На даний момент дуже важливе значення для паливно-енергетичного потенціалу країни має забезпечення нормального, безаварійного та економічного функціонування систем теплопостачання як громадянських так І промислових об’єктів

Исследование работы котлоагрегата с НТКС в среде МATLab

Целью исследования является изучение характера изменений производительности топки НТКС в динамике при различных комбинациях управляющих воздействий и различных исходных состояниях. При проводимом имитационном моделировании исследовались динамические изменения следующих величин: температура НТКС, расход дымовых газов, тепловая производительность топки, количество теплоты, передаваемое поверхностям нагрева.
На рисунке 2.5 представлена структурная схема топки НТКС в программе MatLab [24, 59, 60] без учета наличия ППН, что довольно часто имеет место при эксплуатации котлоагрегатов. На рисунке 2.6 представлена структурная схема топки НТКС с ППН в программе MatLab, на схеме реализованы контуры конвективного и лучевого теплообмена ППН с кипящим слоем с учетом степени их погружения в слой. Рисунок 2.7 иллюстрирует типовую структурную схему поверхности нагрева на примере экономайзера в программе MatLab, в которой реализован конвективный теплообмен с уходящими газами.

Рисунок 2.5 – Структурная схема топки НТКС в программе MatLab

Рисунок 2.6 - Структурная схема топки НТКС с ППН в программе MatLab

Вначале следует провести компьютерные исследования работы котлоагрега – рассмотрим динамику изменения температуры кипящего слоя и производительности котла при непогруженных (k_ks = 0) в слой ППН (Рис.2.8 и Рис. 2.9).

Рисунок 2.7 – Структурная схема поверхности нагрева на примере ЭПН в программе MatLab

Участок АВ на графиках характеризует стационарное состояние НТКС при полностью выведенных ППН, и минимально возможным по условиям существования слоя V_tt = 85∙10^-6 м³/c и V_dv = 1 м³/c. В момент времени В происходит ступенчатое изменение V_tt на +20∙10^-6 м³/c, а в момент времени С происходит ступенчатое изменение V_dv на +0,1 м³/c. На рисунке 2.8 участок ВС характеризует нелинейное (апериодическое) нарастание до устойчивого состояния температуры НТКС при увеличении V_tt, участок СD характеризует нелинейное уменьшение температуры НТКС при увеличении V_dv. На рисунке 2.9 участок ВС характеризует аналогичное нарастанию температуры НТКС нарастание производительности котла Q_pol, участок СDE – характеризует

нелинейное с перерегулированием (вершина D) возрастание производительности котлоагрегата при увеличении V_dv.
Начало моделирования начинается в момент времени 2000 с, что обуславливается необходимостью первоначального прогрева слоя до минимальной температуры устойчивого состояния t_ks = 750⁰С.



Температура НТКС

Производительность КА
Рисунок 2.8 – График переходного процесса изменения температуры НТКС во времени t_ks=f(τ)

Рисунок 2.9 – График переходного процесса изменения производительности котлоагрегата с НТКС Q_pol = f(τ)

Таким образом, получены и проанализированы графики динамических изменений основных параметров котла при их комбинации, обеспечивающей минимальную текущую мощность (участок АВ). Изучена реакция котла, на управляющие воздействия, увеличивающие его производительность.
Ниже рассмотрены динамические изменения технологических параметров котлоагрегата при полностью погруженных в слой ППН, что обеспечивает работу

Температура НТКС

Производительность КА
котла с максимально возможной по конструктивным характеристикам производительностью. На рисунке 2.10 приведен график переходного процесса изменения температуры слоя при k_ks = 1 от 750⁰С (участок АВ) ступенчатом увеличении от Vtt = 117∙10 ⁶ м³/c до Vtt = 167∙10⁶ м³/c и минимально возможном по условиям существования КС расходе дутьевого воздуха V_dv = 1 м³/c. В соответствии с полученным графиком, при такой комбинации управляющих величин по окончанию переходного процесса (участок ВС) температура слоя стабильно держится на верхнем допустимом уровне t_ks = 950⁰С (участок CD). Из рисунка 2.11 очевидно, что в этом опыте характер изменения полезной производительности котлоагрегата во времени аналогичен изменениям температуры, что обусловлено постоянным расходом дутьевого воздуха.

Рисунок 2.10 – График переходного процесса изменения температуры НТКС во времени t_ks=f(τ)

Рисунок 2.11 – График переходного процесса изменения производительности котлоагрегата с НТКС Q_pol = f(τ)

Объем дымовых газов
Рисунок 2.12 – График переходного процесса изменения объема дымовых газов во времени V_d.g-=f(τ)

Из рисунка 2.12 следует, что объем дымовых газов несколько превышает исходный объем дутьевого воздуха V_d.v = 1 м³/с, что объясняется термическим разложением угля и выходом летучих.

На следующем этапе исследовали переходные процессы при выходе котла из текущего стабильного режима на максимально возможную полезную производительность. ППН при этом полностью погружены в слой, а температура КС и расход дутьевого воздуха – должны иметь максимально возможные по условиям существования кипящего слоя значения. На рисунке 2.13 приведен график переходного процесса изменения температуры слоя при k_ks = 1 от t_ks = 750⁰С (участок АВ) и ступенчатом увеличении Vtt от Vtt = 200∙10 ⁶ м³/c до Vtt = 255∙10 ⁶ м³/c и максимально возможном по условиям существования КС увеличении расхода дутьевого воздуха от V_dv = 1 м³/c до V_dv = 2,5 м³/c.




Температура НТКС
Рисунок 2.13 – График переходного процесса изменения температуры НТКС во времени t_ks=f(τ)
Из рисунка 2.13 следует, что комбинация указанных значений управляющих величин после окончания переходного процесса (участок ВС) обеспечивает стабильное значение температуры КС около верхнего допустимого уровня t_ks = 950⁰С (участок CD). Из рисунка 2.14 следует, что переходный процесс изменения производительности котла при выходе на максимальную полезную производительность котлоагрегата Q_pol стабильный и без перерегулирования.






Производительность КА
Рисунок 2.14 – График переходного процесса изменения производительности котлоагрегата с НТКС Q_pol = f(τ)

Таким образом, была разработана и реализована математическая модель котлоагрегата с НТКС в программном пакете расширений MatLab Simulink.

Результаты компьютерного моделирования показывают, что наибольшую точность регулирования и устойчивость переходных процессов возможно получить путем комбинированного управления расходом твердого топлива и скорости дутьевого воздуха. Наибольшая глубина регулирования обеспечивается путем изменения степени погружения ППН в слой, однако подобные изменения следует сопровождать одновременным изменением остальных управляющих воздействий, чтобы избежать выхода технологических параметров слоя за границы существования. Также из результатов моделирования следует, что при одновременном регулировании производительности котла, процесс выхода на
заданный режим монотонный без перерегулирования (Рис.2.10…2.14), что исключает возникновение аварийной ситуации, а в случае управления производительностью котла по какому-либо одному управляющему воздействию может иметь место перерегулирование (Рис. 2.9), что может привести к созданию аварийной ситуации и неконтролированным отклонениям управляемой величины от заданного результата.
Стабильность и монотонность переходных процессов котла, а также требуемые точность и быстродействие при выходе на требуемую производительность могут быть обеспечены путем автоматического управления.

4.