116
московский ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Институт ИТАЭ____ Кафедра АСУ ТП____ ВЫПУСКНАЯ РАБОТА Бакалавра________________________________ (техники и технологии, экономики, менеджмента и т.д.) по направлению 140100 «Теплоэнергетика»___ (номер и название) Тема: Разработка и использование двумерных сепарационных Характеристик парогенераторов АЭС с ВВЭР ______ _______________________________________ Студент ТФ-6-09_____________________________ группа подпись фамилия, и , о Научный Руководитель _______________________________ должность звание подпись фамилия, и., о Консультант_________________________________ должность звание подпись фамилия, и., о Консультант_________________________________ должность звание подпись фамилия, и., о «Работа допущена к защите» Зав. кафедрой_______________________________ звание подпись фамилия, и., о

Бакалавр на печать

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Бакалавр на печать

московский

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Институт ИТАЭ________

Кафедра АСУ ТП________

В Ы П У С К Н А Я Р А Б О Т А

Бакалавра_________________________________________(техники и технологии, экономики, менеджмента и т.д.)

по направлению 140100 «Теплоэнергетика»____________(номер и название)

Тема: Разработка и использование двумерных сепарационных

Характеристик парогенераторов АЭС с ВВЭР_______________

_____________________________________________________

Студент ТФ-6-09______________________________________группа подпись фамилия, и , о

НаучныйРуководитель _________________________________________

должность звание подпись фамилия, и., о

Консультант__________________________________________должность звание подпись фамилия, и., о

Консультант__________________________________________должность звание подпись фамилия, и., о

«Работа допущена к защите»

Зав. кафедрой_________________________________________звание подпись фамилия, и., о

Дата________________

МОСКВА___________20 г.

Page 2: Бакалавр на печать

2

московский

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Институт ИТАЭ_____________________

Кафедра АСУ ТП_____________________

З А Д А Н И Е

НА В Ы П У С К Н У Ю Р А Б О Т У по направлению подготовки бакалавров технических наук:

Тема: Разработка и использование двумерных сепарационных характеристик парогенераторов АЭС ВВЭР 1000_________________________________________

Студент Паздников А.А. Тф-07-06 _фамилия, и., о. группа подпись

Научный руководитель ст. преп. Парчевский В.М._________________________________должность, звание, фамилия, и.о., подпись

Консультант___________________________________________________________________должность, звание, фамилия, и.о., подпись

Консультант___________________________________________________________________должность, звание, фамилия, и. о., подпись

Зав. кафедрой________________________________________________подпись, дата, № приказа утверждения задания

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ЗАДАНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Раздел 1.(Теплотехническая часть) Тепловой расчет парового котла ТГМП-314 ____

_______________________________________________________________________

Раздел 2.(Специальная часть). Разработка и использование двумерных сепарационных характеристик (СХ) парогенераторов АЭС ВВЭР-1000 со спецификацией на приборы контроля и регулирования . (Схема по ГОСТ 21.404-85)

2.2 Разработка и использование двумерных СХ для оптимального управления уровнем в парогенераторах ПГВ-1000 .

Page 3: Бакалавр на печать

3

2.2.1. Варьируя коэффициенты полученной исходной СХ ω1( b 1, h 1) получить три остальные СХ ω2( b 2, h 2) … ω4( b 4, h 4)

2.2.2. Получить модель (формулу) зависимости объёма воды в парогенераторе от массового (регулируемого ) ________________________________________________________ уровня воды в нём

2.2.3. Разработать алгоритм реализации оптимального управления уровнем в парогенераторах энергоблока:- поддержание максимального объёма котловой воды при заданной влажности пара перед турбиной. Для решения задачи использовать математический метод неопределённых множителей Лагранжа. Сформулировать целевую функцию, ограничения, т.е. дать математическую постановку задачи и решить её.

ПЕРЕЧЕНЬ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

Лист 1. Чертёж или схема объекта по разделу 1Лист 2. Функциональная схема теплотехнического контроля и автоматическогоРегулирования ПГВ-1000

Лист 3. Схемы и графики по разделу 2.2(Графики исходных СХ , целевая функция, Блок- схема алгоритма решения задачи

Рекомендуемая литература

1. Самойлов Ю. Ф. Тепловой расчёт энергетического котла. — М.: Издательство МЭИ, 20002.Проектирование систем автоматизации технологических процессов :Справочное пособие Под ред. А.С. Клюева . –М Энергоатомиздат, 1990.

3. Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах .–М:Высш.

Page 4: Бакалавр на печать

4

АННОТАЦИЯ.

Темой выпускной работы бакалавра является: “Разработка и использование двумерных сепарационных характеристик парогенераторов ПГВ-1000 для АЭС с ВВЭР-1000”. Задачей данной работы является изучение технологических процессов на АЭС, получение навыком математического описание теплоэнергетических объектов, использование двумерных сепарационных характеритик ПГ для поддержания максимального уровня котловой воды в 4х парогенераторах при заданной влажности пара перед турбиной(что даёт более высокий приоритет надёжности), разработка систем автоматического регулирования технологических параметров, составление схемы теплотехнического контроля и автоматики теплоэнергетических объектов. В первой части работы произведен расчет топочной камеры парового котла типоразмера ТГМП-314. По результатам расчета топочной камеры и различного рода пароподогревателей был спроектирован паровой котёл прямоточного типа . Во второй части разработана 3-х импульсная система автоматического регулирования уровня воды в ПГВ-1000, а также приведена её техническая реализация. В третьей части ведётся разработка двумерных сепарационных характеристик парогенераторов (ДСХ) , с помощью которой реализуется алгоритм по максимилизации уровня котловой воды в парогенераторе.

Page 5: Бакалавр на печать

5

ВВЕДЕНИЕ.

Двумерная сепарационная характеристика парогенератора(далее ДСХ) ω(d,H)- это

математическая модель процесса генерации пара, связывающая влажность пара на выходе из

парогенератора(ПГ) с двумя основными параметрами: паровой нагрузкой ПГ (d) и уровнем

воды в ПГ (H). Причем эта модель представлена в предельно компактной и удобной для

хранения и использования техническими средствами АСУ ТП форме. Паровая нагрузка может

быть представлена как в абсолютных(т/ч, кг/с) ,так и в относительных(d=D/D0, где D –текущая,

D0-номинальная нагрузки) величинах.То же относится и к размерности уровня Н: он может

быть представлен в метрах, миллиметрах или долях от номинального значения. Выбор

размерностей определяется удобством определения и последующего использования ДСХ. В

данной работе использованы следующие размерности: ω- в %, d- в долях от D0, Н- в м.

При использовании ДСХ для управления влажностью пара независимой переменной, как правило, является уровень Н. Паровая нагрузка d определяется диспетчерским графиком нагрузки энергоблока. Для получения ДСХ реального парогенератора необходимо использовать наиболее достоверную информацию, доступную разработчику. В идеале это результаты пуск - наладочных испытаний, представленный в виде значений влажности пара, измеренных во всём диапазоне возможных значений паровой нагрузки и регулируемого уровня воды в парогенераторе. Разработчику остаётся только аппроксимировать ,т.е. представить имеющиеся экспериментальные данные в виде аналитического выражения с требуемой точностью. К сожалению, авторы данной работы не располагали результатами таких испытаний в полном объёме, поэтому пришлось использовать только ту информацию, которую можно было получить только из общедоступных источников. Для получения исходных значений влажности пара был использован экспериментально-расчетный метод . В качестве экспериментальной основы были использованы зависимости массового уровня над погруженным дырчатым листом( ПДЛ) в районе горячего коллектора(ГК) от массового уровня на “холодном” конце ПГ ,который используется для регулирования уровня в ПГ. Эти данные получены для одного из ПГ блока №1 Калининской АЭС для нагрузок 65, 75 и 100 % от номинальной. Далее используя известные зависимости между действительным и массовым уровнем при известном паросодержании ,которое, в свою очередь, зависит от паровой нагрузки зеркала испарения, находилась высота сепарационного огбъёма, от которой существенным образом зависит влажность пара. Расчет влажности выполнялся для каждой из четырёх зон, на которые было разбито зеркало испарения ПГ, с последующим определением средневзвешенного её значений с учетом паропроизводительности каждой её зоны. Полученная в результате расчет зависимость ω(d,H) оказалась довольно сложной для моделирования вследствие большого диапазона значений ω и существенной кривизны зависимостей ω(d) при фиксированных H. Поэтому аппроксимирующей модели была принята степенная функция

ω(d,H)=a(d)Hb(d)+c(d), (*)в которой коэффициенты a, b и c в свою очередь зависят от паровой нагрузки d:

a(d)=a1(d+a2)a3+a4 , b(d)=b1(d+b2)b3+b4 , c(d)=c1(c+a2)c3+c4 . Формула (*) содержит 12 постоянных коэффициентов (a1…a4, b1…b4, c1…c4) , т.е. 12 степеней свободы, с помощью которых она может описывать исходные данные с требуемой

Page 6: Бакалавр на печать

6

точностью, а также корректировать найденную ДСХ, если в процессе эксплуатации реальная зависимость ω(d,H) изменилась.

Области применения ДСХ

1.Получение информации о влажности пара на выходе из парогенератора во всех АО всех режимах работы блока без использования приборов и процедур, необходимых для прямого измерения влажности(косвенные). 2.Разработка тренажеров для обучения и повышения квалификации рабочего персонала АЭС. 3. Информационная поддержка оператора энергоблока АЭС в режиме советчика оператора как в стационарных, так и в не стационарных(пуск, останов, нештатные и аварийные ситуации) режимах работы блока. 4. Обоснованный выбор уставок технологических защит и сигнализации, связанных с уровнем в ПГ и влажностью пара. 5. Реализация различных вариантов (сценариев) оптимального управления уровнем в ПГ с учетом реального состояния оборудования, вероятностью потери электроснабжения и её длительностью, чувствительностью КПД паровой турбины к влажности пара на входе, стадии межремонтного периода, степени разброса ДСХ парогенераторов энергоблока и т.д.. 5.1. Поддержание максимального объёма котловой воды в парогенераторах энергоблока при допустимой влажности пара на входе в турбину, обеспечивая максимальное время гарантированного теплоотвода реактора при потере электроснабжения – приоритет надёжности. (Используется в данной работе) 5.2. Поддержание минимальной влажности пара на входе в турбину при заданном суммарном объёме котловой воды в парогенераторах – приоритет экономичности. 5.3. Поддержание разумного компромисса между надёжностью и экономичностью путём поддержания оптимальных значений уровней на каждом из ПГ, с учетом разюроса ДСХ парогенераторов.В данной работе используется приоритет надёжности: Поддержание максимального объёма котловой воды в парогенераторах энергоблока при допустимой влажности пара на входе в турбину, обеспечивая максимальное время гарантированного теплоотвода реактора при потере электроснабжения – приоритет надёжности. Реализация достигается с помощью математического метода неопределённых множителей Лагранжа.

Page 7: Бакалавр на печать

7

ОГЛАВЛЕНИЕ

АННОТАЦИЯ…………………………………..…………………………………….4ВВЕДЕНИЕ………………………………………...………………………………….5

Раздел №1 Расчет топочной камеры парового котла типоразмера ТГМП-314………….8

1.1.Задание для расчетов………………..………………………………………………………… 9 1.2.Описание проектируемого котла……………………………………………….……………..91.2.2. Компоновка котла, особенности его конструкции и работы……………….……………10

1.2.3.Топливо, его характеристики, схема подготовки топлива к сжиганию. Процессы и параметры топливного тракта…………………………………………………………………….101.2.4.Воздушный тракт, обоснование выбора параметров, обеспечение движения воздуха....14

1.2.5.Тракт дымовых газов. Параметры тракта, организация движения газов. Схема тракта.(1.2.5.1.)……………………………………………………………………………………..15

1.2.6.Водопаровой тракт котла. Параметры рабочей среды по тракту. Схема тракта…….......151.2.7.Выбор и обоснование исходных данных, необходимых для расчета тепловой схемы

котла………………………………………………………………………………………………...171.2.8.Методика тепловых расчетов котла, результаты расчетов…………………………….….18

1.2.8.1.Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания, КПДкотла и расхода топлива, Н-? диаграмма…………………………………….…………..……….191.2.9. Распределение тепловосприятий. Тепловой баланс……………………………………….201.2.10. Расчет КПД котла, расход топлива…………………………………….………………….241.2.11. Тепловой расчёт топочной камеры котла (рис. 10)…………………………….....……...25Заключение………………………………………………………………………………….………30

Раздел №2 Основные методы управления ПГВ-1000. Расчет и анализ динамики 3-х импульсной АСР стабилизации уровня в ПГВ-1000. Теплотехнический контроль и автоматизация ПГВ-1--00…………………………………………………………………………..31 2.1.1.Краткое описание участка технологического объекта управления…………………………32

2.1.2. Описание функционирования участка технологического объекта управления ……….….332.1.3. Регулируемые величины и требования к ним, включая условия срабатывания защит и

блокировок…………………………………………………………………………………………… 332.1.4. Регулирующие воздействия с описанием метода изменения физического параметра…....34

2.1.5. Динамические характеристики участка технологического объекта по каналу регулирующего воздействия…………………………………………………………………………352.1.6.Структурная схема АСР………………………………………………………………………. 342.2. Расчет и анализ динамики 3-х импульсной АСР стабилизации уровня в ПГВ-1000…….….362.2.1. Рассчитать, построить графики и проанализировать переходные характеристики

каналов ОУ ……………………………………………………………………...…………………..372.2.2 Рассчитать настройки стабилизирующего ПИ-регулятора и оценить скорость перемещения РО при возмущении по расходу питательной воды 5% УП. Сопоставить полученное значение с

максимальной скоростью перемещения ЭИМ с Тим = 10с (s = 100% УП / Тим = 10% УП/с)….39

2.2.2.1. Оценим скорость перемещения РО при возмущении по расходу питательной воды 10% УП: …………………………………………………………………………………………………….432.2.3. Рассчитать настройки корректирующего П-регулятора…………………………………….44

Page 8: Бакалавр на печать

8

2.2.4. Определить структуру и параметры компенсатора возмущения по расходу пара………..462.3.Теплотехнический контроль и автоматизация ПГВ-1000……………………………………...52

2.3.1. Краткая характеристика выбранного ПТК…………………………………………………522.3.2. Алгоритмическая реализация структуры АСР……………………………………………. 572.3.3. Описание цепи преобразования сигналов…………………………………………………..61 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………………………..63

Раздел №3.Специальная часть.Разработка и использование двумерных сепарационных характеристик парогенераторов АЭС ВВЭР 1000 …………… 65

3.1 Исходные данные (ДСХ)…………………………………………………………………………663.2 ДСХ для трёх остальных парогенераторов………………………………………………….…..673.3 Вывод математической модели зависимости объёма воды в ПГ от регулируемого уровня.. 723.3.1.Вывод формулы полного объёма бака без учета коллекторов и трубчатки………………...733.3.2. Расчет объёма занимаемого трубчаткой……………………………………………………...733.3.3. Вывод формулы объёма занимаемого горячим и холодным коллекторами.(Рис. 2.3.3.1.) 74

3.4.постановка реализации метода оптимально управлений уровнем в парогенераторах эргоблока с помощью неопределённых множителей Лагранжа [2] , и её решение……………..76ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………………………….81

ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………..………………………………82

Таблица 1 ……………………………………………………………………………………………..83Таблица 2.3.1…………………………………...……………………………………………………..85Таблица 2.3.2………………………………………………………………………………………….92

Список литературы……………………………………………………………..….93

Page 9: Бакалавр на печать

9

Раздел №1Расчет топочной камеры парового котла типоразмера ТГМП-314

Page 10: Бакалавр на печать

10

1.1.Задание для расчетов..

