Спосіб автоматичного регулювання температури перегрітої пари в багатопаливному котлоагрегаті

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к способам регулирования температуры перегретого пара в котельных агрегатах, и может быть применено в многотопливных котлоагрегатах, работающих на предприятиях черной металлургии в условиях буферного потребления доменного газа совместно с энергетическими топливами. Доменный газ, как топливо, резко отличается по своим теплотехническим характеристикам (теплота сгорания, объем продуктов сгорания, температура факела) от энергетических топлив угля, мазута), природного газа. В связи с этим в режиме буферного потребления доменного газа, обусловленного значительными колебаниями его выработки агрегатами основного металлургического производства, возникает неравномерность теплового режима топки котельного агрегата. Это требует применения специальных способов регулирования температуры перегретого пара с тем, чтобы фактические значения не выходили за пределы норм, установленных для данного котлоагрегате. Один из известных приемов регулирования температуры перегретого пара в котельных агрегатах состоит в изменении угла наклона факела в вертикальной плоскости топки. Применительно к многотопливным котлоагрегатам, использующим доменный газ совместно с энергетическими топливами, указанный прием, как элемент способа регулирования величины использован в изобретении по авторскому свидетельству №1298478 (кл. F22G5/12). Согласно этому способу измеряют расходы и теплоты сгорания всех совместно сжигаемых топлив, вычисляют отношение количества тепла, выделяемого от сгорания доменного газа, к суммарному количеству выделяемого тепла в топке и полученную величину используют в качестве корректирующего параметра в устройстве регулирования положения факела в топке, обеспечивая тем самым регулирование температуры перегретого пара, вырабатываемого котлоагрегатом. Описанная одноступенчатая схема регулирования приемлема в ограниченном диапазоне колебаний расхода доменного газа в сочетании с условием стабильной суммарной тепловой нагрузки котлоагрегате. Кроме того, измерения расходов и теплоты сгорания нескольких топлив, потребляемых многотопливным котлоагрегатом, требуют установки большого числа специальных измерительных приборов и трудоемки. Поэтому в широком диапазоне колебаний расхода доменного газа с учетом возможных колебаний нагрузки котлоагрегате, как правило, применяют многоступенчатые схемы регулирования температуры перегретого пара. При этом на первой ступени регулирования могут быть использованы устройства, управляющие положением факела в топке согласно вышеописанным аналогам, или устройства промежуточного охлаждения пара (пароохладители). На последней ступени регулирования устанавливают, как правило, пароохладители поверхностного или впрыскивающего типа. Известны способы автоматического регулирования температуры перегретого пара в котлоагрегате, работающем на нескольких видах топлива, имеющем пароперегреватель, состоящий, как минимум, из двух ступеней, и пароохладитель, установленный между его ступенями, а также имеющем устройство предварительного регулирования температуры перегрева, путем, раздельного воздействия на исполнительные механизмы обоих контуров регулирования по сигналам температуры пара на выходе из пароперегревателя, скорости изменения температуры пара на входе в последнюю ступень пароперегревателя и скорости изменения корректирующего параметра - для последнего пароохладителя и по сигналу расхода среды, характеризующему нагрузку котлоагрегате, - для удобства предварительного регулирования. Известные способы отличаются друг от друга номенклатурой измеряемых параметров и соответственно электрических сигналов, используемых для приведения в действие исполнительных механизмов, а также используемыми корректирующими параметрами. Так, например, известен способ автоматического регулирования температуры перегретого пара в котлоагрегате, работающем на нескольких вида х топлива, описанный в статье И.И. Чернецова и др. "Регулирование температуры перегретого пара при буферном потреблении доменного газа" в журнале "Промышленная энергетика", 1977, №7, с.42 - 44. Согласно этому способу как последний пароохладитель, так и устройство предварительного регулирования температуры перегрева представляют собой пароохладитель впрыскивающего типа, причем первая ступень регулирования представляет собой статический регулятор, в задачу которого входит стабилизация температуры пара в заданном диапазоне перед вторым впрыском. Сигналами для регулирования первой ступени являются температура пэра перед вторым впрыском и обратная связь по положению регулирующего клапана первого впрыска. В качестве корректирующего параметра для последнего пароохладителя (второй ступени регулирования) использована величина изменения расхода доменного газа на котлоагрегат. Недостатком известного способа является низкая статическая точность ввода в диапазон регулирования исполнительного механизма последнего пароохладителя и низкое быстродействие обоих регуляторов при колебаниях нагрузки котлоагрегате. Кроме того, при работе котлоагрегате на нескольких видах топливе (более двух видов) использование в качестве корректирующего параметра величины изменения расхода доменного газа недостаточно учитывает возмущения, вносимые изменения расхода других компонентов топливной смеси, а при глубоких колебаниях расхода доменного газа, нередко составляющих от нуля до 100% тепловой нагрузки, положение осложняет большая погрешность расходомеров. На устранение указанных недостатков ориентирован способ автоматического регулирования температуры перегретого пара в парогенераторе по а.