СИНХРОНИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть иснользована в системах автоматического регулирования котельных установок, в частности, в системах автоматического регулирования паровых или водогрейных котельных установок, работающих на общую магистраль теплоносителя.
Известны синхронизированные системы автоматического регулирования паровых или водогрейных котлов, состоящие из контуров регулирования расходов топлива и воздуха, уровня воды в барабане и разрежения в топке, каждый из которых, в свою очередь, состоит из датчиков регулируемых параметров и задающих устройств, связанных с регуляторами, которые через исполнительные механизмы связаны с датчиками обратной связи и с регулирующими органами топлива, воздуха, воды и отходящих газов, главного регулятора, связанного с датчиком, например, давления пара, в общей паровой магистрали и регуляторами контуров регулирования расходов топлива, воздуха и их соотношения, (см. Справочник по автоматизации котельных. Л.М. Файерщтейн, Л.С. Этинген, Г.Г. Гохбойм. Изд. третье. Москва, Энергоатомиздат, 1985, с. 14...17.)
В существующей практике эксплуатации паровых или водогрейных котельных, при работе группы котлов в автоматическом режиме, функции распределения паровой нагрузки между параллельно работающими котлами выполняет главный регулятор, корректирующий работу подключенных к нему регуляторов расходов топлива, воздуха и их соотношения (нагрузки), а оптимальное распределение нагрузок между котлами устанавливается с помощью задающих устройств регуляторов каждого котла.
М.Кл. F 22 В 35 / 02
Синхронизированная система
автоматического регулирования
котельных установок. Данные синхронизированные системы автоматического регулирования
применяются для котлов паропроизводительностью от 50 т/ч и выше.
Для котлов меньшей производительности, например, типа ДЕ и ДКВР, экономически нецелесообразно применение подобных сложных синхронизированных систем автоматического регулирования.
Наиболее близкой по технической сущности и получаемому результату к предлагаемой системе является синхронизированная система автоматического регулирования, например, паропроизводящих котельных установок, содержащая по крайней мере две котельные установки, для производственных или отопительных нужд, контуров регулирования расходов топлива и воздуха в топку, контуры регулирования уровня воды в барабане и контуры регулирования разрежения в топке, в каждый из которых входит датчик регулируемого параметра и задающее устройство, связанные с соответствующими регуляторами, которые в свою очередь связаны с исполнительными механизмами, кинематически связанными с датчиками обратной связи и регулирующими органами топлива, воздуха, воды и отходящих газов, соответственно, (см. «Руководство по эксплуатации вооружения, техники, систем и сооружений. Книга 8. Котельные и тепловые сети. Часть Ш. Электрооборудование, КИП и автоматика. Военное издательство, Москва, 1984 г., стр. 128...143).
Для котельных установок роль регулятора нагрузки в этой системе выполняет регулятор давления пара с жесткой обратной связью. То есть в стационарном режиме значение паросъема с каждого котла устанавливается в зависимости от взаимного расположения статических характеристик соответствующих регуляторов давления пара. Это позволяет, варьируя параметрами настройки регуляторов давления пара (заданием давления , степенью обратной связи), реализовать желаемый режимный график, т.е. порядок нагружения параллельно работающих котлов по мере роста или уменьшения паровой нагрузки на котельную в целом. Однако, существенным недостатком данной
системы регулирования в части обеспечения соотношения расходов топлива и воздзоса является то, что для обеспечения адекватности сигнала с датчика обратной связи расходу топлива необходимо на дозирующем сечении регулирующего органа поддерживать постоянный перепад давлений, конструктивно обеспечивать компенсацию зазоров в сочленениях кинематических передач от исполнительного механизма к регулирующему органу и компенсировать нелинейность расходных характеристик регулирующего органа. Отсутствие этого приводит к тому, что точность регулирования расходов топлива, воздуха и их соотношения - грубое и не позволяет обеспечить статические характеристики, по которым осуществляется синхронизация котельных установок, работающих на общую магистраль теплоносителя, с необходимой точностью.
Настоящая полезная модель направлена на решение задачи синхронизации котельных установок, работающих в автоматическом режиме на общую магистраль теплоносителя , с обеспечением необходимой точности поддержания параметров теплоносителя.
