Отчет по практике в ТЭЦ-1 Волжский

-   динамические свойства  изучаемого объекта неизменны  во времени.

 Справедливость второго  и третьего предположений может  быть проверена при экспериментальном  исследовании динамики объекта. Все реальные технологические  аппараты и установки являются системами с распределенными в пространстве параметрами, поэтому первое предположение есть идеализация свойств объекта,   или,   точнее, упрощение поставленной задачи.  Влияние распределенности параметров в некоторых случаях учитывается введением элемента задержки при аппроксимации переходного процесса решением дифференциального уравнения в обыкновенных производных.

Процесс экспериментального изучения динамических свойств технологического объекта можно разделить на три основные этапа: подготовку и планирование экспериментов; проведение опытов; обработку результатов исследований.  Работа по подготовке эксперимента начинается с изучения конструкции и режимов эксплуатации теплоэнергетического объекта, выбора основных выходных  и  входных  координат.

Так как экспериментальное исследование динамики проводится по каждому из каналов  «расход газовоздушной смеси – содержание кислорода левой полутопки» и «расход газовоздушной смеси – содержание кислорода левой правой полутопки» (X1 – Y8), «положение направляющих аппаратов ДВ –расход воздуха левого и правого воздуховода» при стабилизированных значениях остальных входных воздействий, то общая структурная схема может быть преобразована в схему объекта с одним входом и одним выходом.

Классическим   экспериментом  по  идентификации  линейного  объекта  управления  является  подача  по  интересующему  каналу  единичного  ступенчатого  воздействия  и  регистрация  значений  изменяющегося  выходного  сигнала.  Полученную  таким  образом  экспериментальную  переходную  характеристику  называют  кривой  разгона.  В  этом  случае  задача  поиска  передаточной  функции  объекта  управления  сводится  к  аппроксимации  кривой  разгона  некоторой  аналитической  переходной  характеристикой,  соответствующей  по  тем  или  иным  соображениям динамике  исследуемого  объекта.  В  качестве  критерия  выбора  предполагаемой  аналитической  переходной  характеристики  могут  выступать  «сходство»  ее  графика  с  кривой,  соединяющей  экспериментальные  точки,  сведения  о  качественном  характере  протекающих  в  объекте  процессов,  рекомендации  литературных  источников  и  так далее. 

В  настоящее  время  при  расчете  настроек регуляторов локальных систем широко используются  достаточно  простые  динамические  модели  промышленных объектов управления. В частности, использование моделей инерционных звеньев первого,  второго  и третьего порядка с запаздыванием для расчета настроек  регуляторов обеспечивает  в  большинстве  случаев  качественную  работу реальной системы управления. 

Вид переходной характеристики (кривой разгона) задается чаще всего одним из трех видов передаточной функции объекта управления:

-    в виде передаточной  функции инерционного звена первого  порядка:

                               ,                                         (3.1)

-    в  виде передаточной функции инерционного звена второго  порядка:

                                     ,                     (3.2) 

где  k, T, τ – коэффициент  усиления,  постоянные времени  и  время  

запаздывания объекта соответственно.       

На   рисунках 3.1 – 3.5 приведены  снятые переходные характеристики         по  каналам  X1 – Y8, положение НА – Y1

 

Рисунок 3.1 - Кривая  разгона   по   каналу   Х1-Y8 (левой полутопки при возмущении расходом воздуха)

Рисунок 3.2 - Кривая  разгона   по   каналу   Х1-Y8 (правой полутопки при возмущении расходом воздуха)        

 

Рисунок 3.3 –Кривая разгона по каналу НА-Y1(левой полутопки)

Рисунок 3.4 –Кривая разгона по каналу положение НА-Y1(правой полутопки)

Рисунок 3.5 –Кривая разгона по каналу положение Х1-Y1(левой полутопки при возмущении расходом газа)

Рисунок 3.6 –Кривая разгона по каналу положение Х1-Y1(правой полутопки при возмущении расходом газа)

 

Аппроксимированная кривая была получена путём минимизации среднеквадратического отклонения экспериментальной кривой от теоретической, для чего были получены аппроксимирующие зависимости для каждого канала объекта. Значение транспортного запаздывания каналов в аппроксимации не задействовано, а определялось как время прошедшее с момента пробного возмущения до начала изменения показания величины исследуемого параметра канала. Поэтому кривая разгона аппроксимируется с момента времени снятия разгонной характеристики за вычетом времени запаздывания.

