RU2416759C1

RU2416759C1 - Procedure for automatic control of interconnected processes of direct flow boiler loading under conditions of process limits

Info

Publication number: RU2416759C1
Application number: RU2009144617/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Шорохов (RU); Владимир Анатольевич Шорохов; Денис Андреевич Курочкин (RU); Денис Андреевич Курочкин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Е4-СибКОТЭС"
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2011-04-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: signals on position of control units for fuel consumption, general air and smoke fumes are measured and compared to ensure reserve of boiler output required for primary control of frequency. There is chosen a maximal signal and it is supplied to an input of the controller limiting boiler load. This controller forms a signal of correction to a controller of unit power to reduce load of the boiler to a value, when the most open control body is maintained in the position close to complete opening with reserve required for increase of boiler load and unit power at deviations of frequency in circuit.

EFFECT: facilitation of reserve of primary power of unit; increased load of unit.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматического регулирования взаимосвязанных процессов, например подачи питательной воды, топлива, воздуха и поддержания разрежения в топках котельных агрегатов.The invention relates to the field of automatic regulation of interrelated processes, for example, the supply of feed water, fuel, air and maintaining vacuum in the furnaces of boiler units.

Известен способ автоматического регулирования подачи топлива и питательной воды в прямоточный котел (SU №177018, МКИ F23N 1/08, 1964), в котором на регулятор питания подают сигналы по заданному значению нагрузки котла и по расходу питательной воды, а на регулятор топлива подают основной сигнал по температуре пара в промежуточной точке водопарового тракта и дополнительный исчезающий сигнал по температуре воды на входе термосигнальной трубки. При исчерпании диапазона регулирования топлива, регулятор, получающий сигнал по температуре пара, переключают на регулирование подачи питательной воды, а регулятор, получающий сигнал по расходу питательной воды, - на регулирование подачи топлива. При этом поддерживается максимально возможная нагрузка котла в условиях технологических ограничений по топливу с обеспечением требуемого значения температуры пара.A known method for automatically controlling the supply of fuel and feed water to a once-through boiler (SU No. 177018, MKI F23N 1/08, 1964), in which signals are supplied to the power regulator at the set value of the boiler load and feed water flow, and the main regulator is fed a signal for the temperature of the steam at the intermediate point of the water-vapor path and an additional disappearing signal for the temperature of the water at the inlet of the thermosignal. When the fuel regulation range is exhausted, the regulator receiving the signal according to the steam temperature is switched to regulate the supply of feed water, and the regulator receiving the signal according to the feed temperature is switched to regulate the fuel supply. At the same time, the maximum possible load of the boiler is maintained under conditions of technological restrictions on fuel, ensuring the required value of the temperature of the steam.

Недостатком этого способа является то, что он не учитывает ограничений по изменению расходов воздуха или дымовых газов, связанных с исчерпанием диапазонов регулирования исполнительных механизмов.The disadvantage of this method is that it does not take into account restrictions on the change in air or flue gas flow rates associated with the exhaustion of the control ranges of the actuators.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ автоматического регулирования взаимосвязанных процессов (SU №284233, МКИ F23N 1/04, 1969), согласно которому при достижении любым регулирующим органом расхода топлива, воздуха или разрежения одного из крайних положений срабатывает соответствующий путевой выключатель и при помощи реле цепь регулятора переключают с регулирующего органа на интегратор, который формирует дополнительный корректирующий импульс на снижение нагрузки регулятору питания котла. Корректирующее воздействие снимается после устранения ограничений, и схема переключается в нормальный режим работы.The closest in technical essence and the achieved effect is a method for automatic regulation of interconnected processes (SU No. 284233, MKI F23N 1/04, 1969), according to which, when any regulatory body reaches the fuel consumption, air or rarefaction of one of the extreme positions, the corresponding limit switch is activated and using a relay, the regulator circuit is switched from the regulator to the integrator, which generates an additional corrective pulse to reduce the load on the boiler power regulator. Corrective action is removed after removing the restrictions, and the circuit switches to normal operation.

Недостатком данного способа является невозможность обеспечить запас по производительности котла, а следовательно, и мощности блока, требуемый для участия энергоблоков ТЭС в нормированном первичном регулировании частоты сети.The disadvantage of this method is the inability to provide a margin for boiler performance, and therefore the power of the unit, required for the participation of TPP power units in the normalized primary regulation of the network frequency.

