Устройство для автоматического управления вакуумным деаэратором

 

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕспуБлик

„„5U„„1817823 АЗ

<я>з Г 22 D 1/50

ГОСУДАРСТ8ЕННОЕ. ПАТЕНТНОЕ

8ЕДЙМСТ80 СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится ктеплоэнергети-.... Цель изобретения — повышение эконо" ke, в частности к-сйстемам водоподготовки, и мичности работы деаэратора и точности упможет"найти применение йри автоматизации: равления., "- техйологйческих процессов в вакуумных деа- На фиг.1 показана блок-схема предлага эраторах тепЛовых электростанций и про- емого устройства для автоматического упмышленных теплосиловых установок. равления вакуумным деаэратором; на фиг.2

2 (21) 4823605f06 .;- .:;:,, :::: :.::. .; ::: тельным механизмом, выход которого под(22) 07;05;90:, . ::: - .": .::...;::: . "::.:::, ключен к первому клапану на трубопроводе (46) 23.05;93. Бюл. М 19.;,::,:,::.::; -:: .. .- " —. подвода греющего пара,. подключейный к вы- (71) Одесский политехнический инстйтут :. - ходу третьего исполнительного механизма (72) В.АЛ ерлига, Н.П,Мороз и Рауль p aac., клапан на трубопроводе подачи химически

Перес-. " ":::.,:;. ::::::::,.:,-:.:- .-:::.:,::-:.. -.:., о (73) Одесский:политехнический институт,:,... бопроводе подвода греющей среды, подклю(56) Авторское:свйдетЕльство СССР .: ..:. ченный k выходу четвертого исполнительнбго

М 1455123, кл. F 22 D 1/50, 19&6..:. : .: мехайизма, и клапан на трубопроводе отсоса -* -. ";.. - неконденсйрующихся газов через эжектор. В (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКО-,.- устройстве предусмотрейы последовательйо

ГО.УПРАВЛЕНИЯ ВАКУУМНЫМ ДЕАЭРА- соединенные датчик давленйя в деаэраторе и ТОРОМ .. :::. - ::.;:.::: . :,:, :: . :: ..::..- .;, . блок оценки температуры насыщения, анали(57) Изобретение относйтся. к теплоэнергети-, затор температуры воды, три элемента сравке ; в:частности к системам водоподготовки, и нения; датчик уровня.в баке-аккумуляторе с ,"может найти применение при автоматизации .задатчиком и пороговый блок. причем рогу. технологических процессов в вакуумных дев- : лятор выполнен в виде многоканального

-эраторах тепловых электростанций и йро- ПИД-регулятора, датчик температуры воды а мышленнйх теплосиловйх установок. Цель: подключен к входам анализатора, первый и .: "изобретения — повышение экономичности,: второй элементы сравнения подключены сво работы деаэратора и точности управления.: . ими входами к выходу блока оценки и к выхоПоставленная цель достигается тем, что ус-: дам" анализатора, а выходами — к входам тройство для эвтоматйческого управления . - порогового блока, выходы которого родклю- Я вакуумным деаэратором, снабженным тру- . чены к входам регулятора вместе с выходом бопроводом дтвода деаэрированной воды, третьего элемента сравнения, соединеннобаком-аккумулятором и откачивающйм на- го свойми входами сдатчиком уровня изадат- " а . сосоМ. содержит клайан на трубопроводе чиком, а выходы" регулятора дополнительно (© подачи недеаэрированной воды, подклю- .. соединены. с входами первого, третьего и д - " чейный к выходу первого исполнительного четвертого исполнительных механизмов. 1 механизма, датчик температуры воды, свя- з.п. ф-лы, 5 ил.. ©© ванный через регулятор с вторым исполни1817823 — блок оценки температуры насысцения; на фиг,3 — многоканальный ПИД-регулятор: на фиг.4 и 5 — диаграммы, поясняющие работу предлагаемого устройства, Устройство содержит вакуумный деаэратор 1, трубопровод подачи недеаэрированной воды 2 с клапаном 2а, трубопровод отвода недеаэрированной воды 3, трубопровод подвода греющей среды 4 с клапанами 4а и 4б, трубопровод отвода неконденсирующихся газов 5 с клапаном подвода химически обессоленной воды 5а, первое исполнительное устройство 6, второе исполнительное устройство 7, эжектор 8 отсоса неконденсирующихся газов, бак- аккумулятор 9, откачивающий насос 10, датчик 11 давления, датчик

12 температуры воды, анализатор 13 температуры воды, блок 14 оценки температуры насыщения, первый элемент 15 сравнения, второй элемент 16 сравнения, первый пороговый блок 17, многоканальный ПИД-регулятор 18, третье исполнительное устройство

19, при постоянной подаче парэ через эжек то), вакуум в колонке деаэратора поддержи вается регулированием подачи химически обессоленной воды через эжектор, четвертое исполнительное устройство 20, датчик уровня 21, третий элемент 22 сравнения.

