• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Регулювання параметрів пари

Властивість випарних апаратів працювати на гріючій парі низького тиску робить їх дуже економічними. На багатьох заводах зазвичай присутні надлишок пари низького тиску, дякуючи чому забезпечується його підвід до багатьох технологічних процесів. Незважаючи на те що така ситуація сприятлива з виробничої точки зору, вона дає змогу припустити, що пара низького тиску більшу частину часу витрачається дарма. По мірі того як заводські інженери займаються пошуком способів скорочення цих втрат і намагаються використовувати пару низького тиску, проблема його регулювання стає головною проблемою управління роботи випарних апаратів.

Класифікація регуляторів може здійснюватися за різними ознаками. За спо­собом дії розрізняють регулятори прямої і непрямої дії. До регуляторів прямої дії

відносять такі регулятори, у яких зусилля, необхідне для переміщення регулюю­чого органу, виникає за рахунок зміни вихідного параметра без підведення додаткової енергії. Зрозуміло, що в цьому випадку датчик (чутливий елемент) є одночасно і виконавчим механізмом. На практиці ширшого застосування набули регулятори непрямої дії. Ці регулятори класифікуються за видом джерела енергії, що використовується для переміщення виконавчого механізму: електричні, гідравлічні, пневматичні і комбіновані. Крім того, регулятори класифікуються на релейні, безперервні та імпульсні. Релейні регулятори називають ще позиційними. Регулятори поділяють також на екстремальні і стабілізаційні. Екстремальні регулятори можна використовувати на об'єктах, що характеризуються екстремальною статичною характеристикою, положення якої в координатному просторі в залежності від зовнішніх впливів дрейфує у часі.

6.3.1. Системи періодичного регулювання

Будь-яка система, що працює на водяній парі, має дуже обмежену можливість акумулювати енергію. Якщо витрати водяної пари, що потрапляє в колектор і виходить з нього, повністю не залежать від тиску в ньому, то тиск в парозбірнику не саморегулюється, і можна очікувати, що він змінюється у відповідності з кожною зміною навантаження. Загальноприйнятою практикою регулювання тиску в парозбірнику є підвід пари більш високого тиску. Однак це не тільки мало ефективно через велику вартість пари підвищеного тиску, але також і внаслідок того, що даний спосіб не дозволяє коректувати умову надлишку пари. Припустимо, що в середньому підвід гріючої пари низького тиску дорівнює необхідному. Різких знижень тиску можна запобігти шляхом подачі пари більш високого тиску. Однак ця дія викличе виникнення певного надлишку пари низького тиску, що потребує його скиду чи конденсації.

Найкраще рішення цієї проблеми - допустити коливання тиску в колекторі в певних межах, завдяки чому знижується подача пари підвищеного тиску і скидання пари низького тиску. Однак, ці коливання можуть серйозно порушити роботу користувачів пари, а в тому числі і випарних апаратів. В цьому випадку можна передбачити захист шляхом регулювання витрати граючої пари. Зміна тиску, що впливає на витрату пари буде негайно враховуватись регулятором витрати. Але градуювання витратоміра також залежить від тиску, то необхідно вводити відповідну компенсацію (рис. 3.9, 3.10).

В багатьох випадках навіть регулювання витрати з компенсацією по тиску виявляється недостатнім. Якщо зменшиться кількість пари, що подається користувачам, і має таке регулювання, то всі клапани виявляться відкритими, й вони будуть конкурувати в отриманні решти пари. Нажаль, це буде той самий

момент, коли ні один користувач не зможе бути задоволений. Тим з них, котрі мають не скомпенсоване регулювання витрати, доведеться витримати основне навантаження порушення режиму роботи, але навіть деякі клапани, що мають таке регулювання, будуть приведені в повністю відкритий стан. В результаті чого в випарному апараті буде припинений контроль якості кінцевого продукту, що призведе або до повної втрати високоякісного продукту, або до переводу його в продукт більш низького сорту.