Согласно стандарту СТО 59012820.27.100.002-2005 (СО-ЦДУ ЕЭС 001-2005, IDN) система автоматического регулирования частоты и мощности энергоблока должна обеспечивать выполнение требований нормированного первичного регулирования в диапазоне первичного регулирования не менее 5% для нормальных режимов работы энергосистемы (нормальный резерв первичного регулирования) и не менее ΔPп(Δf)=±12,5% Рном для возможных аварийных режимов работы энергосистемы (аварийный резерв первичного регулирования), где Рном - номинальная мощность энергоблока.According to the standard STO 59012820.27.100.002-2005 (SO-CDU UES 001-2005, IDN), the system of automatic regulation of the frequency and power of the power unit must ensure that the requirements of the normalized primary regulation in the primary regulation range of at least 5% for normal operation of the power system (normal reserve of the primary control) and not less than ΔPп (Δf) = ± 12.5% of Rnom for possible emergency operation of the power system (emergency reserve of primary regulation), where Rnom is the rated power of the power unit.

Настоящий Стандарт распространяется на энергоблоки тепловых электростанций, предназначенные для участия в нормированном первичном и автоматическом вторичном регулировании частоты электрического тока и перетоков мощности. Нормированное первичное регулирование - первичное регулирование, осуществляемое выделенными энергоблоками нормированного первичного регулирования, на которых запланированы и постоянно поддерживаются резервы первичного регулирования и обеспечено их эффективное использование в соответствии с заданными характеристиками (параметрами) первичного регулирования.This Standard applies to units of thermal power plants designed to participate in the normalized primary and automatic secondary regulation of the frequency of electric current and power flows. Normalized primary regulation - primary regulation carried out by the allocated power units of normalized primary regulation, on which the reserves of primary regulation are planned and constantly maintained and their effective use is ensured in accordance with the specified characteristics (parameters) of the primary regulation.

Диапазон первичного регулирования должен обеспечиваться при любой исходной мощности энергоблока и может быть ограничен лишь в целях предотвращения аварийного останова энергоблока.The primary control range should be provided at any initial power of the power unit and may be limited only in order to prevent an emergency shutdown of the power unit.

Первичная мощность - значение изменения активной мощности энергоблока в процессе первичного регулирования.Primary power - the value of the change in the active power of the power unit in the process of primary regulation.

Резерв первичного регулирования - максимальное значение первичной мощности, которое может выдать энергоблок при понижении частоты сети. Резерв первичного регулирования расходуется при отклонении частоты и вновь восстанавливается при ее возврате к номинальному значению.Primary control reserve - the maximum value of the primary power that a power unit can give out when the network frequency is lowered. The primary control reserve is consumed when the frequency deviates and is restored again when it returns to the nominal value.

Задачей изобретения является обеспечение запаса по первичной мощности блока.The objective of the invention is to provide a margin on the primary power of the block.

Для решения этой задачи в способе автоматического регулирования нагрузки прямоточного котла в условиях технологических ограничений путем поддержания заданной нагрузки котла изменением расхода питательной воды на котел, изменением расхода топлива пропорционально изменению расхода питательной воды, с коррекцией по температуре среды в промежуточной точке пароводяного тракта котла, изменением расхода воздуха пропорционально изменению расхода топлива, с коррекцией по содержанию кислорода в уходящих газах, поддержания разрежения воздействием на изменение положения регулирующих органов расхода дымовых газов, а при возникновении технологических ограничений переключением регулирующих воздействий регулятора, где возникло ограничение, на вход регулятора питания котла, согласно изобретению измеряют и сравнивают сигналы по положению регулирующих органов расхода топлива, общего воздуха и дымовых газов, выбирают из них максимальный сигнал и подают его на вход регулятора ограничения нагрузки котла, который формирует сигнал коррекции регулятору мощности блока в сторону снижения нагрузки котла до величины, при которой положение наиболее открытого регулирующего органа поддерживают близким к полному открытию, с запасом на увеличение нагрузки блока, необходимым для участия в первичном регулировании частоты генератора.To solve this problem, in a method for automatically regulating the load of a once-through boiler under technological limitations by maintaining a given boiler load by changing the flow rate of the feed water to the boiler, changing the fuel consumption is proportional to the change in the flow of feed water, with correction for the temperature of the medium at the intermediate point of the boiler’s steam-water path, changing the flow rate air is proportional to the change in fuel consumption, with a correction for the oxygen content in the exhaust gases, maintaining the vacuum of the air action to change the position of the flue gas flow regulating organs, and in case of technological limitations by switching the regulating actions of the regulator, where there was a restriction, to the input of the boiler power regulator, according to the invention, the signals are measured and compared according to the position of the regulating organs of the fuel flow, total air and flue gases, of them the maximum signal and feed it to the input of the boiler load limitation controller, which generates a correction signal to the unit power regulator in the direction with lowering the boiler load to a value at which the position of the most open regulatory body is maintained close to full opening, with a margin to increase the load of the unit necessary to participate in the primary regulation of the generator frequency.