Анализатор 13 температуры воды содержит второй пороговый блок 23 и третий пороговый блок 24 (фиг.1).

Блок 14 оценки температуры насыщения содержит первый блок 25 умножения, второй блок 26 умножения, третий блок 27 умножения, четвертый блок 28 умножения, первый задатчик коэффициентов 29, первый сумматор 30, первый блок 31 сравнения, второй сумматор 32, второй блок 33 сравнения; третий сумматор 34, второй задатчик коэффициентов 35, пятый блок 36 умножения, третий задатчик коэффициентов 37, шестой блок 38 умножения, четвертый задатчик коэффициентов 39, седьмой блок 40 умножения, пятый, задатчик коэффициентов 41, восьмой блок 42 умножения, шестой задатчик коэффициентов 43 и девятый блок 44 умножения (фиг.2), Регулятор 18 содержит дифферен циаторы 451-45з, четвертые сумматоры 461-46з, первые усилители 47>-47з, вторые усилители 48t-48з, третьи усилители 49 l-49з, инерционные звенья 501 — 503, пятые сумматоры

511-51з и интеграторы 521-52з. Входные сигналырегулятора18(я (с), ah< (с), zz (t)) поступают на дифференциатары 451-45з, с выхода которых сигналы через четвертые .. сумматоры 46t — 46з поступают на вход третьих усилителей 491 49з, охваченных обратной связью, За счет. большого каэффициТ1. Тз Р2

Кз Кц

T1i+T1lK3 К2 P+1i 1, (1)

KalK>l : / T»P

35 где КЦ, К2). Кз) и Киз) — коэффициенты усиления блоков 47, 48, 49 и 50 соответственно;

Тц, Тз1, Т,1 — постоянные времени блоков 45, 50 и 52 соответственно; j = 1,2,3..

40 Известно, что в вакуумных деаэратарах работа эжектора атсоса неконденсирующихся газов является причиной изменения давления в деаэратарах в широком диапазоне ((0;075; 0,5) атмосфер). Так как, темпера45 тура воды на линии насыщения является функцией от давления пара (см. Букалович

М,П. Термодинамические свойства воды и водяного пара. — M: Машгид, 1959), то есть:

50 где То (с) — температура воды на линии насыщения;

Р(с) — давление пара, 55 то с изменением давления в вакуумных деаэраторах изменяется также текущее значение температуры насыщения воды внутри деаэратара. Таким образом, путем изменения давления внутри ва куумн ых деаэратоента усиления третьих усилителей 491 — 49з здесь формируются форсирующие звенья. С выхода форсирующих звеньев, то есть с выхода усилителей 491 — 49з сигналы поступают на вход сумматоров 51t-51з. На сумматоры

51 -51з одновременно поступают сигналы с входа и выхода дифференциаторов

451- — 45з через усилители 47) — 47з, 48t — 48з, Таким образом, сигналы на выходе суммато"0 ров 51 — 51з пропорциональны входным сигналам(е4 (t ), 6 (t ), яз (t ) ) их первых и вторых производных, Поскольку параметры усилителей 471 — 47з, 481 — 48з, 491-49з можно выбирать произвольно, то можно произвольно устанавливать и коэффициенты при первых и вторых производных входных сигналов, то есть можно обеспечить любое значение коэффициентов усиления.

Выходные сигналы сумматоров 51з — 51з . поступают на вход интеграторов 521-52з. В результате на выходах регулятора 18 имеются сигналы управления U>i(t), U2i(t), Ugi(t), формированные по пропорциональным, интегральным и производным законам регулирования.

Передаточную функцию j-га канала регулятора 18 можно представить в виде:

1817823 ров можно достигать необходимые температуры насыщения воды без изменения подачи расхода горячей воды (греющая среда). Это приводит к значительной экономии энергии, 5

Учитывая, что в деаэраторе минимальное удаление растворенных газов из воды имеет место, когда температура воды достигает температуры насыщения, и что давление в деаэраторе с достаточной точностью 10 характеризует температуру насыщения воды, то для эффективного управления процессом водоподготовки необходимо в зависимости оттекущего значения давления Pj(t) внутри деаэратора оценить соответствующее зна- 15 чение температуры насыщения воды Т (с) в деаэраторе и при этом сравнить значение температуры Т „(t) с фактическим значением температуры воды в деаэраторе (Т ь|(t)).