с. СССР №723294, кл. F22G5/12, опубл. 25.03.80. Согласно этому способу с целью повышения качества регулирования в сравнении с вышеприведенным аналогом, дополнительно измеряют расход дымовых газов и полученную величину используют в качестве сигнала для воздействия на исполнительный механизм устройства предварительного регулирования температуры перегрева, а также в качестве корректирующего параметра регулирования последнего пароохладителя. Этот способ принят в качестве прототипа предлагаемого способа. Цель изобретения по способу - прототипу достигается за счет того, что величина расхода дымовых газов по газоходам котлоагрегата более оперативно отражает изменения топочного режима, чем изменение температуры пара перед последним пароохладителем, поскольку прогрев ступеней пароперегревателя имеет известную инерционность. Однако величина расхода дымовых газов лишь косвенно взаимосвязана с характеристиками тепловыделения в топке и тепловосприятия пароперегревателя, причем эта взаимосвязь нестабильна для различных сочетаний совместно сжигаемых топлив. Кроме того, как правило, нестабильна во времени погрешность результатов измерений расхода дымовых газов. Эти факторы вносят неконтролируемое возмущение в сигнал, поступающий к исполнительному механизму устройства предварительного регулирования температуры перегрева и произвольно изменяют величину корректирующего параметра регулирования последнего пароохладителя. Практически указанные недостатки существующи х способов автоматического регулирования температуры перегретого пара вынуждают ограничивать диапазон эксплуатационных изменений состава совместно сжигаемых топлив, что на ряде металлургических заводов приводит к недоиспользованию доменного газа в топливном балансе энергетических котлоагрегатов. Цель данного изобретения - повышение качества регулирования при расширении диапазона эксплуатационных изменений состава сжигаемого топлива. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе автоматического регулирования температуры перегретого пара в котлоагрегате, работающем на нескольких видах топлива, имеющем пароперегреватель, состоящий как минимум из двух ступеней, и пароохладитель, установленный между его ступенями, а также имеющим устройство предварительного регулирования температуры перегрева, путем раздельного воздействия на исполнительные механизмы обоих контуров регулирования, причем для последнего пароохладителя используют сигналы температуры пара на выходе из пароперегревателя, скорости изменения температуры пара на входе в последнюю ступень пароперегревателя и скорости изменения корректирующего параметра, а для устройства предварительного регулирования используют сигнал расхода среды, характеризующий нагрузку котлоагрегате, согласно данному изобретению дополнительно с помощью газоанализатора определяют компонентный состав продуктов сгорания, поданным измерений вычисляют адиабатическую температуру горения топлив и полученную величину используют в качестве корректирующего параметра, причем для устройства предварительного регулирования используют сигнал скорости изменения корректирующего параметра. Реализация предлагаемого способа основана на установленной его авторами функциональной зависимости между компонентами составом продуктов сгорания топливной смеси и величиной адиабатической температуры горения. По сравнению с величиной расхода дымовых газов, используемой в качестве корректирующего параметра в изобретении по а.с. №723294, адиабатическая температура горения непосредственно характеризует тепловыделение в топке и изменения тепловосприятия пароперегревателя при сохранении оперативности поступления информации о изменениях топочного режима. Это позволяет повысить качество регулирования температуры перегретого пара в расширенном диапазоне эксплуатационных изменений состава сжигаемого топлива. Глубокие колебания тепловой нагрузки котельных агрегатов нехарактерны для ТЭЦ предприятий черной металлургии. В стабильном по тепловой нагрузке режиме эксплуатации возможно достижение другой цели изобретения, а именно - повышение экономичности котлоагрегате. Эта цель достигается тем, что в режимах эксплуатации котельного агрегата с заведомо постоянной тепловой нагрузкой (с условием реализации схемы регулирования температуры перегретого пара по предложенному способу) последний пароохладитель и соответствующий ему контур регулирования отключают, причем для устройства предварительного регулирования сохраняют сигнал температуры пара на выходе из пароперегревателя. На чертеже (фиг.) приведена структурная схема одного из вариантов системы регулирования температуры перегретого пара в котлоагрегате с реализацией предлагаемого способа. В качестве устройства предварительного регулирования температуры перегрева котлоагрегат имеет известное многотопливное плоскофакельное горелочное устройство 1, снабженное верхним соплом 2 и нижним соплом 3, расположенными в вертикальной плоскости и регулирующее температуру перегрева путем отклонения потока дымовых газов в топке 4 за счет изменения соотношения расходов воздуха через указанные сопла. Регулятор 5 устройства предварительного регулирования соединен с датчиком 