8.4. Регулирование питания паровых котлов

Принято, что максимально допустимые отклонения уровня во­ды в барабане составляют ±100 мм от среднего значения, установ­ленного заводом-изготовителем. Среднее значение уровня может не совпадать с геометрической осью барабана. Максимально допу­стимые отклонения уточняют в процессе эксплуатации. Снижение уровня за пределы водомерного стекла, устанавливаемого на ба­рабане, считается "упуском" воды, а превышение его верхней ви­димой части — "перепиткой". Расстояние между этими критичес­кими отметками 400 мм.

Снижение уровня до места присоединения опускных труб цир­куляционного контура может привести к нарушению питания и охлаждения водой подъемных труб (см. рис. 8.1). Следствием это­го может быть нарушение прочности труб в местах стыковки с кор­пусом барабана, а в наиболее тяжелом случае — пережог. Чрез­мерное повышение уровня может привести к снижению эффектив­ности внутрибарабанных сепарационных устройств и преждевре­менному заносу солями пароперегревателя. Перепитка барабана и заброс частиц воды в турбину служит причиной тяжелых механи­ческих повреждений ее ротора и лопаток. Снабжение барабана во­дой осуществляют по одной и, реже, двум ниткам трубопроводов питательной воды, одна из которых служит резервной.

Отклонение уровня воды в барабане от среднего значения связано с наличием небаланса между притоком питательной воды и расходом пара. Оно происходит также вследствие изменения содержания пара в пароводяной смеси подъемных труб за счет колебаний давления пара в барабане или изменений тепловосприятия испарительных поверхностей нагрева. Изменение уровня под действием неба­ланса между расходом пара и воды отражает уравнение

где F — площадь зеркала испарения, м² ; - плотности во­ды и насыщенного пара, кг/м³ , G_ПВ и G_ПП — расходы пара и во­ды, кг/с.

Приняв, что

и перейдя к безразмерным величинам после интегрирования (8.10), получим

Из уравнения (8.10) можно определить время прохождения уровня от минимальногодо максимальногодопустимогозначения при ступенчатом возмущении расходом воды:

Кривая переходного процесса по уровню воды в барабане при возмущении расходом питательной воды для котлов типа ТП-87 (G_ПП= 420 т/ч) приведена на рис. 8.16, а. Динамика этого же участка при возмущении расходом пара — на рис. 8.16, б. Выпук­лая форма кривой изменения уровня при возмущении увеличени­ем расхода пара объясняется тем, что в первый момент после на­несения возмущения уровень воды в барабане возрастает в резуль­тате резкого уменьшения давления пара. Это в свою очередь при­водит к увеличению паросодержания в подъемных трубах цирку­ляционного контура и росту уровня. После того как давление пара в барабане примет новое установившееся значение, соответствую­щее новому значению расхода пара, изменение уровня будет про­текать в соответствии с уравнением материального баланса (8.10). Рассмотренное явление носит название набухания или вспучива­ния уровня.

Рис 8.16. Динамические характеристики котла типа ТП-87 по уровню воды в барабане при возмущениях

а — расходом питательной воды; б — расходом пара

При математическом моделировании динамики участка по уровню при возмущении расходом пара обычно описывают разнос­тью апериодического и интегрирующего звеньев.

Схема автоматического регулирования. Исходя из требований к регулированию уровня воды в барабане, автоматический регу­лятор должен обеспечить постоянство среднего уровня независимо от нагрузки котла и других возмущающих воздействий. В пере­ходных режимах изменение уровня происходит довольно быст­ро, поэтому регулятор питания для обеспечения малых отклоне­ний уровня должен поддерживать постоянство соотношения рас­ходов питательной воды и пара. Эту задачу выполняет трехимпульсный регулятор, принципиальная схема которого изображена на рис. 8.17. Регулятор 3 перемещает клапан 4 при появлении сигнала небаланса между расходами питательной воды G_ПВ и па­ра G_ПП.

Кроме того, он воздействует на положение питательного клапа­на при отклонениях уровня от заданного значения. Такая АСР пи­тания, совмещающая принципы регулирования по отклонению и возмущению, получила наибольшее распространение на мощных барабанных котлах.

Рис. 8.17. Трехимпульсная АСР питания водой барабанного парогенератора

1— барабан; 2 — водяной экономайзер; 3 — регулятор питания; 4 — регули­рующий клапан питательной воды