автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Разработка систем автоматического дозирования корректирующих реагентов и анализ водно-химических переходных процессов на ТЭС

□ОЗ165897

На правах рукописи

ЕГОШИНА Ольга Вадимовна

РАЗРАБОТКА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ КОРРЕКТИРУЮЩИХ РЕАГЕНТОВ И АНАЛИЗ ВОДНО-ХИМИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ТЭС

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические

системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2008

003165897

Работа выполнена на кафедре Технологии водь; и топлива ГОУВПО «Московский энергетический институт (Технический университет)»

Научный руководитель: — доктор технических наук, профессор

Воронов Виктор Николаевич

Официальные оппоненты: — доктор технических наук, профессор

Ларин Борис Михайлович — кандидат технических наук, профессор Панько Марк Андреевич Ведущая организация: — ОАО «Институт Теплоэнергопроект»

Защита состоится «-££» а У 200 $ года, в /£ час ££ мин в МАЗе на заседании диссертационного совета Д 212 157 07 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу г Москва, Красноказарменная ул, д 17

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МЭИ (ТУ)

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим направлять по адресу 111250, Москва, Красноказарменная ул , д 14. Ученый совет МЭИ (ТУ)

Автореферат разослан «£/£> о Л 2008г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 157 07

к т н , профессор г Лавыгин В М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность работы В настоящее время системы автоматического дозирования корректирующих реагентов, находящиеся в эксплуатации на большинстве ТЭС, морально и физически устарели Несмотря на привлечение внимания специалистов ТЭС к управлению и прогнозированию в системах химико-технологического мониторинга (СХТМ), данные вопросы продолжают оставаться одними из наименее изученных.

Цель работы Разработка систем автоматического дозирования корректирующих реагентов, анализ поведения примесей по тракту энергетического объекта с использованием методов математического моделирования с целью их применения в СХТМ Задачами данной работы являются

1 Анализ водно-химических переходных процессов на ТЭС с целью прогнозирования возможных нарушений водно-химического режима (ВХР), протекающих в тракте энергоблока

2 Разработка стенда для моделирования СХТМ в лабораторных условиях

3. Анализ экспериментальных данных, полученных при исследовании ВХР ТЭС, позволивший разработать системы автоматического дозирования корректирующих реагентов

4 Разработка систем автоматического дозирования корректирующих реагентов с использованием сигналов приборов автоматического химического контроля.

Научная новизна работы представлена1

• результатами исследования ВХР ТЭС в номинальном режиме работы энергоблоков с использованием СХТМ,

• разработкой систем автоматического дозирования корректирующих реагентов и обоснованием соответствующих регулируемых величин и законов регулирования;

• разработкой нестационарных математических моделей распределения примесей по тракту энергоблока с барабанным котлом,

• разработкой уникального стенда, имитирующего работу СХТМ в лабораторных условиях Также проведением статистической обработки данных стендовых исследований

Степень достоверности результатов и выводов работы обеспечивается использованием современных методов и средств контроля ВХР Результаты работы теоретически обоснованы и сопоставлены с экспериментальными данными, полученными во время теплотехнических испытаний ВХР Практическая значимость работы

Несмотря на практическую важность систем автоматического дозирования корректирующих реагентов, лишь на незначительном числе станций полностью автоматизируется коррекционная обработка теплоносителя Кроме того, отсутствуют надежные способы регулирования дозирования корректирующих реагентов,в тракт энергоблока

Реализация предлагаемых в диссертации решений дает возможность значительно повысить эффективность работы системы мониторинга и надежность работы оборудования ТЭС в целом

Имеющиеся теоретические и опытные данные показывают необходимость разработки систем автоматического дозирования реагентов, что позвочяет минимизировать потери о г недостаточно эффективно организованного ВХР

Методы математического моделирования применены в СХТМ для определения динамических характеристик энергоблока с целью прогнозирования поведения ВХР при возникновении нарушений, а также для минимизации объема химического контроля на стадии экспл>атации СХТМ

Апробация: работы Результаты работы докладывались на Международной конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments» (г Москва

РУДН 2006 г), на семинаре кафедры Технологии воды и топлива (МЭИ, Москва, 2005 г)

Личное участие автора в получении результатов заключается в проведении исследований ВХР и анализе полученных результатов На основе данных результатов разработаны системы автоматического дозирования корректирующих реагентов, а также получены аналитические решения уравнений для нестационарных математических моделей распределения примесей по тракту энергоблока с барабанным котлом При непосредственном участии автора разработан и создан экспериментальный стенд СХТМ По результатам стендовых исследований проанализированы системы сбора, обработки и представления информации по ВХР

