capitolul 10.automatizarea cazanelor de abur · spre turbina (dt) parametrii abur viu (d, p, t)...

Automatizarea sistemelor electro si termoenergetice

96

Capitolul 10.Automatizarea cazanelor de abur

Cazanul este un echipament destinat producerii aburului la parametrii ceruţi de turbină. Se cunosc două tipuri de cazane de bază:

cazane cu circulaţie naturală, care se caracterizează prin faptul că circulaţia apei prin ţevile fierbătoare se face în mod natural, datorită diferenţei dintre greutăţile specifice ale apei, pe de-o parte, şi a amestecului apă-abur, pe de altă parte.

cazane cu străbatere forţată, fiind caracterizate prin lipsa tamburului şi realizarea circuitului apă-abur sub forma unui schimbător de căldură foarte lung; circulaţia fluidului prin cazan se realizează cu ajutorul unei pompe de alimentare.

10.1. Automatizarea cazanelor cu circulaţie naturală (cu tambur)

Principalele instalaţii care compun un cazan de abur cu tambur şi modul lor de funcţionare se pot urmări pe schema constructivă simplificată a cazanului cu circulaţie naturală (CCN) din Figura 10.1.

EPA

VA

VG

PAR

ECO

SI

VA

PO

RIZ

AT

OR

FOCAR(pCZ)

TAMBUR(H, pT, SAL)

combustibil(B)

gaze de ardere(G)

aer (A)

apa alimentare(W)

purja (Wp)

spre TURBINA (DT)parametrii aburviu (D, p, T)

Figura 10.1. Schema constructivă simplificată a unui cazan de abur cu tambur, cu circulaţie naturală

Din punct de vedere sistemic cazanul de abur este un sistem multivariabil (Figura

10.2.), diversele dependenţe intrare-ieşire evidenţiindu-se din punct de vedere dinamic prin identificare experimentală sau prin metode analitice. Experimentele pe instalaţii reale au pus în evidenţă faptul că nu toate interacţiunile sunt puternice şi, din acestă cauză, sistemul poate fi descompus în subsiteme tratate cvasindependent din punct de vedere al automatizării.

Capitolul10. Automatizarea cazanelor de abur

97

B - debitul de combustibil;G - debitul de gaze de ardere;W - debitul de apa;A - debitul de aer;WINJ - debitul de injectie;WP - debitul de purja;DT - debitul de abur la turbina; D - debitul de abur al cazanului;p - presiunea aburului viu;T - temperatura aburului viu;H - nivelul apei in tamburpCZ - depresiunea in focarul cazanului;pT - presiunea in tambur;SAL salinitatea apei in tambur.

CAZAN CU CN

Bp

B

THpCZ

W

A

SALpT

WA

G

WP DT D

WINJ

Figura 10.2 Cazanul de abur ca sistem multivariabil

Având în vedere cele menţionate mai sus, se poate aborda separat problema

automatizării principalelor circuite de reglare ale unui cazan ţinând cont de următoarele condiţii impuse SRA aferent cazanului:

a) Realizarea egalităţii între debitul de abur cerut de turbină (DT) şi cel produs de cazan (D), în condiţiile menţinerii constate a presiunii şi temperaturii aburului viu.

Reglarea lui D funcţie de DT se numeşte reglarea sarcinii. Mărimea care sesisează cel mai bine acest dezechilibru este presiunea aburului la ieşirea din cazan, p, la schema bloc, sau pe bara colectoare, în cazul schemei cu bară colectoare. Egalitatea D=DT presupune o condiţie de egalitate şi între cantitatea de căldură preluată prin vaporizarea apei Qvap, şi cea produsă în focar Qcb prin arderea unei cantităţi de combustibil. Cum prima este proporţională cu debitul de abur produs D şi a doua cu debitul de combustibil B consumat, rezultă că, acţionând asupra debitului de combustibil B se modifică D şi implicit p. Restabilirea lui p se face utilizând SRA al procesului de ardere având ca mărime de execuţie debitul de combustibil, B. În ceea ce priveşte asigurarea unei temperaturi constante a aburului, fapt important din punct de vedere economic şi al siguranţei în funcţionare, aceasta se realizează printr-un sistem de reglare separat care utilizează ca mărime de execuţie debitul de apă sau de condensat de injecţie.

b) Asigurarea unei arderi optime în focar se realizează menţinând o anumită cantitate de aer A, proporţională cu cantitatea de combustibil B introdusă. Întrucât debitul B este determinat de presiunea p se poate realiza reglarea debitului de aer A considerând parametru reglat presiunea p. c) Realizarea egalităţii între debitul de gaze arse produse în focar prin arderea combustibilului şi cel evacuat din cazan G. SRA-ul în acest caz trebuie să asigure o anumită valoare a depresiunii în focar. Întrucât, debitul de gaze arse evacuate G este proporţional cu debitul de aer A, depresiunea pCZ va fi menţinută constantă acţionând asupra lui G cu semnal de anticipare de la A. d) Menţinerea unui nivel H constant în tambur este foarte importantă la cazanele cu circulaţie naturală. Acest lucru se obţine comandând în mod corespunzător debitul de apă de alimentare W şi ţinând cont de perturbaţia de sarcină D.


98

e) Păstrarea unei anumite concentraţii a salinităţii apei în tambur SAL, se realizează prin acţionarea debitului de purjă, eventual ţinând cont şi de perturbaţia de sarcină D (care influenţează W şi implicit salinitatea)

10.1.1. Reglarea automată a procesului de ardere

Producerea unei anumite cantităţi de abur se face prin arderea unei anumite cantităţi de combustibil în focarul cazanului. Pentru aceasta trebuie să se asigure o anumită cantitate de aer, care să asigure un randament optim al cazanului din punct de vedere al procesului de ardere.

Mărimile reglate ale procesului de ardere sunt: presiunea aburului (reglarea sarcini); raportul aer/combustibil (reglarea combustiei); depresiunea în focar (reglarea debitului de gaze de ardere).

Trebuie menţionat că, deşi tratată separat, reglarea celor trei mărimi menţionate anterior se influenţează reciproc într-o măsură mai mare sau mai mică în funcţie de soluţiile constructive ale cazanului, de parametrii acestuia şi de tipul combustibilului utilizat.

Soluţiile de configurare depind şi de regimul de exploatare al cazanului: funcţionare în regim de bază, când sarcina cazanului este constantă pe intervale foarte

mari de timp; funcţionare în regim de sarcină variabilă, atunci când cazanul trebuie să urmărească

sarcina turbinei, turboagregatul participând la reglarea frecvenţei în sistem. Un element de bază în configurarea automaticii cazanului îl reprezintă domeniul de

reglare al cazanului. Acesta reprezintă domeniul de variaţie a sarcinii cazanului, în general în procente din sarcina totală. În acest domeniu SRA-urile aferente pot să menţină mărimile reglate în limitele impuse de indicii de performanţă ai cazanului (de exemplu pt cazanul cu circulaţie naturală domeniul de reglare reprezintă 35-40% din sarcina totală). Dacă dorim ca şi în afara acestui domeniu cazanul să funcţioneze automat, este necesar să se acţioneze asupra sistemelor de arzătoare, ceea ce presupune existenţa unui sistem de supraveghere automată a flăcării.

A. Reglarea presiunii aburului

Presiunea aburului este parametrul care sesizează cel mai bine dezechilibrul dintre debitul de abur produs de cazan şi cel cerut de turbină. Menţinerea presiunii în limitele dorite se face în mod diferenţiat pentru cazanele funcţionând pe bară colectoare şi cele funcţionând în schema bloc.