Поставленная задача решается тем, что в синхронизированной системе автоматического регулирования котельных установок, содержащей по крайней мере две котельные установки, работающие на общую магистраль теплоносителя, с контурами регулирования расходов топлива, воздуха и их соотнощения, контурами регулирования уровня воды в барабанах и контурами регулирования разрежения в топке, в каждый из которых входят датчики регулируемьк параметров и задающее устройство, связанные с соответствующими регуляторами, которые, в свою очередь, связаны с исполнительными механизмами, соединенными с датчиками обратной связи и регулирующими органами топлива, воздуха, воды и отходящих газов, соответственно.
и датчик параметра теплоносителя в общей магистрали, регулятор контура
регулирования расходов топлива, воздуха и их соотношения первой котельной установки связан с датчиком параметра теплоносителя в общей магистрали, а задающее устройство этого регулятора выполнено в виде задатчика параметра теплоносителя в общей магистрали, регулятор контуров регулирования расходов топлива, воздуха и их соотношения второй котельной установки связан с датчиком выработки теплоносителя первой котельной установки и с датчиком выработки теплоносителя второй котельной установки, а задающее устройство этого регулятора вьшолнено в виде задатчика разности выработки теплоносителя первой и второй котельных установок.
Предлагаемая синхронизированная система автоматического регулирования котельных установок представлена на чертежах, где на ;
Фиг. 1. представлена принципиальная схема синхроршзированной системы автоматического регулирования котельных установок, описанная на примере двух паропроизводящих котельных установок, работающих на общую паровзю магистраль;
Фиг. 2. представлена структурная схема этих же котельных установок, работающих в автоматическом режиме на общую паровз о магистраль и описана ниже.
Система содержит первую паропроизводящую котельную установку 1, выполняющую роль ведущей котельной установки, с барабаном 2, который паровой магистралью 3 соединен с общей паровой магистралью 4, вторую паропроизводящую котельную установку 5, выполняющую роль ведомой котельной установки, с барабаном 6, который паровой магистралью 7 соединен с общей паровой магистралью 4. Коитур 8 регулирования расходов топлива, воздуха и их необходимого соотношения первой котельной установки 1, выполнен в виде регулятора 9, связанного с датчиком 10 параметра теплоносителя, например, давления пара в магистрали 4, датчиком 11 давления топлива перед форсункой 12, датчиком 13 давления воздз а на входе в топку
первой котельной установки 1, исполнительным механизмом 14, который соединен с органом 15, регулирующим расход воздуха и установленным перед дутьевым вентилятором 16, размещенным в воздуховоде 17, подводящим воздух через дутьевой вентилятор 16 в топку первой котельной установки 1, исполнительным механизмом 18, который соединен с органом 19, установленным в магистрали 20 подвода топлива к форсунке 12, и задающим устройством 21. Контур 22 регулирования расходов топлива, воздуха и их необходимого соотношения второй котельной установки 5, выполнен в виде регулятора 23, связанного с датчиком 24 давления топлива перед форсункой 25, датчиком 26 давления воздуха на входе в топку котельной установки 5, исполнительным механизмом 27, который соединен с органом 28, регулирующим расход воздуха и установленным перед дутьевым вентилятором 29, размещенным в воздуховоде 30, подводящим воздух через дутьевой вентилятор 29 в топку второй котельной установки 5, исполнительным механизмом 31, который соединен с органом 32, установленным в магистрали 33 подвода топлива к форсунке 25, датчиком 34, установленным в магистрали 3, выработки пара котельной установкой 1, и датчиком 35, установленным в магистрали 7, выработки пара котельной установкой 5, и задающим устройством 36, выполненным в виде задатчика разности выработки теплоносителя первой и второй котельными установками. Контуры 37 и 38 регулирования уровня воды в барабанах 2 и 6 , содержат регуляторы 39 и 40, связанные с датчиками 41 и 42 уровня воды в барабанах 2 и 6, соответственно, исполнительными механизмами 43 и 44 , соединенными с органами 45 и 46, которые установлены в магистралях 47 и 48 подвода питательной воды после деаэраторной установки в барабаны 2 и 6, и задающими устройствами 49 и 50. Контуры 51 и 52 регулирования разрежения в топках котельных установок 1 и 5, содержат регуляторы 53 и 54, связанные с датчиками
55 и 56 разрежения в топках котельных установок 1 и 5, соответственно, исполнительными механизмами 57 и 58, соединенными с органами 59 и 60, которые установлены перед дымососами 61 и 62, размещенными в газоходах 63 и 64 отвода газов из топок котельных установок 1 и 5, и задающими устройствами 65 и 66.