Публикации по работе По теме диссертации опубликовано 4 работы, в том числе одно учебно-методическое пособие

Структура и объем диссертации Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения Основной материал изложен на 177 страницах машинописного текста, включает 64 рисунка, 16 таблиц и 86 формул Список литературы включает 100 наименований

На защиту выносятся следующие результаты выполненной работы 1. Нестационарные математические модели распределения концентрации натрия и гидразина по тракту энергоблока с барабанным котлом

2 Результаты стендовых исследований СХТМ в режиме реального времени

3 Анализ экспериментальных данных, полученных в ходе исследования ВХР ТЭС з номинальном режиме работы энергоблока

4 Результаты исследования динамики системы автоматического дозирования гидразина с компенсацией возмущения по расходу питательной воды в номинальном режиме работы энергоблока

5 Сравнительный анализ систем автоматического дозирования гидразина в соответствии со значением окислительно-восстановительного потенциала (ОВД) и концентрацией кислорода в номинальном режиме работы энергоблока

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении раскрывается актуальность темы, научная новизна, практическая значимость работы, формулируются цели и задачи, дается характеристика структуры диссертации

В первой главе проведен обзор литературных данных Исследования в областях автоматизации коррекционной обработки теплоносителя и прогнозирования развития нарушений ВХР показывают актуальность и необходимость дальнейшей разработки систем контроля и управления ВХР По данным отечественных исследований и зарубежных публикаций именно внедрение и широкое использование СХТМ позволяют не допускать отклонений ВХР или устранять их за минимально короткое время, что приводит к снижению аварийности на ТЭС

Во второй главе проанализированы возможность применения методов математического моделирования в СХТМ для оценки состояния ВХР, а также поведение примесей в основном конденсате, питательной воде, котловой воде и насыщенном паре, таких как концентрация натрия и концентрация гидразина

Разработана нестационарная математическая модель распределения концентрации натрия по тракту применительно к энергоблоку с котлом с естественной циркучяцией на основе уравнений материального баланса (1-3) Для разработки данной математической модели выбрана именно концентрация натрия по следующим причинам

• натрий - реперная примесь, поступающая с присосами охлаждающей воды в конденсаторе,

• ионы натрия поступают с добавочной водой в результате проскока через ионшные фильтры.

• концентрация ионов натрия нормируется по ПТЭ в питательной воде и насыщенном паре

Уравнения материального баланса для конденсатора, деаэратора, котла по концентрации натрия представлены в следующем виде

и- = Ск+п™ + сррп-оа скки), (1)

где Мк - масса воды в конденсаторе, кг, СИС) - изменение во времени концентрации примеси в основном конденсате, мкг/кг, ок - расход пара, поступающего в конденсатор, кг/с, Ск - концентрация примеси в паре, поступающем в конденсатор, мкг/кг, йяо - расход добавочной воды, поступающей из ХВО, кг/с, С„„ - концентрация примеси в добавочной воде из ХВО, мкг/кг, ОщДО - изменение во времени присосов охлаждающей воды, кг/с, С„р - концентрация примеси в присосах охлаждающей воды, мкг/кг, Вгрп -расход конденсата греющего пара, поступающего из ПНД, кг/с, Сгр„ -концентрация примеси в конденсате греющего пара из ПНД, мкг/кг, Окк - расход основного конденсата, кг/с

Мд = С.-ЧА^ + А*«) стурб+птд.4 сй(о-Д,. с,(/), (2)

где Мд - масса воды в деаэраторе, кг, Ся„(/) - изменение во времени концентрации примеси в питательной воде, мкг/кг, £>6 - расход конденсата греющего пара из ПВД, кг/с, С6 - концентрация примеси в конденсате греющего пара из ПВД, мкг/кг, - расход пара из отбора турбины, кг/с; С«УР6 - концентрация примеси в паре отбора турбины, мкг/кг, 0„„„_4 - расход теплоносителя, поступающего из ПНД-4, кг/с, Особ1т, - расход рабочего тела, возвращаемого в деаэратор, от потребителей собственных нужд, кг/с; Д. -расход питательной воды, кг/с

М,„, = С„А)-О0 (Кр+а}) с„(0-А*«, Сю(0, (3)

т

где Л/„ - масса воды в котле, кг, С„(0 - изменение во времени концентрации примеси в котловой воде, мкг/кг, Д - расход пара на турбину, кг/с, -расход продувочной воды, кг/с, Кр - коэффициент распределения примеси между водой и паром, со - влажность пара

Аналитические решения уравнений (1-3) при ступенчатом возмущении в случае изменения присосов охлаждающей воды в конденсаторе представлены следующим образом

С*«-я2- о„РГ+-А*

А.

