Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ б
ГЛАВА I. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПИТАТЕЛЬНО-ДЕАЭРАТОР НЫМИ УСТАНОВКАМИ
1.1. Анализ работы питательно-деаэраторной установки как объекта управления II
1.2. Анализ систем автоматического регулирования питательно-деаэраторными установками 27
1.3. Анализ режимов работы питательно-деаэраторной установки 50
1.4. Выводы 55
ГЛАВА П. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА ПИТАТЕЛЬНО-ДЕАЭРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ,
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ЭТИ РЕЖИМЫ 58
2.1. Исследование условий оптимального режима питательно-деаэраторной установки 58
2.2. Разработка системы автоматического регулирования перепуска пара в зону предварительного подогрева воды 75
2.3. Разработка системы автоматического регулирования перераспределения потоков деаэрируемой воды в корпусе деаэратора 96
2.4. Разработка системы автоматического регулирования выпара деаэратора III
2.5. Выводы 121
ГЛАВА Ш. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПИТАТЕЛЬНО-ДЕАЭРАТОР НОЙ УСТАНОВКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ НА ЭВМ 123
3.1. Математическая модель типовой питательно-деаэраторной установки 123
3.2. Исследование математической модели типовой питательно-деаэраторной установки на ЭВМ 131
3.3. Математическая модель питательно-деаэраторной установки с регулируемым перепуском пара в предварительный подогреватель воды 135
3.4. Исследование математической модели питательно-деаэраторной установки с регулируемым перепуском пара в предварительный подогреватель воды на ЭВМ Д44
3.5. Выводы 146
ГЛАВА ІУ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПИТАТЕЛЬНО-ДЕАЭРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЕЕ РАБОТЫ 147
4.1. Экспериментальная проверка адекватности математической модели питательно-деаэраторной установки 47
4.2. Описание экспериментального стенда 54
4.3. Экспериментальное исследование эффективности регулируемого перепуска пара в зону массового подогрева воды по различным параметрам регулирования. 156
4.4. Экспериментальное исследование эффективности регулирования выпара деаэратора по различным параметрам регулирования 166
4.5. Экспериментальное исследование секционированных деаэраторов 172
4.6. Расчет экономического эффекта от внедрения системы автоматического регулирования, обеспечивающей оптимальные режимы 174
4.7. Практические рекомендации по внедрению системы автоматического регулирования питательно-деаэраторной установкой, обеспечивающей оптимальные режимы деаэрации воды 180
4.8. Выводы 182
ГЛАВА У. ИССЛЕЩОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПИТАТЕЛЬНО-ДЕАЭРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ И СИНТЕЗ КОРРЕКТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПДУ 184
5.1. Анализ динамических характеристик питательно-деаэраторной установки 184
5.2. Расчет параметров настройки регуляторов 195
5.3. Расчет и анализ переходных процессов систем автоматического регулирования ПДУ • 198
5.4. Синтез корректирующих устройств систем автоматического регулирования ПДУ 205
5.5. Выводы 217
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 221
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ- 224
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Расчет зависимости показателя качества деаэрации воды от скорости пара 237
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Расчет статики деаэратора 254
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Расчет динамики тепломассообмена деаэратора 267
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Результаты экспериментальных исследований 292
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Расчет параметров настройки регуляторов и переходных процессов
систем автоматического регулирования ПДУ 300
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Расчет экономической эффективности. 319
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Акты о промышленном использовании результатов научно-исследовательских работ 3
Введение к работе
Успешное выполнение задач, поставленных ХХУІ съездом КПСС, последующими Пленумами ЦК КПСС по дальнейшему развитию народного хозяйства, значительно зависит от развития энергетических мощностей, рационального использования топлива и энергии. По директивам пятилетнего плана предусматривается ряд конкретных мер по обеспечению режима экономии, снижению норм расхода топлива.
Для выполнения этих задач требуется мобилизация всех резервов, среди которых важная роль принадлежит комплексной автоматизации теплоэнергетических установок ТЭС и АЭС.
Одним из объектов, существенно влияющих на экономичность и надежность ТЭС и АЭС является питательно-деаэраторная установка (ПДУ).
Деаэрация воды является необходимым процессом в цикле теплоэнергетической установки. С повышением параметров пара и укрупнением теплоэнергетического оборудования повышаются требования к качеству рабочего тела (воды, пара), в частности к содержанию растворенного в воде кислорода. Эффективность работы ПДУ определяется концентрацией кислорода в деаэрированной воде и зависит как от конструкции деаэратора, так и от режимов работы ПДУ. Выбор системы автоматического регулирования ПДУ во многом определяется конструктивными особенностями оборудования и особенностями как тепловой схемы, так и тепловых режимов питательно-деаэра-торной установки и электростанции в целом.