În schema de legatură cazan turbină cu bară colectoare (Figura 10.3.) parametrul reglat este presiunea aburului pe bara colectoare. Astfel, perturbaţia externă, reprezentată prin debitul de abur consumat de turbină, trebuie repartizată în mod corespunzător pe cazanele aflate în funcţiune. Deoarece aceste cazane funcţionează în paralel la ieşire, perturbaţia de debit trebuie să fie repartizată conform gradului de statism al presiunii pe bară colectoare în raport cu perturbaţia de debit. Acest lucru se realizează de către un regulator principal RP care elaborează un semnal xF, numit şi semnal de intensitate a focului, transmis regulatoarelor de sarcină termică (RST) la fiecare cazan. RST-urile vor comanda fie debitul de combustibil B, fie debitul de aer A, sau în anumite situaţii, în paralel debitele A şi B.

Structura buclei de reglare din Figura 10.3. b. permite rejectarea perturbaţiilor exterioare, dar după trecerea perioadei tranzitorii, o astfel de structură nu mai reuşeşte să


99

readucă perfect parametrii individuali ai cazanului la valorile dorite şi nu ţine cont de perturbaţiile interioare.

a) b) c)

RP

RST1

p0=ctp

xF la celelalte RST

B1 A1

RP

RST1

p0=ctp

xF la celelalte RST

B1 A1

D1+dpT1/dt

+_

+ _

_

--

SRAP

--

SRAC--

SRAC

--

SRAC

Figura 10.3. Schema de legatură cazan turbina cu bară colectoare (a) şi schemele de principiu ale

reglării presiunii aburului pe conducta colectoare (b) şi (c)

Cea de-a doua structură de buclă de reglare (Figura 10.3. c) realizează o rejecţie a perturbaţiei interioare pe fiecare cazan în parte datorită introducerii unui semnal suplimentar la fiecare RST, aşa numitul semnal de caldură, egal cu suma dintre debitul de abur al

cazanului şi derivata presiunii în tambur : TdpD

dt .

Prin acest semnal se poate urmări cantitatea de caldură primită de sistemul vaporizator. Acest fapt este cu atât mai important cu cât avem de-a face cu combustibili solizi şi cantitatea de combustibil introdusă în cazan nu poate fi măsurată exact şi continuu. Utilizarea semnalului de căldură are avantajul că ţine cont atât de cantitatea cât şi de calitatea combustibilului introdus în focar, dar prezintă dezavantajul obţinerii dificile şi influenţării lui de către perturbaţiile exterioare.

Pentru a realiza repartiţia perturbaţiei exterioare între cazanele aflate în funcţiune pe bara colectoare, este necesară o repartiţie univocă: RP trebuie să aibă o caracteristică astatică în raport cu perturbaţia, în timp ce RST-urile pot avea o caracteristică statică.

În cazul schemei de legatură bloc cazan-turbină semnalul de presiune poate fi : presiunea în tambur (pT); presiunea aburului la ieşirea din cazan (p); presiunea aburului la turbină (pTA).

După tipul de semnal de presiune ales putem utiliza mai multe strategii de conducere (Figura 10.4.):

urmărirea unei presiuni a aburului la turbină constantă (pTA=ct.), strategie ce este favorabilă turboagregatului, protejând astfel turbina la variaţii nedorite ale presiuni. Evident această strategie este defavorabilă cazanului deorece micşorează randamentul de funcţionare al acestuia;

urmărirea unei presiuni constante a aburului la ieşirea din cazan (p=ct.), strategie ce este favorabilă cazanului dar în acelaşi timp nu este recomandabilă turbinei;

menţinerea unei presiuni în tamburul cazanului aproape constantă (pTct.).


100

Figura 10.4. Strategii de reglare a sarcinii cazanelor funcţionând în schema bloc cu turbina

În funcţie de una din aceste strategii şi în funcţie de regimul de funcţionare al turbinei,

putem avea diverse scheme principiale de reglare. În cazul în care regulatorul turbinei reglează debitul de abur absorbit de aceasta prin

acţionarea ventilului de reglare a debitului de abur în turbină, avem următoarele situaţii (Figura10.5.):

a)

RST

p0=ctp

xF

B A

b)

RST

p0=ctp

xF

B A

+ - + -

D

-

c)

RST

p0=ctp

xF

B A

+ - -

D+dpT/dt

e)

RST

p0=ctp/pTA

xF

B A

+ -

d)

RST

p0=ct

xF

B A

+ -

pTD

-

Figura 10.5. Schemele de principiu pentru reglarea presiunii aburului

În Figura 10.5. varianta a regulatorul cazanului comandă intensitatea focului şi

asigură menţinea constantă a presiunii aburului la ieşirea din cazan după o lege statică în cazul unui regulator de tip P, respectiv astatică în cazul unui regulator PI sau PID. Schema nu are performanţe suficient de bune la comportări dinamice.

În variantele b şi c se realizează un sistem de urmărire a debitului (varianta b) şi a sarcini termice a cazanului (varianta c) ceea ce permite obţinerea unor performanţe superioare în regim dinamic.

Varianta d asigură o presiune constantă în tamburul cazanului, ceea ce poate fi impus, în anumite cazuri, de condiţiile constructive ale cazanului. În varianta e se asigură un raport constant între presiunea aburului la ieşirea din cazan şi presiunea acestuia la intrarea în turbină.

B. Reglarea raportului aer/combustibil

Corelaţia dintre debitul de combustibil şi debitul de aer determină randamentul cazanului. Pentru diverse sarcini ale cazanului, randamentul optim al cazanului diferă. Debitul de aer real este diferit de cel teoretic printr-un coeficient de exces de aer , coeficient ce este dependent de sarcina cazanului. Menţinerea unui randament optim constant al cazanului depinde de , care la rândul lui, depinde de debitul de abur D, şi implicit de debitul de combustibil B.

Pentru situaţia în care cazanul funcţionează în regim de bază (sarcină fixă, D=ct.), raportul aer/combustibil sau aer/abur este constant şi, implicit, excesul de aer este menţinut constant pentru un randament optim. La o sarcină variabilă ar fi necesar să se modifice

pTA

p

100% D

p pT

pTA

p

100% D

p pT

pTA

p

100% D

p pT

a) b) c)


101

coeficientul de exces de aer pentru a avea un randament maxim optim. O combustie bună presupune şi o cantitate minimă de gaze nearse sau un anumit procent de oxigen în gazele de ardere. Dacă analizăm, de exemplu conţinutul de oxigen în gazele de ardere, putem controla combustia în focarul cazanului. Rezultă astfel două modalităţi de reglare a raportului aer/combustibil :

metoda indirectă (un raport aer/combustibil constant) metoda directă, care constă în urmărirea procentului de oxigen în gazele de ardere.

În schemele de control indirect al arderii (Figura 10.6. a÷d) excesul de aer se menţine constant prin asigurarea unui raport constant aer/combustibil.

În schema cu control direct mărimea de referinţă a regulatorului de aer este dată de regulatorul arderii, care măsoară conţinutul de oxigen din gazele de ardere.

Aparatura de analiză chimică a gazelor este scumpă, greu de întreţinut şi introduce constante de timp destul de mari. De aceea, utilizarea unui semnal de măsură a procentului de oxigen în gazele de ardere se foloseşte doar ca un semnal suplimentar şi nu ca semnal principal.