Например, для канала X1 – Y8, описываемого в  виде   передаточной функции инерционного звена второго порядка без учета запаздывания, которое записывается в виде:

                                     ,                               (3.3)

 

Выражение для аппроксимированной кривой задается по нижеследующей формуле:

    ,                (3.4)

где  f(t,k,T1,T2) – аппроксимирующая зависимость;

      t – время  снятия экспериментальных точек  процесса разгона;

      k, T1, T2 –  искомые параметры аппроксимирующей  зависимости;

 

Данная функция получается путем решения дифференциального уравнения 2-го порядка (2.5) при единичном входном воздействии или путем обратного преобразования Лапласа функции

           ,                    (3.5)

Параметры аппроксимирующей зависимости (2.4) ищутся путем минимизации суммы квадратов экспериментальной зависимости от аппроксимирующей формулы:

,                        (3.6)

где  min(kоб,T1,T2) – минимизируемая функция;

      T – моменты  времени вычисления суммы квадратов;

O21,O2i – начальное и i-e значение экспериментальной кривой;  

 

 

Результаты активного эксперимента, полученные аппроксимацией кривых разгона  с учетом транспортного запаздывания соответствующих каналов, сведены в таблицу 1.

 

 

 Таблица 1 – Результаты активного эксперимента

Передаточная функция по каналу	Вид передаточной функции
W18(воздух слева)
W18(воздух справа)
WНА-Gвоздух слева
WНА-Gвоздух справа
W18(газ слева)
W18(газ справа)

 

 

Обработка данных активного эксперимента  была  проведена  с   помощью  программного  пакета   MathCad.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Разработка алгоритма управления

 

Типовые алгоритмы управления направлены в большинстве случаев на поддержание технологических параметров и не направлены на увеличение КПД котельного агрегата. Поэтому основной задачей данного проекта является разработка алгоритма управления на основе оптимального коэффициента избытка воздуха.

Эффективность использования топлива в паровом котле определяется тремя основными факторами:

-    полнотой сгорания  топлива в топочной камере;

- глубиной охлаждения  продуктов сгорания при  прохождении  поверхностей нагрева;

- снижением сопутствующих  процессу горения потерь теплоты в окружающую среду.

Анализ причинно-следственных связей в котельном агрегате позволил выделить три основных входных параметра, которые оказывают существенное влияние на процесс горения, а следовательно, и на коэффициент полезного действия котельного агрегата. Ими являются расход воздуха, расход газа на котел и паровая нагрузка котла.   

В рамках данного дипломного проекта разработана система регулирования содержания кислорода в уходящих газах.

Регулятор предназначен для обеспечения экономичности процесса горения при сжигании газа и мазута раздельно и совместно путем динамического и статического согласования расхода воздуха, подаваемого в топку котла, с расходом топлива. Он выполняет также защитные функции, обеспечивая поддержание давления воздуха перед горелками в период их включения (отключения) на уровне, исключающем возможность химнедожога и срыва факела.

Задача регулирования экономичности состоит в поддержании максимального значения К.П.Д. котла или сведения к минимуму тепловых потерь, сопровождающих процесс сжигания топлива и передачи выделившегося тепла воде и пару. Косвенным способом оценки экономичности процесса горения является анализ состава топочных газов, покидающих топку. На основе зависимости К.П.Д. и суммарных потерь от избытка воздуха, определяемой при режимных испытаниях индивидуально для каждого котла, стремятся поддерживать коэффициент избытка воздуха, при котором К.П.Д. котла максимальный, а суммарные потери минимальные. Значение избытка воздуха оценивается по содержанию свободного кислорода в газах, покидающих топочную камеру.

Оптимальные значения О2 при различных нагрузках котла и сжигании газа и мазута раздельно или совместно приведены в режимных картах котла.

Структурная схема регулятора, используемая ранее, представлена на рисунке 4.1.

 

Fт – расход топлива; Fв – расход воздуха; О2 – концентрация  кислорода в уходящих газах; О2зд  – требуема концентрация кислорода; РВ – регулятор воздуха; ДВ  – дутьевые вентиляторы; ТК –  топка котла; РК –регулятор кислорода

Рисунок 4.1 - Структурная схема регулятора кислорода.