Для пояснения осуществления способа на чертеже представлена структурная схема осуществления способа автоматического регулирования взаимосвязанных процессов нагрузки котла в условиях технологических ограничений.To illustrate the implementation of the method, the drawing shows a structural diagram of an implementation of a method for automatically controlling the interconnected processes of a load of a boiler under technological constraints.

Система содержит корректор 1 частоты с подключенным к нему датчиком 2 частоты генератора, а выходом, соединенным с регулятором 3 мощности блока, на другие входы регулятора 3 мощности блока подключены датчик 4 мощности блока, задатчик 5 плановой мощности, на вход которого подключен выход регулятора 6 ограничения нагрузки котла. Также система содержит регулятор 7 питания котла (расхода питательной воды), выход которого подключен на регулирующий клапан 8 питания котла. На вход регулятора 7 питания котла подключен вышестоящий регулятор 3 мощности блока и датчик 9 расхода питательной воды. Для регулирования расхода топлива служит регулятор 10 расхода топлива, выход которого соединен с регулирующим органом 11 подачи топлива в котел, снабженный датчиком положения, а на входы регулятора 10 топлива котла подключены датчик 9 расхода питательной воды, датчик 12 расхода топлива и выход корректирующего регулятора 13 тепловой нагрузки котла. На вход регулятора 13 подключен датчик 14 температуры среды в промежуточной точке пароводяного тракта котла. Для регулирования расхода воздуха в котел служит регулятор 15 расхода общего воздуха, выход которого соединен с регулирующим органом 16 расхода общего воздуха, снабженным датчиком положения. На входы регулятора 15 расхода общего воздуха подключены датчик 12 расхода топлива, датчик 17 расхода общего воздуха и выход корректирующего регулятора 18 содержания кислорода на выходе из топки. На вход корректирующего регулятора 18 подключен датчик 19 содержания кислорода. Для поддержания заданного значения разрежения в топке котла служит регулятор 20 с датчиком 21 разрежения. Выход регулятора 20 расхода дымовых газов соединен с регулирующим органом 22 расхода дымовых газов, снабженным датчиком положения. Датчики положения регулирующих органов подключены к входам блока 23 выбора максимального сигнала своим выходом, подключенным на вход регулятора 6 ограничения нагрузки котла. На второй вход регулятора 6 ограничения нагрузки подключены, через переключатель 24, блок 25 нормального задания положения максимально открытого регулирующего органа или блок 26 задания максимально возможного открытия регулирующего органа. На управляющий вход переключателя 24 подключен аналого-дискретный преобразователь, вход которого соединен с выходом частотного корректора 1.The system contains a frequency corrector 1 with a generator frequency sensor 2 connected to it, and an output connected to a block power regulator 3, and a block 4 power sensor 4, a target power regulator 5 connected to the output of the limiting regulator 6 connected to other inputs of the block power regulator 3 boiler load. The system also contains a boiler power controller 7 (feed water flow), the output of which is connected to a boiler control valve 8. At the input of the boiler power controller 7, a higher unit power controller 3 and a sensor 9 for feed water consumption are connected. To regulate fuel consumption, a fuel consumption regulator 10 is used, the output of which is connected to a regulator 11 for supplying fuel to a boiler equipped with a position sensor, and a sensor 9 for feed water consumption, a fuel consumption sensor 12 and an output of a corrective regulator 13 are connected to the inputs of the boiler fuel regulator 10 boiler load. The input of the controller 13 is connected to the sensor 14 of the temperature of the medium at the intermediate point of the steam-water path of the boiler. To regulate the flow of air into the boiler is the regulator 15 of the total air flow, the output of which is connected to the regulatory body 16 of the total air flow, equipped with a position sensor. At the inputs of the regulator 15 of the total air flow connected to the sensor 12 fuel consumption, the sensor 17 of the total air flow and the output of the correcting regulator 18 of the oxygen content at the outlet of the furnace. At the input of the correcting regulator 18 is connected to the oxygen sensor 19. To maintain a predetermined vacuum value in the boiler furnace, a regulator 20 with a vacuum sensor 21 is used. The output of the flue gas flow controller 20 is connected to a flue gas flow control unit 22 provided with a position sensor. The position sensors of the regulatory bodies are connected to the inputs of the maximum signal selection block 23 with their output connected to the input of the boiler load limitation controller 6. At the second input of the regulator 6, the load limits are connected, through the switch 24, the block 25 of the normal job position of the maximum open regulatory body or block 26 of the job the maximum possible opening of the regulatory body. An analog-discrete converter is connected to the control input of switch 24, the input of which is connected to the output of the frequency corrector 1.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