Если между значениями температур То,;(с) и 20

Т bj(t) имеется рассогласование, то для достижения температуры насыщения в деаэратора необходимо в первую очередь изменить давление в деаэраторе до значения, обеспечивающего температуру насыщения Т ;(с), 25

Это приводит к значительной экономии горячей воды. А если путем изменения давления в деаэраторе не удается достигать температуры насыщения, тогда необходимо изменить подачу расхода горячей воды 30 (G гор(с)).

Алгоритм оценки температуры воды на линии насыщения в зависимости от текущего значения давления в деаэраторе в диапазоне (0,04325; 0,49000) атмосферы, может 35 быть представлен в виде г

T sj(t) = К > + КгР (с) — КзР;. (t) + К4Р; (t)— где Kt = 10,21046; Кг = 577.2276; Кз = 3110,897, (4) вид

Togj(t) = 10,21046 + 577 2276Pj(l) — 50

-3110,897Ð (с) + 10331,32Pj (с)

-17514,65Pj (t) + 11634,53P; (t), (5) ортогональных многочленов Чебышева, обеспечивающих минимальное х значение среднеквадратического отклонения в задней области аргумента, и был запрограмми0,49000) абсолютная погрешность аппроксимации не превышает 0,16 С.

Так как давление в вакуумных деаэраторах, как правило, изменяется в диапазоне (0,075; 0,5) атмосферы, то температуры насыщения, соответствующие указанному диапазону, будут находиться в интервале (40; 81) С. При этом, если фактическое значение температуры воды внутри деаэратора находится в диапазоне (40; 81) С, то температуры насыщения достигаются путем изменения давления в деаэраторе. А если фактическое значение температуры воды в деаэраторе ниже 40" С, тогда температура насыщения достигается путем одновременного изменения давления в деаэраторе и подачи расхода горячей воды.

Устройство работает следующим образом.

Недеаэрированная вода после химводоочистки с температурой 30 — 35 С поступает в вакуумный деаэратор 1 требуемым расходом {Geepeaap(t)) по трубопроводу 2 через клапан 2а. Греющая среда (вода с температурой - 90 С) подводится в деаэратор

1 требуемым расходом (Grop(t)) по трубопроводу 4 через клапаны 4а и 46. Проходя через отсеки деаэратора 1, заполненные паром, недеаэрированная вода нагревается до 45—

55 С, деаэрируется, а затем по трубопроводу

3 расхоДом (Одеаэр(с)) Отводится из Деаэратора в бак-аккумулятор 9, При этом неконденсирующиеся газы из деаэратора 1 отсасываются эжектором 9, На выходе датчика 11 температуры воды имеется сигнал. пропорциональный фактическому значению температуры воды внутри деаэратора 1, Указанный сигнал одновременно поступает на вход второго поро— К5Р (с)+ К5Р (t), .5 (3) 40 гового блока 23 и на вход третьего порогового блока 24 анализатора 13 температуры воды.

Второй пороговый блок 23 только пропускает сигнал Т b;(t) через него, если фактическое значение температуры воды внутри

К4 = 10331,32; К5 = 1751,65; Kr, = 11634, 53 45 деаэратора находится в диапазоне 40 С

= Т bj(t) < 81 С, А если фактическое значеУравнение (3) с учетом (4) принимает ние температуры воды внутри деаэратора ниже 40 С, то есть T b;(t) < 40 С, то сигнал

Тоbj(t) только пропускает через него третий пороговый блок 24. Таким образом на первом выходе анализатора 13 температуры воды имеется сигнал Т"ьс(с), если фактическое значение температуры воды в деаэраторе 1 находится в диапазоне 40 С:- Т bj(l) 81 С, а на втором выходе — имеется сигнал Тоbzj(t), если фактическое значение температуры воды в деаэ раторе 1 ниже 40 С (Т b; (t ) < 40ОС).

На выходе датчика 12 давления имеется сигнал Р (t), пропорциональный фактичерован на языке BASl С. В диапазоне (0,04325;

1817823 скому значению давления внутри деаэратора, Так как необходимо оценить значение температуры насыщения Т si(t) в деаэраторе, соответствующее текущему значению внутреннего давления Pi(t), блок 14 оценки температуры насыщения по сигналу Pi (t), поступающий на его вход, определяет значение температуры насыщения Т 1(т), При этом необходимо отметить, что блок 14 оценки температуры насыщения функционирует согласно алгоритму (5). Таким образом, на выходе блока 14 оценки имеется сигнал T si (1), и ропорциональный температуре насыще-ния в деаэраторе.

