Схемы авторегулирования нагрузки

АГРЕГАТОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Из предыдущего видно, что автоматические регулято­ры процесса горения котлов должны поддерживать коли­чество пара, вырабатываемое котлами (нагрузку котлов), в строгом соответствии с расходом пара турбинами. Показателем этого соответствия служит постоянство дав­ления пара в какой-либо точке паропровода между кот­лами и турбинами. При повышении нагрузки электро­станции (электрической или тепловой) турбины увеличи­вают расход пара, вследствие чего давление в барабанах котлов и в паропроводах начинает снижаться. Для вос­становления нарушенного равновесия котлоагрегатам сле­дует повысить выработку пара, для чего необходимо уве­личить подачу в топки топлива и воздуха. На автомати­зированных котлах это выполняется системой автомати­ческого регулирования процесса горения.

Обратим внимание на то, что в том случае, когда ре­гуляторы поддерживают одинаковое давление пара при всех нагрузках, процесс регулирования протекает по сле­дующей схеме: вначале из-за повышения расхода пара турбинами давление понижается. Это воспринимается ре­гуляторами, увеличивающими подачу топлива настолько, что выделение тепла в топке будет достаточным для вос­становления снизившегося давления до первоначальной величины. Это может быть обеспечено изодромными ПИ-регуляторами, получающими командное воздейст­вие по давлению пара в выбранной точке парового трак­та электростанции.

Условия наивыгоднейшего ведения теплового процесса обычно достигаются при поддержании наивысшего допу­стимого давления пара перед турбинами, одинакового при всех нагрузках, в пределах диапазона регулирования. Поэтому чаще всего системы авторегулирования процес­са горения котлов получают командное воздействие, ха­рактеризующее нагрузку, по давлению пара в паропро­воде перед турбинами.

Существовавшие схемы с поддержанием давления в барабанах котлов оказались менее удобными и эконо­мичными. В этом случае давление перед турбиной зави­сит от нагрузки, снижаясь при ее повышении. В послед­нее время такие схемы почти не применяются.

Автоматическое регулирование нагрузки энергетиче­ских установок блочного типа принципиальных за­труднений не вызывает, поскольку весь пар котла блока потребляется турбиной и между обоими агрегатами про­ложен паропровод, не имеющий других ответвлений. Принципиальная схема автоматического регулирования нагрузки для этого случая показана на рис. 2-1, а. Регу­лируемое давление в точке а парового тракта перед тур­биной воспринимается регулятором нагрузки РНК. Обычно этот регулятор управляет подачей топлива в ко­тел. Повышение давления, например, вследствие сниже­ния нагрузки турбины приводит к уменьшению подачи топлива и воздуха в котел, вследствие чего равновесное состояние системы восстанавливается. Следует иметь в виду, что при практическом осуществлении подобной схемы возникают затруднения, вызванные тем, что ско­рость разгона у котла и турбины не одинакова. Турбина может изменять потребление пара со скоростью, сопоставимой с временем закрытия регулирующих клапанов. Изменение выработки пара котлом происходит медлен­нее, что связано с инерционностью топочного процесса. Поэтому при резком сбросе или наборе нагрузки турби­ной выбег давления в паропроводе может достигать значительной величины.

В качестве средства, предотвращающего значитель­ное повышение давления при резких сбросах нагрузки, на блочных установках применяют быстровключающиеся редукционно-охладительные установки БРОУ. Во время сброса нагрузки, когда происходит быстрое повышение давления, в действие вступает БРОУ, направляющее из­лишек пара в конденсатор турбины (рис. 2-1,б).

Регулятор сбросного устройства РД воспринимает давление пара перед турбиной. Обычно регулятор дав­ления БРОУ настраивается на поддержание более высо­кого давления, чем регулятор нагрузки котла. При нор­мальной работе блока давление пара р_н поддерживается регулятором нагрузки котла (т. е. системой авторегули­рования процесса горения).

В случае повышения давления пара до величины р_макс срабатывает регулятор давления РД быстровключающейся редукционно-охладительной установки, и избы­ток пара сбрасывается в конденсатор турбины. При этом регулятор РД начинает поддерживать давление на за­данном высшем пределе р_макс. Если пропускная способ­ность БРОУ окажется недостаточной для сброса излиш­ков пара, давление повышается дополнительно и в дей­ствие вступают импульсные предохранительные клапаны ИПК, выпускающие пар в атмосферу. Такой режим может быть допущен лишь в крайнем случае, так как при этом электростанция теряет некоторое количество конденсата и вынуждена компенсировать эту потерю спе­циально приготовленной химически обработанной водой или дистиллятом от испарителей.

Кроме регулятора давления БРОУ оборудуется регу­лятором температуры, понижающим температуру пара, сбрасываемого в конденсатор.

Для повышения способности котла к изменению вы­работки пара вслед за колебанием потребления пара турбиной в схему регулятора нагрузки котла вводится опережающее воздействие по перемещению регулирую­щих клапанов турбины. Это воздействие воспринимается регуляторами котла еще до того, как расход пара на тур­бину начнет изменяться, что способствует более быстро­му изменению нагрузки котла.

