Ожидаемый суммарный прирост температуры (dT) вычисляется как сумма ожидаемых приростов температуры по всем видам топлива, на которых работает котел (см. фиг. 3 символ 5).

После этого вычисляется ожидаемая температура ведущего участка (Твож) как сумма температуры ведущего участка (Тв), существующая на данный момент и ожидаемого суммарного прироста температуры (dT) (см. фиг. 3 символ 6).

На основе ожидаемой температуры ведущего участка (Твож) вычисляется запас по температуре ведущего участка (Твз) как разность между максимально допустимой температурой ведущего участка (Твмд) и ожидаемой температурой ведущего участка (Твож) (см. фиг. 3 символ 7).

Исходя из вычисленного запаса по температуре ведущего участка (Твз) определяется возможность дальнейшего увеличения подачи топлива (форсировки) (см. фиг. 3 символ 8). Форсировка разрешается, если величина температурного запаса (Твз) положительная, т. е. ожидаемая температура ведущего участка (Твож) ниже максимально допустимой температуры ведущего участка (Твмд), и это условие выполняется не менее времени задержки форсировки (tзф). В противном случае дальнейшее увеличение подачи топлива (форсировка) запрещается. Новое значение температуры поверхностей нагрева на участках пароперегревателя устанавливается только после окончания переходного процесса. Для избежания опасного перегрева поверхностей пароперегревателя после произведенной максимально допустимой добавки топлива для данного температурного запаса, увеличение подачи топлива прекращается. Задержка форсировки на время (tзф) необходима для исключения частых включений и выключений регуляторов подачи топлива при малом температурном запасе. Более подробно процесс определения возможности форсировки рассмотрен на фиг. 7.

Информация о запрете форсировки из программного вычислительного блока 3 по интерфейсу 7 поступает в блок 6 вывода дискретных сигналов (см. фиг. 1). На выходе блока 6 вывода дискретных сигналов формируется сигнал запрета форсировки, размыкающий автоматические ключи 11 (см. фиг. 2), установленные в регуляторах подачи топлива (8¹...8^M). Разомкнутые ключи 11 запрещают работу электродвигателям 13 на открытие регулирующих органов (PO¹...PO^M).

На этом заканчивается один цикл работы, система автоматически возвращается в начало алгоритма, и начинается новый цикл работы.

Таким образом, предлагаемая система позволяет обеспечить защиту поверхностей нагрева пароперегревателя от перегрева при увеличении подачи топлива в топку парового котла за счет постоянного контроля за всеми теплонапряженными поверхностями всех участков пароперегревателя и запрета дальнейшего увеличения подачи топлива при возникновении возможности их недопустимого перегрева, повысив тем самым надежность работы парового котла.