Назначение тепловой автоматики на ТЭС

ЛЕКЦИЯ №9

АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Назначение тепловой автоматики на ТЭС

Тепловые электрические станции, работающие на природном топливе, используют для выработки электроэнергии промежуточный теплоноситель- перегретый водяной пар.

Особенность процесса на ТЭС (рис. 3.1) состоит в невозможности складирования готовой продукции- электроэнергии при ограниченной тепловой аккумулирующей способности основных источников теплоты- паровых котлов. Поэтому количество пара, выработанного паровым котлом, мощность, развиваемая турбогенератором, и электрическая нагрузка, задаваемая потребителем, должны строго соответствовать между собой.

Исходя из необходимости непрерывного поддержания баланса по расходу пара, вырабатываемого котлом и потребляемого турбиной, регулирование его расхода ведется по косвенному показателю этого баланса- давлению перед турбиной р. Стабилизация р осуществляется автоматической системой регулирования парового котла (АСРК).

Баланс теплоты и механической мощности турбины контролируется косвенным показателем- частотой вращения ротора n и поддерживается автоматической системой регулирования мощности турбины (АСРТ).

Качество конечной продукции ТЭС- электроэнергии должно отвечать требованиям ГОСТ 13.109.67. Допустимые отклонения колебаний частоты f составляют ±0,2Гц (0,4%), а по напряжению на шинах генератора U ±5%. Для поддержания этих показателей важная роль принадлежит автоматической системе регулирования генератора (АСРГ).

Рис. 3.1. Система регулирования мощности ТЭС: 1-паровой котел; 2- турбина; 3- электрический генератор; р- давление пара на выходе из котла; n- частота вращения ротора; U- напряжение; f- частота переменного тока электрической сети; NГ – электрическая мощность генератора.

Кроме основных объектов управления- паровых котлов, турбин и генераторов, на ТЭС имеется значительное количество вспомогательных теплоэнергетических установок, также оснащенных автоматическими устройствами регулирования и защиты.

Рассмотрим принципиальную тепловую схему станции (рис. 3.2). Паровой котел снабжается питательной водой от насоса 14 через регулирующий клапан 16. В топку котла с помощью топливоприготовительных устройств 3 подается топливо В_Т (каменноугольная пыль, горючий газ, мазут или смесь разных видов топлива). Вентилятором 4 нагнетается воздух Q_В и дымососом 5 отсасываются продукты сгорания- дымовые газы Q_Г.

	Рис. 3.2. Принципиальная тепловая схема ТЭС.

Требуемая подача топливоприготовительных устройств, вентиляторов, дымососов и питательных насосов устанавливается автоматически или дистанционно в зависимости от паропроизводительности D_П.П. и давления перегретого пара р_П.П. Насыщенный водяной пар, выработанный в испарительной части 1 парового котла, перегревается до требуемой температуры в пароперегревателе 2; при этом температура перегрева t_П.П. поддерживается вблизи заданного значения автоматическим регулятором. Далее перегретый пар через регулирующие клапаны 6 поступает в проточную часть турбины 7, где происходит превращение тепловой энергии теплоносителя- перегретого водяного пара- в механическую энергию вращения ротора турбины и генератора 8. Для обеспечения постоянства частоты генерируемого тока ротор должен вращаться с постоянной скоростью независимо от электрической нагрузки генератора. Поддержание постоянства частоты вращения n осуществляет АСРТ.

Отработанный пар из турбины поступает в конденсатор 9, где он охлаждается и конденсируется на поверхности трубной системы, в которой циркулирует охлаждающая вода, поступающая от насоса10. Уровень конденсата в конденсаторе Н_К должен поддерживаться постоянным независимо от количества конденсируемого в нем пара. Эту задачу выполняет автоматический регулятор уровня в конденсаторе, воздействующий на подачу конденсатных насосов. Далее конденсат турбины прокачивается насосами 11 через систему подогревателей низкого давления (ПНД) 12 и поступает в смешивающий подогреватель- деаэратор 13. В деаэраторе конденсат смешивается с химически очищенной водой D_Х.О.В., подаваемой для восполнения потерь, и доводится до температуры насыщения (кипения), при которой происходит удаление растворенного в воде кислорода О₂.

Нормальный режим работы деаэратора и установленного за ним питательного насоса 14 возможен лишь при постоянстве давления пара в деаэраторной головке р_Д и уровня воды Н_Д в аккумуляторном баке. Это обеспечивается автоматическими регуляторами давления и уровня в деаэраторе, воздействующими соответственно на расход греющего пара и химически очищенной воды, поступающих в деаэратор. Вода из деаэратора перекачивается питательными насосами 14 через систему подогревателей высокого давления (ПВД) 15 и поступает в экономайзерную и испарительную части парового котла. Расход воды регулируется автоматическим регулятором питания. На этом цикл превращения теплоты в электрическую энергию замыкается, и описанный выше процесс повторяется.

Тепловые электростанции, вырабатывающие, помимо электрической энергии, и тепловую (ТЭЦ), оборудуются редукционно- охладительными установками (РОУ) 17, предназначенными для резервирования теплофикационных и промышленных отборов пара турбин. Поддержание постоянства давления р_Р.П и температуры t_Р.П редуцированного пара обеспечивается автоматическими регуляторами давления и температуры, воздействующими соответственно на изменение расхода редуцированного пара и охлаждающей воды D_Р.П и D_О.В. На случай глубоких сбросов электрической энергии предусматриваются быстродействующие РОУ, включающиеся автоматически и сбрасывающие излишки пара в обвод турбины в конденсатор.

Автоматическое регулирование барабанных паровых котлов

АCР уровня (питания)

АСР уровня предназначена для поддержания материального соответствия между расходами питательной воды в котел и нагрузке котла по пару. На барабанных котлах производительностью 20т/ч и выше применяются только АСР с трехимпульсными регуляторами, например регулятор Р27 (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Функциональная схема АСР питания.

Снижение уровня ниже допустимых пределов (“упуск” воды) может привести к нарушению циркуляции в экранных трубах (опрокидывание циркуляции) и как следствие- к пережогу труб. При значительном повышении уровня возможен захват частиц воды паром, вынос ее в пароперегреватель и турбину, что вызывает занос пароперегревателя и турбины солями и ведет к их разрушению.

Предельные значения уровня в барабане котла называются уставками по срабатыванию защит по повышению и понижению уровня. Защита от повышения уровня выполняется двухступенчатой. Первая ступень защиты воздействует на открытие задвижек аварийного слива из барабана (аварийный сброс); она имеет свою уставку, которая является промежуточной между нормальным уровнем и уставкой защиты от повышения уровня. Вторая ступень защиты воздействует на останов котла. Операции отключения котла и открытия аварийного слива при достижении соответствующих уставок выполняются устройствами защиты (при отключении) и блокировки (открытие- закрытие аварийного слива).

Таким образом, зона работы АСР питания ограничена уставкой защиты от понижения уровня, с одной стороны, и уставкой открытия аварийного слива, с другой. Превышение этих пределов вызывает аварийную ситуацию.