Існує більш прийнятне рішення цієї проблеми. Випарний апарат, який немає в середньому обмежень по продуктивності, може демпфірувати коливання параметрів граючої пари що підводиться, в своєму баці первинного розчину. На рис. 6.13 зображений випарний апарат, в якому рівень розчину, що знаходиться в живильному баці, регулюється завданням витрати граючої пари. Сигнал дійсної кількості тепла що підводиться до випарного апарату, що визначається за результатами вимірювання витратоміром з компенсацією по тиску, конвертується системою регулювання по збуренню в сигнал витрати первинного розчину, що відповідає заданій якості кінцевого продукту. Ця частина системи регулювання показана в нижній половині рис 6.10.

Коли кількість пари що надходить понизиться до рівня, при якому регулювання витрати робиться неможливим, то система автоматично зменшить витрату первинного розчину. Зниження витрати первинного розчину викличе підйом його рівня в живильному баці. Після того як пари знову стане достатньо, підвищений рівень розчину вимагатиме більш високого, в порівнянні з попереднім завданням витрати пари, а також збільшиться витрата первинного розчину. Для виходу на потрібний рівень продуктивності, усереднений на інтервалі, що рівний сталій часу живильного баку, потрібно буде лише підвести достатню кількість гріючого пару.

Аби максимально збільшити здатність живильного баку демпфірувати коливання параметрів, гріючого пару що підводиться, регулятор рівня повинен бути налаштований на малу величину, наприклад 20%. В стаціонарному режимі рівень розчину в баку буде знаходитись на відмітці 20%, а решта 80% ємкості будуть вільні для прийому тої кількості розчину, що перевищує експлуатаційні можливості випарного апарату. Якщо притік первинного розчину швидко зростає, або якщо пари що є в наявності не вистачає, то регулятор рівня з ПІ дією буде змінювати завдання витрати пари в бік її збільшення до максимального значення. Це максимальне значення повинно відповідати продуктивності випарного апарату при підтримці потрібного рівня якості кінцевого продукту. Після відновлення подачі пари регулятор рівня може потребувати максимальної витрати пари до тих пір доки рівень не повернеться до відмітки 20%. Це буде значити повернення

системи до її первинної продуктивності і її готовність до подолання наступних порушень режиму роботи.

Рис. 6.13. Схема регулювання рівня первинного розчину

LT-рівнемір, LC - регулятор рівня, РТ-давач тиску, РDC - регулятор перепаду тиску, FT- перетворювач витрати, FC-регулятор витрати

Зона пропорційності регулятора рівня повинна дорівнювати значенню величини що регулюється, наприклад 20%. Тоді різке зниження рівня може бути враховано еквівалентним зниженням кількості тепла що підводиться і первинного розчину. В цьому випадку подача тепла припиниться ще до того, як бак повністю спорожніє.

Деякі нові моделі випарних апаратів будуть обладнанні компресорами вторинного пару, що приводиться в дію гріючою парою, тобто будуть мати паротурбінний привід. Тоді парові турбіни, що приводять в дію компресори, будуть як правило скидати відпрацьований пар в колектори граючої пари низького тиску, які мають звичайні випарні апарати. Оптимальний баланс між виконаною роботою і затраченим теплом буде досягатися в тих випадках, коли шляхом регулювання витрати пари що поступає в турбіни тиск в колекторі буде підтримуватися на практично максимальному рівні. В гл.З описані колектори, в яких тиск регулювався підводом пари до турбогенераторів з використанням електропостачання для демпфірування коливань попиту на гріючий пар низького тиску. При наявності випарних апаратів з компресорами вторинного пару для

демпфірування коливань попиту на пар низького тиску, може бути використана ємність живильного баку, як це було описано вище. Проте, як показано на рис. 3.8, для досягнення максимальної ефективності системи, тиск в колекторі низького тиску потрібно підтримувати на мінімальному рівні шляхом вибору положення регулюючих органів найбільш відкритих клапанів споживачів.

6.3.2. Підвід і відбір пари

Описані до цих пір випарні апарати були незалежні від решти агрегатів, за виключенням джерела граючої пари для першої ступені. В багатьох більш сучасних установках вторинний пар із корпусів з більш низьким тиском відбирається для інших цілей, наприклад опалення. Крім того, відпрацьована пара турбін низького тиску, або сконденсована пара високого тиску використовується для нагрівання в наступних корпусах випарної установки.