Alegerea uneia dintre scheme se face în funcţie de natura combustibilului, tipul şi mărimea cazanului.

a)

RC

xF

B A

RA

B

b)

RA

xF

A B

RB

A

c)

RA

xF

A B

RC

d)

RC

xF

B A

RA

R A/B

A0/B0=ct

e)

RA

xF

A B

RC

RO2

O20=ct O2

_

+ +_ _+

_+

_ _ _+

+

_ _

+_ _

_ _

+

+

Figura 10.6. Scheme principiale de reglare a raportului aer/combustibil:

(a) şi (b) reglare indirectă cu schemă de tip serie (c) şi (d) reglare indirectă cu schemă de tip paralel

(e) reglare directă cu schemă de tip paralel

Pentru cazanele cu păcură se preferă schema din Figura 10.6.a. Pentru cazanele cu cărbune nu se poate măsura exact debitul de combustibil şi se prefera schema din Figura 10.6. b sau c. Cazanele cu gaz natural şi combustibil mixt folosesc variante ale schemelor din Figura 10.6. d şi e.

Regulatoarele de combustibil RC şi aer RA sunt de tipul P sau PI, în timp ce regulatoarele raportului aer/combustibil şi de oxigen sunt de tip PI.


102

C. Reglarea depresiunii în focar

Prin arderea combustibilului în focarul cazanului se produc gazele de ardere şi, pentru a asigura o ardere optimă, este absolut necesar să se evacueze la coş aceste gaze arse. Evacuarea lor este dictată de depresiunea în focarul cazanului. Astfel mărimea reglată va fi depresiunea în partea superioară a focarului şi mărime de execuţie, debitul de gaze arse.

În Figura 10.7. se prezintă mai multe scheme de reglare a depresiunii în focar.

a)

RG

pCZ

G

b) c)

pCZO=ct

RG

G

pCZ0=ct

saudA dD

dt dt pCZ

RP

pCZpCZO=ct

RG

A

G

+ +

+

_ _ _

_

+

Figura 10.7. Scheme principiale de reglare a depresiunii în focar

În varianta a se utilizează regulatorul de gaze de ardere RG pentru menţinerea

constantă a depresiunii în focar prin măsurarea acestei presiuni. Eroarea cu care trebuie reglată depresiunea este foarte mică. Pentru ca schema de reglare să răspundă mai bine în regim dinamic, ştiindu-se că perturbaţia principală este debitul de aer, se introduce un semnal

suplimentar dA

dt (varianta b). Având în vedere dificultăţile obţinerii unui semnal derivativ şi

implicaţiile generale pe care acesta le are dacă perturbaţia de aer este importantă, se poate recurge la o soluţie mai bună, la reglarea în cascadă (varianta c).

Mărimea principală reglată, cu regulatorul RP, este depresiunea în focar iar mărimea reglată secundar este debitul de aer, perturbaţia. Regulatorul RP este un regulator PI care asigură o caracteristică astatică a depresiunii.

În continuare vor fi prezentate căteva exemple de scheme de reglare a procesului de ardere în funcţie de tipul cazanului şi de schema de legătură cazan turbină

D. Exemplul 1 - cazanul cu circulaţie naturală cu combustibil gazos (CH4) funcţionând pe bară colectoare cu turbina

Considerând un cazan care funcţionează pe conductă colectoare cu turbina, se alege,

pentru reglarea sarcinii cazanului, schema de reglare cu două regulatoare în cascadă (Figura 10.8.a.). Regulatorul de sarcină termică (RST) al fiecărui cazan va rejecta perturbaţiile interne ajutat şi de semnalul suplimentar de căldură, iar perturbaţiile externe de sarcină vor fi rejectate de către regulatorul principal (RP) prin menţinerea constantă a presiunii aburului pe bara colectoare. Schema principială de reglare a combustiei şi a depresiunii în focar este o schemă în serie deoarece cazanul funcţionând pe gaz metan, debitul de combustibil este măsurabil.


103

b)

RA

A

BRO2

%O2=ct O2

RG

G

pCZ0=ctpCZ

d

dt_

_

_ _

+

+ +

a)

RP

RST

p0=ctp

xF la celelalte RST

B

D+dpT/dt

+_

__

Figura 10.8. Scheme principiale de reglare a procesului de ardere pentru cazanul cu circulaţie

naturală cu combustibil gazos (CH4) funcţionând pe bară colectoare cu turbina: a) reglarea sarcinii; b) reglarea combustiei şi a depresiunii în focar

Din schema bloc (Figura 10.9.) rezultă că regulatorul principal RP este un regulator de

rejecţie a perturbaţiei (cu referinţă constantă, de stabilizare), iar RST-ul este un regulator de urmărire, servo-sistem ce urmăreşte referinţa impusă de către regulatorul principal. La reglarea aerului, în cascadă, regulatorul de aer este cel de urmărire şi cel de oxigen este cel de rejecţie al perturbaţiilor. Reacţiile inverse la RST prin debitul de combustibil B şi la RA prin debitul de aer A, sunt reacţii de stabilizare. Acestea au rolul de a scurta procesul tranzitoriu şi de a stabiliza mai repede orice regim dinamic care poate să apară în urma apariţiei unei perturbaţii.

RPp0=ct +

p

_

xF

la celelalteRST

RST EEArdereain focar

Transforma--rea caldurii

Producereaaburului viu

Acumularepresiune in

tambur

Abur produs decazan


canal

BQcb Qvap

DV pT D

FOCAR

_p

Tr pT

Tr D

d/dt

_

_

Tr B

_

DT

W

RO2%O2=ct

+RA

_EE Proces

Tr A

A

pCZ=ct

+RG

_EE Proces

Tr pCZ

pCZ

Tr p

_

_

DependentaO2 de B

DependentaO2 de A

Tr O2

_+

G

d/dt

_

DependentapCZ de A

_

Figura 10.9. Schema bloc a SRA aferent procesului de ardere pentru cazanul cu circulaţie naturală cu combustibil gazos (CH4) funcţionând pe bară colectoare cu turbina

Reacţia dinamică (derivativă) după mărimea de comandă de la ieşirea lui RA are rolul

de a furniza o informaţie suplimentară asupra perturbaţiei principale în circuitul de reglare al depresiunii în focar şi anume debitul de aer. Experienţa arată că, dintre diversele posibilităţi


104

de modificare a debitului de aer şi de gaze de ardere, cele mai convenabile sunt cele ce utilizează aparatul director al ventilatoarelor de aer, respectiv de gaze.

În Figura 10.10. este dată schema tehnologocă cu automatizări a procesului de ardere pentru cazanul cu circulaţie naturală cu combustibil gazos (CH4) funcţionând pe bară colectoare cu turbina.

EPA

VA

VG

PAR

ECO

SI

VA

POR

IZATO

R

FOCAR(pCZ)

TAMBUR(H, pT, SAL)

combustibil (B)

gaze de ardere (G)

aer (A)

apa alimentare(W)

purja (Wp)

spre TURBINA (DT)

FT

PT

PTY

PC

ref

_xFla celelalteRST

_

_

FC

RP

RST

_FT

FC

FT

+

CCT

RA

RO2_refPC

RGPT

_

d/dt

d/dt

Y

_ref

_

conducta colectoareabur (D, p, T)

Figura 10.10. Schema tehnologică cu automatizări a procesului de ardere pentru cazanul cu

circulaţie naturală cu combustibil gazos (CH4) funcţionând pe bară colectoare cu turbina

Dacă cazanul ar funcţiona în schemă bloc cu bară de ajutor, schema principială de reglare pentru reglarea sarcinii ar fi cea din Figura 10.11.