А.

(А,г"А,>о) е

.5», м,

А,

А,

А + Сщурб (ВщрО + Ао&™) Ам>-4 /у-» ------ (Си

А.

Дм

-С«о) е

А,

п СГ Г 1 ЫК,

(4)

(5)

(6)

А <*, + ©) + Ар«, А (/¡гя + а>) + Дпи4

Уравнение для расчета концентрации примеси в паровой фазе барабана котла имеет следующий вид1

Сгор(1) = С„г(0 (Кр+со) (7)

Интерес представляет случай ступенчатого изменения прнсосов охлаждающей воды в конденсаторе Это может быть вызвано аварийной ситуацией, например, при разрыве трубок конденсатора В результате расчета определяются изменения концентрации натрия в основном конденсате, питательной воде, котловой воде и насыщенном паре во времени

Расчет выполнен для энергобтока с котлом с естественной циркуляцией типа ТГМЕ-464 и турбиной Т-110-120/130 На рис 1-4 представлены результаты моделирования переходных процессов, протекающих в каждом из основных элементов энергобтока

| 40

«е

&

а зо4-

25" 20

0 5

1

1.5

час

Рис 1 Изменение во времени концентрации натрия в осноркош конденсате при изменении присосов охлаждающей воды в конденсатор

M 35т

S 25'

207

§

я 15--1-1-1-1

в 0 005 0 1 0 15 0.2 врекя, ч

Рис 2 Изменение во времени концентрации натрия в питательной воде при изменении концентрации натрия в основном конденсате

Рис 3 Изменение во времени концентрации натрия в котловой воде 1- при расходе прод>вки 0,5%, 2 - при расходе продувки 2% при изменении концентрации натрия в питательной воде

Рис 4 Изменение во времени концентрации натрия в насыщенном паре 1- при расходе продувки 0,5%, 2 - при расходе продувки 2% при изменении концентрации натрия в котловой воде

С точки зрения оперативного персонала ТЭС представляют интерес прогнозируемые расчетные значения содержания натрия по тракту обусловленные внезапными присосами охлаждающей воды в конденсаторе Скорость переходного процесса в значительной степени зависит от типа элемента конденсатно-питательного тракта

С целью исследования влияния экспоненциального изменения концентрации натрия на переходные процессы в основных элементах энергоблока в диссертации представлены аналитические решения уравнений (2, 3) с учетом экспоненциальных изменений концентраций натрия в основном конденсате и питательной воде.

Выполнен сравнительный анализ кривых при ступенчатом и экспоненциальном воздействиях по содержанию натрия в основном конденсате.

'с 0.5 1 1.5 2

врем», ч

Рис. 5. Сравнение кривых разгона концентраций натрия в питательной воде: 1 - при ступенчатом изменении концентрации натрия в основном конденсате; 2 - при экспоненциальном изменении концентрации натрия в основном конденсате.

Проведенные расчетные исследования позволили установить, что учет экспоненциального изменения концентрации натрия в основном конденсате ведет к значительному изменению времени протекания переходного процесса в питательной воде (рис.5, кривая 2).

Изучение поведения гидразина в пароводяном тракте показало, что следы гидразина остаются в котловой воде, и он не разлагается полностью. В связи с этим была разработана нестационарная математическая модель распределения концентрации гидразина в котловой воде барабанного котла, которая базируется на аналитическом решении дифференциального уравнения баланса:

Мк ■ = Д„ • С„ (0 - О0 ■ (К, + р) ■ С„ (г) - Ог:р (0 ■ с„ (/) - М„ ■ К\ • С„„ (0 -

мт-кг-сж{ О,

где С„„.(/)- изменение во времени концентрации гидразина в котловой воде, мкг/кг: С№(0- изменение во времени концентрации гидразина в питательной

воде, мкг/кг, К, - коэффициент распределения гидразина, = к - константа

1/с,

К,

константа скорости

скорости термолиза гидразина, комплексообразования, 1/с

В случае ступенчатого изменения концентрации гидразина в питательной воде решение уравнения (8) примет следующий вид

С„(г) =

+ м„.

д.