 

Регулятор построен по каскадному принципу. Внутренний контур, реализующий ПИ - закон регулирования, обеспечивает поддержание соотношения «кислород – воздух», воздействуя по схеме параллельной синхронизации на направляющие аппараты двух дутьевых вентиляторов (ДВ-А, ДВ-Б).

Внешний контур, реализующий ПИ закон, ориентирован на поддержание заданной концентрации кислорода в уходящих газах и имеет большую инерционность в сравнении с внутренним контуром. Но в данной схеме есть определенный недостаток. В связи с большой инерционностью внешнего контура возмущения, вносимые в котельный агрегат другими входным параметрами компенсируются через длительное время. Основываясь на возникшей проблеме, на рисунке 4.2 приведена структурная схема регулятора кислорода с компенсацией возмущения по основному технологическому параметру –расходу газа, разработанная в рамках данного дипломного проекта.

Fт – расход топлива; Fв – расход воздуха; О2 – концентрация  кислорода в уходящих газах; О2зд  – требуема концентрация кислорода; БК – блок компенсации возмущения; РВ – регулятор воздуха; ДВ  – дутьевые вентиляторы; ТК –  топка котла; РК –регулятор кислорода

Рисунок 4.2 - Структурная схема регулятора кислорода.

 

Для исключения недожога топлива при нагружении котла в регулятор соотношения “кислород-воздух” вводится также скоростной сигнал по заданному расходу топлива на котел и БК работает в режиме динамического регулятора соотношения. Блок компенсации позволяет внутреннему контуру «отработать» изменение нагрузки на котел быстрее, чем данное изменение сможет отследить регулятор кислорода.

Для корректировки соотношения “топливо-воздух” в небольших пределах используется сигнал от интегрирующего задатчика ИНЗ, который управляется кнопками “Б” и “М” БРУ-42 в положении “Дистанционно” корректирующего регулятора. Суммарный сигнал задания на регулятор соотношения “топливо-воздух” проходит через блок ограничения сигнала снизу, позволяющего исключить снижение расхода воздуха на котел ниже минимально допустимого уровня.

Регулятор по содержанию кислорода в дымовых газах реализует ПИ-закон регулирования. Зависимость содержания кислорода в дымовых газах реализуется для режима работы котла на мазуте, газе и совместном сжигании газа и мазута. В режимах совместного сжигания топлива при отклонении от заданной по режимной карте тепловой нагрузки горелок экономичность процесса горения снижается. В этих случаях необходимо, воздействуя на ручной задатчик регулятора воздуха, подкорректировать избыток воздуха.

Воздействие корректирующего регулятора отключается при полном открытии обоих направляющих аппаратов дутьевых вентиляторов их концевыми выключателями КВБ-А, КВБ-Б и при понижении давления воздуха перед горелками до уставки 30 кПа.

Для исключения недожога топлива в существенно переменном режиме, связанное с включением (отключением) горелок, на регуляторе соотношения “топливо-воздух” вводится запрет алгоритмом понижение давления воздуха перед горелками ниже уставки 30 кПа.

В случае работы одного дутьевого вентилятора схема обеспечивает передачу воздействия регулятора на направляющий аппарат работающего вентилятора. Подключение воздействия регулятора осуществляется по командам оператора с помощью ключей управления, одновременно в этом режиме осуществляется автоподстройка коэффициента усиления регулятора Кров.

При переводе регулятора общего воздуха ключами управления в режим дистанционного управления он автоматически переводится в режим статической автобалансировки. При переводе корректирующего регулятора в режим дистанционного управления (с помощью БРУ-42 коррекции О2) он автоматически переводится в режим динамической автобалансировки.

В случае превышения уставки сигналом рассогласования e регулятор общего воздуха автоматически переводится в режим дистанционного управления, автобалансируется, а на панели сигнализации загорается табло “Неисправность в САР горения”. Включение регулятора в работу после исчезновения неисправности производится оператором с предварительным переводом ключей управления регулятора в положение “Дистанции” на 3-4с.

Так же уникальность данной схемы состоит в том, что регулировать мы будем каждую полутопку, как отдельный объект. Это связано с различием передаточных функций левой и правой полутопок. Рассмотрение каждой полутопки в отдельности позволить нам качественно улучшить качество регулирования. Это можно подтвердить по опытным данным, полученным в результате снятия кривых разгона, анализ которых свидетельствует о существенной разнице передаточных функций каждой полутопки. Главное нужно будет перекрыть подачу воздуха через выравнивающие шибера.