УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЭНТАЛЬПИИ В ПРОМЕЖУТОЧНОМ СЕЧЕНИИ ПАРОВОГО УЧАСТКА ПАРОВОДЯНОГО ТРАКТА ПРЯМОТОЧНОГО КОТЛА ПЕРЕД ПЕРВЫМ РЕГУЛИРУЕМЫМ ВПРЫСКОМ И СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭНТАЛЬПИИ В ЭТОМ СЕЧЕНИИ Российский патент 2006 года по МПК F22B1/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах регулирования прямоточных паровых котлов.

Одной из основных задач регулирования прямоточных котлов является поддержание заданного значения энтальпии пара в промежуточном сечении парового участка пароводяного тракта перед первым по ходу пара регулируемым впрыском охлаждающей воды. От величины энтальпии в этом сечении тракта в конечном итоге зависит температура пара перед турбиной. Температура пара в сечении тракта перед первым впрыском, несмотря на то, что по сравнению с энтальпией температура является легко измеряемой величиной, не может служить в качестве регулируемого параметра, в особенности на прямоточных котлах с закритическими параметрами пара. Дело в том, что в таких котлах рабочая среда перед первым впрыском находится в окрестностях зоны максимальной теплоемкости (ЗМТ), где температура пара слабо реагирует на отклонения энтальпии.

Информационный поиск показал известность способа определения энтальпии водяного пара в промежуточном сечении парового участка пароводяного тракта прямоточного котла перед первым регулируемым впрыском охлаждающей воды, предусматривающего измерение в указанном сечении температуры и давления пара с последующим определением по полученным данным искомого значения энтальпии [1]. Однако используемая в [1] формула для расчета энтальпии по значениям температуры и давления весьма сложна и в области ЗМТ дает значительные погрешности, не говоря уже о сложности ее реализации для оперативного (т.е. в темпе реального времени) определения энтальпии пара. В докритической области приведенная в [1] формула дает ошибки в несколько десятков процентов при близости температуры пара к линии насыщения. Из источников информации не выявлено устройство, которое могло бы быть выбрано в качестве прототипа первого из заявленных объектов.

Достигаемым результатом изобретения является создание устройства, обеспечивающего возможность оперативного и точного определения энтальпии для использования этого параметра в качестве регулируемого в системах регулирования прямоточных котлов.

Указанный результат обеспечивается тем, что предложено устройство для измерения энтальпии в промежуточном сечении парового участка пароводяного тракта прямоточного котла перед первым регулируемым впрыском охлаждающей воды, содержащее датчик давления ρ_пром и определитель удельного объема v_пром пара в указанном промежуточном сечении, а также преобразователь выходных сигналов указанных датчика и определителя в сигнал, пропорциональный энтальпии пара в том же сечении, причем указанный преобразователь выполнен в виде функционального блока, реализующего функцию h_пром=f(ρv)_пром по одной из формул:

Определитель удельного объема v_пром согласно изобретению может быть выполнен в виде функционального блока, реализующего функцию v_пром=f[(Δρ)_пром, (Δρ)_пв] по одной из формул:

или

k_пв и k_пром - постоянные коэффициенты,

(Δρ)_пром, и (Δρ)_пв - перепады давления на измерительных дроссельных шайбах, установленных на пароводяном тракте в промежуточном сечении парового участка и на водяном участке указанного тракта,

t_пв - температура питательной воды,

(t_пв)_расч - расчетное значение температуры питательной воды,

- коэффициент влияния t_пв на v_пв.

V_пв - удельный объем питательной воды,

(V_пв)_расч - расчетное значение удельного объема питательной воды.

В формулах (1)-(4) использованы следующие размерности:

h_пром [к.кал/кг], ρ [кг/см²], v [м³/кг], t_пв [°C], α [1/°C].

Приведенные выше математические формулы (1)-(4) относятся к установившемуся режиму работы котла. Для прямоточных котлов основными возмущающими воздействиями, влияющими на энтальпию при переходных режимах, являются изменения расхода питательной воды и расхода топлива в топку. Можно показать, что для случая переходных режимов работы прямоточного котла изменение энтальпии h_пром, определяемой предлагаемым устройством, будет происходить с опережением по отношению к фактическому изменению энтальпии, что особенно полезно при использовании этого сигнала в схемах автоматического регулирования.