(9)

и0 (К,+/>) + />„,мк

На рис 6 представлено изменение концентрации гидразина в котловой воде во времени при различных расходах продувки

2

173+

¡■251 1

I цт 11 > и I > 111 н | ■ 1111

0 05

01 гремя, ч

015

02

Рис 6 Изменение во времени концентрации гидразина в котловой воде 1- при расходе продувке 0,5 %, 2 - при расходе продувке 2 % при сгупенчатом изменении гидразина в питательной воде

Результаты расчета распределения концентрации гидразина в объеме котла показали, что значение концентрации гидразина и время пребывания гидразина не зависят от расхода продувки, так как определяющими факторами являются комплексообразование и термолиз

Также следует отметить, что экспериментальные данные, полученные в ходе исследования ВХР на Черепетской ГРЭС, подтверждают присутствие следов гидразина в котловой воде

Применение математических моделей на ТЭС позволит оперативному персоналу знать тенденцию изменения показателей с целью своевременного обнаружения нарушений ВХР, протекающих в паровом тракте

В третьей главе приведены результаты стендовых исследований. Для моделирования СХТМ в лабораторных условиях на кафедре Технологии воды и топлива был создан специальный экспериментальный стенд По результатам стендовых исследований проанализированы системы сбора, обработки и представления информации по ВХР

Рис 7 Функциональная схема СХТМ стенда

Для непрерывного измерения электропроводимости, концентрации натрия, величины рН, значения окислительно-восстановительного потенциала, концентрации кислорода с помощью соответствующих датчиков на стенде предусмотрена измерительная часть, состоящая из приборов непрерывного контроля за показателями качества пробы Аналоговые сигналы от приборов автоматического химического контроля (АХК), установленных на стенде и измеряющих в протоке параметры контролируемой среды, вводятся в контроллер ТСМ-52 На АРМ оператора-технолога формируется база данных измеряемых величин На мониторе данные отображаются в табличном и графическом виде

На первом этапе экспериментальной работы было проведено испытание системы в режиме реального времени На основании результатов испытаний системы выполнена статистическая обработка данных при вероятности 0,95. Результаты обработки приведены в табл 1

Таблица 1

®ь мкСм /см ®2, мкСм /см мкСм /см ®4, мкСм /см Ер„мВ 02ь укг/кг о1Ъ мкг/кг рН N8, мкг/к г

КАЦ- <т КАЦ-017ТК КАЦ-017ТК КВАРЦ-2 рН-011 КМА-08МЗ МАРК-403 КВАРЦ- рН/2 АН-012

Погрешность канала измерения, о 0,024 0,026 0,028 0,03 8,5 7,9 5,9 0,31 0,391

Погрешность среднего арифметического значения е 0,017 0,019 0,02 0,021 6,1 5,7 4,2 0,22 0,12

Среднее значение параметра, X 0,805 0817 0,825 0,828 602 817,3 731,0 7,30 1,71

Догерителъшлг границы, Хз--с 0 805± 0,017 0 817= 0 019 0,825± 0,02 0,828^ 0,021 602± 6 1 817,3± 5,7 731,0* 4,2 7,3 0± 0,22 1,71± 0,12

На следующем этапе эксперимента выполнен ряд исследований влияния температуры и расхода пробы на показания приборов

В существующих СХТМ расход пробы на каждый прибор АХК составляет не более 5 л/ч с погрешностью ±15 %, а температура пробы 20-35 °С с погрешностью ±2 °С Следует отметить, что выбор указанных ниже диапазонов параметров пробы приближен к реальным показателям На основании проведенных экспериментов установлено, что изменения температуры (+17-+30 °С) и расхода (3-5 л/ч) не оказывают влияния на показания приборов

На стенде изучено вчияние дозирования гидразина на контролируемые показатели качества воды, такие как ОВП, рН и электропроводимость. Проведено 11 серий опытов, целью которых было выявление величины, наиболее быстро реагирующей на возмушение по расходу гидразина

Анализ лабораторных исследований показал, что косвенным показателем, наиболее быстро откликающимся на возмущение, для систем автоматического

дозирования гидразина является окислительно-восстановительный потенциал, что иажно для проведения экспериментов в промышленных условиях

В четвертой главе проведен анализ экспериментальных данных, полученных в ходе исследования ВХР на трех ГРЭС ОАО «Кузбассэнерго» с прямоточными и барабанными котлами в различных режимах работы

Энергоблоки с прямоточными кстлами Беловской ГРЭС на момент обследования эксплуатировались в гидразинно-аммиачном водном режиме с дозированием смеси гидразина в конденсатно-питательный тракт. В этом режиме обеспечивалась защита пассивацией внутренних поверхностей ПВД и котла

В результате проведенных испытаний на Беловской ГРЭС при номинальном режиме работы энергоблока было выявлено отсутствие качественного поддержания концентрации гидразина в заданных пределах по нормам ПТЭ, что подчеркнуло необходимость разработки систем

