Система автоматического регулирования подачи топлива для прямоточного парогенератора Советский патент 1986 года по МПК F23N1/00 

1

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для регулирования подачи топлива в прямоточный парогенератор.

Цель изобретения - повышение качества процесса регулирования подачи топлива путем повьшения чувствительности системы при отклонениях положения зоны максимальной теплоемкости (ЗМТ) от расчетного.

На фиг. 1 изображена структурная схема системы автоматического регулирования подачи топлива для прямоточного парогенератора; на фиг. 2 - структурная схема блока выборки датчика температуры; на фиг. 3 - кривые распределения теплоемкостей по потокам относительно установленных в этих потоках датчиков температур и давлений; на фиг. 4 - графики построения границ ЗМТ в координатах: давление Р - температура Q для реального парогенератора.

Водопаровой тракт парогенератора (фиг. J) имеет параллельные потоки 1 и 2. Система автоматического регулирования подачи топлива для прямоточного парогенератора содержит датчики 3 и 4 расхода питательной воды, поступающей в каждый из потоков, датчики 5-1, 5-2, ...J 5-п температуры среды (воды или пара) в первом потоке и размещенные в тех же точках датчики 6-1, 6-2, ..., 6-п давления рабочей среды, датчики 7-1, 7-2, ..., 7-п температуры среды во втором потоке и размещенные в тех же точках датчики 8-1, 8-2, ..., 8-п давления рабочей среды, блок 9 умножения, к входу которого подключены датчики 3 и 4 а выход - к входам блока 10 деления, блок 11 нелинейных преобразований, включенный на выходе блока 10, присоединен к первому входу стабилизирующего регулятора 12, ко второму входу которого подключен блок 13 переключения, с помощью которого к этому входу регулятора 12 подключаются либо задатчик 14, либо выход корректирующего регулятора 15. Первый сумматор 16 сигналов по температуре перед ЗМТ подключен на третий вход регулятора 12. Корректирующий регулятор имеет два входа: первьй вход - от второго сумматора 17 - усредненньй сигнал по температуре после ЗМТ, и второй вход - от источника 18 задающего сигнала, а третий

492682

сумматор 19 подключен на вход блока 10 деления.

Выход регулятора 12 подсоединен к переключателю 20, с помощью кото5 рого осуществляется переключение регулятора 12 либо на управление регулирующим органом 21 растопочного топлива либо блоком 22 управления станцией бесступенчатого регулирования.

10 К входам третьего сумматора 19 подключены датчики 23 перепадов давления в фиксированных точках обоих потоков водопарового тракта парогенератора. Блок 24 выборки датчика тем)5 пературы перед ЗМТ в первом потоке и блок 25 выборки датчика температуры перед ЗМТ во втором потоке водопарового тракта своими выходами подключены к первому сумматору 16, а

20 блок 26 выборки датчика температуры после ЗМТ в первом потоке и блок 27 выборки датчика температуры после ЗМТ во втором потоке водопарового тракта своими выходами подключены к второму

25 сумматору 17. Блоки 24 и 26 соединены между собой с целью взаимного контроля работы этих блоков при выборке датчиков температуры перед и после ЗМТ в первом потоке, аналогично сое30 динены блоки 25 и 27.

Блок выборки датчика температуры аппаратурно одинаков для каядого из блоков 24 - 27 (фиг. 2).

Датчики температур 5-1, 5-2, ..., 5-п, размещенные вдоль первого потока, подключены к модулям 28, входящим в состав блоков 24 и 26 выборки, а датчики давления 6-1, 6-2,...,6-гг - к модулям 29, входящим в состав тех же блоков 24 и 26. Датчики температур и давлений рабочей среды, размещенные вдоль второго потока,подключены: датчики 7-1, 7-2, ..., 7-п температуры - к модулям 28, входящим в состав блоков 25 и 27 выборки датчиков температуры, а датчики 8-1, 8-2,..., 8-п давления к модулям 29, входящим в состав тех же блоков 25 и 27 выборки.

Модули 28 и 29, являющиеся преобразователями входных сигналов напряжения постоянного тока в двоичньй код, своими выходами подсоединены к интерфейсу 30, представляющему со55 бой устройство установления связей между отдельными модулями. Двоичные коды сигналов от датчиков обрабатываются Б модуле 31 центрального про35

40

45

.1

цессора, которьй осуществляет выполнение команд, обращенных к модулям памяти, формирование и выдачу в интерфейс 30 сигналов, используемых другими модулями, а также в моду- ле 32, который предназначен для соблюдения правильной последовательности опроса датчиков и обработки аварийных ситуаций в системе электропитания.