Известна система регулирования энтальпии в промежуточном сечении парового участка пароводяного тракта прямоточного котла, содержащая датчик давления, формирователь сигналов видимого расхода пара в промежуточном сечении и расхода питательной воды, регуляторы питания и топлива, а также формирователь сигналов управляющих воздействий указанных регуляторов [2]. В этой системе используется сигнал по так называемому "промежуточному теплу", представляющий собой сумму сигналов по "видимому" (по показаниям паромера) расходу пара и по скорости изменения давления пара, формируемой дифференциатором (скоростной сигнал применяется для компенсации отклонений расхода пара в промежуточном сечении тракта, связанных с изменением аккумулированного в тракте тепла при внешних возмущениях). Однако такой сигнал не является достаточно представительным для обеспечения высокого качества регулирования, так как не достаточно точно отражает энтальпию в качестве регулируемой величины.

Достигаемым результатом изобретения является повышение точности регулирования.

Указанный результат обеспечивается тем, что система регулирования энтальпии в промежуточном сечении парового участка пароводяного тракта прямоточного котла, содержащая датчик давления, формирователь сигналов видимого расхода пара в промежуточном сечении парового участка тракта и расхода питательной воды, регуляторы питания и топлива, а также формирователь сигналов управляющих воздействий указанных регуляторов, согласно изобретению дополнительно содержит устройство для определения энтальпии в промежуточном сечении парового участка тракта, причем ко входам формирователя сигналов управляющих воздействий подключены выходы формирователя сигналов видимого расхода пара в промежуточном сечении парового участка тракта и расхода питательной воды, а также выходы указанного устройства для определения энтальпии.

На чертеже приведена принципиальная схема системы регулирования энтальпии в промежуточном сечении парового участка пароводяного тракта прямоточного котла с использованием устройства для определения энтальпии согласно изобретению.

Пароводяной тракт прямоточного котла имеет водяной участок между регулирующим питательным клапаном (РПК) 1 и испарительными поверхностями 2, а также паровой участок с пароперегревателем 3 первой ступени и первым регулируемым впрыскивающим пароохладителем (РВП) 4. Система регулирования энтальпии в промежуточном сечении парового тракта прямоточного котла (на паровом участке между испарительными поверхностями 3 и первым РВП 4) содержит датчик 5 давления, датчик 6 температуры питательной воды, формирователь 7 сигналов видимого расхода пара в промежуточном сечении и расхода питательной воды, преобразователь (функциональный блок) 8 для определения энтальпии h_пром с подключенным к нему определителем удельного объема, выполненным в виде функционального блока 8.1, вычисляющего V_пром по одной из формул (3) или (4) на основании измеряемых текущих значений (Δρ)_пром, (Δρ)_пв и принятых расчетных значений (t_пв)_расч и (V_пв)_расч. Система регулирования содержит также регуляторы 9 и 10, подключенные соответственно к РПК 1 и регулирующему топливному клапану (РТК) 11, и формирователь 12 сигнала управляющего воздействия регуляторов 9,10 питания и топлива, причем ко входам формирователя 12 сигналов управляющего воздействия подключены выходы формирователя 7 сигналов F_вид расхода пара в промежуточном сечении и расхода питательной воды, а также выход блока 8 для определения энтальпии h_пром. К одному из входов формирователя 7 сигнала F_вид видимого расхода пара подключен дифференциатор 13 для введения скоростного сигнала dp/dτ по давлению перегретого пара. На водяном и паровом участках тракта установлены измерительные шайбы соответственно 14, 15 расходомеров соответственно 16, 17.

Система регулирования энтальпии согласно изобретению работает следующим образом.