Спроектировать паровой котел прямоточного типа ПП-1000-25-545/545 ГМ(прототип ТГМП-314)

Параметры котла:Dпе=1000 т/ч = 277.8

кг/сp'пе=31,5 МПаp''пе=25 МПаtп.в.=270 ºС

tпе=545 º СDвт.п=800 т/ч=222.2 кг/сp'вт.п=4.03 МПаp''вт.п=3.78 МПаt'вт.п=297 º Сt''вт.п=545 º С

Fст=2167 м2

Fш=905/168FРВП =142200 м2

Топливо: природный газ (№7)

1.2.ОПИСАНИЕ ПРОЕКТИРУЕМОГО КОТЛА

1.2.1.Обоснование выбора типоразмера котла для ТЭС и турбины.

Спроектированный для сжигания природного газа и сернистого мазута, паровой котел ТГМП-314 впервые выпущен в ТКЗ 1970 году. Он заменил двухкорпусный котел ТГМП-114. По конструкции котел унифицирован с однокорпусным прямоточным паровым котлом ТПП-312.Топочная камера по конфигурации и размерам в плане такая же, как у парового котла ТПП-312. Высота топки уменьшилась с 46,15 м до 32,32 м, т.е. на 13,83 м, высота конвективной шахты 25 м. Топливо подается в 16 горелок с паромеханическими форсунками, производитель-ностью 4,5 т/ч по мазуту и 4200 мэ/ч по газу. Горелки расположены в два яруса встречно на фронтовой и задней стенках в районе НРЧ. Общее теплонапряжение топки 152,5 кВт/м3. Тяга уравновешенная, топка и газоходы находятся под разрежением. КПД котла 93,31 %.

Котельный агрегат типа ТГМП – 314 предназначен для получения пара сверхкритического давления с температурой перегрева 545°С при сжигании природного газа и мазута в 16 встречных горелках вихревого типа.

Котел используется на больших ГРЭС и ТЭС. Получил широкое распространение из-за того, что надёжен в работе и экономичен. ТГМП- 314-А предназначен для работы в блоке с турбинами К-300-240 (конденсационная турбина без отбора пара; давление пара перед турбиной 240 кгс/см2, мощность N= 300 МВт) и Т-250/300-240 (теплофикационная турбина с отбором пара N= 250 МВт, без отбора пара N= 300 МВт, давление пара перед турбиной 240 кгс/см2).

1.2.2. Компоновка котла, особенности его конструкции и работы

Прямоточный котел (ПК) – паровой котел, в котором полное превращение воды в пар происходит за время однократного прохождения воды через поверхность нагрева (разомкнутая гидравлическая система). Отличительной особенностью прямоточных котлов является отсутствие четкой фиксации экономайзерной и пароперегревательной зон (из-за отсутствия барабана). ПК работают на докритическом и сверхкритическом давлении. Проектируемый котел работает на сверхкритическом давлении. Прямоточный котел типа ТГМП – 314 спроектирован и изготовлен на Таганрогском котельном заводе и рассчитан на сжигание жидкого и газообразного топлива.

Котел имеет П-образный профиль. П-образная компоновка - наиболее распространенная. В подъемной шахте располагается призматическая топочная камера, в опускной – конвективные поверхности нагрева. Ее преимущество - тягодутьевые машины устанавливают на нулевой отметке, что исключает вибрационные нагрузки на каркас котла. Недостатки компоновки: всвязи с разворотом на 180 возникают неравномерности омывания

Page 11: Бакалавр на печать

11

поверхности нагрева продуктами сгорания и концентрации золы по сечению конвективной шахты.

Топка котла призматическая и экранизирована НРЧ, СРЧ, ВРЧ. Верх топки экранизирован фронтовым топочным экраном и панелями экранов боковых стенок. Горелки расположены встречно в два яруса. Движение среды в экранах одноходовое. В горизонтальном газоходе расположен перегреватель сверхкритического давления. Он состоит из последовательно расположенных в газовом тракте ширм и пакета конвективного пароперегревателя. Тракт низкого давления пара состоит из двух пакетов промпароперегревателей. В опускном газоходе находится экономайзер. С котлом работают два регенеративных воздухоподогревателя .

В ПК вода с помощью питательного насоса подается в экономайзер, откуда поступает в змеевики, расположенные в топке. В выходной части змеевиков вода превращается в пар и начинается перегрев пара. В ПК отсутствует барабан и опускные трубы, что значительно снижает удельный расход металла, т.е. удешевляет конструкцию котла. Существенный недостаток ПК заключается в том, что, попадающие в котел с питательной водой соли, либо отлагаются на стенках змеевиков, либо вместе с паром поступают в паровые турбины, где оседают на лопатках рабочего колеса, что снижает КПД турбины. Поэтому к качеству питательной воды для ПК предъявляются повышенные требования. Другой недостаток - увеличенный расход энергии на привод питательного насоса.

Номинальные параметры: Паропроизводительность 1000 т/ч

Давление перегретого пара 25,0 МПаТемпература перегретого пара 545 0СТемпература питательной воды 270 0С

1.2.3.Топливо, его характеристики, схема подготовки топлива к сжиганию. Процессы и параметры топливного тракта.

В качестве топлива используется природный газ. Природный газ представляет собой механическую смесь различных горючих и негорючих газов. Основными составляющими природного газа являются: метан CH4 (86-95 %), тяжелые углеводороды CmHn (9-4%), азот N2

(5-1%). Балластом в природных газовых топливах являются в основном азот и двуокись углерода, содержание которых не превышает 9,0%.

Основными техническими характеристиками природного газа являются плотность, взрываемость, токсичность.

Плотность. Почти все виды газового топлива легче воздуха (ρг=0.73-0.75 кг/м3), поэтому проникший в помещение газ скапливается под верхними перекрытиями. В целях безопасности перед пуском котла проверяют отсутствие газа в вероятных местах его скопления.

Взрываемость. Смесь горючего газа с воздухом в определенных пропорциях при вводе в эту смесь источника огня или даже искры может взорваться, т. е. происходит процесс воспламенения смеси вблизи источника огня и распространение горения в остальной газо-воздушной смеси со скоростью перемещения волны давления во фронте горения ( т.е. со скоростью распространения звука).

Токсичность. Под токсичностью понимают способность газового топлива вызывать отравление. Наиболее опасными в этом соотношении компонентами являются CO и H2S. Предельно допустимая концентрация CO в воздухе составляет 0.0024% объемных. Даже

Page 12: Бакалавр на печать

12

незначительное содержание СО в воздухе (0.02% объемных) вызывает заметное отравление. Сернистые соединения в большинстве природных газов практически отсутствуют.

Почти все природные газы совсем не имеют запаха или имеют весьма слабый запах. Для своевременного обнаружения утечки газа и принятия мер безопасности газовое топливо, не имеющее запаха, до поступления в газовую магистраль одорируют, т.е. придают характерный острый запах введением сернистого соединения - меркаптана.

Табл. 1.2.3.1.: расчетные характеристики топлива, объемы воздуха и продуктов сгорания

ГазопроводОбъемный состав газа, %

Теплотасгорания

сухого газаCH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 N2 CO2 H2 Qн

с, МДж/м3

Оренбург-Совхозное

91,4 4,1 1,9 0,6 0,0 0,2

0,7 1,1

38,02

Объемы воздуха и продуктов сгорания м3/м3, при 0ºС и 0,1МПаVº VRO2 VºN2 VºH2O

10,05 1,08 7,94 2,23

Подготовка топлива к сжиганию. (рис. 1.2.3.1.)

Газ поступает на электростанцию от магистрального газопровода или от газораспределительной станции с давлением 0,7—1,3 МПа. Газохранилищем электростанция не располагает. Для снижения давления поступающего газа до необходимого уровня у горелок 0,13—0,2 МПа предусматривается его дросселирование в газорегуляторном пункте (ГРП), который ввиду повышенной взрывоопасности и резкого шума при дросселировании газа размещают в отдельном помещении на территории ТЭС.

В каждом ГРП выполняется несколько параллельных газопроводов с установкой на каждом регуляторе давления, причем один из газопроводов является резервным. Кроме того, предусматривается байпасная линия помимо регуляторов. Для очистки газа от механических примесей перед регулирующими клапанами имеются фильтры. Степень засорения фильтра определяется по перепаду давления газа на фильтре. При перепаде более 5 кПа (500 мм вод. ст.) фильтр отключается для очистки фильтрующей кассеты. Регулирующие клапаны поддерживают необходимое давление «после себя». В аварийных ситуациях, когда давление газа окажется выше расчетного, сработают предохранительные клапаны и выбросят часть газа в атмосферу, сохранив в газопроводах необходимое давление. Количество газа, прошедшее ГРП, регистрируется расходомерами. Основными устройствами на газопроводе к каждому паровому котлу являются автоматический регулятор расхода газа (АРР) и отсекающий быстродействующий клапан (БК). Регулятор АРР обеспечивает необходимую тепловую мощность парового котла в любой момент времени. Импульсный отсекающий БК отключает подачу газа в котел в случае аварийной ситуации, когда поступление газа в топочную камеру может создать опасность взрыва (обрыв факела в топке, остановка электродвигателей дымососа или дутьевого вентилятора и т.п.).

Для удаления взрывоопасных газовоздушных смесей, образующихся в нерабочий период, газовые линии перед ремонтом продувают воздухом через специальные отводящие трубы в атмосферу. Последние выведены за пределы здания в места, недоступные для пребывания людей. Перед растопкой котла после ремонта или останова в резерв газовоздушную смесь из газопровода вытесняют подачей природного газа и сбросом смеси через свечи. Окончание продувки газопровода газом определяют по содержанию кислорода в

Page 13: Бакалавр на печать

13

пробе не выше 1%. Газопроводы выполняют с уклоном, чтобы по мере накопления конденсата (за счет конденсации водяных паров) его можно было периодически удалять через конденсатоотводчик.

Рис.1.2.3.1. Схема газоснабжения электростанции1 – задвижка с ручным управлением; 2 – задвижка с электроприводом; 3 – регулятор

давления газа; 4 – предохранительный клапан; 5 – регулятор давления газа; 6 – отсекающий быстродействующий клапан; 7 – манометр; 8 – расходомер; 9 – датчики регуляторов давления; 10 – фильтр; 11 – продувочная свеча; 12 – подвод газа к запальнику горелок; 13 – дренаж; 14 – отбор газа на анализ.

Топливный тракт (Рис. 1.2.3.2.)

Газ из ГРП поступает к котлу по газопроводу. На линии подвода газа к парогенератору установлена задвижка с электроприводом, позволяющая дистанционно перекрыть газопровод при остановке парогенератора.

Количество газа, прошедшего газорегуляторный пункт, регистрируется расходомерами. Основными устройствами на газопроводе к каждому паровому котлу являются автоматический регулятор расхода газа (АРР) и отсекающий быстродействующий клапан (БК). Регулятор АРР обеспечивает необходимую тепловую мощность котла в любой момент времени. Импульсный отсекающий БК отключает подачу газа в топку парового котла в случае аварийной ситуации, когда поступление газа может создать опасность взрыва (обрыв факела, падение давления воздуха у горелок, останов электродвигателей дымососа или дутьевого вентилятора и т. п.).

Непосредственно перед горелками имеются задвижки для подрегулирования раздачи газа по горелкам и отключения отдельных горелок при частичных нагрузках парогенератора.

Page 14: Бакалавр на печать

14

Важную роль играют продувочные линии газопровода, включенные вблизи горелок (так называемые “свечи”). Через них удаляется газ из газопровода при выводе последнего в ремонт или вытесняется газовоздушная смесь, образующаяся в газопроводе при останове парогенератора. Если этого не сделать, то при воспламенении смеси газа и воздуха может произойти взрыв в топке или газопроводе. Для устранения этой опасности перед пуском парогенератора газопровод некоторое время через “свечи” продувается газом. При этом, естественно, задвижки у горелок перекрыты. Выброс газа из “свечей” производят выше уровня здания станции. Окончание продувки линии газом определяют по содержанию кислорода в пробе не выше 1%.