автоматического дозирования корректирующих реагентов

*

Дозирование гидразина на момент обследования осуществлялось пропорционально расходу питагельной воды. Но поскольку при постоянном расходе (номинальный режим работы энергоблока) меняется качественный состав обрабатываемой воды, в этом случае целесообразно в систему вводить сигнал о значении ОВП Использование концентрации гидразина в качестве регулируемой величины целесообразно, поскольку его концентрация является прямым показателем дозирования гидразина. Однако на отечественных станциях крайне редко используются автоматические анализаторы гидразина из-за дороювизны прибора Поэтому предложены косвенные регулируемые величины, достаточно быстро откликающиеся на возмущение и измеряемые приборами, широко используемыми в СХТМ Проведенные промышленные и лабораторные исследования показали, что такими величинами являются ОВП и концентрация кислорода

200 у

225

Включение НДтдрвзинв госпв питатепьмых насосов

230

вреия ч

—^-величина ОЕП г«татепьиой вою

Рис 8 Экспериментальная переходная характеристика по каналу «расход гидразина - ОВП» Во время испыганий ВХР Беловской ГРЭС получены экспериментальные переходные характеристики по следующим канатам

«расход гидразина - значение ОВП (-205--225 мВ)» (рис 8), - «расход питательной воды - значение ОВП (-87 мВ--105 мВ)», «расход гидразина - концентрация кислорода (53-15 мкг/кг)» На основе результатов проведенных тепло-химических испытаний получены экспериментальные данные, которые позволили разработать системы автоматического дозирования корректирующих реагентов.

Пятая глава посвящена разработке систем автоматического дозирования гидразина в тракт энергоблока Беловской ГРЭС

Анализ динамики каналов регулирования по результатам промышленных испытаний позволил разработать структуру системы автоматического дозирования корректирующих реагентов

С целью определения математических моделей по каналам регулирования «% указателя положения - значение ОВП», «расход питательной воды -значение ОВП» проведены аппроксимации переходных характеристик, передаточные функции которых представлены в следующих видах

и I У {£. г МО

(0275 р + Х) (0095 р +1) ^%ул

0 19е-СП8" г мВ

мВ

0 64 е

-0 03 р

|-мВ ч ^

(И)

(0096 р + 1) (0053 р + 1) - т Определены оптимальные в отношении минимума линейного интегрального критерия настройки пропорционально-интегрального (ПИ) и пропорционального (П) регуляторов при ограничении, налагаемом на корневой показатель колебательности т=0 3665

Расчет границы заданного запаса устойчивости по критерию т произведен на основе метода расширенных комплексно-частотных характеристик

Необходимость использования системы с компенсацией возмущения по расходу питательной воды обусловлена большой инерцией и запаздыванием, которыми обладает первичный прибор измерения ОВП.

Лл

0 \ 1/-' 15 2 25 3

вргмх, ч

Рис 9 Переходные процессы по каналу «расход питательной воды - ОВП» 1- для системы без компенсатора, 2-е компенсатором

Таблица 2

Переходный процесс системы без Переходный процесс системы с

компенсатора компенсатором

Динамическая ошибка регулирования

Ул„„, =0,498 мВ(т/ч) Уаин 2=0,37 мВ/(т/ч)

Степень затухания колебаний

¥ 1=0,84 ¥2=0,85

Время установления процесса

и=2 ч 12=1,7 ч

Использование системы с компенсацией возмущения (номинальный режим работы энергоблока) приводит к снижению динамической ошибки в 1,3 раза, что следует из рассмотрения прямых показателей качества (табл 2). Также

следует отметить, что время установления процесса в системе с компенсацией ниже, чем в системе без компенсации.

Наряду с расчетом одноконтурной системы в соответствии со значением ОВП проведено расчетное исследование системы автоматического дозирования гидразина в соответствии со значением концентрации кислорода.

В результате аппроксимации экспериментальной переходной характеристики получена математическая модель канала регулирования «%

указателя положения - концентрация кислорода»:

____

" (0.429+ (0.17-р + 1)

Проведен сравнительный анализ переходных процессов одноконтурных систем (регулируемые величины: величина ОВП, концентрация кислорода) при номинальном режиме работы энергоблоков.

--

... у-

/ / /V V1 . ]

0 1__ 2-, 3 4 5

вре!г_ч, ч

Рис. 10. Переходные процессы: по каналу «% указателя положения - значение ОВП»: 1 -с ПИ регулятором, 3 - с П регулятором; по каналу «% указателя положения - значение концентрации кислорода»: 2-е ПИ регулятором, 4 - с П регулятором.

