Система регулирования питания водой барабанного парогенератора

Изобретение относится к тепловой и атомной энергетике и предназначено для регулирования питания водой барабанных парогенераторов ТЭС и АЭС. Система содержит регулирующий клапан расхода питательной воды, управляемый трехимпульсным стабилизирующим регулятором, к которому подключены датчик расхода питательной воды, датчик расхода пара и датчик уровня воды в барабане, подключенный также к корректирующему регулятору. Через дифференциатор датчик положения клапана периодической продувки формирует исчезающий сигнал на стабилизирующем регуляторе. Датчик нагрузки энергоустановки через два нелинейных элемента, подключенных к первому и второму параметрическим входам стабилизирующего регулятора, обеспечивает динамическую точность работы системы в регулировочном режиме, а с помощью третьего параметрического входа, к которому через сумматор подключены датчик расхода питательной воды посредством третьего нелинейного элемента и датчик расхода пара посредством четвертого нелинейного элемента, обеспечивается статическая точность. Техническим результатом применения системы является повышение динамической точности работы при проведении периодической продувки, а также повышение статической и стабилизация динамической точности в регулировочных режимах функционирования парогенератора путем параметрической адаптации стабилизирующего регулятора, что позволяет парогенератору более качественно участвовать в регулировании мощности энергоустановки. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к тепловой и атомной энергетике и может применяться для регулирования питания водой барабанных парогенераторов ТЭС и АЭС.

Известен одноимпульсный регулятор питания барабанного котла с датчиком уровня воды в барабане, управляющий регулирующим питательным клапаном расхода воды (Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы: справ. пособие / Под ред. Б.Д.Кошарского. - Л.: Машиностроение, 1976. - С.334).

Недостатками регулятора являются инерционность и отсутствие динамической точности стабилизации уровня, т.к. он работает по факту отклонения стабилизируемого сигнала от заданного значения, а сигналы компенсации действующих возмущений отсутствуют.

Известна трехимпульсная система питания водой барабанных парогенераторов (Плетнев Г.П. Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций: учеб. пособие. - М.: Энергоиздат, 1981. - С.249; Плютинский В.И., Погорелов В.И. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС: учебник. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - С.175-177). Она содержит датчик уровня воды в барабане, датчик расхода питательной воды на входе в установку и датчик расхода пара на выходе из установки, подключенные к информационным входам регулятора, который осуществляет воздействие на регулирующий питательный клапан.

Недостатком системы является отсутствие статической точности стабилизации заданного уровня. В установившемся режиме показателем материального баланса является уровень воды в барабане, но изменение нагрузки ведет к несоответствию расходов воды и пара, что обусловлено разным физическим состоянием массопотоков, особенностями формирования информационных сигналов, нелинейностями каналов. В результате регулятор стабилизирует не уровень, а соотношение входных сигналов по расходу воды и пара, изменяя величину уровня в зависимости от нагрузки, определяемой этими параметрами.

Другие недостатки системы связаны с отсутствием адаптивных свойств, которые реализуются дистанционным изменением параметров динамической настройки регулирующих блоков с помощью внешних сигналов, подключаемых на специальные параметрические входы (Беляев Г.Б., Кузищин В.Ф., Смирнов Н.И. Технические средства автоматизации в теплоэнергетике: учеб. пособие. - М.: Энергоиздат, 1982. - С.124, 130).

Наиболее близкой к предлагаемой является система с трехимпульсным стабилизирующим и одноимпульсным корректирующим регуляторами (Методы классической и современной теории автоматического управления. В 5 т. / Под ред. К.А. Пупкова / Том 2. Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления: учебник / МГТУ им. Баумана. - М., 2000. - С.422-423). Система регулирования питания водой барабанного парогенератора содержит регулирующий питательный клапан со стабилизирующим регулятором, к которому подключены датчик расхода питательной воды, датчик расхода пара и датчик уровня воды в барабане, подключенный также к корректирующему регулятору.