Для исключения взрывоопасных ситуаций в нерабочий период газовые линии продувают воздухом через специальные отводы в атмосферу (свечи). Последние выведены за пределы здания в места, недоступные для пребывания людей.

На выходных участках газопроводов у горелок установлены напоромеры для определения давления газа.

Рис. 1.2.3.2. Топливный тракт:3-фильтр, 10- регулятор давления топлива, 11- измеритель расхода топлива, 12-измеритель давления топлива, 13-предохранительный клапан, 14-быстродействующий клапан.

1.2.4.Воздушный тракт, обоснование выбора параметров, обеспечение движения воздуха.

Воздушный тракт представляет собой комплекс оборудования для приемки атмосферного воздуха (холодного), его подогрева, транспортировки и подачи в топочную камеру. Воздушный тракт включает короб холодного воздуха, воздухоподогреватель (воздушная сторона), короб горячего воздуха и горелочные устройства. Зимой воздух берут с улицы, летом - из помещения (из-под крыши котельного цеха). Зимой воздух берут с улицы, чтобы избежать переохлаждения котельного цеха, так как при заборе воздуха из помещения цеха с улицы будет подсасываться холодный воздух. Летом воздух берут из-под крыши котельного цеха, чтобы обеспечить его вентиляцию. Среднегодовая температура воздуха на входе 25-30 С, давление 0,1 МПа. Воздух транспортируется с помощью центробежных тягодутьевых машин (например, с помощью дутьевого вентилятора), на входе в которые имеется разрежение около 200 Па, температура та же, что и на входе. Дутьевой вентилятор располагают на нулевой отметке на собственном фундаменте, чтобы избежать передачи вибрации на каркас здания. После дутьевого вентилятора температура на 5-7С выше .

Для интенсификации процесса сжигания топлива воздух подогревают в воздухоподогревателе с вертикальной осью вращения. до температуры 305С. После этого воздух подается в топку. Воздух подогревают с двумя целями - интенсифицировать процесс горения топлива и охладить дымовые газы. При подогреве воздуха до слишком низкой

Page 15: Бакалавр на печать

15

температуры дымовые газы на выходе будут иметь слишком высокую температуру, что может существенно снизить КПД котла. Подогрев воздуха до слишком высокой температуры требует увеличения поверхности регенеративного воздухоподогревателя, что неэкономично, так как ведет к увеличению металлоемкости котла. Таким образом, здесь происходит два процесса - транспорт воздуха и подогрев воздуха. Преимущество РВП по сравнению с трубчатым — меньшие габаритные размеры и масса в силу более интенсивного теплообмена в узких щелях, образованных гофрированными стальными листами набивки, более эффективная очистка при воздушной и паровой обдувке, меньшая склонность к коррозии. Недостатки ׃ повышенные перетоки воздуха в газы (до 20 %), сложность уплотнений вращающегося ротора, громоздкость и сложность подшипников, невозможность подогрева воздуха выше 310 0С. После подогрева в РВП воздух поступает в газомазутные горелки. Перемешивание воздуха и топлива производится в круглых турбулентных горелках с периферийной подачей газа .

1.2.5.Тракт дымовых газов. Параметры тракта, организация движения газов.Схема тракта (рис. 1.2.5.1.).

Дымовые газы образуются в топке ПК в результате сжигания промышленного газа. Тракт дымовых газов ПК подобен тракту дымовых газов в барабанном котле (БК). Тракт дымовых газов - это комплекс элементов оборудования, по которому осуществляется движение продуктов сгорания до выхода в атмосферу; он начинается в топочной камере, проходит через пароперегреватели, экономайзер, воздухоподогреватель (газовая сторона), и заканчивается дымовой трубой.

При выборе температуры уходящих газов руководствовался следующими критериями :Температура уходящих газов оказывает решающее влияние на экономичность работы

парового котла, т.к. потеря теплоты с уходящими газами является при нормальных условиях эксплуатации наибольшей даже в сравнение с суммой других потерь. Снижение температуры уходящих газов на 12-160С приводит к повышению КПД котла примерно на 1%.Однако глубокое охлаждение газов требует увеличение размеров конвективных поверхностей нагрева и во многих случаях приводит к усилению низкотемпературной коррозии.

Существенное влияние на выбор температуры уходящих газов оказывает также температура питательной воды. С ее ростом увеличивается КПД термодинамического цикла, а КПД котла падает. Температуры уходящих газов и питательной воды должны быть выбраны такими, чтобы сумма эксплуатационных и капитальных затрат была минимальной.

Так как в газовоздушный тракт (последовательное соединение воздушного тракта и тракта дымовых газов) помещен только вентилятор (без дымососа), весь газовоздушный тракт находится под избыточным давлением, котельная установка работает под наддувом. Применение наддува наряду с повышением экономичности работы ПК в результате ликвидации присосов позволяет дополнительно повысить надежность и экономичность установки, так как исключаются дымососы.

Page 16: Бакалавр на печать

16

Рис. 1.2.5.1. Тракт движения дымовых газов.1 – дутьевой вентилятор; 2 – трубчатый теплообменник; 3 – углеразмольная мельница; 4 – горелка; 5 – топочные экраны; 6 – ширма; 7 – горячий пакет конвективного п/п; 8 – холодный пакет конвективного п/п; 9 – экономайзер; 10 – золоуловитель; 11 – дымосос; I – тракт первичного воздуха; II – тракт вторичного воздуха

Рис. 1.2.5.2. Распределения давления в газовоздушном тракте.Распределение давления в газовоздушном тракте котельной установки при наддуве (я) и уравновешенной тяге (б): ДВ — дутьевой вентилятор; ВП-В — воздухо- ,' подогреватель (воздушная сторона); Г — горелка; ПК — паровой котел; ВП-Г — воздухоподогреватель (газовая сторона); ДС — дымосос; ДТ — дымовая труба.

1.2.6.Водопаровой тракт котла. Параметры рабочей среды по тракту. Схема тракта (рис. 1.2.6.1.).

Водопаровой тракт котла представляет собой систему последовательно включённых элементов поверхностей нагрева, в которых движется питательная вода и перегретый пар. Питательная вода после системы регенеративного подогрева с температурой tпв — 270 °С направляется в коллектор диаметром 325*40 мм, откуда четырьмя трубами поступает во входной коллектор экономайзера.

Дальнейшее описание водопарового тракта относится к одному потоку рабочей среды. Питательная вода поступает в одноходовой водяной экономайзер, расположенный в нижней части конвективной шахты. На выходе из экономайзера вода нагревается до tэ”=295 С.

Page 17: Бакалавр на печать

17

Далее вода поступает во входной коллектор НРЧ, расположенный под топочной камерой. Из них среда поступает в 3 панели двух боковых экранов, при этом вода движется параллельными потоками, образуя первый ход НРЧ. Пройдя боковую секцию НРЧ, рабочая среда поступает в 2 панели фронтового и заднего экранов. Между собой панели соединены последовательно, образуя второй, третий и четвёртый хода НРЧ.

Затем рабочая среда поступает во входные коллекторы подвесных труб. На них находятся специальные шипы, расположенные в шахматном порядке, служащие опорами конвективного пароперегревателя сверхкритического давления и первой второй части конвективного пароперегревателя низкого давления. Подвесные трубы расположены в конвективной шахте, в зоне с меньшими температурами, для уменьшения неравномерного распределения температур рабочей среды (устранения тепловой развертки). Пройдя по ним среда попадает в выходные коллекторы подвесных труб, из которых она направляется к СРЧ.

СРЧ состоит из 9 панелей труб с меандровой навивкой (для уменьшения чувствительности экранов к неравномерностям обогрева). Здесь среда движется девятью параллельными потоками и направляется к входным коллекторам ВРЧ. ВРЧ конструктивно практически не отличается от СРЧ. Пройдя ВРЧ, среда движется к фронтовому, переходящему в потолочный, экранам. Для обеспечения компенсации тепловых расширений в верхней части фронтового экрана предусмотрен специальный изгиб труб.

После прохождения фронтового и потолочного экранов среда попадает в экраны поворотной камеры конвективного газохода и экраны верхней части топочной камеры. Затем среда собирается в выходном коллекторе поворотной камеры и отправляется в первую часть ширмового пароперегревателя, расположенного в горизонтальном газоходе. На этом участке установлен пароохладитель 1 ступени для регулирования температуры перегретого пара посредством впрыска питательной воды. Также здесь происходит отбор среды для подачи её в деаэратор. Каждая ступень ширмового пароперегревателя состоит из 20 ширм. Перед поступлением во вторую часть ширмового пароперегревателя рабочая среда направляется в перебросной коллектор, который перераспределяет потоки среды между секциями пароперегревателя. На выходе из 2 ступени, в коллекторе впрыскивается питательная вода пароохладителя 2 ступени.

Далее пар попадает в конвективный пароперегреватель сверхкритического давления (КППСД), находящегося в верхней части конвективной шахты. За выходным коллектором КППСД расположен пусковой пароохладитель, служащий для регулирования температуры пара высокого давления в период растопки. Затем острый пар (tпе=545 С, p''пе =25 МПа) поступает в турбину.

Вторичный пар поступает из ЦВД турбины (t'вт.п =297С, p'вт.п =4,03 МПа) и направляется во входные коллекторы 1 части конвективного пароперегревателя низкого давления (КППНД), находящегося далее по ходу движения д.г. в конвективной шахте. Он состоит из двух частей. Безопасное регулирование температуры вторичного пара осуществляется при помощи 3-х ходового клапана посредством регулирования подачи среды во вторую (выходную) часть КППНД, минуя первую. После прохождения 2 части КППНД вторичный пар поступает в ЦСД турбины. 20% перегретого пара отбирается из турбины для подогрева пит. воды.

Page 18: Бакалавр на печать

18

Рис. 6 Схема водопарового тракта котла: Водопаровой тракт котла: 1 – вход питательной воды; 2 – экономайзер; 3 – подвесные трубы; 4 – НРЧ; 5 – СРЧ; 6 – ВРЧ; 7 – байпас потолочного экрана; 8 – потолочный экран; 9 – боковые экраны горизонтального газохода;10 – экран фронтовой стены конвективной шахты;11 – экраны боковых стен и задней стены конвективной шахты; 12 – встроенная задвижка; 13 – растопочные сепараторы; 14 – первый впрыскивающий пароохладитель; 15 – ширмовый пароперегреватель; 16 – входная ступень конвективного пароохладителя; 17 – второй впрыскивающий пароохладитель; 18 – выходная ступень конвективного пароперегревателя; 19 – выход перегретого пара сверхкритического давления; 20 – вход вторичного пара; 21 – регулирующая ступень вторичного пароперегревателя; 22 – регулирующая паровая заслонка; 23 – промежуточная ступень; 24 – пароотводящие трубы; 25 – выходная ступень; 26 – выход перегретого вторичного пара

1.2.7. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ РАСЧЁТА ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ КОТЛА.

№ Величина Обозначение

Размерность

Обоснование Значение

1 Диаметр и толщина экранных труб

dxδ мм чертежи котла 32х6

2 Шаг труб S1 мм ------ 363 Ширина топки а м ------ 17,364 Глубина топки b м ------ 8,5355 Расход перегретого пара Dп.п кг/с задание 277,786 Расход питательной

водыDп..в. кг/с ------ 222,22

7 Температура

Page 19: Бакалавр на печать

19

перегретого пара при выходе из горячего пакета

tпе0C ------ 545

8 Температура питательной воды

tпв0C ------ 270

9 Энтальпия рабочей среды

hпп

hпв

hвт'

hвт"

кДж/кгкДж/кг

задание

33231181,72958,13550,9

10 Энтальпия теоретических объемов газов

Нг0

кДж/кгкДж/м3 табл. П4.2 [1] 1779,4

11 Энтальпия теоретических объемов воздуха

Нв0

кДж/кгкДж/м3 ------ 1535,8

12 Теплота газов рециркуляции

rрецНгот

б

кДж/кгкДж/м3

задание 0

13 Температура холодного воздуха

tхв0С табл.1.5 [1] 25

14 Температура горячего воздуха

tгв0С табл.1.6 [1] 280

15 Температура газов на выходе из топки

υт” 0С табл.4.7 [1] 1300

16 Энтальпия газов на выходе из топки

Нт” кДж/кг

кДж/м3табл. П4.2 [1] 24153

17 Температура уходящих газов

υух0С табл.1.4 [1] 120

18 Потери теплоты с химическим недожогом q3 % табл.4.6 [1] 0,1

19 Потери теплоты с механическим недожогом

q4 % табл.4.6 [1] 0

20 Коэффициент избытка воздуха в газах на выходе из топки

т - табл.1.7 [1]1.05

21 Присосы воздуха в топке

т - табл.1.8 [1] 0

22 Присосы воздуха в ширмах

ш - ------ 0

23 Присосы воздуха в горячем пакете пароперегревателя

пе - ------0.03

24 Присосы воздуха в экономайзере

эк - ------ 0.02

25 Присосы воздуха в регенеративном воздухоподогревателе

вп - ------ 0.2

Page 20: Бакалавр на печать

20

26 Давление газов в топке р Па задание 0,1

1.2.8..МЕТОДИКА ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ КОТЛА, РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ.

1.2.8.1.Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания, КПДкотла и расхода топлива, Н- диаграмма .

