Алгоритмы автоматизированного управления подсистемой пиковой нагрузки в когенерационных системах централизованного теплоснабжения, ориентированные на экономию газа в тепловом генераторе пиковой нагрузки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Алгоритмы автоматизированного управления подсистемой пиковой нагрузки в КСЦТ, ориентированные на экономию газа в тепловом генераторе пиковой нагрузки

Загородних Н.А.

Когенерационные системы централизованного теплоснабжения (далее КСЦТ), особенность которых заключается в комбинированной выработке тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, позволяют сберегать ежегодно до 30 млн. тонн органического топлива благодаря более высокому КПД и низкому расходу топлива по сравнению с раздельной выработкой электрической и тепловой энергии [1].

Рассмотрим одну из возможных структурных схем подсистемы пиковой нагрузки [2], представленную на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема автоматизированного управления подсистемой пиковой нагрузки в составе КСЦТ

1 - ТЭЦ, 2 - прямой трубопровод, 3 - потребители, 4 - обратный трубопровод, 5 - теплообменник, 6 - подающий трубопровод пиковой нагрузки, 7 - первое управляющее устройство, 8 - первый регулирующий орган, 9а и 9б - трубопровод пиковой нагрузки после первого регулирующего органа, 10 - датчик температуры наружного воздуха, 11 - нагнетатель теплоносителя, 12 - второй регулирующий орган, 13 - второе управляющее устройство, 14 - датчик температуры теплоносителя в трубопроводе после потребителей пиковой нагрузки, 15 - датчик температуры теплоносителя в обратном трубопроводе КСЦТ, 16 - тепловой генератор, 17 - трубопровод пиковой нагрузки после теплового генератора, 18 - датчик температуры теплоносителя в трубопроводе после теплового генератора, 19 - трубопровод после потребителей пиковой нагрузки, 20 - потребители пиковой нагрузки.

Недостатком данной системы является то, что при последовательном варианте подключения пиковых нагрузок к системе централизованного теплоснабжения происходит взаимное их влияние друг на друга, а при случайных отключениях потребителей в обратный трубопровод пиковой нагрузки поступает теплоноситель с повышенной температурой, которая частично компенсируется понижением подачи газа в тепловом генераторе, но он остается в рабочем состоянии, т.е. в описанном случае происходит избыточное потребление газа.

Влияние подсистем пиковых нагрузок друг на друга возможно избежать при независимом подключении подсистем пиковых нагрузок к тепловым сетям через регуляторы порционного действия. Обеспечить экономию газа возможно при подключении потребителей пиковой нагрузки по принципиальной схеме, представленной на рисунке 2. Однако, это требует специальных алгоритмов и средств автоматизированного управления процессом передачи тепловой энергии, учитывающих особенности совместной работы ТЭЦ и пиковых нагрузок на единую тепловую сеть.

Рассмотрим структурную схему подсистемы пиковой нагрузки, решающую поставленные проблемы (рисунок 2).

Подсистема пиковой нагрузки, представленная на рисунке 2, в пассивном режиме работает следующим образом. С подающего трубопровода 2 ТЭЦ 1 через регулятор порционного действия 6 в подсистему теплоснабжения пиковой нагрузки поступает квота тепловой энергии на вход теплообменника 7 со стороны ТЭЦ. В начальном положении регулирующие органы 10 и 12 установлены контроллером 18 в такое положение, что регулирующий орган 10 направляет теплоноситель по трубопроводу 8б, а регулирующий орган 12 подает теплоноситель в тепловой генератор 14. Нагнетателем теплоносителя 11 теплоноситель подают в генератор тепловой энергии 14 пиковой нагрузки (подача газа в него отключена), а затем к потребителям пиковой нагрузки 22 по трубопроводу 16.

Рисунок 2 - Структурная схема автоматизированного управления подсистемой пиковой нагрузки в составе КСЦТ, ориентированного на экономию газа в тепловом генераторе

При резком изменении температуры наружного воздуха от ТЭЦ по трубопроводу 2 начинает поступать теплоноситель с измененной температурой в соответствии с температурным графиком, однако изменение температуры теплоносителя в теплообменник 7 подсистемы пиковой нагрузки придет с запаздыванием за счет большой протяженности трубопроводов. термопреобразователь платиновый датчик температура

В этом случае возникает необходимость дополнительного подогрева теплоносителя в генераторе тепловой энергии пиковой нагрузки 14. На вход контроллера 18 поступает сигнал с датчика температуры 17, расположенного в трубопроводе 16 после генератора тепловой энергии пиковой нагрузки 14, при этом, если значение температуры теплоносителя с датчика 17 меньше записанного в память контроллера значения температуры теплоносителя в соответствии с температурным графиком при соответствующем значении температуры наружного воздуха, снятого с датчика 20, контроллер 18 вырабатывает управляющий сигнал на выходе «d» управляющему устройству 13 об увеличении подачи газа в генератор тепловой энергии пиковой нагрузки 14. В том случае, когда значение температуры теплоносителя на датчике 17 сравняется со значением температуры теплоносителя, записанной в память контроллера, контроллером 18 на выходе «b» формируется управляющий сигнал регулирующему органу 13 прекратить подачу газа в генератор тепловой энергии пиковой нагрузки 14. В установившемся режиме возможна такая ситуация, когда потребители пиковой нагрузки потребляют незначительное количество тепловой энергии, при этом в обратный трубопровод подсистемы пиковой нагрузки поступает теплоноситель с завышенной температурой.