Топливная магистраль 67 соединена с магистралями 20 и 33 подвода топлива к форсункам 12 к 25 . Магистраль 68 питательной воды соединена с магистралями 47 и 48 подвода питательной воды к барабанам 2 и 6.
Представленная на Фиг.2. структурная схема синхронизированной системы автоматического регулирования двух, котельных установок, работающих на общую паровую магистраль 4 (Фиг.1), поясняет их совместную работу с целью обеспечения потребителя необходимой выработкой пара при поддержании заданного постоянного значения давления пара в магистрали 4.
Структурная схема составлена по известным передаточным функциям и коэффициентам усиления, где
передаточные функции WQ j (р) и WQ 2.(р) (фиг.2) описывают объекты
регулирования, соответственно, первую котельную установку 1 и вторую котельную установку 5 (фиг. 1), в части влияния изменения расхода топлива на изменение выработки пара;
передаточные функщга Wj(p) и W2(p) (фиг.2) описывают,
соответственно, дутьевые вентиляторы 16 и 29 (фиг.1) с входными направляющими аппаратами 15 и 28, воздуховодами 17 и 30, регуляторами 9 и 23, исполнительными механизмами 18 и 31, регулирующими органами 19 и 32 и датчиками параметров топлива 11, 24 и воздуха 13, 26 ; коэффициент усиления К„ (фиг. 2) описывает датчик 10 (фиг.1) давления
пара в магистрали 4;
коэффициент усиления Кц, j (фиг.2) описьгеает датчик 34 (фргг. 1) выработки
пара первой котельной установки 1;
коэффициент усиления Кщ 2 (фиг.2) описывает датчик 35 (фргг. 1) выработки
пара второй котельной установки 5;
коэффрщиенты усиления Кф j и  (фиг.2) описывают, соответственно,
форсунки 12 и 25 (фиг. 1) первой и второй котельных установок;
уставки Рд и Год (фиг.2) представляют собой необходимое, заданное
значение давления пара в магистрали 4 (Фиг.1) и заданную разность выработки пара котельными установками 1 и 5;
I сравнивающие устройства 9а и 23а (фиг.2) представляют собой элементы регуляторов 9 и 23 (Фиг. 1).;
I АРд j,jj - изменение давления пара в общей паровой магистрали 4 (Фиг. 1); I АРф J и АРФ2- изменения давления топлива перед форсунками 12 к 25
(Фиг. 1), соответственно, для первой и второй котельных установок; I ABj и АВ2 - изменения расходов топлива, поступающих в топки первой и
второй котельных установок; I АШд J , АШд 2 5   изменения выработки пара, соответственно,
первой котельной установкой, второй котельной установкой и суммарной выработки пара этими котельными установками, т.е.
Ашд Атд,1+Атд.2;
8 j - сигнал рассогласования между сигналами текущего значения давления
пара (Рд) в общей паровой магистрали 4 (Фиг.1) и заданным значением давления пара ( Р „ ) в этой магистрали;
8 2 - сигнал рассогласования между сигналами текущих значений выработки пара первой и второй котельными установками (Шц и ihj, 2) и заданным значением разности выработки пара этими котельными установками (т ) в  паровую магистраль 4 (Фиг. 1), т.е.
2 riln.l. -П1„2.-АПО
Система работает следующим образом.
В паропроизводящие котельные установки 1 и 5 (Фиг.1. ) по воздуховодам 17 и 30 подается воздух от дутьевых вентиляторов 16 и 29, расход воздуха изменяется за счет регулирующих органов 15 и 28, например, входных направляющих аппаратов дутьевых вентиляторов 16 и 29, которые управляются исполнительными механизмами 14 и 27 по сигналам от регуляторов 9 и 23.
В регулятор 9 заводятся сигналы от датчика 10 давления пара в общей паровой магистрали 4, датчика 13 давления воздуха на входе в топку первой котельной установки 1, датчика 11 давления топлива на входе в форсунку 12, где сигнал текущего значения давления пара от датчика 10 сравнивается с заданным значением давления пара в общей паровой магистрали 4, введенным задающим устройством 21. В зависимости от стенала рассогласования (Фиг. 2.) 8j происходит изменение положения регулируюЩР1Х органов 15 и 19, тем самым изменяются расходы топлива и воздуха в топку первой котельной установки I для обеспечения постоянного давления пара в
магистрали 4.