Табл.1.2.8.1.1.Объемы продуктов сгорания и объемные доли трехатомных газов:

Величина и расчетная формула ГазоходТК,Ш КПП ППП Э РВП

Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева

α iII=αТ+∑ Δα i

1,05 1,08 1,11 1,13 1,33

Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева

αср

1,035 1,065 1,095 1,12 1,23

Объем водяных паровV H 2O=V H

2O

0 +0 ,0161 (α ср−1 )V В0 2,236 2,240 2,245 2,249 2,267

Полный объем газовV Г=V Г

0 +1 ,0161 (αср−1 )V В0 11,256 11,260 11,265 11,269 11,287

Объемная доля трехатомных газовr RO 2

=V RO2¿V Г 0,096 0,096 0,096 0,096 0,096

Объемная доля водяных паровr H 2O=V H2O¿V Г 0,199 0,199 0,199 0,200 0,201

Доля трехатомных газов и водяных паров

r П=r RO2+r H 2O 0,295 0,295 0,295 0,296 0,297

Табл 1.2.8.1.1. Энтальпия продуктов сгорания:

Поверхность нагрева

Темпера-тура за поверх-

ностью υ, ºС

H Г0 H В

0 (α−1 ) HВ0 H Г=H Г

0 + (α−1 ) H В0

Топочная камераαТ=1 , 05

2300210019001700

43895395123536631283

35728324112894425556

1786162114471278

45682411323681332561

Ширмовый п/п 13001100

2319519245

1915216095

958805

2415320050

Page 21: Бакалавр на печать

21

αТ=1 , 05 1000 17288 14482 724 18012

КПП высокого давления

αПЕ=1 , 08

900800700600

15373134861164310488

128981134598228328

1032908786666

16405143931242911154

ПППαПП=1 , 11

700600500

11643104888127

982283286865

1080721755

12723114048882

ЭкономайзерαЭ=1 ,13

400300200

642247562732

543240292666

706524347

712852803078

РВПαВП=1 ,33

200150120

273223381863

266619921602

880657529

361229952392

Табл.1.2.8.2. ЭНТАЛЬПИЯ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯЭНТАЛЬПИЯ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ. КДЖ/М3 (ПРИ 0,1 МПА)

ЭНТАЛЬПИЯ

ТЕМПЕРАТУРА. 0С200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

НГ0 3128 6414 9860 13498 17296 21152 25163 29215 33339 3752

6НВ

0 2675 5443 8340 11359 14432 17626 20867 24149 27428 30794

1.2.9. Распределение тепловосприятий. Тепловой баланс.

Таблица 1.2.9.1.. Тепловосприятие поверхностей котла.

№п/п

Рассчитываемая

величина

Обозначение

Единица

измерения

Расчетная формула или обоснование

Решение и результат расчета

1Располагаемая теплота топлива

Qpp

кДж/кг,

кДж/м3

Qpp= Qн

p · 103 +Qвнш (3.4) 38020

2

Теплота воздуха, поступающего в топку

QB

кДж/кг,

кДж/м3

Qв=(αт – Δαт – Δαпл )Нг.в°

(4.18)QB=(1 .05−0−0 )⋅3704 .13

+(0+0 )⋅H Х .В0 =3889.3

3 Полезное тепловыделение в

QT кДж/кг,

кДж/м3

Qт = Qpp (100 – q3 – q6 )/

100 + Qв– Qвнш

(4.17)

QТ=38020⋅100−0 .1100

+

3889 .3=41871 .3

Page 22: Бакалавр на печать

22

топочной камере

4

Адиабатическая температура

ϑ a ºС

(4.19); Hг-ϑ -диаграмма или таблица энтальпий воздуха и продуктов сгораний

2132.5

5

Температура газов на выходе из топки

ϑT} } } { ¿¿¿ ºС

Принимается согласно рекомендациям табл. 4.7 или указания на стр. 39

1300

6

Энтальпия газов на выходе из топки

H”т

кДж/кг,

кДж/м3

(2.18); Hг-ϑ -диаграмма или таблица энтальпий воздуха и продуктов сгораний

24153

7Тепловосприятие топки

кДж/кг,

кДж/м3

Qл = φ(Qт - H"т )

(4.23) принять φ = 0,998QЛ=0.998 (41871 .3−−24153 )=17682 .9

8

Температура газов перед ширмами

ϑ Ш' ºС

Принимают θш' = θт

" 1300

9Энтальпия газов

H’ш

кДж/кг,

кДж/м3

(2.18); Hг-ϑ -диаграмма или таблица энтальпий воздуха и продуктов сгораний

24153

10

Температура газов на выходе из ширм

ϑ Ш} } } { ¿¿¿ ºС

Таблица 4.7. Принимается предварительно. Уточняется расчетом ширм.

1176

11

Энтальпия газов на выходе из ширм

H”т

кДж/кг,

кДж/м3

(2.18); Hг-ϑ -диаграмма или таблица энтальпий воздуха и продуктов сгораний

20896

12Тепловосприятие ширм

Qб.ш

кДж/кг,

кДж/м3

5.5); Qб.ш = φ(Н'

ш – H"ш +

Δα·Нпрс°)

2922

13

Температура газов перед конвективным пароперегревателем (КПП)

ϑ КПП' ºС

Принять ϑ кпп' = ϑ ш

" 1176

14 Энтальпия газовперед конвективным

H’кпп кДж/

кг,кДж/м3

(2.18); Hг-ϑ -диаграмма или таблица энтальпий воздуха и продуктов сгораний

20896

Page 23: Бакалавр на печать

23

пароперегревателем (КПП)

15

Тепловосприятие конвективного пароперегревателя

Qкпп

кДж/кг,

кДж/м3

Оценивается согласно данным таблиц 5.1-5.4 и расчета по (5.6), (5.7)

2556

16

Энтальпия газов на выходе из КПП

H”кпп

кДж/кг,

кДж/м3

(5.5) 15532

17Температура газов на выходе

ϑ КПП} } } { ¿¿¿ ºС

Определяется по Н″кпп с

помощью Hг-ϑ -диаграммы или таблицы энтальпий воздуха и продуктов сгораний

899

18

Расчет тепловосприяий других теплообменных поверхностей проектируемого котла осуществляется методически так же, как и КПП

Qппп

Qэк

кДж/кг,

кДж/м3

(5.5); таблицы 5.1-5.4 и пояснения к ним.

12742713

19

Расчет температур и энтальпий рабочей среды

th

ºСкДж/кг

Термодинамические свойства воды и водяного пара.

hп.п =3323hп.в =1182hвт

″=3551hвт

'=2952

20

Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель

t’вп ºС

Таблица 1.5 25

21

Энтальпия воздуха на входе в воздухоподогреватель

H0’вп

кДж/кг,

кДж/м3

Таблица энтальпий воздуха и продуктов сгораний

391

22 Температур tг.в ºС Таблица 1.6 280

Page 24: Бакалавр на печать

24

а воздуха после воздухоподогревателя

23

Энтальпия воздуха на выходе из воздухоподогревателя

H0”вп

кДж/кг,

кДж/м3

Таблица энтальпий воздуха и продуктов сгораний

127

24

Тепловосприятие воздухоподогревателя

Qвп

кДж/кг,

кДж/м3

(5.8) (βвп+0.5Δαвп+βрц)(H°″

вп –H°'вп)

4517

25

Энтальпия газов на входе в воздухоподогреватель

H’вп

кДж/кг,

кДж/м3

(Qвп = φ(Н'вп– Н″

вп + Δα·Нпрс

°) = 0,998(Нвп ' –

2569 + 0,2·2572) => Н'вп

6108.24

26

Температура газов на входе в воздухоподогреватель

ϑ ВП' ºС

Hг-θ-диаграммы, устанавливается по H'

вп

391

27

Температура газов на выходе из воздухоподогревателя

ϑ ВП} } } { ¿¿¿ ºС

Принимается ϑ вп"= ϑ ух 127

28

Проверка правильности распределения тепловосприятий.Выполняется определение несходимости теплового баланса.

δQ %

(5.27) и (5.28); при δQ>0,5% необходимо уточнить распределение тепловосприятий.

ΔQ=38020·0,9456 – (17682.9+31164.8) = 153.6

|δQ|=153.638020

⋅100 %=0.4%

Page 25: Бакалавр на печать

25

1.2.10. Расчет КПД котла, расхода топлива.

Табл.1.2.10.1.

№Рассчитываемая

величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Расчет

1Коэффициент

избытка воздухаαух -

33.12.002.0

03.0205.1

ух

2Энтальпия

цходящих из котла газов

Hух КДж/м3 Hух=Hг0+(α-1)*Hв0+HзлHух=1863+(1,33-1)*1602=2392

3Потери теплоты с

химическим недожогом

q3 % табл.4.6 0,1

4Потери теплоты с

механическим недожогом

q4 %табл.4.6

0

5Потери теплоты с уходящими газами q2 %

q2=( HУХ−αУХ H ХВ

0 ) (100−q 4 )

Qрр

q2=(2392-1.33*330.7)*

(100-0)/38020=5.13

6Потери теплоты от

наружного охлаждения

q5 %q5=

Dном⋅(60 /Dном )0. 5

( lg Dном)⋅D0.19

7

Потери с физической

теплотой удаляемых шлаков

q6 % задание 0

8 КПД котла ηк % ηк=100⋅( q2+q3+q4+q5+q6 )ηк=100−(5 . 13+0 .1+0+0 .19+0 )=94 . 58

9 Расход топлива В кг/с B=DПЕ (hПП−hПВ)+DВТ (hВТ

II −hВТI )

QРР ηК

B=(277.8(3323-1181.7)+

222.2(3550.9-2952.1))/

(38020*0.9458)=20,24

10Расчетный расход

топливаВр кг/с Bp=B⋅(1−0 .01⋅q4 ) Bp=20 . 24⋅(1−0 )=20 , 24

Page 26: Бакалавр на печать

26

1.2.11. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ КОТЛА.

# Рассчитываемая

величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование Расчёт

1 Диаметр и толщина экранных

труб

dxδ мм По чертежу котла 32х6

2 Шаг труб S1 мм ------ 363 Ширина

топкиа м ------ 17,36

4 Глубина топки

b м ------ 8.54

5 Определяемая поверхность стен топочной камеры

Fст. м2 Fст=1011BP Q л

5 ,67 MξT ψcp T T ''T a3

3√1M 2 (T a

TT ''−1)

2 2062

6 Расход топлива

В м3 /с B=Dпе⋅(hпе−hпв)+Dвт⋅(hвт

' ' −hвт' )

Qрр⋅ηк

=

277 ,8⋅(3322 ,9−1197 )+222 ,2⋅(3551 .1−2952 .3 )36532⋅0 .933

=21 .23 м3 /с

20.24

7 Расход перегретог

о пара

Dпе Кг/с По заданию 277,8

8 Энтальпия рабочей среды

h КДж/кг По заданию 3323

9 Расчётный расход

топлива

BP Кг/с Вр=В(1-0.001q4) 20,24

10 Расход рабочей среды

Д Кг/с По заданию 222.22

11 Располагаемая теплота топлива

Qpp кДж/кг Qp

p=Qнр⋅103+Qвнш

38020

12 КПД котла ηк % ηк=100−(q2+q3+q4+q5+q6 ) 94,58

13 Потеря теплоты q2 % q2=

(H ух−α ух⋅Нхв0 )⋅(100−q4 )

Q pp

5,13

14 Энтальпия уходящих из котла

газов

Нух кДж/кг Табл.12,диаграммаHух=Hг0+(α-1)*Hв0+Hзл

2392

Page 27: Бакалавр на печать

27

15 Энтальпии теоретичес

ких объёмов

газа и воздуха

Нг0

Нв0

КДж/кг Табл.4.2 18631602

16 Коэффициент избытка воздуха

αух - 1,33

17 Температура уходящих газов

υух0С задание 120

18 Потери теплоты с химическим недожогом

q3 % табл.4.6 [1] 0,1

19 Потери теплоты от наружного охлаждения

q5 %табл.4.7 [1] 0,2

20 Потери теплоты с физической теплотой шлаков

q6 % задание 0

21 Удельное тепловосприятие топки котла

кДж/кгкДж/м3

Qл= φ(Qт - Нт”)= 0,998(41871,3-

24153)=17682,917682,9

22 Коэффициент сохранения теплоты

φ -ϕ=1-q5/(ήк+q5)=

1−0.1994 .58+0 .19

=

=0.998

0,998

23 Полезное тепловыделение в топочной камере

кДж/кгкДж/м3 QТ=Qp

p⋅100−q3−q6

100+

QB−QВНШ+r⋅H Г .отб

41871,3

24 Теплота воздуха

Qв кДж/кгкДж/м3

Qв=(αт-∆ αт-∆ αпл) Нгв0+

+ (∆ αт+∆ αпл) Нхв0

∆ αт=∆ αпл=0

3889,3

Page 28: Бакалавр на печать

28

25 Температура

холодного воздуха

tх.в. 0С Табл.8 25

26 Температура

горячего воздуха

tг.в. 0С Табл.8 280

27 Температура газов на выходе из топки

υт” 0С табл.8 1300

28 Энтальпия газов на выходе из топки

Нт” кДж/кг

кДж/м3H"т=Hг0+(α-1)*Hв0+Hзл 22722

29 Коэффициент положения ядра факела в топке

М - M=0,52-0,50Xт==0,52-0,50*0,177=0,43

0,43

30 Коэффициент теплового излучения топки

ξт -ξТ=

ξф

ξф+(1−ξф )ψср

=

¿0 .4760 .476+(1−0 . 476 )⋅0 . 6338

=

¿0 .589

0,589

31 Коэффициент теплового излучения факела

ξф -ξф=m⋅ξсв+(1−m)ξГ=¿0 .1⋅0 .833+(1−0. 1)׿0 .436=0 . 476

0,476

32 Коэффициент ослабления лучей топочной средой

k 1/МПа k Г r П=(7 .8+16 r H 2O

√r П S−1 )×(1−0 .37

Т Т''