6 суммарного расхода воздуха на котлоагрегат, характеризующим тепловую нагрузку последнего, а также соединен с датчиком 7 температуры пара на выходе из пароперегревателя 8 и через дифференциатор 9 с вычисленным устройством 10, которое в свою очередь соединено с газоанализатором 11, подключенным к газоходу 12. К регулятору 5 подключен исполнительный механизм -распределительное устройство 13. Регулятор 14 соединен с датчиком 7 температуры пара за пароперегревателем 8, датчиком 15 температуры пара на входе в последнюю ступень пароперегревателя через дифференциатор 16 и через дифференциатор 9 с вычислительным устройством 10. К регулятору 14 подключен исполнительный механизм - клапан 17 конечного пароохладителя 18. Система работает следующим образом. В общем случае - при работе котельного агрегата в широком диапазоне изменений нагрузки и соотношения расходов доменного и природного газов на горелочное устройство 1 - регулятор 5 получает сигналы от датчика 7 температуры пара на выходе пароперегревателя 8. от датчика 6 суммарного расхода воздуха на котлоагрегат от дифференциатора 9 по скорости изменения адиабатической температуры горения и воздействием на исполнительный механизм 13 изменяет соотношение расходов воздуха через верхнее сопло 2 и нижнее сопло 3 горелочного устройства 1. Этим достигается отклонение факела в вертикальной плоскости топки 4, что обеспечивает ввод в заданный диапазон регулирования элементов системы, управляемых работой конечного пароохладителя 18. Регулятор 14 в этом режиме получает сигналы отдатчика 7 о температуре пара на выходе из пароперегревателя 8, от дифференциатора 16 о скорости изменения температуры пара на входе в последнюю ступень пароперегревателя, от дифференциатора 9 о скорости изменения адиабатической температуры горения и воздействием на клапан управляет подачей конденсата в пароохладитель 18, поддерживая тем самым заданную температуру перегретого пара. К дифференциатору 9 сигнал о величине адиабатической температуры горения поступает от вычислительного устройства 10, которое формирует этот сигнал по заданному алгоритму по результатам автоматического измерения компонентного состава продуктов сгорания газоанализаторов 11. В зависимости от типа используемых измерительных средств газоанализатор 11 может определять состав топочных газов вне котлоагрегатов путем отбора проб из газохода 12 или анализировать сигналы датчиков, чувствительных к отдельным компонентам дымовых газов и располагаемых непосредственно в газоходе 12. В случаях дли тельной эксплуатации котлоагрегата в стабильном режиме по тепловой нагрузке с целью повышения экономичности, пароохладитель 18 отключают закрытием клапана 17, также выключают из работы регулятор 14, датчик 15 и дифференциатор 16, а к регулятору 5 дополнительно подключают датчик 7. Не исключаются другие варианты реализации предлагаемого способа например с использованием в качестве устройства предварительного регулирования температуры перегрева поверхностного пароохладителя, как это предусмотрено способом -прототипом, однако с вводом в качестве корректирующего параметра величины адиабатической температуры горения взамен используемой по прототипу величины расхода дымовых газов. Использование в качестве корректирующего параметра при регулировании температуры перегретого пара величины адиабатической температуры горения проверено в промышленных условиях при эксплуатации котлоагрегата в режиме совместного сжигания доменного, коксового и природного газов, причем тепловая доля доменного газа изменялась в пределах от 20 до 60%. Компонентный состав образующи хся продуктов сгорания определяли с помощью серийно выпускаемого промышленностью газоанализатора типа ГИАМ-5 М и двух датчиков содержания кислорода на основе диоксида циркония. По результатам выполняемых измерений величину адиабатической температуры горения вычисляли с помощью программируемого микропроцессорного вычислительного устройства по формуле: где - адиабатическая температура горения, °C; и - инвариантные характеристики заданной топливной смеси; - содержание кислорода в сухи х продукта х сгорания, определяемое в пробе дымовых газов после удаления из нее водяных паров, %; - содержание диоксидов углерода и серы в сухих продуктах сгорания, %; - содержание кислорода во влажных продуктах сгорания (относительно натурального объема дымовых газов), %. Суммарные затраты времени на каждое дискретное определение компонентного состава продуктов сгорания, обработку данных измерений и выработку корректирующего сигнала составили в среднем 9с, что достаточно для обеспечения требуемого быстродействия системы регулирования температуры перегретого пара. Получаемые значения величины адиабатической температуры горения синхронно коррелировали изменением расхода доменного газа на котлоагрегат, что подтвердило возможность достижения цели изобретения повышения качества регулирования температуры перегретого пара в расширенном диапазоне эксплуатационных изменений состава сжигаемого топлива. В стабильном режиме эксплуатации котлоагрегате по суммарной тепловой нагрузке и в том же диапазоне колебаний тепловой доли доменного газа подтверждена возможность перехода на одноступенчатую схему регулирования температуры пара изменением положения факела по высоте топки, что позволяет в этом случае отключать последний пароохладитель и соответствующий ему контур регулирования с повышением общего КПД котлоагрегате.