К интерфейсу 30 подключены модуль 33 оперативной памяти, предназначенный для приема, хранения и выдачи оперативной информации в виде машинных кодов (команд или чисел), модуль 34 постоянной памяти, предназначенный для хранения уставок (заданных значений параметров) и постоянных коэффициентов уравнений, решаемых блоком выборки в целом, причем модули 33 и 34 являются управляемыми устройствами по отношению к модулю 31 процессора, модуль 35 таймера, также подключенный к интерфейсу 30, предназначен для отсчета задаваемых машинной программой интервалов времени.

Модуль 36 вывода аналоговых сигналов предназначен для преобразовани двоичного Машинного кода, поступающего от интерфейса 30, в постоянный ток, имеющий величину 0-5 мА, пропорциональную сигналу того датчика температуры, который по машинной программе выборки оказался ближайшим к ЗМТ. Для блока 24 выборки датчика температуры в первом потоке (фиг.1), как и для блока 25 выборки датчика температуры во втором потоке водопа- рового тракта парогенератора выход модуля 36 подключен к входу первого сумматора 16, который вьщает сигнал среднего значения температуры среды перед ЗМТ, а для блоков выборки 26 и 27 выход модуля 36 подключен к вхо ду второго сумматора 17, формирующего усредненный сигнал по температуре среды после ЗМТ. Выходы модулей связи 37, 37-1, 37-2, предназначенных для сопряжения между собой системных интерфейсов 30 двух блоков выборки, соединены у блока выборки 24 с аналогичным модулем 37 блока выборки 26 а у блока выборки 25 - с аналогичным модулем 37 блока выборки 27, выходы модулей связи 37-1, предназначенных для сопряжения системного интерфейса 30 данного блока выборки с внеш

5 О

5 0 5

0

2684

ней памятью, соединены с соотв-етст- вующим устройством внешней памяти, например с гибким диском.

Кривая 38 (фиг. 1) показывает изменение изоСарной теплоемкости Ср рабочей среды вдоль потока 1, а кривая 39 - вдоль потока 2 водопарового тракта парогенератора. Зоны максимальных теплоемкостей (ЗМТ) заключены между точками а и кривой 38 и между точками Ь и г кривой 39, эти точки - точки пересечения кривых Ср с линиями Сропрр , где Ср - заданное значение, которое вводится в каж- .дьй из блоков выборки как постоянная величина.

Точка 40, обозначающая вершину кривой 38, является границей между водой и перегретым паром в первом потоке, точка 41 - во втором потоке. При циклическом опросе всех датчиков 5. и 6, 7 и 8, размещенных вдоль первого (второго) потока, блоки 24 и 26 (25 и 27) производят выборку двух датчиков температуры, один из которых окажется ближайшим к ЗМТ слева, т.е. в области жидкой фазы рабо- ;чей среды (воды), а другой - ближай- Iшим справа - в области перегретого пара.

В первом потоке датчиком температуры, ближайшим к ЗМГ со стороны воды, для данного момента времени является датчик 5-5, а во втором потоке - датчик 7-6. Датчиками, ближайшими после ЗМТ, будут датчики 5-9 (в первом потоке) и 7-10 (во втором потоке).

Для иллюстрации действия предлагаемого устройства (фиг. 4) показано построение границ ЗМТ в координатах давление Р - температура Q рабочей среды для реального прямоточного парогенератора сверхкритического дав- . ления. Ломаная 42 показывает ход изменения температуры рабочей среды при ее движении (по стрелке на ломаной 4-2) для постоянной нагрузки парогенератора, внутри труб первой поверхности нагрева - участок 42-1, далее через впрыскивающий пароохладитель, в котором происходит снижение температуры, вторую поверхность нагрева - участок 42-2, через необогреваемые коллекторы - участок 42-3, третью поверхность нагрева - участок 42-4, вторые необогреваемые коллекторы и наконец через четвертую

поверхность нагрева - участок 42-5, после чего ломаная 42 обрывается. Термодинамическая прямая 43, являющаяся геометрическим местом точек максимальных теплоемкостей Срд (точка 40 или точка 41, фиг. 3), построена по известному уравнению

9п ,348СЕ -Р р ), где Qf, , Рр - температура и давление

в точках пересечения ломаной 42 с прямой 43 °С и кгс/см соответственно;вкр 374,12 С,

225,52 КГС/СМ2. Прямая 43 пересекается с ломаной 42 в точке 8, которая является точкой с максимальной теплоемкостью рабочей среды в потоке, проходящем третью поверхность нагрева - учас- ток 42-4, в которой.изменение температуры среды составляет

de „ , /

7р 2 град-см /кгс.