Блок 14 оценки температуры насыщения может быть построен как в аналоговом варианте, так.и в цифровом. На фиг.2 представлен возможный вариант технической реализации блока 14 оценки температуры насыщения на основе аналоговой техники.

Сигнал T si(t) одновременно поступает на первый вход первого элемента 15 сравнения и на второй вход второго элемента 16 сравнения, При этом, если фактическое значение температуры воды в деаэраторе находится вдиапазоне40 С Тоы(т) < 81ОС, то на выходе первого элемента 15 сравнения появляется сигнал рассогласования я1 ().

gÄ;(t) = Т „ (t) — Т b; (t) . (6)

Так как процесс приближения фактического значения температуры воды и значе. ния температуры насыщения носит инерционныйхарактери является оченьдлительным, для увеличения оперативности управления, перед многоканальным ПИД регулятором 18, включен первый пороговый блок 17, с порогом Л= 0,5 С. Как только наличие сигналов рассогласования, поступающих на входы блока 17, достигает указанного порогового значения, на выходе порогового блока t7 сигнала нет и регулятор

18 временно прекращает управление рассматриваемыми параметрами. То есть, если

E1i (t ) > Л, то на выходе порогового блока

17 появляется сигнал я1; (t),,который по1 ступает на первый вход многоканального

1"1ИД регулятора 18. А если я1 (t ) Л, то на выходе порогового блока 17 сигнала нет и соответствующий канал ПИД регулятора

18 в работу не включается.

Сигнал рассогласования <1i(t) будет являться всегда положительной величиной, то есть Т si(t) > Т ы(т). При этом на выходе порогового блока 17 появляется сигнал

81i (t ) . который поступает на первый вход регулятора 18. Регулятор 18 по сигналу

f)i (t ) формирует на его первом выходе сигнал управления U1i (t), который поступает на первый вход третьего исполнительного устройства 19. Исполнительное устройство

19 по сигналу управления U1i (t) увеличивает величину подачи химически обессоленной воды (G>

При этом изменяется величина подачи расхода горячей воды, что позволяет получить значительную экономию горячей воды и повысить эффективность работы деаэратора.

Если фактическое значение температуры воды в деаэраторе ниже 40 С, то на выхо25

30 де второго элемента 16 сравнения появляется сигнал рассогласования E2i (t ) 35

E2i (t ) = Тоsi (t) — Тоы (t) . (7) Так как минймальное давление в де40 аэраторе с практической точки зрения i<(t) = 0,075 ат, что соответствует температуре насыщения Т, () = 40 С, то сигнал

ez; (t ) также всегда является положительной величиной, то есть Т,-; (t) > Т ы (t), Для

45 достижения равенства между T () и Т ы(т) регулятор 18 по сигналу 6 (t ), поступающему на его второй вход, формирует íà его втором выходе сигнал управления Uz(t), который поступает одновременно на второй вход третьего исполнительного устройства и на вход второго исполнительного устройства, При этом одновременно увеличивается величина подачи расхода химобессоленной воды, что приводит к уменьшению давления в

55 деаэраторе, и увеличивается величина подачи расхода горячей воды, что способствует увеличению фактического значения температуры воды в деаэраторе. Процесс регулирования будет иметь место пока значение

Таким образом, в зависимости от величины сигнала е11(t ), регулятор 18 формирует

1817823

10 сигнала ezi (t ) не станет равным пороговому значению Л (см, фиг.5), Таким образом, если в устройстве появляется сигнал рассогласования Ql(t ), то температура насыщения в деаэраторе достигается путем одновременного уменьшения давления в деаэраторе и повышения величины подачи расхода горячей воды, Это также приводит к увеличению эффективности работы деаэратора и значительной эко.- 1О номии горячей воды.

В зависимости от степени приближения уровня воды в баке- аккумуляторе к заданному максимальному допустимому уровню в . нем, регулятор 18 по сигналу рассоглэсова- 15 ния equi (t ), поступающему на его вход, на его третьем выходе формирует сигнал уп-, равления Uzi(t), При этом сигнал оз (t ) оп-. ределяется соотношением

83i (t ) = Нэадтах(т) Hi (t), (8) где Нзадщах (t) заданный максимальный. допустимый уровень воды в баке-аккумуляторе 9;

Н; (t) — фактическое значение уровня воды в баке — аккумуляторе 9.

Сигнал управления 0з(т) одновременно поступает на первое исполнительное устpoActeo 6 и при этом изменяется величина З0 подачи расхода недеаэрированной воды и на четвертое исполнительное устройство 20, которое изменяет величину. подачи расхода горячей воды, При достижении уровнем воды в баке — аккумуляторе 9 заданного макси- З5 мально допустимого уровня прекращается подача расхода недеаэрированной воды и горячей воды. При этом увеличивается эффективность работы устройства, сокращаются . непроизводительные технологические 40 сбросы деаэрированной воды и экономится горячая вода.