В нормальном режиме работы, при отсутствии технологических ограничений, каждый из регуляторов управляет соответствующим регулирующим органом.In normal operation, in the absence of technological limitations, each of the regulators controls the appropriate regulatory body.

Регулятор 4 мощности блока, получая сигнал задания от задатчика 5 плановой мощности блока, воздействует на регулятор 7 расхода питательной воды.The power regulator 4 of the unit, receiving a reference signal from the setpoint 5 of the planned power of the unit, acts on the regulator 7 of the feed water flow.

Регулятор 7 расхода питательной воды воздействует на регулирующий клапан 8 питания котла. На вход регулятора 7 расхода питательной воды подают сигналы задания от вышестоящего регулятора 3 мощности блока и фактического расхода питательной воды датчика 9.The controller 7 flow of feed water acts on the control valve 8 of the boiler power. The input signals of the feedwater flow controller 7 are supplied with reference signals from a higher unit power controller 3 and the actual feedwater flow rate of the sensor 9.

Регулятор 10 расхода топлива поддерживает изменение расхода топлива пропорционально изменению расхода питательной воды. На вход регулятора 10 расхода топлива поступает задающий сигнал с датчика 9 расхода питательной воды и сигнал датчика 12 обратной связи по расходу топлива на котел. Регулятор 10 расхода топлива воздействует на регулирующий орган 11 подачи топлива в котел. При правильно выбранной пропорциональной зависимости и неизменных характеристиках топлива сигнал датчика 14 температуры среды в промежуточной точке пароводяного тракта котла, характеризующий изменение удельной энтальпии пара в топке котла, остается неизменным при изменении нагрузки котла. При изменении теплотворной способности топлива, температуры питательной воды или других неконтролируемых параметров, влияющих на изменение удельной энтальпии пара в топке котла, вступает в работу корректирующий регулятор 13 тепловой нагрузки котла, который корректирует соотношение вода-топливо, воздействуя на регулятор 10 расхода топлива.The fuel consumption controller 10 maintains a change in fuel consumption in proportion to a change in feed water flow. The input of the fuel consumption controller 10 receives a driving signal from the sensor 9 of the feed water flow and the signal of the sensor 12 feedback on fuel consumption to the boiler. The fuel consumption controller 10 acts on the regulator 11 for supplying fuel to the boiler. With a correctly selected proportional dependence and unchanged fuel characteristics, the signal of the medium temperature sensor 14 at the intermediate point of the boiler’s steam-water path, characterizing the change in the specific enthalpy of steam in the boiler furnace, remains unchanged when the boiler load changes. When the calorific value of the fuel, the temperature of the feed water, or other uncontrolled parameters affecting the change in the specific enthalpy of steam in the boiler furnace changes, the correction regulator 13 of the boiler thermal load comes into operation, which adjusts the water-fuel ratio by acting on the fuel consumption controller 10.

Регулятор 15 расхода общего воздуха поддерживает изменение расхода общего воздуха пропорционально изменению расхода топлива. На вход регулятора 15 поступают задающий сигнал датчика 12 расхода топлива на котел, сигнал датчика 17 фактического расхода воздуха и сигнал коррекции от корректирующего регулятора 18 содержания кислорода в уходящих газах, получающий сигнал от датчика 19 содержания кислорода.The total air flow controller 15 maintains a change in the total air flow in proportion to the change in fuel consumption. At the input of the regulator 15, the driving signal of the fuel consumption sensor 12 to the boiler, a signal of the sensor 17 of the actual air flow and a correction signal from the correcting controller 18 of the oxygen content in the exhaust gases, receiving a signal from the oxygen content sensor 19, are received.