RP

RB

p0=ctp

xF

B

xP

+_

_ +

Figura 10.11. Schema principială de reglare a sarcinii pentru cazanul cu circulaţie naturală cu

combustibil gazos (CH4), funcţionând în schemă bloc cu conductă de ajutor

Astfel, atât perturbaţia interioară cât şi cea exterioară sunt tratate unitar, iar semnalul care detectează cel mai bine acest ansamblu al perturbaţiilor este semnalul de sarcină xP, care poate fi:

puterea electrică generată,


105

debitul de abur debitat de cazan, presiunea uleiului din circuitul de comandă al regulatorului automat al vitezei

(turaţiei) turbinei. Se constată că, în această situaţie, semnalul de presiune şi, implicit, regulatorul

principal au doar un rol de corecţie pentru debitul de combustibil. Debitul de aer este comandat după o schemă serie ca în Figura 10.8. b.

E. Exemplul 2 - cazanul cu circulaţie naturală cu combustibil cărbune şi mori cu bile funcţionând pe conductă colectoare cu turbina

Instalaţiile de preparare a combustibilului sunt strâns legate din punct de vedere

dinamic cu cele ale cazanului. Cantitatea de cărbune necesară arderii se obţine pe măsură ce comustibilul brut (bulgării de cărbune) sunt măcinaţi în moara cu antecameră a cazanului. Astfel, automatica cazanului trebuie să ţină cont de faptul că este necesară corelarea productivităţii morilor de cărbune (cantitatea de cărbune praf) cu sarcina cazanului.

Aerul destinat combustiei îl vom denumi aer total şi va fi utilizat ca: aer primar, fiind dirijat către morile de cărbune (un cazan poate avea mai multe mori); aer secundar, fiind dirijat direct la arzător.

Întrucât cantitatea de combustibil nu poate fi măsurată exact, se utilizează schema în paralel (Figura 10.12.). Perturbaţiile exterioare vor fi astfel rejectate de către regulatorul presiunii pe bara colectoare iar perturbaţiile interioare vor fi rejectate datorită regulatorului de sarcină termică, cu ajutorul semnalului de căldură.

RATOT

A

RO2

%O2=ct O2

RG

G

pCZ0=ctpCZ

d

dt

_

_

_ _

+

+

RP

RST

p0=ctp

xFla celelalte RST

B

D+dpT/dt

+_

_

d

dt

RAprim

RPaer

D0=ct

D

+_

Aprim

la celelalte RAprim

ale fiecarui cazan

RAsec

paer0=ctpaer

+_

Asec

Figura 10.12 Scheme principiale de reglare a procesului de ardere pentru cazanul cu circulaţie

naturală, cu moară cu ciocane, funcţionând pe bară colectoare cu turbina,

Din motive legate de siguranţa alimentării cu cărbune praf se vor utiliza mai multe mori de cărbune în paralel şi, ca urmare, vor exista pe fiecare dintre aceste mori regulatoare de aer primar.

Toate aceste regulatoare de aer primar vor fi subordonate din punct de vedere al comenzii unui regulator de presiune de aer care foloseşte drept mărime măsurată (reglată) semnalul de sarcină D. El va avea rolul de a repartiza univoc sarcina pe morile aflate în


106

funcţiune. Ca urmare, acest regulator va avea, ca şi regulatorul principal, o comportare statică în raport cu perturbaţia.

Debitul de aer secundar se reglează pe baza presiunii aerului în conducta de alimentare cu abur a cazanului. În regim tranzitoriu, de modificare a sarcinii cazanului, semnalul de comandă de la regulatorul de presiune a aerului va sesiza aceste modificări şi va influenţa la rândul lui debitul de aer primar, ceea ce va duce la modificarea presiunii aerului pe conducta de alimentare şi, implicit, la modificarea debitului de aer secundar.

Pentru realizarea unei combustii optime este necesar să avem o anumita granulaţie a cărbunelui. În perioade tranzitorii de modificare a sarcinii nu este posibil să se modifice brusc cantitatea de combustibil destinat arderii decât acţionând asupra debitului de aer primar care proate antrena o cantitate mai mare de combustibil praf dar cu inconvenientul antrenarii particulelor cu granulaţie mai mare ce conduc la o ardere mai proasta. În paralel însă se va acţiona şi asupra debitului de cărbune brut antrenat de mori. Rezultatul acestei acţiuni intervine însă cu oarecare întârziere în raport cu prima deoarece din punct de vedere sistemic procesul de transport al cărbunelui brut spre moară este un element cu timp mort.

În consecintă se va observa pe schema de reglare principială că la regulatorul de aer primar se introduce un semnal de anticipaţie (derivativ) după mărimea de comandă de la ieşirea din regulatorul de combustibil. Urmărind schema principială de reglare în Figura 10.12. şi considerând modelarea procesului de ardere pentru un cazan cu circulaţie naturală se obţine schema bloc a SRA a procesului în Figura 10.13.

RPp0=ct +

p

_

xF

la celelalteRST

RST EEArdereain focar

Transforma-

-rea caldurii

Producereaaburului viu


tambur

Abur produsde cazan


canal

BQcb Qvap

DV pT D

FOCAR

_p

Tr pT

Tr D

d/dt

_

_

Tr B

_

DT

W

RO2%O2=ct

+RAtot

_EE Proces

Tr Atot

Atot

pCZ=ct

+RG

_EE Proces

Tr pCZ

pCZ

Tr p

_

_

DependentaO2 de B

DependentaO2 de Atot

Tr O2

_+

G

d/dt

_

DependentapCZ de A

_

d/dt

RPaer RAprim_

EE Proces

Tr Aprim

Aprim_

RAsec_

EE Proces

Tr p aer sec

Aprimpaer sec

Proces

paer sec=ct

+

Figura 10.13. Schema bloc a SRA a procesului de ardere pentru un cazanul cu circulaţie naturală, cu moară cu ciocane, funcţionând pe conductă colectoare cu turbina

Schema tehnologică cu automatizări a procesului de ardere pentru un cazan cu

circulaţie naturală, pe cărbune, funcţionând pe conductă colectoare cu turbina utilizează schema bloc de reglare (Figura 10.13.) şi este reprezentată în Figura 10.14.


107

EPA

VA

VG

PI aer

ECO

SI

VA

POR

IZATO

R

FOCAR(pCZ)

TAMBUR(H, pT, SAL)

combustibil (B)

gaze de ardere (G)

aer (A)

apa alimentare(W)

purja (Wp)

spre TURBINA (DT)

FT

PT

PTY

PC

ref

_xFla celelalteRST

_

_

FC

RP

RST _

FC

FT

+

CCT

RAtot

RO2_refPC

RGPT

_

d/dt

d/dt

Y

_ref

_

conducta colectoareabur (D, p, T)

PT

PC

RAsecref

Y

d/dt

FT

PC

RPaer

FC

__

la celelaltemori ale cazanului

Figura 10.14. Schema tehnologică cu automatizări a procesului de ardere pentru un cazanul cu

circulaţie naturală, pe cărbune, funcţionând pe conductă colectoare cu turbina

10.1.2. Reglarea automată a alimentării cu apă

Asigurarea alimentării cazanului cu apă, în mod continuu, este necesară pentru a evita rămânerea fără apă a ţevilor vaporizatoare, ceea ce ar conduce la arderea acestora şi pentru a împiedica pătrunderea apei în supraîncălzitor, ceea ce ar conduce la creşterea umidităţii aerului şi chiar la introducerea de apă în turbină. Astfel, este necesar să se regleze debitul de apă de alimentare a cazanului.