Таким образом, формирование сигна, лов управления 0п (t), Uzi (t) регулятором 18, в зависимости от величины сигналов рассог- 45 ласования яц (t ), я ; (t ) между фактическим значениемтемпературы воды вдеаэраторе и значением температуры воды на линии насыщения позволяет значительно повы-. сить эффективность работы деаэратора и его экономичность, При этом существенно повышается качество обработки воды не только в установившемся режиме работы деаэратора, но и при переменном режиме его работы (при изменении подачи. расхода недеаэри- 55 рованной воды, температуры воды и давления в деаэраторе), а также при любых других изменениях режима деаэрации, уменьшается попадание кислорода в оборудование и повышается надежность работы всей теплоэнергетической установки в целом.

Необходимо отметить, что повышение точности управления процессом водоподготовки достигается за счет применения многоканального ПИД регулятора 18, который сочетает в себе высокую точность интегрального регулирования, большое быстродействие пропорционального регулирования и высокую скорость реакции регулирования по производной, что приводит к снижению ошибок в динамике.

Формула изобретения

1. Устройство для автоматического управления ваккуумнымдеаэратором, снабженным трубопроводом отвода деаэрированной . воды, баком — аккумулятором и откачивающим насосом, содержащее клапан на трубопроводе подачи недеаэрированной воды, подключенный к выходу первого исполнительного механизма, датчик температуры воды, связанный через регулятор с вторым исполнительным механизмом, выход которого подключен к первому клапану на трубопроводе подвода греющей среды, подключенный к выходу третьего исполнительного механизма клапан на трубопроводе подачи химически обессоленной воды, второй клапан на трубопроводе подвода греющей среды, подключенный к выходу четвертого исполнительного механизма, и клапан на трубопроводе отсоса неконденсирующихся газов через эжектор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности работы деаэратора и точно- сти управления, оно дополнительно содержит последовательно соединенные датчик давления в деаэрэторе и блок оценки темпе. ратуры насыщения, анализатор температуры воды, три элемента сравнения, датчик уровня в баке — аккумуляторе с задатчиком и пороговый блок, причем регулятор выполнен в виде многоканального ПИД-регулятора, датчик температуры воды подключен к входам анализатора, первый и второй элементы сравнения подключены своими входами к выходу блока оценки.и к выходам анализатора, а выходами — к входам порогового блока, выходы которого подключены к входам регулятора вместе с выходом третьего элемента сравнения, соединенного своими входами сдатчиком уровня и задатчиком, а выходы регулятора дополнительно соединены с входами первого, третьего и четвертого исполнительных механизмов.

2, Устройство по п,1, отл ича ю щеес я тем, что блок оценки температуры насыщения выполнен в виде последовательно соединенных первого, второго, третьего и четвертого блоков умножения, последова1817823

12 тельно соединенных первого эадатчика коэффициентов, первого сумматора, первого блока сравнения, второго сумматора, второго блока сравнения и третьего сумматора, последовательно соединенных второго за- 5 датчика коэффициентов и пятого блока ум. ножения, последовательно соединенных третьего задатчика коэффициентов и шесто.го блока умножения, последовательно соединенныхчетвертогоэадатчика коэффициентов и 10 седьмого блока умножения, последовательно соединенных пятого задатчика коэффициентов и восьмого блока умножения, последовательно соединенных шестого задатчика коэффициентов и девятого блока 15 умножения, прйчем вход первого блока умножения соединен с выходом датчика давления и с входами первого; второго. третьего, четвертого и пятого блоков умножения, выход пятого блока умножения соединен с входом первого сумматора выход первого блока умножения связан с входом шестого блока умножения, выход которого соединен с входом первого блока сравнения, выход второго блока умножения связан с входом седьмого блока умножения, выход которого соединен с входом второго сумматора, выход третьего блока умножения связан с входом восьмого блока умножения, выход которого соединен с входом второго блока сравнения, выход четвертого блока умножения связан с входом девятого блока умножения, выход которого соединен с входом третьего сумматора, выход которого связан с входами первого и второго элементов сравнения, 1817823

1817823

1817823

О Г

Редактор Т,Иванова

Заказ 174О Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., 4/5

Произаодстзенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, З01

P;(t)(am) g„( Уат 81 C

Р,ЯГрщ — 7д Я С

Составитель Н.Мороз

Техред М.Моргентал Корректор П.Герещи