что в 10 раз меньше, чем в других повер-хностях нагрева. Это приводит к тому, что датчики температуры, размещенные в поверхности - участок 42или в коллекторах вблизи нее, не обеспечивают качественного процесса регулирования, если эти датчики использовать в системе автоматического регулирования подачи топлива для прямоточного парогенератора, поскольку сигналы по изменению температуры от этих датчиков оказываются либо в зоне нечувствительности, либо вблизи нее.

Поэтому алгоритм выборки датчика температуры из общего их числа осно- ван на задании пограничных кривых ЗМТ, в качестве которых изображены кривые 44 и 45 (фиг.4), построенные в координатах -§ для Ср ,5 ккал/к jt град, а также кривые 46 и 47, построенные для ,0 ккал/кг-град и являющиеся геометрическим местом точек а и S или & и ъ (фиг, 3)„

Следовательно, задание граничного

значения теплоемкости, вводимой в модуль постоянной памяти блока выборки датчика температуры, позволяет достичь требуемой точности действия выбранного датчика температуры перед или после ЗМТ.

Предлагаемая система автоматического регулирования функционирует следующим образом.

0

s 0

5

0

0 5

0

5

. Перед началом растопки прямоточного парогенератора с помощью блока 13 переключения на вход стабилизирующего регулятора 12 подан постоянный сигнал от задатчика 14, кото- рьй (сигнал) определяет стартовый расход растопочного топлива. Включены датчики температур и давлений первого потока водопарового тракта

5-1, 5-2,..., 5-п и 6-1, 6-26-п,

датчики температур и давлений второго потока 7-1,7-2, ...,7-п и 8-1, 8-2,...,8-п, блоки 9 - 11, первьй сумматор 16, датчики 23, причем выход регулятора 12 переключателем 20 подключен к регулирующему органу 21 растопочного топлива. От датчиков 3 и 4 к блоку 9 перед началом растопки па- рогенератора поступают неизменные сигналы, соответствующие расходу питательной воды, равному 30% номинального. Давление рабочей среды в потоке поддерживается закритическим на уровне 25,0 МПа (250 кгс/см), рабочая среда сбрасывается во встроенные сепараторы, а пароперегревательные участки обоих потоков отключены.

I

На фиг. 1 это иллюстрируется нумерацией датчиков температур и давлений: датчики 5-1, 5-25-п,

(а также 6-1, ..., 6-п, 7-1,..., 7-п, 8-1, ..., 8-п) размещены в потоках 1 и 2 до отвода среды к встроенным сепараторам (ВС), а в промежутках между датчиками с индексами i и j установлены встроенные в тракт парогенератора задвижки (ВЗ), разделяющие испарительный и пароперегре- вательный участки. От этих датчиков к блокам 24-27 выборки датчиков температуры перед началом растопки поступают одинаковые., сигналы, соответствующие температуре питательной воды перед растопкой (220-250 С).

С началом растопки, вскоре после розжига горелок растопочного топлива, т.е. с началом сепараторного периода растопки, температура среды в точках 5-1, 5-2, ..., 5-п и 7-1, 7-2,..., 7-п начинает увеличиваться, что вызывает в свою очередь увеличение выходных сигналов от блоков выборки, пропускающих сигналы от датчиков 5i и 71, именно сигналы от этих датчиков являются наибольшими, определяющими результат теплопоглоще- ния средой тепла, полученного при сгорании топлива, и блоки 24 - 27

выборки подключают именно датчики 51 и 71 при циклическом опросе всех датчиков температуры. Выходные сигналы от блоков выборки 24 и 25 поступают на входы первого сумматора 16 сигна- лов по температуре перед ЗМТ, а выходным сигналом блока 13 является сигнал, пропорциональный усредненной температуре перед ВЗ и в сепараторны период растопки, когда температура среды низка относительно номинального режима, а ЗМГ находится вне пределов испарительного контура. Выходные сигналы от блоков 26 и 27 выборки поступают к второму сумматору 17, но так как корректирующий регулятор 15 в сепараторном периоде отключен, сигналы от блоков 26 и 27 дублируют выходные сигналы блоков 24 и 25 а сами блоки 26 и 27 находятся в ре- жиме ожидания момента, когда величина теппоемкости, ограничивающая ЗМТ, достигнет заданного значения Срд.