1000)×r=

=7 .8+16⋅0 .199√0 .295⋅6 .99

−1 )×(1−0.371573 .151000

)×0.295=

=0.819

k C=0 .3 (2−αТ )(1 .6⋅10−3 Т Т'' −0.5 )×СР

Н Р=

¿0 .3(2−1 .05)(1 .6⋅10−3×1573 .15−0 .5 )×3 .02=¿1 .736

k=k Г rП+k C=0 . 819+1. 736=2. 56

2,56

33 Давление газов в топке

р МПа Исх.задание 0,1

Page 29: Бакалавр на печать

29

34 Эффективная толщина излучающего слоя в топке

S м2 S=3,6⋅V Т

р

Fстр=3,6⋅2512. 7

1293 . 8=6 . 99 м2

6,99

35 Коэффициент тепловой эффективности экранов

ψ -ψ=ξ⋅x=0 ,65⋅0 ,975=0 .6338 0,6338

36 Условный коэффициент загрязнения экранов

ξ - табл.4.8 [1] 0,65

37 Угловой коэффициент экрана

х - х = 1 – 0,2(S/d – 1)= 1 – 0,2(36/32  –1) = 0.975

0,975

38 Абсолютная температура газов на выходе из топки

Тт” К Тт

”= υт”+273.15=1300+273.15=1573,15К 1573,15

39 Абсолютная температура горения в топке

Та К Та = υа

+273.15=2132,5+273.15=2405.65К2405.65

40 Адиабатическая температура газов в топке

υа0С

Принимаем Hг=Qт, определяем из графикаН=f()

2132,5

41 Поверхность части топки, расположенной над призматической частью

Fвч м2 чертежи котла744,3

Page 30: Бакалавр на печать

30

42 Поверхность части топки, расположенной под призматической частью

Fнч м2 ------148.17

43 Поверхность призма-тической части топки

Fпр м2 Fпр= Fст - Fвч –Fнч=2062-744,3-148.17=1169,5

1169,5

44 Высота призматической части топки

hпр м hпр= Fпр/(2ат+2bт)= 1169,5/(2*17.36+2*8.54)=25,58

25,58

45 Общая высота топки

hт м hт= hвч + hпр =11,1+25,58=36,7 36,7

46 Объем топки

Vт м3 V г=(Fст /7 )3/2=(2062/7 )3/2=5056 5056

47 Тепловое напряжение топочного объема

qv кВт/м2

qvТ=

B⋅Qнр

V Т

=20.24⋅380205056

=152 ,2кВт/м3 152 ,2

48 Среднее тепловое напряжение поверхности нагрева топочных экранов

qл кВт/м2 q л=B⋅Q л

Н л

=20. 24⋅17682.92010. 45

=178 .02 кВт /м2 178 . 02

49 Лучевоспринимающая поверхность нагрева экранов

Нл м2H л=Fст⋅χ=2062⋅0 , 975=2010 .45 2010.45

50 Комплекс, вычисленный по рис.4.4

ВрQт/Fст

кВт/м2 рис. 4.4[1] 400

Page 31: Бакалавр на печать

31

51 Поверхность стен топки, вычисленная по рис.4.4

Fст м2 рис. 4.4[1]2118,69

52 Относительная несходимость значений поверхности стен топки

δFст % δF ст=Fст−Fст

ном

Fст

×100=

2064−2118 ,692064

×100=2,65

2,65

Тепловой расчет топочной камеры закончен, так как относительная несходимость δF СТ10%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Была выполнена задача конструктивного расчета парового котла, которая заключалась в выборе компоновки поверхностей нагрева в газоходах котла, были определены размеры радиационных и конвективных поверхностей нагрева, они полностью обеспечивают нам номинальную производительность котла при заданных номинальных параметрах пара, а также надёжность и экономичность его работы. В результате работы были получены расчетные тепловые характеристики, которые исключают увеличение максимальной температуры стенки сверх допустимого значения по условиям прочности, , температура уходящих газов и присосы воздуха в газовый тракт были выбраны из условий обеспечения наивысшей экономичности. Был выполнен поверочный расчет котла, по чертежам были выбраны неометрические характеристики поверхностей. Этот расчет был выполнен методом последовательных приближением величин, которыми мы задавались ранее. Таблица расчетных величин содежит основные показатели, в них полностью представлены формулы и конечный результат.

Page 32: Бакалавр на печать

32

Раздел №2Основные методы управления ПГВ-1000. Расчет и анализ динамики 3-х импульсной АСР

стабилизации уровня в ПГВ-1000. Теплотехнический контроль и автоматизация ПГВ-1000.

Page 33: Бакалавр на печать

33

2.1.Основные методы управления объектом и их реализация.

2.1.1.Краткое описание участка технологического объекта управления.

Парогенератор — аппарат или агрегат для производства водяного пара, используемого в

качестве рабочего тела в паровых машинах, теплоносителя в системах отопления, и в

технологических целях в химической и пищевой промышленности.

Парогенераторы атомных электростанций — прямоточные котлы, нагревающие воду в

теплообменнике от теплоносителя первичного контура, проходящего через активную зону

атомного реактора. Служат для получения вторичного пара, поступающего в турбину для

привода электрогенераторов.

Для экономической и безаварийной работы уровень в ПГ необходимо поддерживать

постоянным. При понижении уровня происходит частичное оголение рабочей поверхности

нагрева, что приводит к недоиспользованию тепла и нежелательному повышению температуры

воды первого контура на входе в реактор. Повышение уровня ПГ может привести к забросу

воды в турбину и вызовет быстрый износ лопаток турбины.

На каждом ПГ установлено по 2 регулятора:

1.Пусковой регулятор.

2.штатный (основной) регулятор.

Первый используется при пусках и остановках блока. По мере увеличения паровой нагрузки

регулятор в режиме обесточивания не обеспечивает поддержания уровня, поэтому в работу

включается рабочий регулятор.

Рис 2.1.1. Парогенератор блока ВВЭР.

Page 34: Бакалавр на печать

34

2.1.2. Описание функционирования участка технологического объекта управления

Регулирование уровня осуществляется изменением подачи питательной воды в ПГ.

Регулятор является пятиимпульсным. Первый импульс - сигнал по уровню в ПГ, второй сигнал

по расходу питательной воды, третий - сигнал по разности температур холодной и горячей

ниток, четвертый – температура питательной воды, пятый – давление в парогенераторе. Третий-

пятый импульсы используется для вычисления расхода пара. Пятиимпульсный регулятор

воздействует на исполнительный механизм питательного клапана.

2.1.3. Регулируемые величины и требования к ним, включая условия срабатывания защит и блокировок.

Регулируемая величина – уровень воды. К стабилизации уровня предъявляются довольно жесткие требования. Для ПГ с ВВЭР-1000 номинальный уровень Lном составляет 2450 мм от внутренней образующей корпуса. Точность поддержания уровня в статических режимах составляет ±50 мм от Lном , в динамике ±150 мм от Lном (с учетом нечувствительности регулятора). Повышение уровня воды от Lном не допускается из-за затопления и нарушения работы сепарационных устройств (заброс воды в турбину), а снижение уровня - из-за оголения поверхности нагрева.

2.1.4. Регулирующие воздействия с описанием метода изменения физического параметра.

Возмущающими воздействиями на уровень являются:- расход пара (нагрузка);- изменение расхода питательной воды;- изменение температуры питательной воды;- изменение расхода продувки;- изменение теплоподвода со стороны первого контура (изменение средней температуры ИЛИ РАСХОДА воды).При возмущении расходом пара проявляется явно выраженное "набухание" уровня, т.е. изменение его в начальные моменты времени в сторону, не соответствующую знаку возмущающего воздействия.Явление "набухания" можно объяснить так: при изменении расхода пара, например увеличении, давление в ПГ уменьшается, происходит дополнительное вскипание воды, увеличение объема пара под зеркалом испарения, т.е. временное увеличение уровня. В дальнейшем уровень начинает падать, из-за материального небаланса.

Page 35: Бакалавр на печать

35

2.1.5. Динамические характеристики участка технологического объекта по каналу регулирующего воздействия.

0 15 30 45 60 75 90

0.4

0.8

1.2

1.6

2

hy t( )

t Рис. 1.5.1 Кривая разгона ПГ по уровню при подаче скачкообразного возмущения расходом пара DD = 10 кг/с

0 20 40 60

1

2

hy t( )

t

Рис. 1.5.2 Кривая разгона ПГ по уровню при подаче скачкообразного возмущения расходом питательной воды DG = 10 кг/с

2.1.6.Структурная схема АСР

Исходная схема АСР уровня является каскадной системой с компенсацией возмущения по расходу перегретого пара. Объект содержит три участка:

участок μ-z : перемещение регулирующего органа - μ → расход питательной воды Fпв;

участок μ-y: расход питательной воды - Fпв → уровень воды в барабане L; участок λ- y: расход перегретого пара - Fпе → уровень воды в барабане L.Участок по каналу Fпв →L может быть представлен в виде произведения интегрирующего

и апериодического звеньев, а по каналу Fп →L в виде разности апериодического и интегрирующего звеньев, умноженной на апериодическое звено.

Page 36: Бакалавр на печать

36

Рис.2.1.6. Структурная схема регулирования.

Первым (внутренним) контуром является система стабилизации расхода воды ПИ-регулятором. В силу малоинерционности объекта по каналу «перемещение регулирующего органа — расход питательной воды» его динамику можно представить в виде апериодического звена с постоянной времени измерительного преобразователя. Вторым контуром является система стабилизации уровня воды в барабане с использованием корректирующего регулятора Wрк(s). В качестве корректирующего регулятора на практике часто используется П-регулятор. Участок по каналу Gп.в – Hб может быть представлен в виде произведения интегрирующего и запаздывающего звеньев. Дада 023 Канал объекта «расход пара — уровень воды в барабане» не является каналом передачи регулирующего воздействия, а является каналом внешнего контролируемого возмущения и никакие воздействия, поступающие по этому каналу, не могут нарушать устойчивость системы. Канал Gп.п – Hб можно представить в виде разности апериодического и интегрирующего звеньев.

Page 37: Бакалавр на печать

37

2.2. Расчет и анализ динамики 3-х импульсной АСР стабилизации уровня в ПГВ-1000.

x(t) - положение РО, % УП РО,y(t) - уровень в барабане, мм,z(t) – расход питательной воды, %УС,ν(t) - расход пара из барабана котла, %УС.

Передаточные функции каналов ОУ

Исходные данные к расчету

kμy Tμy kμz Tμz kνy Tνy kип Tип

мм/с∙ % УП РО

с %УС/%УП РО с мм/ % УП РО с %УС/%УП РО с

0,03 1,2 0,9 1,2 2 5,0 1 1,2

Задание1) Рассчитать, построить и проанализировать переходные характеристики каналов ОУ.2) Рассчитать настройки стабилизирующего ПИ- регулятора и оценить скорость

перемещения РО при возмущении по расходу питательной воды 10% УП. Сопоставить полученное значение с максимально скоростью перемещения ЭИМ

с Тим = 10 с (s = 100%УП/ Тим = 10 %УП/с)..3) Рассчитать настройки корректирующего П-регулятора.4) Определить структуру и параметры компенсатора возмущения по расходу пара.5) Выполнить анализ динамики АСР по переходным процессам при возмущениях по

расходу воды и пара.6) Рассчитать настройки одноконтурной комбинированной АСР с ПИ-регулятором.7) Сделать заключение по результатам анализа рассмотренных вариантов АСР.

ky 0.03 kz 0.9 ky 2 kип 1

Ty 1.2 Tz 1.2 Ty 5.0 Tип 1.2

Передаточные функции каналов ОУ:

Wz s( )kz

Tz s 1 Wy s( )

ky

s Ty s 1

Wy s( )ky

Ty s 1

ky

s Wип s( )

kип

Tип s 12.2.1. Рассчитать, построить графики и проанализировать

переходные характеристики каналов ОУДля расчета переходных характеристик воспользуемся стандартным методом - методом обратного преобразования Лапласса.По каналу z:

kz

Tz s 1

1

s

hz t( ) kz e

t

Tz

1

0 5 10

0.25

0.5

0.75

1

1.25

hz t( )

t

Page 38: Бакалавр на печать

38

По каналу y:

ky

Ty s 1

ky

s

1

s

hy t( ) ky e

t

Ty ky ky t

0 15 30 45 60 75 90

0.4

0.8

1.2

1.6

2

hy t( )

t

По каналу y:

ky

s Ty s 1

1

s

hy t( ) ky Ty t Ty e

t

Ty

0 20 40 60

1

2

hy t( )

t

Page 39: Бакалавр на печать

39

По каналу измерительного преобразователя:

kип

Tип s 1

1

s

hип t( ) kип e

t

Tип

1

0 20 40

0.5

1

1.5

hип t( )

t

2.2.2 Рассчитать настройки стабилизирующего ПИ-регулятора и оценить скорость перемещения РО при возмущении по расходу питательной воды 5% УП. Сопоставить полученное значение с максимальной скоростью перемещения ЭИМ с Тим = 10с (s = 100% УП / Тим = 10% УП/с)

Передаточная функция объекта:

Wz s( )kz

Tz s 1

Расширенная КЧХ объекта:

Wz m ( ) Wz m i ( )

Зависимость коэффициентов (kp и kи) от частоты:

kp m ( )Re Wz m ( ) m Im Wz m ( )

Re Wz m ( ) 2 Im Wz m ( ) 2

Page 40: Бакалавр на печать

40

kи m ( ) m2

1 Im Wz m ( )

Re Wz m ( ) 2 Im Wz m ( ) 2

0 0.001 10

Плоскость настройки ПИ-регулятора, в качестве меры запаса устойчивости принят корневой показатель колебательности m = 0.366