Рис. 2-1. Схема регулирования нагрузки установки блочного типа

 

На блочных установках с прямоточными котлами на­шли применение регуляторы давления, управляющие регулирующими клапанами турбины. Командное воздействие этот регулятор получает по давлению перед тур­биной, поэтому его часто называют регулятор давления «до себя» рис. 2-1,в.

При работе такого регулятора нагрузка турбины определяется паропроизводительностью котла. Любое плановое или самопроизвольное изменение нагрузки кот­ла приводит к изменению нагрузки турбины при помощи регулятора «до себя». При падении давления регулятор прикрывает клапаны турбины и наоборот. При этом дав­ление перед турбиной поддерживается с высокой точно­стью. Это объясняется незначительным запаздыванием изменения давления при воздействии на регулирующие клапаны турбины. Таким образом, для изменения на­грузки турбины необходимо раньше изменить нагрузку котла, что, как уже отмечалось, происходит со значи­тельной инерцией.

В то же время схема с регулятором топлива, полу­чающим командное воздействие по давлению перед тур­биной (рис. 2-1,а), позволяет изменять нагрузку турбины со значительно большей скоростью. При работе такой схемы нагрузку турбины обычно изменяют путем пере­мещения ее регулирующих клапанов. Поэтому нагрузка турбины изменяется со скоростью, близкой к скорости перемещения ее регулирующих клапанов.

Для бесперебойного обеспечения потребителей элек­трической энергией нагрузку турбины необходимо изме­нять в соответствии с их требованиями. Из этого следу­ет, что блоки, снабженные регулятором «до себя», не мо­гут участвовать в автоматическом регулировании частоты в энергосистеме. Такие блоки обычно работают по дис­петчерскому графику нагрузки.

Применение схемы с регуляторами «до себя» вызвано определенными трудностями наладки регулятора топлива с воздействием по давлению перед турбиной в первый период эксплуатации блока, когда происходит наладка основного оборудования. В то же время для надежной работы котлоагрегата, особенно прямоточного, требуется высокая точность поддержания давления, что может обеспечить регулятор «до себя».

На электростанциях с общими паропроводами (по­перечными связями между котлами и турбинами), под­держивая давление пара в какой-либо точке паропрово­да, необходимо воздействовать на подачу топлива ко всем котлам, работающим параллельно на общий паро­провод. При этом нужно, чтобы заданное при настрой­ке соотношение между нагрузками отдельных котлов со­хранилось в течение всего времени работы.

Регуляторы нагрузки РН (чаще всего регуляторы топлива) отдельных котлов можно было бы подключить к ближайшим точкам паропровода так, чтобы каждый из них получал команду на изменение нагрузки само­стоятельно, как показано на рис. 2-2,а. Недостаток этой схемы состоит в том, что она не позволяет сохранять за­данное распределение нагрузки между котлами. Нагруз­ка менее инерционных котлов будет изменяться быстрее и к моменту восстановления равновесия они окажутся нагруженными больше, чем инерционные. Кроме того, при параллельной работе изодромных регуляторов про­цесс регулирования неустойчив из-за невозможности обеспечить абсолютно одинаковую настройку всех па­раллельно работающих регуляторов котла. По этим при­чинам схема с индивидуальным регулятором давления не находит применения. Для электростанций с попереч­ными связями выполняется схема с общим для всех кот лов главным или корректирующим регулятором КР (рис. 2-2,б).

Рис. 2-2. Схема регулирования нагрузки на электростан­ции с поперечными связями.

 

Главный регулятор воспринимает давление в выбран­ной точке паропровода и вырабатывает командный сиг­нал, подаваемый параллельно на регуляторы нагрузки всех автоматизированных котлов. Эти регуляторы полу­чают также сигнал по какому-либо показателю, прямо или косвенно характеризующему количество топлива, по­даваемого в топку, например, расход топлива для котлов, сжигающих жидкое или газообразное топливо; положе­ние регулирующего органа подачи топлива или косвен­ный сигнал, характеризующий эффект сгорания топли­ва— воздействие по теплу при работе котла на угле. Этот сигнал можно рассматривать как жесткую обрат­ную связь регулятора нагрузки. Таким образом, регулятор каждого котла контролирует его нагрузку, воздей­ствуя на подачу топлива. Главный регулятор упрощенно можно рассматривать как автоматический задатчик, из­меняющий задание регуляторам нагрузки каждого из котлов. Доля участия каждого котла в общей выработке пара устанавливается с помощью индивидуальных задатчиков З регуляторов нагрузки.

В котельной с большим числом котлов, действующих на общий паропровод, иногда применяют два или даже три корректирующих регулятора, подключенных к паро­проводу в далеко отстоящих друг от друга точках. Бла­годаря этому обеспечивается устойчивая работа регуля­торов каждой группы котлов. Корректирующие регуля­торы имеют устройство упругой обратной связи и обычно выполняют закон ПИ-регулирования, т. е. поддерживают контролируемое давление постоянным независимо от на­грузки.