Регулятор 20 разрежения дымовых газов поддерживает заданное значение разрежения в топке котла, получая сигнал разрежения от датчика 21, и воздействует на регулирующий орган 22 расхода дымовых газов.The flue gas rarefaction regulator 20 maintains a predetermined vacuum value in the boiler furnace, receiving a rarefaction signal from the sensor 21, and acts on the regulating body 22 of the flue gas flow.

Пока регулирующие органы 11, 16 и 22 находятся в диапазоне регулирования с требуемым запасом по первичной мощности, сигналы по их положению, поступающие через блок 23 выбора максимального сигнала на вход регулятора 6 ограничения нагрузки котла, меньше сигнала, поступающего с блока 25 нормального задания положения максимально открытого регулирующего органа, сигнал на выходе регулятора 6 ограничения нагрузки котла равен нулю.While the regulatory bodies 11, 16 and 22 are in the control range with the required margin for primary power, the signals according to their position, coming through the maximum signal selection block 23 to the input of the boiler load limiting controller 6, are less than the signal coming from the block 25 of the normal position setting as much as possible open regulator, the signal at the output of the regulator 6 of the boiler load limit is zero.

При возникновении технологических ограничений (при исчерпании диапазона регулирования по расходу топлива, тяге или дутью) на вход регулятора 3 мощности блока, через задатчик 5 плановой мощности, поступает сигнал коррекции, сформированный регулятором 6 ограничения нагрузки котла, направленный на снижение нагрузки котла (например, до 95%).In case of technological limitations (when the range of regulation of fuel consumption, draft or air is exhausted), the correction signal generated by the boiler load limitation controller 6, aimed at reducing the boiler load (for example, up to 95%).

Таким образом, в результате работы схемы нагрузка котла поддерживается на уровне, при котором все регулирующие органы находятся в диапазоне регулирования, а максимально открытый из них в положении, близком к полному открытию с запасом на открытие, позволяющим повысить нагрузку блока (например, на 5%). Этот запас «на открытие» обеспечивает необходимый запас по производительности котла, позволяющий при отклонении частоты увеличить нагрузку котла и блока в целом.Thus, as a result of the operation of the circuit, the boiler load is maintained at a level at which all regulatory bodies are in the control range, and the maximum open of them is in a position close to full opening with a margin for opening, which allows increasing the load of the unit (for example, by 5% ) This margin “for opening” provides the necessary margin for boiler productivity, which allows, with a frequency deviation, to increase the load of the boiler and the unit as a whole.

При отклонении частоты генератора на величину более 0,2 Гц сигнал с корректора 1 частоты генератора, получающий сигнал от датчика 2 частоты, поступает через аналого-дискретный преобразователь на переключатель 24 и подключает к регулятору 6 ограничения нагрузки котла вместо блока 25 нормального задания открытия регулирующего органа блок 26 задания максимально возможного открытия регулирующего органа.If the generator frequency deviates by a value of more than 0.2 Hz, the signal from the generator frequency corrector 1, which receives the signal from the frequency sensor 2, enters the switch 24 through an analog-discrete converter and connects to the boiler load limiting controller 6 instead of the block 25 of the normal task for opening the regulatory body block 26 sets the maximum possible opening of the regulatory body.

Предлагаемый способ позволяет осуществить автоматическое регулирование взаимосвязанных процессов нагрузки котла в условиях технологических ограничений, что обеспечивает запас по первичной мощности блока в сторону повышения нагрузки блока.The proposed method allows for automatic regulation of the interconnected processes of the load of the boiler under technological constraints, which provides a margin for the primary power of the block in the direction of increasing the load of the block.

Claims

A method for automatically controlling the load of a once-through boiler under technological constraints by maintaining a given boiler load by changing the feed water flow to the boiler, changing the fuel consumption in proportion to the change in feed water consumption, correcting for the temperature of the medium at the intermediate point of the boiler’s steam-water path, changing the air flow in proportion to the change in fuel consumption , with correction for the oxygen content in the flue gases, maintaining rarefaction by influencing the change in polo flue gas flow regulating organs, and in case of technological limitations by switching the regulating actions of the regulator, where there is a limitation, to the input of the boiler power regulator, characterized in that the signals are measured and compared according to the position of the regulating bodies of the fuel consumption, total air and flue gases, choose they are the maximum signal and feed it to the input of the boiler load limitation controller, which generates a correction signal to the unit power regulator in the direction of reducing the boiler load to elichiny at which the position of the most open Regulator maintained close to the full opening, with a margin to increase the unit load required to participate in the primary frequency control.