Рис. 6.14. Схема регулювання витрати гріючої пари з корекцією по

витраті вторинної пари РТ- давач тиску, FC-регулятор витрати, РDC - регулятор перепаду тиску.

Така практика робить установки більш економічними і дозволяє краще збалансувати подачу пари низького тиску, але в той час вона ускладнює програму регулювання роботи випарних апаратів. Підвід чи відбір вторинної пари змінює енергетичний баланс системи і потребує обліку. На рис 6.14 показані витратоміри

що встановлені на цих лініях для корекції сигналу на подачу тепла до першого корпуса пропорційно витраті вторинної пари що відбирається або підводиться.

Розглянемо роботу 4 корпусного випарного апарату, в якому деяка кількість вторинної пари з першого корпуса відбирається для інших цілей. Згідно табл. 6.1 сумарна кількість вторинної пари, що відводиться з випарного апарату, повинна бути в 3.52 більше кількості гріючої пари, що підводиться в перший корпус, і менше ніж 2.71 рази більше кількості вторинної пари, яка відбирається з першого корпусу. Тоді, відібрана витрата повинна бути помножена на коефіцієнт 2.71/3.52=0.77 до віднімання її від сигналу свіжої гріючої пари. Аналогічно сумарна кількість гріючої пари і вторинної пари із другого корпуса повинна бути помножена коефіцієнт 1.85/3.52=0.53 до його сумування з сигналом витрати свіжої гріючої пари. Поправка на абсолютний тиск, напевно, не потрібна, оскільки ці витрати звичайно набагато нижчі витрат свіжої пари і виявляють менший вплив на сумарне пароутворення.

Облік стає більш складним, якщо корпус підключений до колектора з низьким тиском, який дозволяє і відбір і підвід пари по одній і тій самій лінії. При цьому стає потрібне встановлення витратоміра з середньою точкою. При встановленні діафрагмового витратоміра з середньої точкою можна очікувати прийнятної точності, але лінеаризація його вихідного сигналу не може бути втілена простим застосуванням блоку добування кореня.

Рис. 6.15. Схема лінеаризації сигналу діафрагмового витратоміра з середньою точкою за допомогою спеціального перетворювача

При нульовій витраті вихідний сигнал давана перепаду тиску буде знаходитись в середині шкали. В цьому випадку блок добування квадратного кореня повинен бути обладнаним характеристикою, що показана на рис. 6.15. При нульовій витраті вихідний сигнал такого перетворювача також буде знаходитись в середній точці шкали, і буде потребувати компенсуючого зміщення цієї точки в суматорі.

6.3.3. Регулювання параметрів конденсатора

В більшості випарних апаратів абсолютний тиск регулюється тільки в останньому корпусі, звідки вторинний пар відводиться в конденсатор. Якщо вторинний пар не містить забруднень і відповідно може бути використаний в якості живильної води котла то можна застосовувати поверхневий конденсатор. Якщо це неможливо, то зазвичай використовують барометричний змішуючий конденсатор. В цьому конденсаторі температура конденсату наближається до температури охолоджуючої води завдяки відсутності поверхні теплообміну, однак конденсат і охолоджуюча вода в такому конденсаторі змішуються.

Незалежно від типу конденсатора що використовується необхідний також вакуумний насос для очистки ємностей від повітря при запуску та для видалення повітря що проникає в ємність в ході нормальної роботи установки. Для такої цілі зазвичай використовується пароструйні ежектори, але застосовують також і механічні вакуумні насоси. В більшості випадків рушійна сила, яка потрібна для підтримання вакууму, регулюється незалежно від того, чи визначається вона за частотою обертів двигуна механічного насосу, чи за витратою пари в ежекторі.

Абсолютний тиск залежить як від масової швидкості відкачки, так і від масової швидкості охолодження, оскільки і повітря і водяна пара видаляються вакуумним насосом. Витрати водяної пари залежить від її парціального тиску при температурі конденсатора.