SRA-ul alimentării cu apă a cazanului de abur este destinat menţinerii între limitele prescrise a nivelului apei în tamburul cazanului. În funcţie de particularităţile constructive ale cazanului, pentru instalaţii moderne care depăşesc 20 t/h se impune ca variaţia nivelului să nu depăşească 75 100 t/h faţă de nivelul în regim normal de funcţionare.

Nivelul apei în tambur, ca parametru reglat, poate fi influenţat de debitul de apă de alimentare şi de debitul de abur cerut de turbină (Figura 10.15.). Pe lângă aceste perturbaţii principale, mai pot să apară, în anumite situaţii ca mărimi perturbatoare dar cu influenţă mai mică: debitul de apă purjată, temperatura apei de alimentare, debitul de gaze de ardere ce trec prin economizor.

Din punct de vedere sistemic alimentarea cu apă a tamburului este un proces fără autoechilibrare deoarece este un element de tip integral (nivelul este proporţional cu integrala

diferenţei dintre debitul de abur D şi debitul de apă de alimentare W, H k D W dt ).


108

Comportarea dinamică a tamburului, datorită amestecului neomogen apă-abur pe care îl conţine, este influenţată de aşa numitul fenomen de umflare a nivelului. Acesta constă în modificarea nivelului, în primele momente, în sens contrar dezechilibrului masic al debitelor de apă şi de abur.

D

t

H

t

Tu

W

t

HidealHreal

t

Tu

H

ECO fierbator

ECO nefierbator

Figura 10.15 Curbele de răspuns pentru nivelul în tambur la perturbaţie D şi W.

De exemplu, o variaţie treaptă a debitului de abur determină în tamburul cazanului o

scădere a presiunii şi, deci, o scădere a temperaturii de vaporizare. Acest fapt determină, în primul moment, o creştere a cantităţii de bule de aer în emulsia apă-abur din tambur şi deci o creştere a nivelului. Dacă cererea de abur rămâne constantă, după un timp se ajunge la o evoluţie a nivelului în tambur similară cu caracteristica statică ideală. Timpul de revenire la caracteristica statică ideală se numeşte timp de umflare.

La o perturbaţie a apei de alimentare, comportamentul tamburului diferă în funcţie de tipul economizorului. Dacă economizorul este de tip fierbător, introducerea unei cantităţi de apă mai rece decât cea din tambur duce la scăderea numărului de bule de aer din emulsie şi în realitate efectul perturbaţiei va fi resimţit cu o oarecare întârziere. În cazul economizorului nefierbător temperatura scăzută a apei ce se introduce determină o scădere drastică a bulelor de aer în apă şi, ca urmare în primele momente are loc o scădere a nivelului apei în tambur.

Ca mărime de execuţie se foloseşte debitul de apă de alimentare ce poate fi modificat fie prin modificarea poziţiei ventilului de reglare al cazanului, fie prin modificarea turaţiei pompelor de alimentare.

În principiu, reglarea nivelului poate fi realizată după o schemă cu unul sau mai multe impulsuri (semnale). La cazanele cu tambur mare, unde fenomenul de umflare este nesemnificativ, se poate adopta schema cu un impuls Figura 10.16.a), unde modificarea nivelului în tambur comandă direct debitul de apă de alimentare prin acţionarea ventilului de alimentare al cazanului.

La cazanele cu tambur mic, timpul de golire/umplere fiind foarte scurt, trebuie să se ţină cont în fiecare moment de perturbaţiile principale, debitul de abur şi debitul de apă pentru a realiza un bilanţ intrare-ieşire al agenţilor termici în tambur. Astfel, se folosesc scheme cu două şi în special trei impulsuri (Figura 10.16. b).


109

RH

H0=ctH

+_

W

RH

H0=ctH

+_

W

RW

D

+_

a) b) Figura 10.16 Scheme principiale de reglare a alimentării cu apă a cazanelor cu tambur

Plecând de la schema principială din Figura 10.16. b, se obţine schema funcţională a

reglării nivelului în cascadă (Figura 10.17.) şi schema tehnolgică cu automatizări Figura 10.18.

Regulatorul de debit este un regulator proporţional de rejecţie a perturbaţiilor interne (static) şi regulatorul de nivel este de tip PI, pentru a rejecta perturbaţiile fară eroare staţionară (astatic).

Variaţiile debitului de apă de alimentare influenţează nivelul apei în tambur pe două căi: directă prin dependenţa H de W şi indirectă prin dependenţa H de . Ambele elemente sunt de tip integral.

Perturbaţia Wp reprezintă variaţia debitului de purjă evacuat din alte motive decât datorită modificării poziţiei ventilului de reglare a debitului de purjă.

RHH0=ct +

H

_

RW EE

D

+H

+

Tr W_

Wp

Tr H

+

Dependenta de W

W

DependentaH de

DependentaH de W

Tr D+

DependentaH de D

+

H1

H2

H3

Figura 10.17. Schema funcţională de reglare a alimentării cu apă a cazanelor cu tambur

O problemă aparte a reglării alimentării cu apă o reprezintă modificarea mărimii de execuţie. Astfel, putem avea mai multe variante:

a) dacă pompa este cu turaţie constantă, se modifică debitul de apă prin schimbarea secţiunii ventilului de reglare (Figura 4.18.a). Ventilul de reglare se alege pentru un anumit debit nominal reprezentând un procent din debitul nominal al cazanului Dn ( 10 15% Dn). Pentru abateri mai mari ( 20 60% Dn) căderea de presiune pe ventilul de reglare creşte, obţinându-se semnale eronate de măsură a debitului. Pentru a utiliza drept organ de reglare tot ventilul de reglare se poate proceda la utilizarea mai multor ventile de reglare în paralel, fiecare ventil fiind ales pentru un anumit debit (40% Dn, 60% Dn, etc.). Există un comutator automat care, în funcţie de sarcina de funcţionare dorită, face selecţia ventilului de reglare acţionat, celelalte ventile fiind normal închise (Figura 10.19.)

b) se variază turaţia pompei de alimentare, acţionându-se asupra cuplei hidraulice.


110

c) se acţionează ventilul iar menţinerea căderii de presiune constantă pe acesta se face printr-o buclă de reglare suplimentară ce acţionează asupra cuplei hidraulice.

_

_

FT

FT

LT

FC

ref

YC

+LC

_

+

+W

D

H

RH

RW

__

FT

FT

LT

FC

ref

YC

+LC

_

+

+W

D

H

RH

RWPT

PT

YC

PC

+

_

_

_

FT

FT

LT

FC

ref

YC

+LC

_

+

+W

D

H

RH

RW

a) b) c)

Figura 10.18 Schema tehnologică cu automatizări de reglare a alimentării cu apă a cazanelor cu

tambur

FC

RW

Figura 10.19 Reglarea alimentării cu apă cu mai multe ventile în paralel

10.1.3. Reglarea automata a temperaturii aburului supraîncălzit

Temperatura aburului supraîncălzit trebuie menţinută între anumite limite bine precizate. Limita superioară este impusă de efectul mecanic iar cea inferioară de efectul energetic. Efectul mecanic este datorat apropierii temperaturii nominale a aburului de limita de fluaj a metalului (temperaturi peste 540°C) şi, ca urmare, sistemul de regare trebuie să menţină în limite foarte strânse abaterile de temperatură în timpul proceselor tranzitorii. Efectul energetic limitează scăderea temperaturii deoarece funcţionarea cazanului la temperaturii mai mici decât temperatura nominală influenţează în mod negativ randamentul cazanului.