0 1 2 3 4 5 60

20

40

60

80

100

kи 0.366 ( )

kp 0.366 ( )

Ведем еще одну меру (критерий) - частотный показатель колебательность M = 1.55

Передаточная функция объекта:

Wz s( )kz

Tz s 1

Передаточная функция ПИ-регулятора:

Page 41: Бакалавр на печать

41

Wст_рег kp kи kp

i

Передаточная функция разомкнутой системы:

Wрс kp kи Wz i( ) Wст_рег kp kи

Передаточная функция замкнутой системы:

Wзс kp kи Wрс kp kи

1 Wрс kp kи

Амплитудно-частотная характеристика замкнутой системы:

Az kp kи Wзс kp kи

Т.к мы имеем множество значенийkp kи

из плоскости настроек ПИ регулятора m=0.366 ,и имеем запас по скорости рабочего органа РО , то двигаясь вверх по кривой m=0.366, мы можем определить оптимальные

настройки kp kи

таким образом, что расчитанная скорость РО будет близка к максимальной 10%УП/с при возмущении 10%УП по расходу питательной воды.При этом амплитудо частотная характеристика замкнутой системы Az kp kи будет немного превышать значение M=1.55.Расчет скорости РО смотреть в пункте 2.2

k'p 0.5 k'и 4.12

0 0.001 10

0 5 10

1

2

1.55

Az k'p k'и

Page 42: Бакалавр на печать

42

КЧХ замкнутого конутра:

0.5 0 0.5 1 1.5

2

1Im Wзс k'p k'и

Re Wзс k'p k'и kп_стаб k'p kп_стаб 0.5

kи_стаб k'и kи_стаб 4.12

kp kп_стаб kи kи_стаб

Передаточная функция объекта:

Wz s( )kz

Tz s 1

Передаточная функция ПИ-регулятора:

Wст_рег kp kи kp

i

КЧХ внутреннего контура по каналу регулирующего воздействия:

Wзс kp kи Wz i ( )

1 Wст_рег kp kи Wz i ( )

h t( )2

0

10

Re Wзс kп_стаб kи_стаб

sin t( )

d

Page 43: Бакалавр на печать

43

0 2 4 6 8 10

0.2

0.2

0.4

0.6

0.8

h t( )

t

2.2.2.1. Оценим скорость перемещения РО при возмущении по расходу питательной воды 10% УП:

Возм 10

КЧХ внутреннего контура по каналу управляющего воздействия:

Wзс kp kи Wz i ( ) Wст_рег kp kи

1 Wст_рег kp kи Wz i ( )

h t( ) Возм2

0

3

Re Wзс kп_стаб kи_стаб

sin t( )

d

0 2 4 6 8 10

5

10

15

h t( )

Возм

t

Page 44: Бакалавр на печать

44

Скорость перемещения РО:

' t( )th t( )

d

d

0 2 4 6 8 10

5

5

10

' t( )

tНаибольшая скорость перемещения РО при возмущении 10% УП составила 9.5805 %УП/с. Она меньше максимальной скорости перемещения РО 10%УП/с. Cистема является физически реализуемой .

2.2.3. Рассчитать настройки корректирующего П-регулятора

Передаточная функция эквивалентного объекта:

Wz s( )kz

Tz s 1

Wy s( )ky

s Ty s 1

Wст_рег kp kи s kp

s

Wэкв s( )Wст_рег kп_стаб kи_стаб s Wy s( )

1 Wст_рег kп_стаб kи_стаб s Wz s( )

КЧХ эквивалентного объекта:

Wэкв ( ) Wэкв i ( )

Передаточная функция корректирующего П-регулятора:

Wкор_рег kp kp

Передаточная функция разомкнутой системы:

Wрс kp Wэкв ( ) Wкор_рег kp

Page 45: Бакалавр на печать

45

Уравнение M-окружности:

M M( )M

M2

1e

2 i M

2

M2

1

Для значения M=1.55 имеем:

0.0001 0.0002 5

kp_155 21.9 kкор_рег kp_155 kp 21.9

3 2 1 0

2

1

1

2

Im M 1.55( )( )

Im Wрс kp_155

Re M 1.55( )( ) Re Wрс kp_155

Передаточная функция замкнутой системы (канал управления):

Wзс ( )Wрс kp_155

1 Wрс kp_155

1.5 1 0.5 0 0.5 1

1.5

1

0.5

0.5

Im Wзс ( )

Re Wзс ( )

Page 46: Бакалавр на печать

46

0 0.001 10

0 5 100

0.5

1

1.5

2

Wзс ( )

1.55

huy t( )2

0

3

Re Wзс ( )

sin t( )

d

0 5 10 15 20 25 300

0.5

1

1.5

huy t( )

1

t

2.2.4. Определить структуру и параметры компенсатора возмущения по расходу пара.

Комплексная частотная характеристика внутреннего контура АСР по каналу задания имеет вид:

Wuy_пи kp kи s Wz s( ) Wст_рег kp kи s

1 Wz s( ) Wст_рег kp kи s

Page 47: Бакалавр на печать

47

Комплексная частотная характеристика внутреннего контура АСР по каналу регулирующего воздействия имеет вид:

Wy_пи kр_опт kи_опт s Wz s( )

1 Wст_рег kp kи s Wz s( )

Передаточные функции основных каналов ОУ:

Wz s( )kz

Tz s 1

Wy s( )ky

s Ty s 1

Wy s( )ky

Ty s 1

ky

s

Передаточные функции рассчитанных регуляторов:

Wст_рег s( ) kп_стаб

kи_стаб

s

Wкор_рег kp kp

Передаточная функция обекта управления по каналу управления без возмущения:

Wбез_ком s( )Wy s( )

1 Wкор_рег kp Wст_рег s( ) Wy s( )

Условием идеальной компенсации будет равенство КЧХ объекта управления по каналу возмущения и по каналу компенсации.

Примем приближение того, что передаточная функция внутреннего контура близка по своему значению к 1.

Wик ( )Wy i ( ) Wz i ( )

Wy i ( )

Построим КЧХ идеального компенсатора:

Page 48: Бакалавр на печать

48

0 0.0001 1

5 0 5 10 15

2

4

6

Im Wик ( )

Re Wик ( )

Построим АЧХ замкнутого контура Wбез_ком ( )

и найдем рез.

Wбез_ком s( )Wy s( )

1 Wкор_рег kp Wuy_пи kи kp s Wy s( )

Wбез_ком ( ) Wбез_ком i ( )

Основная задача компенсатора – компенсация возмущения на резонансной частоте, поэтому "потребуем", чтобы векторы КЧХ идеального и фактического устройств компенсации совпадали на резонансной частоте.

0 0.001 3

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3

0.14

0.29

0.43

0.57

0.71

0.86

1

Wбез_ком ( )

0.5

рез root

Wбез_ком ( )d

d

рез 0.629

Page 49: Бакалавр на печать

49

kд 10.9

Tд 9.3

Wрд s( ) kд

Tд s

Tд s 1

2

Wрд ( ) Wрд i ( )

0 0.001 3

2 0 2 4 6 8 10 12

2

4

6

8

Im Wик ( ) Im Wик рез Im Wрд ( ) Im Wрд рез

Re Wик ( ) Re Wик рез Re Wрд ( ) Re Wрд рез

Для сравнения:

Wик рез 9.999 3.465i

Wрд рез 9.989 3.517i

КЧХ объекта управления по каналу возмущения c компенсатором:

Wзс_y_ky ( )Wy i ( ) Wрд ( ) Wэкв ( )

1 Wкор_рег kкор_рег Wэкв ( )

Page 50: Бакалавр на печать

50

0 1 2 3

0.33

0.67

1

Wбез_ком ( )

Wзс_y_ky ( )

КЧХ и переходная характеристика объекта управления по каналу возмущения без компенсатора:

hзс_y t( )2

0

3

Re Wбез_ком ( )

sin t( )

d

КЧХ объекта управления по каналу возмущения c компенсатором:

hзс_y_ky t( )2

0

3

Re Wзс_y_ky ( )

sin t( )

d

Page 51: Бакалавр на печать

Аппаратно-программные средства Квинта

Оперативные средства Средства проектирования

Ремиконты

Рабочие станции и серверы ИВС

Сетевые средства

Рабочие станции и серверы САПР

51

2.3.Теплотехнический контроль и автоматизация ПГВ-1000

Функциональная схема теплотехнического контроля и автоматического регулирования приведена в графической части на листе №3 формата А1. Спецификация на средства измерения ПГВ-1000 приведена в приложении под номером Таблица 2.3.1. Спецификация средств АСР уровня в ПГВ-1000 приведена в приложении под номером Таблица 2.3.2.

2.3.1. Краткая характеристика выбранного ПТК.

Рис 2.3.1.1. Состав ПТК Квинт.

t 0 0.01 60

0 10 20 30 40 50 60

0.2

0.1

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

hзс_y t( )

hзс_y_ky t( )

t

Превосходство системы с компенсацией возмущения очевидно:динамическая ошибка уменьшена в 2.5 раза.

Page 52: Бакалавр на печать

52

ПТК КВИНТ, разработанный в НИИ Теплоприбор, представляет собой сочетание аппаратных и программных средств, взаимодействие которых обеспечивает выполнение комплексом задач по управлению сложными технологическими процессами.• новые средства системной интеграции позволяют строить АСУ ТП масштаба предприятия• новая сетевая архитектура, включая новые средства сетевого резервирования, выводят на новый уровень скорость и надежность обмена информацией по цифровым сетям• новые средства управления турбиной и ее электронной защиты (турбинный контроллер) позволяют Квинту СИ решать задачи автоматического управления частотой и мощностью энергоблоков (АРЧМ)• новые средства оперативного режима упрощают работу оперативного персонала и предоставляют ему новые информационные возможности• новые средства инжиниринга и наладки сокращают время проектирования АСУ ТП и делают этот процесс еще более простым и наглядным• новые вычислительные средства позволяют выполнять сложные математические расчеты, создавать модели технологических объектов и строить тренажеры для обучения персонала• новые аппаратные и компоновочные решения повышают быстродействие и надежность комплекса, и делают работу с контроллерами более удобной

Page 53: Бакалавр на печать

53

• новые модули УСО, новые библиотечные алгоритмы и расширенная память повышают функциональность и эффективность использования контроллеровОсновные концепции Квинта СИ• Многопрофильность. Квинт СИ - универсальный полнофункциональный программно-технический комплекс, который охватывает все задачи автоматизации технологических процессов, связанные с управлением, защитой, представлением, хранением и передачей информации. Квинт СИ можно использовать в различных отраслях промышленности - энергетике, химии, металлургии, пищевой и т.д. Во всех случаях Квинт позволяет автоматизировать отдельные группы оборудования, отдельные агрегаты и производство в целом.• Интегрируемость и открытость. Квинт СИ - открытая система, использующая самый современный метод интеграции с другими (не входящими в Квинт) техническими средствами - OPC технологию. Этот метод получил международное признание и поддерживается многими производителями.• С помощью Квинта СИ можно информационно объединить несколько автономных систем, управляющих разнородными агрегатами одного предприятия. Он предоставляет также средства связи с АСУП предприятия.• Модульность и масштабируемость. Квинт СИ рассчитан на автоматизацию как вновь строящихся, так и реконструируемых объектов. Он оптимален как для крупных систем, число сигналов в которых измеряется многими тысячами и даже десятками тысяч, так и для небольших систем с несколькими десятками или сотнями сигналов. Модульное построение аппаратных средств и объектно-ориентированное программное обеспечение позволяют поэтапно наращивать и модернизировать системы на базе Квинта СИ с сохранением общей концепции и всей методологии использования.• Важнейшим свойством Квинта СИ является сочетание алгоритмической мощности и высокой надежности со сравнительно низкой стоимостью и простотой обслуживания. В результате создаваемые на базе Квинта СИ системы управления имеют оптимальное отношение стоимость/функциональность.Архитектура Квинта • Построенная на Квинте архитектура крупной АСУ ТП имеет двухуровневую сетевую архитектуру.• На нижнем уровне размещаются контроллеры, отвечающие за автоматическое управление процессом.• На верхнем уровне находятся рабочие станции, используемые для представления и хранения информации, а также для реализации ряда служебных функций (мониторинга технических средств, функции единого времени ит.д.).В тех случаях, когда у заказчика уже имеются отдельные средства сторонних фирм, их можно интегрировать в информационное пространство Квинта СИ с помощью технологии OPC.• Отдельные группы контроллеров с помощью сети Ethernet нижнего уровня объединяются в системные модули и подключаются к сети Ethernet верхнего уровня через шлюзы. Выносные УСО полевых контроллеров подключаются к центральному процессорному блоку посредством полевой шины.

Page 54: Бакалавр на печать

54

Рис 2.3.1.2 Архитектура Квинта

КонтроллерыФункции сбора информации с устройств, управления технологическим процессом и

реализации технологических защиты и блокировок в Квинте выполняются микропроцессорными контроллерами марки Ремиконт В состав Квинта СИ входят следующие модели Ремиконтов:• многоканальный многофункциональный контроллер Р-380• малоканальный полевой контроллер Р-390

Модули УСОМодули УСО обеспечивают ввод сигналов от датчиков объекта управления по каналам

ввода и вывод управляющих сигналов на его исполнительные устройства по каналам вывода. Под каналом ввода понимается набор физических цепей связи (две или более) с одним датчиком, под каналом вывода - набор физических цепей связи (две или более) с одной нагрузкой.

Типы входных каналов и поддерживающих их модулей УСО для схемы регулирования температуры сетевой воды.

Таблица 2. 3.1.1.