Сигнал по расходу пара от расходомера 17 и сигнал по расходу питательной воды от расходомера 16 поступают на входы формирователя 7 сигналов видимого расхода пара в промежуточном сечении и расхода питательной воды. При этом дополнительно на один из входов формирователя 7 подается сигнал dp/dτ скоростной коррекции по давлению ρ, формируемый в дифференциаторе 13. На входы преобразователя 8 кроме сигналов F_пв, F_п от расходомеров 16 и 17 поступает сигнал ρ от датчика 5 давления пара в промежуточном сечении перед впрыскивающим пароохладителем 4, а также сигнал t_пв от датчика 6 температуры питательной воды и сигнал V_пром от функционального блока 8.1 (определителя удельного объема). Выходные сигналы из формирователя 7 и устройства 8 поступают на входы формирователя 12 сигналов управляющего воздействия регуляторов 9 и 10 подачи соответственно топлива и питательной воды в котел. Функциональный блок 8.1 вычисляет текущее значение V_пром по одной из формул (3) или (4), дающих идентичный результат. Формула (4) применяется, если расходомеры 16, 17 оборудованы средством извлечения квадратного корня из (Δρ)_пром и (Δρ)_пв. В противном случае применяется формула (3). Формулы (1) и (2) аппроксимируют зависимость h_пром от (ρV)_пром, построенную по Таблицам теплотехнических свойств воды и водяного пара в диапазоне h_пром=645÷840 ккал/кг и ρ_пром=140÷280 кг/см². Обе формулы дают практически одинаковый результат (расхождение не превышает 0,6%). Формулой (1) удобнее пользоваться, если расход питательной воды определяется по показаниям расходомеров 16, 17, измеряющим перепад давлений на дроссельных шайбах 14, 15 без извлечения квадратного корня, а формулой (2) - с извлечением квадратного корня.

В результате существенного повышения точности определения энтальпии в промежуточном сечении парового участка пароводяного тракта прямоточного котла изобретение позволяет значительно улучшить качество регулирования температуры пара перед паровой турбиной.

Источники информации

1. Типовой алгоритм по расчету технико-экономических показателей конденсационных энергоблоков мощностью 300, 500, 800 и 1200 МВт. Часть первая. - Главное техническое управление Министерства энергетики и электрификации СССР, СПО "ОРГРЭС". Москва. 1991, с.45-46.

2. Схемы автоматического регулирования топлива и питания отечественных прямоточных котлов - Минэнерго СССР. Главное техническое управление по эксплуатации энергосистем. ОРГРЭС. "ЭНЕРГИЯ". М., 1972, с.21-31, рис.7.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах регулирования прямоточных паровых котлов для поддержания заданного значения энтальпии пара в промежуточном сечении парового участка пароводяного тракта перед первым по ходу пара регулируемым впрыском охлаждающей воды. Обычно используемая в качестве одной из измеряемых величин для определения энтальпии температура применительно к решению данной задачи не обеспечивает достаточной точности результата из-за слабой зависимости энтальпии от температуры в зоне максимальной теплоемкости. Согласно изобретению устройство содержит функциональные блоки, осуществляющие определение энтальпии на основе величин давления и удельного объема пара, определяемого в свою очередь по перепадам давлений на дроссельных шайбах (сужающих устройствах), установленных на водяном и паровом участках пароводяного тракта котла. Система регулирования энтальпии в указанном сечении прямоточного котла согласно изобретению содержит функциональные блоки для формирования сигнала управляющего воздействия регуляторов питательной воды и топлива по сигналам видимого расхода пара и воды, а также по сигналу энтальпии от устройства ее определения согласно изобретению. Такое выполнение устройства и системы позволит повысить оперативность и точность определения энтальпии, а также точность ее регулирования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для измерения энтальпии в промежуточном сечении парового участка пароводяного тракта прямоточного котла перед первым регулируемым впрыском охлаждающей воды, характеризующееся тем, что оно содержит датчик давления ρ_пром и определитель удельного объема v_пром пара в указанном промежуточном сечении, а также преобразователь выходных сигналов указанных датчика и определителя в сигнал, пропорциональный энтальпии пара в том же сечении, причем указанный преобразователь выполнен в виде функционального блока, реализующего функцию h_пром=f(ρv)_пром по одной из формул

или

или

, где

k_пв и k_пром - постоянные коэффициенты;

(Δρ)_пром и (Δρ)_пв - перепады давления на измерительных дроссельных шайбах, установленных на пароводяном тракте в промежуточном сечении парового участка и на водяном участке указанного тракта;

t_пв - температура питательной воды;

(t_пв)_расч - расчетное значение температуры питательной воды;

- коэффициент влияния t_пв на v_пв;

v_пв - удельный объем питательной воды;

(v_пв)_расч - расчетное значение удельного объема питательной воды.