La turbinele cu abur de presiune medie, o scădere a temperaturii de supraîncălzire cu 10°C corespunde unei scăderi a randamentului ciclului termic cu 0.5%, şi a producţiei de energie electrică cu 1.5%.


111

Din punct de vedere al reglării, procesul supus automatizării este constituit practic din supraîncălzitorul de abur (SÎ), iar mărimea reglată este temperatura aburului la ieşirea din supraîncălzitor. Din punct de vedere sistemic este un proces cu timp mort. Un astfel de sistem înrăutăţeşte stabilitatea unui sistem de reglare automată. Parametrul reglat, temperatura la ieşire din SÎ, poate fi perturbată de o serie de factori cum ar fi: debitul de abur D, cantitatea de căldură Q primită de SÎ, prin radiaţie sau convecţie, sau temperatura aburului înainte de injecţie Tp.

Menţinerea constantă a temperaturii se poate face prin două metode: metoda directă: injecţie de apă de alimentare sau condensat (de la condensator sau

preparat din aburul prelevat din tambur); metoda indirectă: schimbarea unghiului de înclinaţie al arzătoarelor, recircularea

gazelor arse cu ajutorul ventilatorului de gaze, modificarea traseului gazelor de ardere cu ajutorul unor clapete.

RT

Ties0=ctTies

+_

Winj

a)

RT

Ties0=ctTies

+_

Winj

b)

D

+

RT

Ties0=ctTies

+_

Winj

c)

Tdupa inj

+

RT

Ties0=ctTies

+_

Winj

d)

+

_dupa injdT

dt

RT

Ties0=ctTies

+_

Winj

e)

+

_dupa injd T x

dt

RT1

+_

RT2

+ +

f)

Ties0=ctTies

Winj

Tdupa inj

RT1

Ties0=ctTies_tr2

+_

Winj_interm

RT2

Ties0=ctTies_tr1

+_

Winj_primara

g)

x

Figura 10.20. Scheme principiale de reglare a temperaturii aburului supraîncălzit

Cea mai folosită metodă este cea care foloseşte ca mărime de execuţie debitul apei de

injecţie. Debitele de injecţie se preiau în mod curent prin derivare din apa de alimentare a cazanului.

În Figura 10.20. se prezintă mai multe soluţii de reglare a supraîncălzirii. Notaţiile folosite sunt: Ties – temperatura aburului la iesirea din supraîncălzitor; Tdupa inj

- temperatura aburului după injecţie; Winj – debitul de apă de injecţie; D – debitul de abur; x – poziţia elementului de execuţie; Ties_tr1, Ties_tr2 – temperatura aburului la ieşirea din prima treaptă a supraîncălzitorului, respectiv a doua şi Winj_primară, Winj_interm – debitele de injecţie în prima şi a doua treaptă.

În Figura 10.20. varianta a reglarea temperaturii se realizează cu un regulator PI sau PID. Datorită constantelor de timp mari ale instalaţiei, atât în cazul variaţiei sarcinii cât în cazul altor perturbaţii, această schemă nu dă rezultate bune în regim dinamic. În altă variantă, pentru a reduce întârzierile, regulatorul primeşte ca semnale de intrare temperatura la ieşirea din SÎ şi perturbaţia, respectiv debitul de abur în varianta b sau temperatura după injecţie în varianta c. În aceste variante debitul de abur, respectiv temperatura aburului la intrarea în SÎ (după injecţie), comandă un debit proporţional de injecţie, temperatura finală la ieşire din SÎ efectuând corecţia reglării. În varianta d semnalul de anticipare constă în derivata


112

temperaturii aburului după injecţie, în timp ce, în varianta e se introduce şi derivata după semnalul de poziţie al elementului de execuţie. Prin aceasta se reduce simţitor timpul de răspuns şi creşte stabilitatea. Dezavantajul acestor scheme este introducerea elementului derivativ şi, pentru a înlătura acest dezavantaj compensând şi perturbaţia, se foloseşte o schemă de reglare în cascadă. În varianta f, în cascadă, temperatura la ieşire este prelucrată de regulatorul 1 de tip PI ce transmite impulsul de acţionare ca mărime de referinţă către regulatorul 2, tot cu acţiune PI. Acesta din urmă reglează injecţia proporţional cu temperatura aburului după injecţie. Se poate considera o îmbunătăţire a variantei f, adăugându-se, prin adunare în regulatorul 2, semnalul reprezentând poziţia elementului de execuţie.

În cazul împărţirii supraîncălzitorului de abur în mai multe trepte, în varianta g, se reglează separat temperatura în fiecare treaptă, ceea ce conduce la o proastă comportare dinamică. Pentru a îmbunătăţi schema, se introduce un semnal suplimentar după temperatura aburului înainte de injecţia în regulatorul 1.

Schema bloc funcţională pentru reglarea automată a temperaturii aburului supraîncălzit, realizată după schema principiala din Figura 10.20. f., este dată în Figura 10.21. iar schema tehnologică cu automatizări în Figura 10.22.

RT1Ties0=ct+

H

_

RT2EE (servo +

ventil de reglare)

+

_

Tr Tdupa_inj

Tr Ties

DependentaT ies de Q

DependentaT ies de T dupa inj

+

T2

T3Instalatiade injectie

pT

_dupa injT

Q

DependentaT ies de D

T1D

+

iesT

Figura 10.21. Schema funcţională de reglare a temperaturii aburului supraîncălzit

În Figura 10.21. s-au indicat mărimile perturbatoare:

debitul de abur trecut prin supraîncălzitor D; debitul de căldură primită de supraîncălzitor prin convecţie de la gazele de ardere sau

prin radiaţie, Q; temperatura aburului la intrarea în SÎ, înainte de punctul de injecţie, Tp.

TT

ref

+

TC_+

RT1

TT

TC

SI

RT2

Figura 10.22. Schema tehnologică cu automatizări a reglării temperaturii aburului


113

10.2. Automatizarea cazanelor de abur cu străbatere forţată

Cazanele de abur cu străbatere forţată se pot realiza în variantaele cu vas de separaţie (Schulzer) sau fără vas de separaţie (Benson, Ramsin). Ele se prezintă sub forma unui schimbător de căldură foarte lung.

La cazanele cu recirculare, sau de tip La Mont, la care circulaţia în ţevile fierbătoare se asigură de o pompă de circulaţie, automatizarea cazanului este similară cu cea a cazanelor cu circulaţie naturală, pompa fiind cu debit constant.

La cazanele cu circulaţie forţată lipsa tamburului determină o serie de condiţii specifice pentru schemele de reglare, condiţii în general mai severe decât la cazanele cu tambur.

Tamburul permite în cazul cazanelor cu circulaţie naturală, să se asigure o rezervă de apă şi de abur. În cazul cazanelor cu străbatere forţată, lipsa tamburului impune o sincronizare a debitelor de apă şi de abur, prin egalitatea în orice moment a celor două debite. Punctul de sfârşit al vaporizării, în funcţie de tipul constructiv al cazanului, trebuie să fie menţinut într-un punct fix sau variabil cu sarcina.