В регулятор 23 заводятся сигналы от датчика 26 давления воздуха на входе в топку второй котельной установки 5 , датчика 24 давления топлива на входе в форсунку 25, от датчиков 34 и 35 , сигналы от которых пропорциональны выработкам пара, соответственно, от первой котельной установки 1 и второй котельной установки 5. Сигналы текущих значений от датчиков 34 и 35 сравниваются с заданным соотношением выработки пара котельными установками 1 и 5. В зависимости от
сигнала рассогласования (Фиг.2.) 82 происходит изменение положения регулирующих органов 28 и 32, т. е. обеспечивается соотношение МпЛ  .2 +
Таким образом, первая котельная установка 1, например, имеющая лучший КПД и выполняющая роль ведущей котельной установки, обеспечивает поддержание постоянного давления пара в магистрали 4, а вторая котельная установка 5, вьшолняющая роль ведомой котельной установки, подстраиваясь под выработку пара первой котельной установкой 1 (ih j) в соответствии с заданным режимом - (Шд ),
обеспечивает необходимую выработку пара (ihp2) Для получения соотношения :
Шп.1 П1п.2+П1по
По требуемой точности поддержания давления пара в магистрали 4, вырабатьгеаемого котельными установками 1 и 5 (Фиг. 1), фактическому техническому состоянию котельных установок 1 и 5 (реальные КПД их), необходимым запасам УСТОЙЧР1ВОСТИ и быстродействию системы, определяются параметры передаточных функций Wj(p) и W2(p) (фиг.2), в основном это параметры регуляторов 9 и 23 (Фиг1). Контуры 37 и 38 регулирования уровня воды в барабанах 2 н 6 (Фиг.1)
обеспечивают поддержание уровней постоянным, т.к. регуляторы 39 и 40 по рассогласованию сигналов отдатчиков 41 и 42, измеряющих уровень воды, и заданных значений уровня воды в барабанах 2 и 6, задающими устройствами 49 и 50 в барабанах 2 и 6, вырабатывают управляющие сигналы, подаваемые на исполнительные механизмы 43 и 44, связанные с органами 45 и 46 регулирования питательной воды. Питательная вода по магистралям 47 и 48 подается в барабаны 2 и 6, регулирующие органы 45 и 46 изменяют расходы питательной воды, увеличивая или уменьшая его до тех пор, пока рассогласование текущих значений уровней воды в барабанах 2 и 6 не сравняется с заданными значениями от задающих устройств 49 и 50.
Контуры 51 и 52 (Фиг.1) обеспечивают поддержание постоянного разрежения в топках котельных установок 1 и 5. Датчики 55 и 56 разрежения в топках котельных установок 1 и 5, соответственно, измеряют текущие значения разрежения и подают срп-налы в регуляторы 53 и 54, где эти сигналы сравниваются с заданными значениями разрежения, по рассогласованию этих сигналов с заданными, регуляторы 53 и 54, соответственно, вырабатывают управляющие сигналы на исполнительные механизмы 57 и 58, которые соединены с регулирующими органами 59 и 60 - входными направляющими аппаратами дымососов 61 и 62, установленных в дымоходах 63 и 64 отвода газов из топок котельных установок 1 и 5. Регулирующие органы 59 и 60, увеличивая или уменьшая расход газов через дымососы 61 и 62, обеспечивают его изменение до тех пор, пока рассогласования текущих значений разрежений не сравняются с заданными, которые устанавливаются задающими устройствами 65 и 66.
Предлагаемая синхронизированная система автоматического регулирования котельных установок, работающих на общую магистраль теплоносителя, позволяет, по сравнению с известными системами , оптимизировать соотношения расходов топлива и воздуха независимо от режима потребления пара, при этом давление пара в общей
магистрали поддерживается с высокой точностью, оптимально загружать котельные установки с учетом их реальных КПД, и при этом свести до минимума затраты на создание этих систем.
Подбором параметров регуляторов и исполнительных механизмов контуров регулирования расхода топлива, воздуха и их соотношения можно обеспечить необходимые динамические свойства системы в целом или по отдельной котельной установке при работе котельных установок, например, с «рваным режимом потребления теплоносителя - пара. Генеральный днректор ТОО ИЦ «Тензор  / l //if  Мирошников В,И. ъ