Розглянемо нагнітальний поршневий вакуумний насос з об'ємною продуктивністю Fv. Мольна витрата повітря Мa і водяної пари M_w , що відводяться насосом, залежить від абсолютної температури Т і тиску р

де R - універсальна газова стала. Мольна доля водяної пари на вході в вакуум-насос представляє собою її парціальний тиск, поділений на повний тиск. Парціальний тиск буде лімітуватись пружністю пари води в конденсаторі р°. Тоді

Об'єднавши рівняння (6.23) і (6.24), отримаємо абсолютний тиск в конденсаторі у вигляді функції продуктивності відкачки, просочування повітря і температури конденсатора(яка також визначається тиском пари):

Абсолютний тиск можна контролювати шляхом регулювання масової швидкості просочування повітря в вакуумний насос, або зміни температури конденсатора за допомогою охолоджуючої води. Якщо вакуумний насос підсмоктує повітря, то для підтримання заданого тиску потрібна більша кількість охолоджуючої води. В такому випадку найнижча витрата охолоджуючої води буде досягнута при мінімальному повітряному потоці. Тоді для зниження витрати охолоджуючої води її потік повинен регулюватись шляхом регулювання тиску без підсмоктування повітря.

Перейдемо тепер до розгляду оптимальної величини регульованого тиску. При зниженні тиску температура кипіння кінцевого продукту падає. В такому випадку кінцевий продукт що виходить з установки містить менше фізичної теплоти пропорційно зниженню температури кипіння. З іншого боку, при зниженні абсолютного тиску потрібні менші затрати тепла для нагрівання первинного розчину до точки кипіння. Вартість енергії, що являє собою різницю фізичних теплот первинного розчину і кінцевого продукту, рівна

де- вартість одиниці теплоти; Co і То — теплоємність і температура первинного розчину.

Однак зниження температури кипіння потребує збільшення витрати охолоджуючої води. Тепловий баланс конденсатора має вигляд:

де F_c, С i Т_С- масова витрата/теплоємність і температура на вході охолоджуючої води.

Для простоти припустимо, що тепловий потік прямо пропорційний витраті первинного розчину:

а ціна охолоджуючої води прямо пропорційна її витраті:

Об'єднавши дві величини затрат, отримаємо:

диференціювання сумарних затрат по Т_n дає

Прирівнявши похідну до нуля, можна знайти оптимальну величину Т_п:

де для спрощення результатів Co і С прийняті рівними одиниці.

Важливий висновок, який можна зробити на основі рівняння (6.32), полягає в тому, що існує оптимальна величина приросту температури охолоджуючої води. Як показано на рис. 6.16, зростання температури конденсатора слід регулювати витратою охолоджуючої води, а не підтримуванням абсолютного тиску на постійному рівні. Оптимальне завданнярегулятора може бути розраховане по балансу енергії випарного апарату або налаштована по мінімуму що спостерігається.

В більшості випадків виявляється, що оптимальний тиск вище тиску, що під­тримується в типовому випарному апараті. Підвищення тиску економить витрату охолоджуючої води й знижує захоплення твердих частинок внаслідок зниження швидкостей у всіх корпусах. Не дивлячись на те що зростання температури кінце­вого продукту збільшує теплові втрати, це полегшує відкачку в'язких продуктів.

Рис. 6.16. Схема регулювання приросту температури охолоджуючої води

Читайте також:

1. I. Доповнення до параграфу про точкову оцінку параметрів розподілу
2. Авоматизація водорозподілу регулювання за нижнім б'єфом з обмеженням рівнів верхнього б'єфі
3. Автоматизація водорозподілу з комбінованим регулюванням
4. Автоматизація водорозподілу регулювання зі сталими перепадами
5. Автоматизація водорозподілу регулюванням з перетікаючими об’ємами
6. Автоматизація водорозподілу регулюванням за верхнім б'єфом
7. Автоматизація водорозподілу регулюванням за нижнім б'єфом
8. Автоматичне регулювання витрати помпових станцій
9. Автоматичне регулювання.
10. Адміністративні (прямі) методи регулювання.
11. Адміністративно-правове регулювання державної реєстрації актів цивільного стану, державної виконавчої служби, нотаріату та адвокатури.
12. Адміністративно-правове регулювання проходження державної служби

Переглядів: 1189