Page 55: Бакалавр на печать

55

Шифр НаименованиеЧисло

каналовНазначение и основные свойства

АЦП-80Аналого-цифровой

преобразователь16; 8

Ввод сигналов от унифицированных датчиков 0-5, 0-20, 420 мА, от термопар ТХА, ТХК и

датчиков напряжения низкого уровня. Индивидуальная программная настройка

каждого канала на вид датчика и диапазон сигналов (температур). Линеаризация

характеристик датчиков в каждом канале. Индивидуальная гальваническая развязка

каждого канала друг от друга и от цифровых элементов

Типы выходных каналов и поддерживающих их модулей УСО для схемы регулирования температуры сетевой воды.

Таблица 2.3.1.2.

Шифр НаименованиеЧисло

каналовНазначение и основные свойства

ЦИП-80Цифро-

импульсный преобразователь

20х2; 10х2

Формирование команд 10-60 В типа больше-меньше для управления регулирующими клапанами с электрическим двигателем

постоянной скорости. Защита выходных ключей от перегрузки по напряжению и току. Высокая помехозащищенность при работе на длинные

линии. Индивидуальная гальваническая развязка между каналами и каждого канала от цифровых

элементов

Кросс-средстваВ состав кросс-средств  Р-380 входят клеммно-модульные соединители

(КМС) и силовые преобразователи (СПР). Их основное назначение – подключение физических цепей каналов ввода/вывода к модулям УСО.

Используемые типы КМС для схемы регулирования температуры сетевой воды.

Таблица 2.3.1.3.

Типканала

Кросс-средствоМодуль

ТипДлина (мм)

Назначение подключенияК-во

каналов

Аналоговый ввод

КМС-874.1 95Унифицированные токовые

сигналы с автономным питанием датчиков

8 АЦП-80

Аналоговый ввод

КМС-873Т1.1 95

Сигналы ТХА, ТХК с встроенным каналом

измерения температуры холодного спая

8 АЦП-80

Page 56: Бакалавр на печать

56

Импульсный вывод

КМС-877.1 90 Импульсные сигналы (ШИМ) 10 ЦИП-80

Средства верхнего уровня Верхний уровень Квинта СИ ответственен за представление, хранение и анализ

информации, а также специализированные расчеты, которые нецелесообразно производить в контроллерах.

Верхний уровень Квинта СИ состоит из рабочих станций и серверов, оснащенных фирменным программным обеспечением - Квинтегратором СИ. На рабочих станциях, установлена операционная система Windows XP, на серверах - операционная система Windows 2003 Server.

Состав рабочих станцийВ зависимости от выбора компонентов инсталляции Квинтегратора рабочие станции

специализируются под следующие функции:• операторская станция• архивная станция• станция анализа архивной информации• расчетная станция• станция единого времени• Операторская станция представляет текущую или ретроспективную информацию оперативному персоналу. В архивной станции записывается и сохраняется технологическая информация. Станция анализа используется для анализа информации, записанной в архив. Расчетная станция выполняет специализированные расчеты, которые нецелесообразно поручать контроллерам. Станция единого времени формирует метки астрономического времени, которые синхронизируют работу всех контроллеров и рабочих станций.• На конкретном объекте не обязательно использовать все виды рабочих станций. В частности, если не требуется выполнять специализированные расчеты, расчетная станция может отсутствовать. Если не требуется привязывать технические средства Квинта СИ к астрономическому времени, а достаточно их синхронизировать по внутренним часам архивной станции, может отсутствовать также станция единого времени.• В одном проекте могут использоваться несколько рабочих станций одинакового назначения - несколько операторских, архивных, расчетных станций и станций анализа. Однако станция, задающая системе единое время, всегда одна.• Различные рабочие станции могут запускаться как на разных, так и на одном компьютере. Например, станция анализа может объединяться на одном компьютере с архивной станцией, сам архив может объединяться с операторской станцией и т.д. В пределе все задачи верхнего уровня могут выполняться на одном компьютере.

2.3.2. Алгоритмическая реализация структуры АСР.

Page 57: Бакалавр на печать

АБ 1

АБ 2

АБ 3

АБ 4

Входы Выходы

Библиотека алгоритмов

АБ - алгоблоки

57

Программное обеспечение Р-380 позволяет проектировать программу его работы непосредственно специалистам по автоматике. Это программное обеспечение «зашито» в

постоянную память контроллера (типа Flash), не требует загрузки и не теряется в результате программных сбоев.

Виртуальная структура Ремиконта состоит из двух основных компонентов: библиотеки алгоритмов алгоритмических блоков (алгоблоков)

Рис.2.3.2.1. Виртуальная структура Ремиконта

Page 58: Бакалавр на печать

58

Рис. 2.3.2.2.. Ввод аналоговых сигналов в модуль АЦП- 80Аналоговый сигнал – напряжение 0-50 мВ, или сигналы от расходомеров

Рис. 2.3.2.3. Ввод аналоговых сигналов в модуль АЦП- 80.Аналоговый сигнал – унифицированный датчик тока 0- 5, 0(4)- 20 мА с автономным питанием.

Page 59: Бакалавр на печать

59

Рис. 2.3.2.4. Подключение импульсных нагрузок.Импульсный сигнал 5 – 40 В с ШИМ-модуляцией. Нагрузка 1–200 мА.

Page 60: Бакалавр на печать

60

Рис.2.3.2.5. Схема электрических соединений

Рис.2.3.2.6. Управление МЭО от ПТК «Квинт». Схема электрическая принципиальная Схема подключения МЭО

Page 61: Бакалавр на печать

61

Рис.2.3.2.7. А1 – ПБР-3А; А2 – блок питания БП-10 (только для механизмов с БСПТ-10)

2.3.3. Описание цепи преобразования сигналов

Рассмотрим цепь преобразования сигналов по каналу «расход питательной воды – РО».

диафрагма дифманометр (МЕТРАН-150) УС 4-20 мА Квинт (АЛБ) ПБР-3А МЭО изменение положения РО Рис.2.3.3.1.

Page 62: Бакалавр на печать

62

.Рис. 2.3.3.1. цепь преобразования сигналов по каналу «расход питательной воды – РО».

Аналоговый ввод сигнала – расход питательной воды Рис 2.3.3.2.

Рис 2.3.3.2. Аналоговый ввод сигнала

Импульсный вывод – управление регулирующими клапанами с электрическим двигателем постоянной скорости по цепям «Больше» - «Меньше» Рис. 2.3.3.3.

Рис. 2.3.3.3. Импульсный вывод

Page 63: Бакалавр на печать

63

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном разделе была рассмотрена трёх импульсная АСР регулирования уровня в парогенераторе ПГВ1000. Рассмотрены схемы с дополнительными вспомогательными величинами ( АО возмущению – расход пара, и сигнал по уровню питательной воды), которые значительно увеличивают качество регулирования. Процесс регулирования 3х импульсной АСР был реализован на программно – техническом комплексе КВИНТ СИ . Была выполнена заказная схема теплотехнического контроля со спецификацией на средства измерения и автоматического регулирования.

Page 64: Бакалавр на печать

64

Раздел №3Специальная часть

Разработка и использование двумерных сепарационных характеристик парогенераторов АЭС ВВЭР 1000

Page 65: Бакалавр на печать

65

3.1 Исходные данные (ДСХ)

Заданна двумерная сепарационная характеристика одного из парогенераторов:

Нагрузка парогенератора от номинального значения

Регулируемый уровень парогенератора

Двумерную сепарационную характеристика представлена в виде степенной функции ω(d,H)=a(d)Hb(d)+c(d), (3.1)

в которой коэффициенты a, b и c в свою очередь зависят от паровой нагрузки d:a(d)=a1(d+a2)a3+a4 , b(d)=b1(d+b2)b3+b4 , c(d)=c1(c+a2)c3+c4 .

Формула (*1) содержит 12 постоянных коэффициентов (a1…a4, b1…b4, c1…c4) , т.е. 12 степеней свободы, с помощью которых она может описывать исходные данные с требуемой точностью, а также корректировать найденную ДСХ, если в процессе эксплуатации реальная зависимость ω(d,H) изменилась. a1=6.9 •10-4 ; a2=0.387 ; a3=22.6 ; a4=0.1

aa(d)=a1(d+a2)a3+a4 (3.2)

b1=7.24 •10-6 ; b2=1.639 ; b3=12.7 ; b4=2.97

ba(d)=b1(d+b2)b3+b4 (3.3)

c1=1.98 •10-6 ; c2=1.012 ; c3=13.95 ; c4=24•10-4

ca(d)=c1(c+a2)c3+c4 (3.4)

ω a1 (d,H)=aa(d)Hba(d)+ca(d)

(3.5)

Page 66: Бакалавр на печать

66

Рис. 3.1.1.Модель №1:двумерная сепарационная характеристика первого парогенератора.

3.2 ДСХ для трёх остальных парогенераторов.

На основе первой модели , где представлены коэффициенты для ДСХ первого парогенератора, получим три остальные ДСХ, варьируя эти коэффициенты.

(3.2.1)

a1T

8.202 10 3

8.72 10 3

9.561 10 3

0.011

0.013

0.015

0.018

0.022

0.02

0.02

0.022

0.024

0.027

0.032

0.039

0.048

0.037

0.039

0.041

0.046

0.055

0.067

0.087

0.115

0.051

0.053

0.056

0.063

0.076

0.097

0.129

0.178

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0.05

0.1

0.15

0.2

a1T

h

Модель №2

a1 6.9 10 4 a2 0.399

aa d( ) a1 d a2 a3 a4

aa 1.05( ) 3.213

a4 0.2a3 22.6

Page 67: Бакалавр на печать

67

(3.2.2)

(3.2.3)

(3.2.4)

(3.2.5)

(3.2.6)

b1 7.2410 6 b2 1.639 b3 12.7 b4 2.87

ba d( ) b1 d b2 b3 b4

ba 1.05( ) 4.938

c1 1.9810 6

ca d( ) c1 d c2 c3 c4

ca 1.05( ) 0.05

a2 d h( ) aa d( ) hba d( )

ca d( )

a2i ja2 di hj

c4 22 10 4c3 13.95c2 1.012

a2T

8.566 10 3

9.685 10 3

0.011

0.014

0.018

0.023

0.029

0.037

0.02

0.021

0.023

0.027

0.032

0.04

0.05

0.064

0.037

0.039

0.043

0.05

0.062

0.079

0.105

0.142

0.051

0.054

0.059

0.068

0.085

0.112

0.155

0.218

Модель №3

a1 6.9 10 4

aa d( ) a1 d a2 a3 a4

aa 1( ) 1.421

b1 7.2410 6

ba d( ) b1 d b2 b3 b4

ba 1( ) 4.499

a4 0.3a3 22.6a2 0.387

b4 2.87b3 12.7b2 1.639

c1 1.9810 6 c2 1.012 c3 13.95 c4 22 10 4

ca d( ) c1 d c2 c3 c4

ca 1( ) 0.036a3 d h( ) aa d( ) h

ba d( ) ca d( )a3i j

a3 di hj

a3T

9.021 10 3

0.011

0.013

0.017

0.022

0.029

0.039

0.05

0.02

0.021

0.024

0.028

0.034

0.042

0.054

0.069

0.037

0.039

0.043

0.049

0.059

0.075

0.099

0.133

0.051

0.053

0.057

0.066

0.08

0.104

0.141

0.196

Page 68: Бакалавр на печать

68

(3.2.7)

(3.2.8)

(3.2.9)

(3.2.10)

(3.2.11)

Модель №4

a1 6.9 10 4 a2 0.377

aa d( ) a1 d a2 a3 a4

aa 1( ) 0.962

b1 7.2410 6 b2 1.639

ba d( ) b1 d b2 b3 b4

ba 1( ) 4.499

c1 1.9810 6 c2 1.012

ca d( ) c1 d c2 c3 c4

ca 1( ) 0.036

a3 22.6 a4 0.01

b4 2.87b3 12.7

c4 22 10 4c3 13.95

a4 d h( ) aa d( ) hba d( )

ca d( )

a4i ja4 di hj

a4T

7.647 10 3

7.752 10 3

7.919 10 3

8.166 10 3

8.51 10 3

8.971 10 3

9.568 10 3

0.01

0.019

0.02

0.021

0.022

0.024

0.027

0.031

0.037

0.037

0.038

0.041

0.045

0.052

0.063

0.079

0.102

0.051

0.052

0.056

0.062

0.073

0.092

0.12

0.162

Page 69: Бакалавр на печать

69

Из множества полученных двумерных сепарационных характеристик выберем четыре разные характеристики, которые будут соответствовать четырём моделям парогенераторов:

d- значение паровой нагрузкиМодель №1

0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

a1T

a2T

a3T

a4T

h

Рис.3.2.1.Двумерные сепарационные характеристи(ДСХ) четырёх парогенераторов, построенные на одном графике .

Page 70: Бакалавр на печать

70

Модель №2

Модель № 3

Модель №4

Соответствующие им графики

3.3 Вывод математической модели зависимости объёма воды в ПГ от регулируемого уровня.

d = 0.9 a1 0.307 b1 3.968 c1 0.019

d = 1.05 a2 3.213 b2 4.938 c2 0.05

d = 1 a3 1.421 b3 4.499 c3 0.036

d = 1 a4 0.962 b4 4.499 c4 0.036

0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

a1T

a2T

a3T

a4T

h

Page 71: Бакалавр на печать

71

Бак парогенератора ПГВ-1000 имеет довольно сложную форму (Рис.3.2.1.,Рис. 3.2.2.), то примем следующие допущения: 1.Для простоты считать форму ПГ-как цилиндр и две полусферы с внутренним диаметром D=4000 мм. [V1(H)] 2.Горячий и холодный коллекторы(ГК и ХК): диаметр Dк=834+2x168=1170мм, ГК И ХК считать цилиндрическими по всей высоте. [Vк(H)] 3.Объём теплообменных труб рассчитывается по площади теплообмена F=6115 м2 (Приложение Таблица1 Основные технические характеристики ПГ) [Vтрубчатки(H)] 4.В итоге получаем упрощенную функцию зависимости объёма воды в ПГ от уровня V(H)

V(H)= V1(H)- Vк(H)- Vтрубчатки(H) (3.3.1)

5. Привести к одной размерности уровни H в V(H) ( H считается от нижней образующей днища ПГ ) и h (регулируемый уровень) в модели ДСХ ω(d,H)

h=H-2.13 м

Рис.3.2.1.Вид слева ПГВ-1000

Рис.3.2.2. Вид сверху ПГВ -1000

3.3.1.Вывод формулы полного объёма бака без учета коллекторов и трубчатки.