В этом случае, если значение температуры теплоносителя с датчика 21, установленного в обратном трубопроводе подсистемы пиковой нагрузки после потребителей пиковой нагрузки 22, больше или равна значению температуры, записанной в память контроллера 18 в соответствии с температурным графиком при соответствующей температуре наружного воздуха (датчик температуры 20), контроллер на выходе «c» формирует управляющий сигнал регулирующему органу 10 направить теплоноситель по трубопроводу 8а и одновременно с этим на выходе «b» формирует управляющий сигнал регулирующему органу 12 направить теплоноситель в обход теплового генератора подсистемы пиковой нагрузки 14. В том случае, когда значение температуры теплоносителя на датчике 21 сравняется со значением температуры теплоносителя, записанной в память контроллера в соответствии с температурным графиком, контроллером 18 на выходе «c» формируется управляющий сигнал регулирующему органу 10 направить теплоноситель по трубопроводу 8б и одновременно с этим на выходе «b» формирует управляющий сигнал регулирующему органу 12 направить теплоноситель через тепловой генератор подсистемы пиковой нагрузки 14 .

Регулирующие органы 10 и 12 выполнены на базе контроллера ТРМ - 32 /3/.

В качестве датчиков температуры использованы термопреобразователи сопротивления платиновые типа ТСП 100 П. Изменение направления потока теплоносителя в большой и малый контуры осуществляется регулирующим клапаном ЕСПА 02 РИ (Ду-50) с электрическим исполнительным механизмом ЕСПА 02 ПВ /4/. Ход клапана 40 мм. Время полного хода 240 с.

Регулирующий орган 10 работает по следующему алгоритму:

где: i - номер позиции регулирующего органа;

- нахождение регулирующего органа в i - й позиции;

- переключение рабочего органа в позицию (положение), при котором поток теплоносителя направляется к трубопроводу 8а;

- переключение рабочего органа в позицию (положение), при котором поток теплоносителя направляется к трубопроводу 8б;

- значения температур датчика 21 и заданного в котроллере значения температуры теплоносителя после потребителей подсистемы пиковой нагрузки соответственно;

- время перехода регулирующего органа из одной позиции в другую, равное 240с.

Регулирующий орган 12 работает по алгоритму (1), исключение составляет то, что в позиции N1 теплоноситель направляют в обход генератора тепловой энергии подсистемы пиковой нагрузки 14, а в положении N2 теплоноситель направляют через генератор тепловой энергии подсистемы пиковой нагрузки.

В качестве регулирующего органа расхода газа 13 использован регулирующий клапан ЕСПА 02 РГ (Ду-15) с электрическим исполнительным механизмом ЕСПА 02 ПВ. Ход штока клапана составляет 15 мм. Время полного хода 60 с.

Регулирующий орган 13 работает циклически по следующему алгоритму:

где: - коэффициент связи между числом импульсов управления двигателем электрического исполнительного механизма с заданной длительностью импульса и величиной перемещения штока клапана;

- коэффициент связи между величиной перемещения штока клапана и объемом подаваемого газа;

- наружная температура в градусах Цельсия;

- значение заданной температуры теплоносителя по температурному графику в градусах Цельсия,

в градусах Цельсия;

- измеренное значение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе пиковой нагрузки датчиком 17 в градусах Цельсия;

- заданная абсолютная погрешность измерения температуры при регулировании, в градусах Цельсия;

- заданное значение приращения объема сжигаемого газа в каждом цикле регулирования в при заданной длительности импульса управления;

- число импульсов управления, соответствующее текущему объему сжигаемого газа, выраженного в количестве значений ;

- число импульсов управления, соответствующее объему сжигаемого газа, подлежащего корректировке и выраженного в количестве значений ;

- знак разности ;

- текущее значение объема газа, подаваемого в тепловой котел, ;

- заданные в контроллере значения температуры теплоносителя после потребителей подсистемы пиковой нагрузки.

Выводы

1. Независимое подключение подсистем пиковых нагрузок к тепловым сетям через регуляторы порционного действия позволяет избежать влияния подсистем пиковых нагрузок друг на друга.

2. Введение регулирующего органа 12 позволяет снизить потребление газа тепловым генератором за счет того, что достаточно горячий теплоноситель не подогревают дополнительно, а подают потребителям подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки “в обход” теплового генератора.

Литература

1. Петров, С.П. Автоматизация когенерационных систем теплоснабжения с распределенными пиковыми нагрузками [Текст]: монография / С.П. Петров; под общ. ред. д.т.н., проф. А.И. Суздальцева - М.: Машиностроение - 1, 2007. - 304 с.: ил.

2. Суздальцев, А.И., Петров С.П., Загородних Н.А. Система централизованного теплоснабжения [Текст] / А.И. Суздальцев, С.П. Петров, Н.А. Загородних. Заявка на полезную модель с положительным решением № 2007147085 от 23.01.2008, ОрелГТУ.

3. Каталог «Измерители температуры, регуляторы, контроллеры для систем отопления, горячего водоснабжения и приточной вентиляции» [Текст] // Контроллер для регулирования температуры в системах отопления и ГВС «ОВЕН» ТРМ-32-Щ 4, 2007. - 2 с.

4. Регулирующий клапан ЕСПА с электрическим исполнительным механизмом [Текст] // Инструкция по монтажу, настройке и эксплуатации. - М: Машиноимпорт, 1999. - 30 с.

Размещено на Allbest.ru