La cazanele cu străbatere forţată, fără vas de separare, de tipul Benson, în care pierderile de circulaţie sunt acoperite de presiunea pompei de alimentare, punctul de terminare a vaporizării în circuitul apă abur poate fi fix sau mobil. În cazul punctului mobil, acesta se deplasează spre economizor atunci când sarcina cazanului creşte sau debitul de apă scade.

Cazanul Ramsin este tot un cazan cu străbatere forţată asemănător cu cazanul Benson, cu diferenţa că ţevile ecran de radiaţie din focar sunt înclinate faţă de orizontală cu 20°.

Cazanul Schulzer posedă, faţă de cazanul Benson, un vas de purjare la care se racordează toate ţevile ce vin de la vaporizator. Ca urmare punctul de terminare a vaporizării în circuitul apă-abur este fix şi depinde de poziţia pe care o are vasul de purjare.

Ca obiect reglat, cazanul cu circulaţie forţată este tot un element multivariabil pe intrare ieşire, practic având acelaşi set de mărimi dar cu alte dependenţe intrare-ieşire.

În Figura 10.23. se prezintă caracteristicile cazanului cu străbatere forţată, exprimate ca raspunsuri tranzitorii la variaţia debitului de combustibil şi a celui de apă de alimentare.

B

t

p

t

W

t

punct de vaporizare fixpunct de vaporizare variabil

p

t

Figura 10.23. Caracteristicile cazanului cu străbatere forţată

10.2.1. Reglarea automată a procesului de ardere

SRA al cazanului trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: menţinerea constantă a parametrilor esenţiali ai aburului (p, T); menţinerea constantă a temperaturii în zona de vaporizare; asigurarea unei egalităţi între sarcina cazanului şi debitul de apă de alimentare; egalitatea căldurii transferate de la abur la apă în focar şi căldura cedată

consumatorului.


114

Mărimile reglate ale procesului de ardere sunt: a) presiunea aburului (reglarea sarcinii); b) debitul de aer (reglarea combustiei); c) depresiunea în focar (reglarea debitului de gaze de ardere). La cazane cu străbatere forţată se constată că debitul de apă W influenţează direct

debitul de abur produs, precum şi parametrii acestuia. Alţi factori perturbatori pot fi: debitul de combustibil, sarcina turbinei şi debitul de injecţie. Rezultă că semnalul de variaţie a sarcinii (presiunea aburului la ieşirea din cazan), prin intermediul regulatorului automat, va comanda debitul de apă W. Se impune condiţia de a se acţiona, în acelaşi timp, şi asupra cantităţii de căldură dezvoltate în focar, pentru a menţine parametrii aburului la valorile nominale, deci să se actioneze asupra debitului de combustibil.

Există astfel două strategii de conducere a procesului de ardere: regulatorul de combustibil (RB) are rol de regulator de sarcină termică (RST) iar

regulatorul de debit (RW) are rol de stabilizare a parametrilor aburului (Figura 10.24.); regulatorul de debit (RW) are rol de regulator de sarcină termică (RST) iar regulatorul

de combustibil (RB) are rol de stabilizare a parametrilor aburului. La funcţionarea pe bară colectoare există un regulator principal având rolul de a

distribui perturbaţia exterioară (de sarcină) pe RST-urile ataşate cazanelor în funcţiune. Perturbaţiile interne vor trebui rejectate de propriile sisteme de reglare ale fiecărui cazan.

La cazanele funcţionând cu turbina în schemă bloc cu conductă de ajutor nu se face deosebirea între perturbaţiile externe şi interne.

Semnalul de la ieşirea RP poate fi îmbunătăţit, dacă pe lângă presiunea aburului la ieşirea cazanului, se mai adaugă un impuls de anticipare după derivata presiunii uleiului din circuitul de comandă al regulatorului automat de viteză (Figura 10.24.b). Semnalul de la ieşirea RST poate fi îmbunătăţit prin adăugarea semnalelor de sarcina şi de debit de alimentare (Figura 10.24.c).

a) b)

RP

RST(RB)

p0=ctp

xF la celelalte RST

B

+ _

RP

RST(RB)

p0=ctp

xF la celelalte RST

B

+ _dpulei/dt

RP

RST(RB)

p0=ctp

xF la celelalte RST

B

+ _

WD

c)

Figura 10.24 Scheme pricipiale de reglare a sarcinii pentru cazane cu străbatere forţată.

Debitul de aer se reglează în mod similar ca şi la cazanele cu circulaţie naturală. Se

preferă reglarea în cascadă (Figura 10.25.a), în care mărimea de referinţă a regulatorului de aer este dată de un regulator ce măsoară presiunea şi debitul de abur la turbină. Se poate considera şi debitul de combustibil la intrarea regulatorului de aer (Figura 10.25.b), schemă care se utilizează la cazanele cu păcură.


115

a) b)

RA1

RA2

p0=ctp

A

+ _

DT

_

B0=ctB

+ _

RA

A

Figura 10.25. Scheme pricipiale de reglare a debitului de aer pentru cazane cu străbatere forţată. Reglarea debitului de gaze de ardere se realizează în mod similar ca la cazanele cu

circulaţie naturală, în care depresiunea în focar comandă debitul de gaze de ardere.

10.2.2. Reglarea automată a alimentării cu apă

SRA al alimentării cu apă trebuie să asigure debitul de abur cerut şi terminarea vaporizări într-o anumită zonă a circuitului apă-abur, numită zonă de tranziţie (ZT). Punctul de terminare a vaporizării apei nu trebuie să se apropie de turbină sau economizor.

O variantă ar fi menţinerea constantă a presiunii (Figura 10.26. a) pentru a controla punctul de vaporizare, sau reglarea debitului de apă după semnalul ieşit de la regulatorul principal (Figura 10.26.b).

În Figura 10.26.c. regulatorul din amonte, care măsoară temperatura sau umiditatea în zona de vaporizare, transmite regulatorului în cascadă mărimea de referinţă. Acesta primeşte şi o perturbaţie (debitul de abur D sau de combustibil B) şi comandă debitul de apă de alimentare.

b)a)

RW1

RW2

ctT sau umiditatea

W

+ _

DdpZT/dt

RW

W

de la RP

RW

W

c)

D sau B

Figura 10.26 Scheme pricipiale de reglare a debitului de apă pentru cazane cu străbatere forţată.

SRA al alimentării cu apă funcţionează în strânsă legătură cu SRA al sarcinii termice, perturbaţia de sarcină reflectându-se asupra temperaturii în zona de terminare a vaporizării. Astfel putem întâlni două situaţii:


116

dacă temperatura aburului în ZT nu se consideră un parametru independent (nu intră în structura schemei de reglare), ea se stabilizează indirect prin B si W, (Figura 10.27..a şi b);

dacă temperatura aburului în ZT se consideră un parametru independent (Figura 10.27.c) atunci ea poate interveni ca parametru reglat la RST-ul care are menirea de a menţine un raport bine determinat între W şi B. În Figura 10.27 temperatura aburului la intrarea în SÎ este reglată indirect după o

strategie cu RB folosit ca RST în varianta a şi după o strategie cu RW folosit ca RST în variantele b şi c. Semnalul (D+dpZT/dt) este asemănător semnalului de căldură de la cazanele cu circulaţie naturală folosit în regim dinamic pentru rejectarea perturbaţiilor interioare. Semnalul xF este semnalul de intensitate a focului, obţinut la ieşirea RP.

b)a)

xF

D+dpZT/dt

RB

B

RW

W

RW

W

xF

RB

D+dpZT/dt

B

c)

RW

W

xF

RB

T

B

d/dtdTga/dt

Figura 10.27. Scheme pricipiale de reglare RW/RB

În Figura 10.27.c temperatura e utilizată ca semnal de măsură în structura buclei de reglare. Ca urmare temperatura este reglată direct în punctul de început al supraîncălzirii. Se adoptă o strategie în care RW este regulator de sarcină termică iar RB este regulator de stabilizare a temperaturii aburului înainte de SÎ. Pentru a îmbunătăţii performanţa schemei de reglare în regim dinamic, se introduce un semnal de anticipare după temperatura gazelor de ardere evacuate din centrală.