Page 72: Бакалавр на печать

72

Т.к. в предыдущем параграфе мы приняли считать форму ПГ -как цилиндр и две полусферы с внутренним диаметром D=4000 мм. [V1(H)], то используя формулу из[1] получим:L- длина части парогенератора без учета радиуса двух сфер.R- высота парогенератораL=9640 мм ; R=2000 мм

(3.3.1.1.)

3.3.2. Расчет объёма занимаемого трубчаткой.

Как уже было сказано выше -объём теплообменных труб рассчитывается по площади теплообмена F=6115 м2:d-диаметр одной трубки(поверхность в ПГ состоит из трубок соединённых между собой)F-площадь поверхности всех трубокd= 16 мм = 0.016 м ; F = 6115 м2

Внешняя поверхность 1м трубки π·d = 3.14·0.016 = 0.05 м Общая длина трубок L = F/0.05 = 1.223·105 мОбъём занимаемый одним погонным метром трубки V = π·d2·1м/4 = 2.011·10-4

L 9.64 R 2 h 0 0.01 4

Объём_в_сфере Объём_в_цилиндре

V h L R( )1

3 h

2 3 R h( )R

2

22 acos

R h

R

sin 2 acosR h

R

L

0 1 2 3 4

50

100

150

0

V h L R( )

h

Page 73: Бакалавр на печать

73

Объём занимаемый трубчаткой Vтрубчатки = V·L = 24.595 м3

3.3.3. Вывод формулы объёма занимаемого горячим и холодным коллекторами.(Рис. 2.3.3.1.)

Рис.2.3.3.1.Разрез ПГ

dк=834+2x168=1170 мм = 1.17 м диаметр, ГК И ХК считать цилиндрическими по всей высоте. [Vк(H)]

(2.3.3.1.)

(2.3.3.2)

dk 1.17

Vк_перем h( ) 1.17

2 h4

Vк_перем h( ) 1.075h

Vк_ПОСТ 1.914

Vк_ПОСТ

dk2 2.13 0.35( )

4

Page 74: Бакалавр на печать

74

(2.3.3.3.)

(2.3.3.4.)

(2.3.3.5.)

Полная формула зависимости объёма воды в ПГ от регулируемого уровня будет иметь вид :

VПГВ = V(h) – Vk(h)- Vтрубчатки

Т.к. данная зависимость получилась довольно сложной, то аппроксимируем её прямой линией.

Vk h( ) 2 Vк_ПОСТ Vк_перем h( )

Vk h( ) 3.828 2.15h

Vбака h( )1

3 h 2.13( )

2 3 R h 2.13( )[ ]R

2

22 acos

R h 2.13( )R

sin 2 acosR h 2.13( )

R

L 3.827 2.15h( ) 24.453

L 9.64 R 2 h 0.2 0.21 0.55

Vбака h( )1

3 h 2.13( )

2 3 R h 2.13( )[ ]R

2

22 acos

R h 2.13( )R

sin 2 acosR h 2.13( )

R

L 3.827 2.15h( ) 24.453

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

50

100

150

200

250

0

Vбака h( )

h

Page 75: Бакалавр на печать

75

(2.3.3.6.)

Формула (2.3.3.6.) является математической моделью зависимости объёма воды в ПГ от регулируемого (h) уровня.

3.4.Постановка реализации метода оптимального управлений уровнем в парогенераторах энергоблока с помощью неопределённых множителей

Лагранжа [2] , и её решение.

Формула (2.3.3.6.) является нашей целевой функцией Составив функцию Лагранжа

Где ω – заданная влажность пара перед входом в турбину ω1(h1)d1… ω4(h4)d14

Ограничение по влажности ретырёх парогенераторов

Частные производные от функции Лагранжа :

a 1 b 1

Given

79.51 a b 0.5

70.173 a b 0.3

Find a b( )56.168

46.685

W h1 h2 h3 h4 4 a b h1 h2 h3 h4

W h1 h2 h3 h4 4a b h h2 h3 h4 1 h1 d1 1 h1 d1 1 h1 d1 1 h1 d1

d1 d2 d3 d4

1 h1 d1 1 h1 d1 1 h1 d1 1 h1 d1

d1 d2 d3 d4

D d1 d2 d3 d4d1

h1W h1 h2 h3 h4 d

db b1

D a1 h

b1 1

h2W h1 h2 h3 h4 d

db b2

D a2 h

b2 1

h3W h1 h2 h3 h4 d

db b3

D a3 h

b3 1

Page 76: Бакалавр на печать

76

Приравнивая к 0 частные производные и, проведя ряд простейших преобразований, получим:

(3.4.2.)

(3.4.3.)

(3.4.4.)

Формула (3.4.1.) позволяет задать определённую влажность пара на входе в турбину, Формулы (3.4.2.),(3.4.3.),(3.4.4.) позволяют найти максимальные уровни в четырёх парогенераторах при заданной влажности. Зададимся влажностью на входе в турбину ω = 0.7 % , тогда , используя коэффициенты из моделей полученных в пункте 3.2 будем иметь :

h4W h1 h2 h3 h4 d

db b4

D a4 h

b4 1

W h1 h2 h3 h4 d

d

a1 hb1 c1

a2 h

b2 c2 a3 hb3 c3 a4 h

b4 c4

D

h( )1

Da1 h

b1 c1

d1 a2 hb2 c2

d2 a3 h

b3 c3

d3 a4 hb4 c4

d4

(3.4.1.)

b D

a1 b1 d1 h1b1 1

b D

a2 b2 d2 h2b2 1

b D

a2 b2 d2 h2b2 1

b D

a3 b3 d3 h3b3 1

b D

a3 b3 d3 h3b3 1

b D

a4 b4 d4 h4b4 1

d1 0.9 d2 1 d3 1 d4 1.05

a1 0.307 a2 3.213 a3 1.421 a4 0.962

b1 3.968 b2 4.938 b3 4.499 b4 4.499

c1 0.019 c2 0.05 c3 0.036 c4 0.036

D d1 d2 d3 d4 D 3.95 a 56.168 b 46.695

Page 77: Бакалавр на печать

77

График

(3.4.1)был построен для определения

Оптимальной влажности пара на входе в турбинуКак было принято

ω= 0.07

Для наглядности продемонстрируем решение задачи без использования метода неопределённых коэффициентов

Лагранжа, те при одинаховых уровнях в парогенераторах будем иметь:

Далее применим метод неопределённых множителей Лагранжа :

h( )1

Da1 h

b1 c1

d1 a2 hb2 c2

d2 a3 h

b3 c3

d3 a4 hb4 c4

d4

W h1 h2 h3 h4 4 a b h1 h2 h3 h4

h 0.2 0.22 0.55

0.4( ) 0.056 0.45( ) 0.071 0.55( ) 0.126 0.35( ) 0.047

0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55

0.05

0.1 h( )

0.4( )

h

h 1 Given

1

Da1 h

b1 c1

d1 a2 hb2 c2

d2 a3 h

b3 c3

d3 a4 hb4 c4

d4

0.07

Find h( ) 0.446

h 0.446

W 0.446 0.446 0.446 0.446( ) 307.976 м3

h1 1 h2 1 h3 1 h4 1

Given

b D

a1 b1 d1 h1b1 1

b D

a2 b2 d2 h2b2 1

b D

a2 b2 d2 h2b2 1

b D

a3 b3 d3 h3b3 1

b D

a3 b3 d3 h3b3 1

b D

a4 b4 d4 h4b4 1

1

Da1 h1

b1 c1

d1 a2 h2b2 c2

d2 a3 h3

b3 c3

d3 a4 h4b4 c4

d4

0.07Find h1 h2 h3 h4

0.654

0.368

0.421

0.465

h1 0.654h2 0.368h3 0.421h4 0.465

Page 78: Бакалавр на печать

78

Т.к. один из уровней(h1 = 0.654) получился больше допустимого, равного 0.55, то присвоим ему значение 0.55, h1 = 0.55 и , повторно проведём расчет, причем метод значительно упростится т.к. уровень h1 уже определён.

Заметим что при использовании метода неопределённых множителей Лагранжа, количество воды выросло на 312.272-307.976 = 4.296 м3 воды примерно 4 тонны, что значительно увеличивает время расхолаживания реактора, и в случае аварии дает дополнительное время на её ликвидацию.

Приведём те же самые расчеты для разных заданий влажностей перед входом в турбину.

h1 0.55

a1 h1b1 c1

d1

D 0.011 0.07 0.011 0.059 D 3.95

h2 1 h3 1 h4 1

Given

b D

a2 b2 d2 h2b2 1

b D

a3 b3 d3 h3b3 1

b D

a3 b3 d3 h3b3 1

b D

a4 b4 d4 h4b4 1

1

Da2 h2

b2 c2

d2 a3 h3b3 c3

d3 a4 h4

b4 c4

d4

0.059

Find h3 h2 h4 0.446

0.388

0.492

h1 0.55h3 0.446h2 0.388h4 0.492

W h1 h2 h3 h4 312.272 м3

Page 79: Бакалавр на печать

79

Рис (3.4.2.)График зависимости объёма от влажности.

Рис.(3.4.3.) График показывает

наибольшую выгоду по количеству котловой воды от влажности.

0.05

0.055

0.065

0.07

0.08

0.087

W

297.66

302.65

309.7

312.272

316.527

319.1

Wбез_лагранжа

293.78

298.26

305.17

307.98

312.83

315.63

0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09290

300

310

320

W

Wбез_лагранжа

W W Wбез_лагранжа

0.04 0.06 0.08 0.12

3

4

5

W

W

3.88

4.39

4.53

4.292

3.697

3.47

Page 80: Бакалавр на печать

80

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном разделе были выведены четыре двумерные сепарационные характеристики, на основе которых было составлены четыре модели для разных парогенераторов. Была решена задача нахождения оптимальных уровней в четырёх разных парогенераторах, для чего была сформулирована функция Лагранжа. В конце приведены расчеты для разных заданий влажности пара на входе в турбину. По казана выгода использования метода неопределённых множителей Лагранжа, по сравнению с тем, если бы во всех парогенераторах уровень был задан одинаковым. Выгода составляет примерно 4 м3 воды, что значительно учеличивает время расхолаживания реактора, при какой-либо аварии, что обеспечивает приоритет надёжности станции в целом, т.к. за это время можно можно успешно использовать дл ликвидации какой-либо аварии.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Page 81: Бакалавр на печать

81

ПРИЛОЖЕНИЕ ТАБЛИЦА 1 ТО ЧТО Я РАСПЕЧАТАЛ ДВЕ СТРАНИЦЫ

Page 82: Бакалавр на печать

82

ПЕРВАЯ СТР

Page 83: Бакалавр на печать

83

ВТОРАЯ СТР ПРИЛОЖЕН ТАБЛ 1

1. Самойлов Ю. Ф. Тепловой расчёт энергетического котла. — М.: Издательство МЭИ, 20002. Липов Ю. М., Самойлов Ю. Ф., Виленский Т. В. Компоновка итепловой расчет парового котла: Учеб. пособие для вузов. - М.:Энергоатомиздат, 1988.3. Ротач В.Я. Теория автоматического управления: учебник для вузов. – 2-еизд., перераб. и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2004. 400 с., ил.4. Плетнев Г.П. Автоматизация технологических процессов и производствв теплоэнергетике. 3-е изд. Перераб. И доп. – М.: Издательство МЭИ,2005г.5. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д. Теплотехнические измерения и приборы:учебник для вузов М.: Энергоатомиздат, 2004г. 232 с.: ил.6. Панько М.А. Расчет и моделирование автоматических системрегулирования в среде Mathcad. учебное пособие. – М.: ИздательствоМЭИ, 2001. 92 с.

Page 84: Бакалавр на печать

84

Page 85: Бакалавр на печать

85

Page 86: Бакалавр на печать

86

Page 87: Бакалавр на печать

87

Page 88: Бакалавр на печать

88

Page 89: Бакалавр на печать

89

Page 90: Бакалавр на печать

90

Page 91: Бакалавр на печать

91

Список литературы

1.Очков В.Ф. Mathcad 12 для студентов и инжинеров.- Санкт Петербург 2005

Page 92: Бакалавр на печать

92

2. Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах .–М:Высш.3. Самойлов Ю. Ф. Тепловой расчёт энергетического котла. — М.: Издательство4. Проектирование систем автоматизации технологических процессов :Справочное пособие Под ред. А.С. Клюева . –М Энергоатомиздат, 1990.5. Ротач В.Я. Теория автоматического управления: учебник для вузов. – 2-еизд., перераб. и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2004. 400 с., ил.6. Плетнев Г.П. Автоматизация технологических процессов и производствв теплоэнергетике. 3-е изд. Перераб. И доп. – М.: Издательство МЭИ,2005г.7. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д. Теплотехнические измерения и приборы:учебник для вузов М.: Энергоатомиздат, 2004г. 232 с.: ил.8. Панько М.А. Расчет и моделирование автоматических системрегулирования в среде Mathcad. учебное пособие. – М.: ИздательствоМЭИ, 2001. 92 с.