Результаты, представленные в графическом виде на рис.10, показали, что переход регулируемой величины от значения концентрации кислорода к значению ОВП позволяет уменьшить динамическую ошибку в два раза при сокращении длительности процесса регулирования также в два раза.

%уп

(12)

Выводы по работе

1 Проведен анализ водно-химических переходных процессов на ТЭС и

показана необходимость использования систем автоматического дозирования

корректирующих реагентов

2 Разработаны математические модели, описывающие поведение примесей, таких как концентрация натрия и гидразина в следующих точках тракта, основном конденсате, питательной воде, котловой воде и насыщенном паре

3 Анализ математических моделей показал, что характер возмущения оказывает влияние на динамические характеристики процессов Отмечено, в частности, что длительность переходного процесса в питательной воде возрастает в 10 раз при учете экспоненциального изменения концентрации натрия в основном конденсате

4 Выявлено существенное влияние расхода продувки на характеристики переходных процессов концентрации натрия в котловой воде и насыщенном паре Отмечено, что принятые нормы по ВХР могут быть выдержаны в результате увеличения расхода продувки котла

5 Разработан и создан экспериментальный стенд, позволяющий в лабораторных условиях моделировать систему химико-технологического мониторинга Проведены стендовые испытания системы и средств химико-технологического мониторинга в режиме реального времени Проведена статистическая обработка данных Расчетным путем установлено, что все показания приборов находятся в допустимых пределах

6. На основе стендовых испытаний исследованы влияния расхода и температуры пробы на показания приборов Установлено, что изменения расхода от 3 до 5 л/ч и температуры от +17 до +30 "С пробы не влияют на показания приборов, что важно для СХТМ создаваемых и эксплуатируемых на электростанциях Отмечено влияние дозирования гидразина на контролируемые показатели качества среды, такие как окислительно-восстановительный потенциал, величина рН и электропроводимость

7. Анализ результатов исследования ВХР энергоблоков ОАО «Кузбассэнерго» в стационарных режимах работы показал необходимость разработки систем автоматического дозирования корректирующих реагентов наТЭС

8 Разработаны системы автоматического дозирования гидразина, позволяющие повысить эффективность работы СХТМ Показано, что применение системы с компенсацией возмущения по расходу питательной воды целесообразно На основе сравнительного анализа одноконтурных систем автоматического дозирования гидразина в соответствии с концентрацией кислорода и значением ОИП отмечено, что регулируемой величиной считать значение ОВП

9 Предложенные системы регулирования могут быть рекомендованы для внедрения на ТЭС в задачах автоматического дозирования корректирующих реагентов с использованием сигналов приборов автоматического химического контроля

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях-

1. Разработка автоматическою регулирования дозирования гидразина в СХТМ / О.В. Егошина, В.Н. Воронов, П.Н. Назареико // «Теплоэнергетика» М.: «Теплоэнергетика» №7 2007 С. 25-27.

2 Результаты стендовых исследований системы химико-технологического мониторинга / О.В. Егошина // «Новое в Российской энергетике» М.: «Энергопресс» №9 2006 С. 21-28.

3 Применение технологии виртуальных приборов National Instruments для комплексной диагностики в СХТМ и обучения студентов / П М Готовцев, О В Егошина // «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments» Сборник трудов международной научно-практической конференции М Изд-во РУДН 2006 С 91—96

4 Химический контроль и мониторинг Сборник лабораторных работ — М Изд-во МЭИ, 2001. — 40 с

Подписано к печати До) Иг, Л —

Печ л ¡^о Тираж (1С Заказ

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13

Введение.

Глава 1 Состояние проблемы по автоматизации и прогнозированию

ВХРТЭС.

1.1 Анализ совершенствования ВХР энергоблоков ТЭС.

1.2 Исследования в области автоматического химического контроля коррекционной обработки питательной воды и конденсата энергоблоков ТЭС.

1.3 Использование средств автоматизации контроля ВХР ТЭС для эффективности контура автоматического дозирования корректирующих реагентов.

1.4 Применение математических моделей распределения примесей по тракту для оценки развития нарушений ВХР.

Глава 2 Математическое моделирование развития нарушений ВХР

2.1. Описание динамической математической модели распределения примеси по тракту энергоблока.

2.2. Уравнение баланса концентрации гидразина в водном объеме котла в нестационарных условиях.

2.3. Аналитическое исследование динамики распределения концентрации натрия по тракту энергоблока.

2.4. Анализ водно-химических переходных процессов на ТЭС.

2.4.1. Влияние ступенчатого изменения присосов на значения концентрации натрия по тракту.