На тепловых и атомных электростанциях применяются главным образом термические деаэраторы струйного или струйно-барботажного типа, в которых происходят процессы нагрева воды и десорбции; газов из воды. Поскольку процесс термической деаэрации совмещен в одном аппарате с процессом регенеративного подогрева воды отборным паром, то величина давления, при котором происходит деаэрация, существенно влияет на экономичность тепловой электростанции. В тоже время эффективная термическая деаэрация может быть обеспечена при любом давлении пара в деаэраторе. Как правило деаэраторы работают при постоянном давлении пара. Вместе с тем, искусственное поддерживание постоянства давления в одной из точек регенеративного подогрева при переменных режимах теплоэнергетической установки и изменении давления в других подогревателях нарушает наивыгоднейшее распределение подогрева по ступеням системы регенерации. Аналогичное ухудшение экономичности теплоэнергетической установки имеет место и на ТЭЦ с деаэраторами подпиточной воды работающими при постоянном давлении пара /79, 80, 115, 117, 124/.
Существенного повышения экономичности питательно-деаэратор-ной установки можно достигнуть путем деаэрации воды при переменном давлении (при скользящих параметрах пара) /33, 42, 43, 48, 134, 135/.
Однако, осуществление деаэрации воды при переменном давлении пара сопряжено с рядом трудностей. Наиболее существенными из них являются:
а) возможность вскипания воды во всасывающем патрубке питательных насосов при резком снижении давления пара в деаэраторе;
б) нарушение процессов тепло и массо-обмена (подогрева воды и дессорбщии кислорода), вызванные изменением скоростей пара при изменении рабочего давления в деаэраторе;
в) нарушение гидравлического режима при переменном давлении пара и соответствующем изменении теплового режима деаэратора;
г) нестабильность величины выпара из деаэратора.
Устойчивость работы питательного насоса является функцией рабочего давления в деаэраторе и уровня воды в баке-аккумуляторе. Поскольку обе эти величины у деаэраторов работающих при постоянном давлении, поддерживаются автоматически, то и устойчивость работы питательных насосов может нарушаться только в аварийных режимах (например, при сбросах нагрузки на турбине).
В случае же деаэрации на скользящих параметрах пара рабочее давление в деаэраторе становится величиной переменной во времени, а следовательно, изменяются во времени и условия устойчивости работы питательных насосов.
Исследования причин нарушения подпора питательных насосов при скользящем давлении в деаэраторе рассмотрены в работах /68, 99, 144/, в которых указано на необходимость оборудования питательных насосов специальными автоматическими устройствами для защиты от вскипания воды на входе питательного насоса.
Для того, чтобы осуществить деаэрацию воды при переменном (скользящем) давлении пара в одном и том же аппарате необходимо обеспечить:
1) достаточный подогрев воды до температуры насыщения;
2) постоянные (или ограниченные в определенных пределах) скорости пара;
3) устойчивую работу питательных насосов (достаточный запас до вскипания воды на всасе насоса);
4) стабильность выпара из деаэратора;
5) надежную защиту турбины от возможного заброса воды из деаэратора.
Основными недостатками применяемых в настоящее время на ТЭС и АЭС ПДУ являются:
1) несоответствие теплового и гидравлического режима ПДУ при изменении нагрузки энергоблока;
2) термические потери, вызванные дросселированием греющего пара и нарушением оптимального подогрева воды в ступенях регенерации;
3) недостаточная степень деаэрации при глубокой разгрузке деаэратора.
Применяемые системы автоматического регулирования ПДУ, при переменных режимах работы энергоблока, не обеспечивают оптимальные режимы ПДУ, в результате чего происходит ухудшение эффективности процесса деаэрации и содержание кислорода в воде увеличивается до недопустимых пределов.
Актуальность задачи повышения эффективности процесса деаэрации, а также экономичности и надежности работы ПДУ при переменных режимах электростанции обусловлена ростом неравномерности графика нагрузок энергосистем и необходимостью перевода все большего количества электростанций в регулировочный режим, т.е. режим переменной нагрузки на электростанции.
Это обстоятельство вызывает дополнительные требования к маневренности энергооборудования, в том числе и к маневренности ПДУ.
Изменения режимов работы энергоблоков требует соответствующего изменения режимов работы ПДУ.
Для повышения эффективности ПДУ при переменных режимах необходимо исследовать ПДУ как объект управления, установить взаимосвязь тепловых и гидравлических процессов, протекающих в ПДУ, с режимами энергоблока, найти оптимальные режимы ПДУ, исследовать связь параметров регулирования с показателем качества деаэрации воды, определить структурные, конструктивные и параметрические характеристики ПДУ обеспечивающие регулирование ПДУ по основному критерию качества деаэрации, произвести разработку, синтез и внедрение в эксплуатацию систем автоматического регулирования ПДУ, обеспечивающих оптимальные режимы деаэрации воды как в режимах нормальной эксплуатации, так и в режимах переменных нагрузок по основному критерию качества деаэрации - степени снижения концентрации кислорода в деаэрированной воде.
Актуальность работы определяется решением задачи повышения эксплуатационной надежности ПДУ и снижения непроизводительных потерь топлива за счет повышения эффективности управления процес сом деаэрации путем создания новых схемных решений и средств автоматизации, отвечающих специфическим условиям работы ПДУ ТЭС и АЭС.