10.2.3. Reglarea automată a temperaturii aburului supraîncălzit

Orice perturbaţie ce apare pe traseul apă-abur se reflectă direct asupra temperaturii aburului. Având în vedere dinamica mai accentuată a acestor cazane, menţinerea constantă a temperaturii se face în condiţii mai grele decât la cazanele cu tambur. La cazanele cu circulaţie forţată este necesar ca temperatura să se menţină constantă în diferite puncte intermediare.

Reglarea automată a temperaturii aburului după zona de tranziţie se face similar ca la cazanele cu tambur.

În zona de supraîncălzire se folosesc două sau trei răcitoare de abur cu injecţie, reglate pe fiecare parte a cazanului (Figura 10.28 b). Schema de reglare este, în general, în cascadă sau cu semnal de anticipare (Figura 10.28.a).


117

b)a)

Tint2

D

RT2

Winj2

RT1

Winj1

Ties1RT3

Ties2Ties20=ct

Ties10=ct

+

+

Ties2 Tint2

Winj2

Ties1 Tint1

Winj1

D

Figura 10.28. Reglarea temperaturii aburului supraîncălzit la cazanele cu circulaţie forţată: a) Schema pricipială de reglare; b) Schema tehnologică.

Corelarea buclelor de reglare se face prin intermediul perturbaţiei măsurabile de

sarcină.

10.3. Semnalizarea şi protecţia cazanelor

În timpul regimurilor de pornire/oprire, precum şi în timpul funcţionării cazanelor, trebuie evitate avariile cauzate fie de defectări ale instalaţiei sau ale dispozitivelor de automatizare, fie de manevre greşite ale personalului de exploatare. Astfel, exploatarea cazanelor cu personal redus impune luarea unor măsuri de siguranţă în exploatarea lor.

Dispozitivele de protecţie ale cazanelor au ca scop sesizarea apariţiei unor regimuri necorespunzătoare de funcţionare şi intervenţia automată pentru oprirea cazanului sau scăderea sarcinii. Oprirea automată a cazanului înseamnă închiderea automată, bruscă a alimentării cu combustibil.

Instalaţia de protecţie automată permite: oprirea cazanului; reducerea sarcinii; restabilirea regimului de funcţionare.

Schema de protecţie depinde de condiţiile tehnologice ale tipului de cazan, însă se pot prevedea, de exemplu, următoarele condiţii care au ca rezultat oprirea cazanului (Figura 10.29):

1. la creşterea presiunii apei în cazan peste limita superioară I se impune reducerea sarcinii cazanului prin scoaterea din funcţie a unui număr de arzătoare;

2. la creşterea presiunii peste limita superioară II se impune oprirea automată a cazanului;

3. la creşterea nivelului apei în tambur peste limita superioară I se deschid automat ventilele de purjare de la tamburul şi supraîncălzitorul cazanului pentru a nu trimite abur în tambur;

4. la creşterea nivelului peste limita superioară II, care prezintă pericolul de pătrundere a apei în turbină, sau la scăderea nivelului apei sub limita inferioară, care poate conduce la arderea ţevilor fierbătoare, se opreşte automat cazanul;

5. la scăderea presiunii gazului metan sau al păcurii înainte de arzătoare se opreşte brusc cazanul;

6. la ieşirea din funcţiune a ambelor ventilatoare de evacuare a gazelor de ardere se opreşte automat cazanul;

7. la lipsa tensiunii mai mult de 4-6 secunde, timp în care lucrează fără succes instalaţia de anclanşare automată a rezervei (AAR) se opreşte automat cazanul;


118

8. la creşterea presiunii în focar peste o anumită limită, ce poate provoca spargerea ţevilor fierbătoare în cazan, se opreşte cazanul cu o temporizare de cca. 60 de secunde.

suplimIIp p

suplim

inflim

IIH H

H H

suplimcz czp p VG1 si VG2

oprite

Ualim=0 sit0=4..6 s

Temporizarzet=60 s

limgazmetan

p plimpacurap p

oprire cazan

Figura 10.29 Schema principială de protecţie a cazanului de abur

O instalaţie de supraveghere importantă este cea de supraveghere a flăcării în focarul

cazanului. Acumularea de combustibil nears în focar, prin stingerea flăcării, creează, în cazul în care se depăşeşte o anumită limită, pericol de explozie în momentul în care se încearcă o reaprindere sau în care combustibilul vine în contact cu elemente incandescente. Instalaţia de supraveghere intervine fie prin blocarea admisiei de combustibil, fie prin semnalizare în cazul în care după un anumit timp de la declanşarea aprinderii şi combustibilului acesta din urmă nu s-a aprins sau dacă se stinge flacăra cu o durată de maximum o secundă.

Instalaţia de supraveghere constă din unul sau mai multe detectoare de flacără (celule sensibile la raze ultraviolete sau fotorezistenţe), un bloc de amplificare şi comparare a semnalului şi dispozitive de semnalizare şi blocare.

Dispozitivele de blocare au ca scop să evite efectuarea de manevre şi operaţii greşite

de către instalaţia de automatizare sau de către personalul de exploatare. Astfel, se prevăd următoarele blocări mai importante:

nu se poate porni sistemul de ventilaţie al aerului (VA) înainte de a se porni sistemul de ventilaţie al gazelor de ardere (VG);

nu se poate porni cazanul, adică nu se poate face deschiderea ventilului principal de combustibil, dacă nu au fost deschise în prealabil ventilele de admisie a combustibilului la arzatoare;

nu se poate face aprinderea automată a combustibilului la arzătoare decât după 10-20 de minute de la pornirea VG şi VA, care asigură ventilaţia focarului. Apariţia funcţionării necorespunzătoare a cazanului sau ieşirea din funcţine a unor

instalaţii interne se semnalizează optic şi acustic pe pupitrul de comandă al cazanului şi se transmite semnal către sistemul informatic de supraveghere

Semnalizările sunt de doua feluri: de avarie (indică o avarie gravă în instalaţie); preventive (indică depăşirea unor limite însă care nu au condus încă la avarii)


119

10.4. Performanţele reglării automate a cazanelor de abur

În cazul realizării reglării automate a cazanelor de abur este necesar să se precizeze performanţele obţinute prin introducerea automatizării şi intervalul de sarcinii cazanului în care reglarea automată este garantată.

Astfel, în funcţie de sarcina cazanului, între minimul tehnologic şi 100%, toleranţele instalaţiilor de automatizare pot fi:

pentru presiunea aburului supraîncălzit la intrarea în turbină între 0.5-4.0 % din presiunea nominală;

pentru temperatura aburului la admisia în turbină între 2-12 °C; pentru conţinutul de oxigen în gazele de ardere 0.2-1.0 %O2; pentru depresiunea în focar între 0.4-2.0 mmCA pentru nivelul în tambur 2-10 cm.

capitolul 10.automatizarea cazanelor de abur · spre turbina (dt) parametrii abur viu (d, p, t)...

Documents