Первая группа недостатков системы связана с несоответствием ее структуры технологическим свойствам объекта, что при открытии и закрытии клапана периодической продувки ведет к необходимости вручную адаптировать структуру системы путем подключения и отключения корректирующего регулятора к стабилизирующему и при этом вручную изменять задание корректирующему регулятору.

Вторая группа недостатков связана с завышенной статической ошибкой стабилизации уровня в зависимости от свойств сигналов по расходам воды и пара, т.к. зона нечувствительности стабилизирующего регулятора не учитывает индивидуальных свойств сигналов и настраивается по максимальной из дисперсий вводимых на регулятор величин сигналов, а также не учитывает нагрузку установки. Недостатки этой группы связаны и с изменением динамической точности работы системы на разных нагрузках, что при постоянных параметрах динамической настройки регулятора требует заведомо завышенной величины динамической ошибки и ограничивает возможность использования энергоустановок в регулировочных диапазонах функционирования оборудования, а также ведет к увеличению энергозатрат на собственные нужды.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении динамической точности работы системы при проведении периодической продувки, а также в повышении статической и стабилизации динамической точности в регулировочных режимах функционирования парогенератора путем параметрической адаптации стабилизирующего регулятора, за счет чего парогенератор более качественно может участвовать в регулировании мощности энергоустановки.

Это достигается тем, что система регулирования питания водой барабанного парогенератора, содержащая регулирующий клапан расхода питательной воды со стабилизирующим регулятором, к которому подключены датчик расхода питательной воды, датчик расхода пара и датчик уровня воды в барабане, подключенный также к корректирующему регулятору, дополнительно содержит датчик положения клапана периодической продувки, дифференциатор, датчик нагрузки энергоустановки, четыре нелинейных элемента и сумматор, причем датчик положения клапана периодической продувки через дифференциатор подключен к стабилизирующему регулятору, датчик нагрузки через два нелинейных элемента подключен к первому и второму параметрическим входам стабилизирующего регулятора, а к третьему параметрическому входу через сумматор подключены датчик расхода питательной воды посредством третьего нелинейного элемента и датчик расхода пара посредством четвертого нелинейного элемента.

На чертеже приведена блок-схема системы.

Система регулирования питания водой барабанного парогенератора содержит регулирующий питательный клапан 1 со стабилизирующим регулятором 2, к которому подключены датчик уровня воды в барабане 3, датчик расхода питательной воды 4, датчик расхода пара 5 и датчик положения клапана периодической продувки 6 с дифференциатором 7, а также корректирующий регулятор 8 с подключенным к нему датчиком уровня воды в барабане 3. Датчик нагрузки энергоустановки 10 через первый нелинейный элемент 9 подключен к первому параметрическому входу и через второй нелинейный элемент 11 ко второму параметрическому входу стабилизирующего регулятора 2. К третьему параметрическому входу посредством сумматора 12 через третий нелинейный элемент 13 подсоединен датчик расхода питательной воды 4, а через четвертый нелинейный элемент 14 датчик расхода пара 5. Нелинейные элементы 9, 11, 13 и 14 являются непрерывными нелинейными элементами кусочно-линейного типа (А.С.Клюев и др. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования. М.: Энергоатомиздат, 1989, с.119-120, рис.4.15).

Система работает следующим образом. В стационарном режиме, когда требуется обеспечить постоянную нагрузку энергоустановки, при изменении расхода питательной воды вследствие изменения режимов функционирования оборудования в питательном тракте стабилизирующий регулятор 2 обеспечивает стабилизацию величины сигнала от датчика расхода питательной воды 4, приводя ее в соответствие с величиной сигнала от датчика расхода пара 5.

