МЕТОДИКА РАСЧЕТА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ

За основу расчета может быть принята методика [1] с соответствующими изменениями, вызванными переходом от аналоговых к процессорным техническим средствам реализации АСР и параметров ее настройки.

Порядок расчета целесообразно изложить для наиболее сложной составной части системы регулирования процесса горения, каковой является регулятор подачи воздуха в котел. Этот регулятор имеет двухконтурную каскадную структуру и состоит из стабилизирующего и корректирующего регуляторов. В этом случае расчет параметров настройки регуляторов топлива и разрежения можно рассматривать как частный случай расчета общей системы, а именно, ее стабилизирующего контура.

Приведенную на рисунке 4 схему АСР воздуха с использованием корректирующего импульса по кислороду O₂ можно упрощенно представить в виде набора последовательно включенных динамических звеньев (рисунок 7, а). Регулятор воздуха W_p(p) и участок воздухопровода W_об1(p) образуют внутренний контур. Входными величинами этого контура являются управляющие воздействия Х_зп1, возмущающие воздействия по расходу топлива и положению направляющих аппаратов ДРГ, а также воздействие корректирующего регулятора W_кор(p). Выходной величиной этого контура является давление воздуха Хр_в.

Внутренний контур регулирования поддерживает заданное значение давления воздуха Хр_в в соответствии с расходом топлива и степенью загрузки ДРГ, а также в соответствии с сигналом корректирующего регулятора. Так как инерционность участка воздухопровода является весьма незначительной, то может быть достигнуто значительное быстродействие этого контура регулирования без потери устойчивости. Переходные процессы во внутреннем контуре, вызванные изменением нагрузки котла или самопроизвольным изменением расхода топлива, завершаются раньше, чем эти же возмущения существенно повлияют на изменение выходной величины внешнего контура.

Передаточная функция Ф₁(p) внутреннего малоинерционного контура регулирования имеет вид

.                                                (4)

Внешний контур регулирования образуется корректирующим регулятором W_кор(p), малоинерционным контуром с передаточной функцией Ф₁(p) и объектом регулирования с передаточной функцией W_об2(p), входным воздействием которого является изменение давления воздуха Хр_в, а выходным — изменение содержания свободного кислорода О₂ в дымовых газах (см. рисунок 7, б).

Внешний контур характеризуется значительной инерционностью. Временная характеристика имеет вид, представленный на рисунке 6. Назначением внешнего контура является корректирование действий внутреннего контура в установившемся режиме, так как при компенсации возмущений топливом и загрузкой ДРГ внутренним контуром регулирования возможно появление ошибки из-за изменения качества топлива, нелинейности статических характеристик датчиков и других условий. Инерционность внешнего контура в основном определяется инерционностью датчика газоанализатора на О₂ и газозаборным устройством.

Рисунок 6 — Временная характеристика внутреннего (а) и внешнего (б) контура системы регулирования подачи воздуха

а)

б)

в)

Рисунок 7 — Структурные схемы системы регулирования подачи воздуха:

а — общая; б — эквивалентная; в — внешнего контура

Для расчета системы регулирования по внешнему контуру преобразуем структурную схему рисунка 7, б к стандартному виду. Обозначив произведение передаточной функции малоинерционного контура Ф₁(р) и участка регулирования W_об2(p) через передаточную функцию приведенного объекта , а корректирующий регулятор W_кор(p) — через приведенный регулятор , получим структурную схему рисунка 7, в.

Передаточная функция Ф₂(р) инерционного контура определяется по формуле

.                                              (5)

Таким образом мы получили одноконтурную систему автоматического регулирования, состоящую из объекта регулирования и регулятора, методы расчета которой известны. Такое преобразование допустимо лишь в том случае, когда инерционность внутреннего стабилизирующего контура значительно меньше инерционности внешнего контура. При таком методе расчета приходится иметь дело не в чистом виде с объектом регулирования по внешнему контуру, а с некоторым приведенным объектом.

Таким образом для определения параметров динамической настройки корректирующего регулятора необходимо определить динамические характеристики приведенного объекта  (см. рисунок 7, в). Регулирующим воздействием для приведенного объекта является воздействие корректирующего регулятора или равнозначное воздействие (ручное) через задающий интегратор (см. рисунок 4). Временная характеристика приведенного объекта регулирования по кислороду определяется в следующем порядке: система регулирования подачи воздуха по стабилизирующему контуру с выбранными параметрами динамической настройки включается в работу; стабилизируется режим работы котла (энергоблока); наносится возмущение задающим интегратором (или настроечным задатчиком ЗУЗ рисунка 4) и регистрируется во времени изменение содержания кислорода в дымовых газах. Из полученной временной зависимости определяются характеристики приведенного объекта t_о, Т_о, К_о и по методу, изложенному ниже, вычисляются параметры динамической настройки корректирующего регулятора.

Однако на стадии предварительного расчета параметров настройки (до включения регулятора в работу), принимая во внимание высокое быстродействие стабилизирующего регулятора, можно считать, что нанесение возмущения во внешний контур стабилизирующим регулятором эквивалентно дистанционному возмущению направляющими аппаратами ДВ. Отсюда характеристики приведенного объекта можно в первом приближении принять равными характеристикам объекта регулирования по внешнему контуру,

Методика определения параметров статической настройки регуляторов основана на составлении уравнений статического равновесия измерительной схемы прибора в некотором диапазоне нагрузок энергоблока, где характеристики датчиков и объекта регулирования линейны. При этом один из коэффициентов уравнения или задается, или определяется при пробных включениях регулятора, другой — рассчитывается из уравнения. Зону нечувствительности рекомендуют выбирать равной половине допустимой статической ошибки регулирования при эксплуатационных возмущениях. Параметры динамической настройки определяются из номограмм или по приближенным формулам в соответствии с характеристиками объекта регулирования. Их техническая реализация осуществляется в соответствии с особенностями аппаратуры и с учетом структуры замкнутого регулирующего контура.

Для обеспечения работоспособности регуляторов, использующих сигнал по топливу как на газе, так и на мазуте (а также и на смеси) без дополнительной статической перенастройки, сигналы расходов мазута и газа перед поступлением в схему регулятора должны быть статически совмещены на входе некоторого промежуточного элемента (например, сумматора), который условно можно назвать сумматором топлива (на рисунке 4 показан выходной сигнал этого сумматора, обозначенный G_т = Z(G_г + G_м).