2.4.2. Влияние линейного изменения концентрации натрия в основном конденсате на значение концентрации натрия в питательной воде.

2.4.3. Влияние ступенчатого изменения присосов на значения концентрации натрия с учетом их экспоненциального изменения по тракту.

2.5. Сравнительный анализ переходных процессов с учетом и без учета экспоненциального изменения концентрации натрия в основном конденсате и в питательной воде.

2.6. Результаты расчета концентрации гидразина в водном объеме котла.

Глава 3 Стендовые исследования.

3.1. Задачи исследования.

3.2. Описание экспериментального стенда.

3.3. Средства автоматического химического контроля.

3.4. Результаты стендовых исследований.

3.5. Анализ стендовых исследований.

Глава 4 Промышленные исследования ВХР как объекта контроля и управления.

4.1. Исследования ВХР энергоблоков ОАО «Кузбассэнерго» в стационарных и пусковых режимах.

4.1.1. Промышленные исследования ВХР на Беловской ГРЭС в стационарном режиме работы.

4.1.2. Промышленные исследования ВХР на Томь-Усинской ГРЭС в пусковом режиме работы.

4.1.3. Промышленные исследования ВХР на ЮжноКузбасской ГРЭС в стационарном режиме работы.

Глава 5 Разработка систем автоматического дозирования корректирующих реагентов.

5.1. Результаты расчетов систем автоматического дозирования гидразина в соответствии со значением ОВП.

5.1.1. Описание систем автоматического дозирования гидразина в соответствии со значением ОВП.

5.1.2. Аппроксимация переходной характеристики по каналу «% указателя положения — значение ОВП».

5.1.3. Аппроксимация переходной характеристики по каналу «расход питательной воды — значение ОВП».

5.1.4. Анализ переходных процессов одноконтурной системы дозирования гидразина в соответствии с величиной ОВП.

5.1.5. Анализ системы автоматического дозирования гидразина с компенсацией возмущения.

5.2. Результаты расчета системы автоматического дозирования гидразина в соответствии с концентрацией кислорода.

5.2.1. Описание автоматического дозирования гидразина в соответствии с концентрацией кислорода.

5.2.2. Аппроксимация переходной характеристики по каналу «% указателя положения - концентрация кислорода».

5.2.3. Анализ переходных процессов одноконтурной системы дозирования гидразина в соответствии с концентрацией кислорода.

5.3. Сравнительный анализ одноконтурных систем автоматического дозирования гидразина в соответствии со значением ОВП и концентрацией кислорода.

Выводы.

Список принятых сокращений.

В последнее время происходит реформирование и реструктуризация в системе энерговырабатываюгцих предприятий, что позволяет создавать конкурентные условия на энергетическом рынке Российской Федерации. Подобные условия приводят к существенному повышению требований к надежности работы оборудования и, в частности, к качеству водно-химических режимов ТЭС, что возможно только при внедрении систем контроля и управления ВХР. По данным отечественных исследований и зарубежных публикаций именно эксплуатация СХТМ существенно повышает надежность поддержания основных параметров ВХР в нормируемых диапазонах и приводит к снижению аварийности на ТЭС.

Водный режим является самостоятельной задачей, от решения которой зависит экономичность и надежность работы оборудования не только конденсатно-питательного тракта, но и ТЭС в целом. Опыт эксплуатации показывает, что нарушения водно-химического режима могут приводить к аварийному или преждевременному останову блока. В настоящее время ни один из применяемых на ТЭС водных режимов не обеспечивает в должной мере защиту от повышения коррозии оборудования конденсатного тракта, что негативно отражается на работе котлов и турбин. Поэтому особое значение придается вопросам автоматизации химико-технологических процессов в связи с необходимостью совершенствования водно-химических режимов. Несмотря на применение самых современных средств контроля, эксплуатируемые системы химико-технологического мониторинга используются только в качестве предоставления информации оперативному персоналу, без возможности управления и прогнозирования состояния водно-химического режима ТЭС.

Представленная работа позволяет проанализировать водно-химические переходные процессы на ТЭС, описывающие количественно поведение нормируемых примесей в основных элементах энергоблока и разработать системы автоматического дозирования корректирующих реагентов. Реализация предлагаемых в диссертации решений позволяет значительно повысить эффективность работы системы мониторинга и надежность работы оборудования ТЭС в целом.