В регулировочном режиме, когда при изменении нагрузки энергоустановки меняется паровая производительность парогенератора, по соотношению сигналов от датчика расхода питательной воды 4 и датчика расхода пара 5 стабилизирующий регулятор 2 воздействует на регулирующий питательный клапан 1 и приводит в соответствие расход питательной воды расходу пара. При этом датчик нагрузки энергоустановки 10, подключенный через первый нелинейный элемент 9 и второй нелинейный элемент 11 к первому и второму параметрическим входам стабилизирующего регулятора 2, формирует задающий сигнал параметрической адаптации и осуществляет автоподстройку параметров динамической настройки с целью стабилизации величины относительной динамической ошибки регулирования. Настройка нелинейных элементов 9 и 11 осуществляется таким образом, чтобы на разных нагрузках при одной величине возмущения значение динамической ошибки оставалось постоянным и соответствующим заданным критериям качества регулирования. Тогда при неконтролируемых величинах возмущений по нагрузке значение относительной к величине этих возмущений динамической ошибки будет оставаться постоянным.

Третий параметрический вход обеспечивает адаптацию стабилизирующего регулятора 2 с целью минимизации величины статической ошибки регулирования путем автоподстройки зоны нечувствительности. Исходное значение зоны нечувствительности стабилизирующего регулятора 2 примерно равно величине зоны нечувствительности корректирующего регулятора 8, который при той же чувствительности сигнала от датчика уровня воды в барабане 3 изменяет задание стабилизирующему регулятору 2, обеспечивая «пилотный» контроль качества статической точности стабилизации заданного уровня. Поскольку спектральные свойства других каналов разные, то нелинейные элементы 13 и 14 через сумматор 12 обеспечивают индивидуальную подстройку зон нечувствительности для сигналов от датчика расхода питательной воды 4 и датчика расхода пара 5 в регулировочных диапазонах изменения этих параметров (с учетом аварийных режимов), минимизируя статическую ошибку регулирования за счет индивидуальной подстройки зон нечувствительности по каналам 4-13-12-2 и 5-14-12-2 с учетом изменения свойств сигналов в зависимости от изменения расходов питательной воды и пара.

В регулировочном и стационарном режимах при изменении стока воды из парогенератора при продувке датчик положения клапана периодической продувки 6 с дифференциатором 7 формируют исчезающий сигнал. При открытии и закрытии клапана периодической продувки по опережающему сигналу возмущения стабилизирующий регулятор 2 воздействует на регулирующий питательный клапан 1 и обеспечивает компенсацию изменения расхода продувочной воды изменением расхода питательной воды, не допуская больших динамических отклонений уровня от заданного значения. В случае появления статической ошибки по уровню корректирующий регулятор 8 изменяет задание стабилизирующему регулятору 2 и система восстанавливает заданный уровень.

С точки зрения управления новые свойства делают автоматизированный объект более технологичным. Продувка меньше влияет на изменение нагрузки энергоустановки. Уменьшается зависимость от нагрузки динамической точности работы системы и минимизируется статическая ошибка. Парогенератор более качественно может участвовать в регулировании мощности энергоустановки.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно улучшить качество работы системы регулирования питания водой барабанного парогенератора.

Система регулирования питания водой барабанного парогенератора, содержащая регулирующий клапан расхода питательной воды со стабилизирующим регулятором, к которому подключены датчик расхода питательной воды, датчик расхода пара и датчик уровня воды в барабане, подключенный также к корректирующему регулятору, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит датчик положения клапана периодической продувки, дифференциатор, датчик нагрузки энергоустановки, четыре нелинейных элемента и сумматор, причем датчик положения клапана периодической продувки через дифференциатор подключен к стабилизирующему регулятору, датчик нагрузки через первый нелинейный элемент подключен к первому параметрическому входу и через второй нелинейный элемент ко второму параметрическому входу стабилизирующего регулятора, а к третьему параметрическому входу через сумматор подключены датчик расхода питательной воды посредством третьего нелинейного элемента и датчик расхода пара посредством четвертого нелинейного элемента.