Частотно-управляемый асинхронный электропривод вентилятора декарбонизатора

Надежность и экономичность теплоэнергетических установок и систем теплоснабжения в значительной мере зависят от интенсивности внутренней коррозии оборудования и трубопроводов под действием циркулирующей в них воды. Коррозионная агрессивность воды обусловлена рядом физико-химических факторов, среди которых одним из главных является присутствие в воде растворенных газов. К наиболее распространенным и опасным коррозионно-агрессивным газам относятся кислород и диоксид углерода СО2 (другие назва ния СО2 - свободная углекислота, углекислый газ, угольный ангидрид).

Удаление из воды растворенных газов является важной составной частью технологических процессов подготовки добавочной питательной воды паровых котлов и подпиточной воды систем теплоснабжения. В качестве основного метода удаления растворенных газов используется физическая десорбция (декарбонизация).

Отсутствие строгих требований к массообменной эффективности декарбонизаторов длительное время было связано с тем, что удаление СО2 из подпиточной воды теплосети и добавочной питательной воды котлов достаточно успешно обеспечивалось в применявшихся на второй ступени дегазации термических деаэраторах атмосферного давления.

Непосредственным поводом для исследования декарбонизации и в целом технологии десорбции диоксида углерода стали сезонные затруднения с его удалением при вакуумной деаэрации подпиточной воды на ряде тепловых электростанций. В результате было установлено, что решающая роль в удалении СО2 в водоподготовительных установках с вакуумными деаэраторами должна принадлежать именно декарбонизаторам. Повышение качества их работы позволит повысить эффективность эксплуатации анионовых фильтров и снизить коррозию оборудования и трубопроводов до второй ступени дегазации.

Основным типом декарбонизаторов, применяемых в теплоэнергетических водоподготовительных установках, являются противоточные насадочные декарбонизаторы с кольцами Рашига. Но работе этих декарбонизаторов до недавнего времени уделялось мало внимания, поэтому в литературе нет подробного описания декарбонизатора как объекта управления.

В 1960-е гг. А. А. Кастальским была предложена методика расчета декарбонизатора с учетом полной загрузки вентилятора декарбонизатора [1]. Однако в настоящие время, когда процесс подготовки воды автоматизируется, такая система декарбонизации не приемлема. В. И. Шарапов и М. А. Сивухина предложили производить анализ работы декарбонизатора на основе уравнений регрессии, выведенными ими в результате комплексного анализа работы декарбонизаторов Ульяновской ТЭЦ. Эти уравнения характеризуются линейными зависимостями одних параметров декарбонизации от других [2]. Отметим, что А. А. Кастальским также были предложены соответствующие уравнения, однако они очень сложны для анализа работы декарбонизатора и имеют нелинейный характер.

Рассмотрим уравнение регрессии зависимости остаточной концентрации Сю от параметров декарбонизации. В качестве определяемого параметра эффективности работы декарбонизаторов принято остаточное содержание диоксида углерода в декарбонизированной воде, мг/кг (целевая функция У1). Значения регулируемых факторов приведены в таблице.

В результате обработки матрицы эксперимента было получено следующее уравнение регрессии, адекватно описывающее работу декарбонизатора:

• У , = 6,13 - 2,124А₁ - 3,479А₂ - 0,961 А₃ +

+ 4,372А4-2,57А1А4+1,46А2А4-0,282А3А4 (1)

с дисперсиями воспроизводимости и адекватности соответственно 0,247 5 и 0,142 8. ФакторыА^АуА З в нормированном виде при подстановке в уравнение (1) могут принимать значения от -1 до +1.

Для практического применения уравнений, в том числе для построения графиков - диаграмм режимов работы декарбонизаторов, следует пользоваться формулой перевода значений факторов из нормированного вида в натуральный масштаб:

X ^на - Х+Х. Х ,               (2)

i                                     I где Xi™1 - текущее значение фактораА в натуральном масштабе.

По уравнению (1) получаем А₃(О_в) в функции от У (С£ ), А ( G ),А ( t ),А ( С_с"):

• 1    X L° /7   1Х _И.Б^/’   2^V й^⁷’  4\  0° ⁷

X _ Y - 6,13 + 2,124 - X , + 3,479 - X ₂ - 4,372 - X ₄ + 2,57 - X , X ₄ - 1,46 - X ₂ X ₄ (3)

• ³ =                          - 0,961 - 0,282 - X ₄                           .

На основе уравнения (3) в пакете MatLab была создана модель (рис. 1), состоящая из следующих субсистем:

• -    0 - числитель уравнения (3);

• -    1 - знаменатель уравнения (3);

• -    3,4, 6 - блоки преобразования натуральной величины в нормированную;

• -    5 - блок перевода из нормированной величины в натуральную;

• -    7 - блок перевода расхода воздуха измеряемого в % от номинальной величины в единицу измерения, м³/ч.

Блоки 3-6 получаются на основе уравнения (2) и приведенной выше таблицы.

Рассматриваемая модель позволяет получить требуемый расход воздуха в зависимости от параметров декарбонизации, поэтому она является исходным задающим звеном при автоматизации процесса декарбонизации с участием вентилятора в качестве главного органа, управляющего всем процессом (рис. 2).

Компьютер в полученной системе (см. рис. 2) выполняет две функции: задающую и регулирующую. Для устранения эффекта запаздывания в системе сигналы от первых трех датчиков являются основными, от последнего -корректирующим. В качестве датчиков начальной и остаточной концентрации СО2 может быть использован рН-метр с преобразователем показаний рН в значения концентрации СО2 (при известных щелочности и температуре декарбонизированной воды), а при отсутствии рН-метра концентрация диоксида углерода может быть определена с помощью известных методов химического анализа.

При отклонении показаний датчика остаточной концентрации от заданного значения компьютер выдает управляющие сигналы на преобразователь частоты (задание частотыЦ, и задание напряжения Цзн), который уп-

Регулируемые факторы при определении целевых функций У]*

Показатель для построения уравнения регрессии	С и.в , т/ч	Ав, °C	П в , %	Q0 , мг/кг
Базовое (нулевое) значение X i0	380	25	75	61
Интервал варьирования X ,	180	24	25	50
Обозначение в нормированном виде	X	X 2	X 3	X 4

* В таблице приняты следующие обозначения: G_ив- расход воды, т/ч; t_ив- температура воды, °C; Р _в - расход воздуха, %; С ся_г - исходная концентрация СО₂, мг/кг.

равляет работой вентилятора согласно уравнению (3). Таким образом измененная величина остаточной концентрации СО2 восстанавливается до заданной. Преобразователь частоты выполнен на базе автономного инвер тора напряжения, что позволяет реализовать оптималь ное для вентилятора соотношение задающего напряже-

U„ ния и частоты .

U ³ f

Полученная авторами система управления отличает ся от системы, представленной в [2], тем, что для регулирования расхода воздуха используется система ПЧ-АД, а не задвижка воздуховода, поэтому данная система является более экономичной.