На большинстве ТЭС находятся в эксплуатации морально и физически устаревшие системы автоматического дозирования корректирующих реагентов или вовсе отсутствуют. Несмотря на привлечение внимания специалистов ТЭС к управлению и прогнозированию в СХТМ, данные вопросы продолжают оставаться одними из наименее изученных. Задачами данной работы являются:

1. Анализ водно-химических переходных процессов на ТЭС с целью прогнозирования возможных последствий нарушений ВХР, протекающих в тракте энергоблока.

2. Разработка стенда для моделирования СХТМ в лабораторных условиях.

3. Анализ экспериментальных данных, полученных при исследовании ВХР ТЭС в номинальном режиме работы энергоблока, позволивший разработать системы автоматического дозирования корректирующих реагентов.

4. Разработка систем автоматического дозирования корректирующих реагентов с использованием сигналов приборов автоматического химического контроля.

Научная новизна работы представлена результатами исследования ВХР ТЭС с использованием СХТМ. Разработаны системы автоматического дозирования корректирующих реагентов. Разработаны математическая модель динамики развития нарушения ВХР по тракту энергоблока, а также нестационарная математическая модель распределения примеси в котловой воде. Разработан уникальный стенд, имитирующий работу СХТМ в лабораторных условиях. Проведена статистическая обработка данных стендовых исследований.

144 ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ водно-химических переходных процессов на ТЭС и показана необходимость использования систем автоматического дозирования корректирующих реагентов.

2. Разработаны математические модели, описывающие поведение примесей, таких как: концентрация натрия и гидразина в следующих точках тракта: основном конденсате, питательной воде, котловой воде и насыщенном паре.

3. Анализ математических моделей показал, что характер возмущения оказывает влияние на динамические характеристики процессов. Отмечено, в частности, что длительность переходного процесса в питательной воде возрастает в 10 раз при учете экспоненциального изменения концентрации натрия в основном конденсате.

4. Выявлено существенное влияние расхода продувки на характеристики переходных процессов концентрации натрия в котловой воде и насыщенном

I. паре. Отмечено, что принятые нормы по-ВХР могут быть выдержаны в результате увеличения расхода продувки котла.

5. Разработан и создан экспериментальный стенд, позволяющий в лабораторных условиях моделировать систему химико-технологического мониторинга. Проведены стендовые испытания системы и средств химико-технологического мониторинга в режиме реального времени. Проведена статистическая обработка данных. Расчетным путем установлено, что все показания приборов находятся в допустимых пределах.

6. На основе стендовых испытаний исследованы влияния расхода и температуры пробы на показания приборов. Установлено, что изменения расхода от 3 до 5 л/ч и температуры от +17 до +30 °С пробы не влияют на показания приборов, что важно для СХТМ создаваемых и эксплуатируемых на электростанциях. Отмечено влияние дозирования гидразина на контролируемые показатели качества среды, такие как: окислительно-восстановительный потенциал, величина рН и электропроводимость.

7. Анализ результатов исследования ВХР энергоблоков ОАО «Кузбассэнерго» в стационарных режимах работы показал необходимость разработки систем автоматического дозирования корректирующих реагентов на ТЭС.

8. Разработаны системы автоматического дозирования гидразина, позволяющие повысить эффективность работы СХТМ. Показано, что применение системы с компенсацией возмущения по расходу питательной воды целесообразно. На основе сравнительного анализа одноконтурных систем автоматического дозирования гидразина в соответствии с концентрацией кислорода и значением ОВП отмечено, что регулируемой величиной считать значение ОВП.

9. Предложенные системы регулирования могут быть рекомендованы для внедрения на ТЭС в задачах автоматического дозирования корректирующих реагентов с использованием сигналов приборов автоматического химического контроля.

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

СХТМ — система химико-технологического мониторинга;

ВХР - водно-химический режим;

ТЭС — тепловая электрическая станция;

ГРЭС — городская районная электрическая станция;

КВР - кислородный водный режим;

ГАВР — гидразинно-аммиачный водный режим;

УПП - устройство подготовки пробы;

СУПП — система устройства подготовки пробы;

АРДН — автоматический регулятор дозировочного насоса;

АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическими процессами;

НД - насос-дозатор;

АХК - автоматический химический контроль;

УЭП - удельная электропроводимость;

АРМ - автоматизированное рабочее место;

ПНД - подогреватель низкого давления;

ПВД - подогреватель высокого давления;

БОУ - блочно-обессоливающая установка;

ХВО - химическая водоочистка;

АСР - автоматическая система регулирования;

ОВП - окислительно-восстановительный потенциал;

УП - указатель положения;

КЧХ - комплексно-частотная характеристика;

ПИ - пропорционально-интегральный;

П — пропорциональный;

ПЭВМ — персональная электронно-вычислительная машина.