Таким образом, изменение суммар- . кого сигнала, поступающего на стаби- лизирующий регулятор 12, в сепараторный период растопки определяется в основном изменением его температурной составляющей, которая представляет собой выходной сигнал от первого сумматора 16. По мере роста задающего сигнала от задатчика 14 регулятор 12 увеличивает подачу топлива, что приводит к увеличению температуры И теплоемкости рабочей среды, а по мере роста теплоемкости - к снижению абсолютного изменения температуры. Одновременно увеличивает ся удельный объем среды и чем резче изменяется перепад на участке замера к датчи- кам 23, тем резче меняется отношение перепада к квадрату расхода питательной воды, остающегося постоянным в сепараторном периоде пускового режима. Таким образом, уменьшение абсо-45 опросе выбирают сигналы от тех датчилютных отклонений температуры среды по мере ее роста компенсируется увеличением сигнала, поступающего на стабилизирующий регулятор 12 от блока 10

деления,через блок нелинейных преоб- 50 которая обеспечивает прохоядение сиграз ований.

После подключения пароперегрева- тельного участка водопароврго тракта появляются сигналы от датчиков 5j,...,5-n; 6j,,..,6n, 7j,...,7-n, 55 8j,...,8-n.

При нагружении энергоблока по электрической мощности до значений 3040% номинальной включается некоторое количество пыпепитателей, после чего с помощью переключателя 20 гфоизво- дится перевод регулятора 12 на управление блоком 22.

Когда теплоемкость рабочей среды достигнет заданного значения в области перед ЗМТ, блоки 24 и 25 выборки датчиков температуры перед ЗМГ автоматически переключаются с датчиков 5i и 71 на тот датчик температуры, который явится ближайшим перед ЗМТ, а блоки 25 и 27 выборки датчиков температуры после ЗМТ автоматически переключатся с датчиков 5i и 71 на тот датчик, которьй явится ближайшим после ЗМТ (фиг. 3).

Одновременно начинает формироваться сигнал от сумматора 17, пропорциональный среднему значению температуры после ЗМТ, а блок 13 переключения переключает управляющий сигнал с задатчика 14 на корректирующий регулятор 15 после включения источника 18 задающего сигнала.

По мере увеличения подачи топлива увеличивается и температура среды, после того, как температура после ЗЖ достигает значения, соответствующего основному режиму работы пароге- нератора, система поддерживает заданное значение температуры рабочей среды после ЗМГ путем воздействия на подачу твердого топлива через станцию бесступенчатого регулирования.

При появлении длительно действующего топочного возмущения в виде, например, запшакования конвективных поверхностей нагрева, когда происходит смещение ЗМТ в сторону входа в парогенератор, блоки 24 - 27 выборки датчиков температуры, после определения новых границ ЗМТ, при циклическом

ков температур и давления, которые размещены в точках, ближайших к новым границам ЗМТ, зти сигналы вводятся в машинную программу (фиг. 3),

налов, пропорциональных температурам от нужных двух датчиков к первому и второму сумматорам. Аналогичные операции производятся блоками выборки при внешнем возмущении, когда ЗМТ смещается в сторону выхода из парогенератора, например, при снижении температуры питательной воды.

iO

ь

г/.

j 26 27

z&-rr

и

От датчикобy-l 5-2,. . 5п (7-i,T-2, - 7-п температуры пер8ого(второго/потока

От датчиков 6-1 6-2 6-п (в-1,8-г,... 8-а) да&/геная пербого( второго) fj опока

-Itzt I

J4

35

К f/Joxy 16 (17}

К 26127

Фиг 2

Ср

(Ра

(щдовшншношшш

HSEKUSSElSSSlEiia

Ср

Сро

ЩЗВШИКЭШВЕШИШИЁ SSHBllllSlglllKlliiiES

Фиг. у

280

Редактор А.Сабо

Составитель В.Желваков

Техред Э.ЧижмарКорректор И.Муска

гв5

290 Z9S

Фиг. if

300

305 р я ГС/см

Заказ 4217/37Тираж 514Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4