Automatizarea Proceselor Din Centralele Electrice

7/30/2019 Automatizarea Proceselor Din Centralele Electrice

1/37

85

AUTOMATIZAREA PROCESELOR DIN CENTRALELE

ELECTRICE

III.1. Aspecte generaleEnergia electric se produce n instalaii tehnologice, numite centrale

electrice (CE), care utilizeaz diferite forme de energie primar. Dup sursaprimar de energie exist urmtoarele tipuri principale de CE:A.Centrale termice - CT, care utilizeaz drept surs primar de energie

combustibilii fosili (crbune, combustibil lichid, gaze naturale); din aceastcategorie fac parte:

- Centralele termoelectrice echipate cu turbine cu abur CTE;- Centrale electrice cu termoficare sau Centrale electrice cu cogenerare

(adic produc energie electric i termic) CET;- Centrale cu turbine cu gaz CTG;- Centrale cu motoare diesel CTD;- Centrale cu generatoare magneto-hidro-dinamice CMHD;B. Centrale nuclearo electrice CNE, care funcioneaz pe baz decombustibili nucleari;C. Centrale hidroelectrice CHE, care funcioneaz pe baza energiei

hidraulice (poteniale sau cinetice) a cursurilor de ap;D. Centrale electrice eoliene CEE, care funcioneaz pe baza energiei

eoliene (energia vntului);E. Centrale electrice solare - CES, centrale funcionnd pe baza energiei

solare (Heliocentrale);F. Centrale geo termo electrice CGTE, care funcioneaz pe baza

energiei geotermice.Mrimile i elementele ce caracterizeaz n ansamblu o instalaie pentru

producerea energiei electrice sunt urmtoarele:- tipul centralei, n funcie de sursa de energie primar utilizat laproducerea de energie electric;

- ciclul transformrilor energiei primare n energie electric;- rolul centralei electrice n sistemul electroenergetic (de baz, vrf sau

rezerv);- puterea total i puterea unitar a grupurilor centralei;- felul curentului electric generat i frecvena;- tensiunea de producere i tensiunea de livrare a energiei electrice;- factorul de putere nominal.

III.2. Centrale termoelectrice cu aburCentralele termoelectrice cu abur (CTE) produc energie electric sau

energie electric i termic n urma arderii n cazane a unor combustibili (solizi,lichizi, gazoi) i transformarea energiei chimice a acestora n energie termic,urmat de transformarea energiei termice n energie mecanic, prin intermediulturbinelor cu abur i a energiei mecanice n energie electric prin intermediulgeneratoarelor electrice (Fig.3.1).


2/37

86

Fig.3.1. Lanul transformrilor n CTE

Conversia energiei chimice n energie termic se realizeaz, de regul, curandamente de peste 90%, transformarea energiei termice n energie mecanic serealizeaz cu randamente ale ciclului termic sub 50%, iar transformarea energieimecanice n energie electric are randamente de peste 96%. n aceste condiii,randamentul global se apropie cu greu de 40%, bilanul termoenergetic pentru oCTE de mare putere prezentndu-se astfel (valori aproximative) [7]:

- 9% pierderile cazanului;- 2% pierderi prin radiaie;- 47% pierderi prin condensaie;- 2,5% servicii interne;- 1,5% pierderi electrice i mecanice;

- 38% putere util furnizat.Se constat c aprox. 58% din energia consumat reprezint pierderi

datorate proceselor termoenergetice i numai 1,5% sunt pierderi electrice imecanice; rezult deci necesitatea reglrii i automatizrii proceselor termice, nprincipal a cazanelor i turbinelor, pentru o funcionare sigur i cu pierderiminime.

Centralele termoelectrice continu s dein ponderea puterii i cantitiienergiei produse n sistemele electroenergetice, aproape 50% din energiaelectric produs azi n lume fiind obinut n centralele termoelectrice cu abur.

Puterile pe un grup modern cazan turbin generator (la bornelegeneratorului), se ncadreaz ntre (1001000) MW, la parametrii aburului de

(80190) at, temperaturi de (480560) 0C i debite de (2003000) t/h. Pn lacca. 600 MW turbinele se construiesc cu un singur ax, iar peste 600 MW cu douaxe.

Funcionarea CTE are la baz principiul al doilea al termodinamicii,conform cruia o main termic ciclic poate produce lucru mecanic numai daceste n contact cu dou surse de cldur (una cald i una rece), ciclul termicideal fiind format din dou izoterme i dou adiabate (Carnot). Particularitiletermodinamice ale fluidelor de lucru modific substanial forma ciclului termicideal, CTE funcionnd dup un ciclu termic real (Hyrn - Rankine) [7,12,23,26,32].

Schema termic de principiu pentru CTE este prezentat n figura 3.2. ncazanul de abur 1, combustibilul (solid, lichid sau gazos) arde n prezena aerului

introdus din exterior. Aburul supranclzit n supranclzitorul 2 se destinde nturbina 3, lucrul mecanic produs fiind preluat de generatorul trifazat 4 (la 3000rot/min, 50 Hz sau 3600 rot/min, 60 Hz).

Cea mai mare cantitate de abur se condenseaz n condensatorul 5, lapresiunea (0,040,02) at, cldura de vaporizare a acestuia fiind preluat de apade rcire a condensatorului. Pompa de condensat 6 antreneaz apa la degazorul 7,unde se nclzete cu ajutorul aburului din conducta 8, preluat de la o priz aturbinei. Apa nclzit n degazor i evacueaz gazele coninute, iar apoi este


3/37

87

antrenat de pompa de alimentare 10 n cazan, prin intermediul uneia sau maimultor trepte de nclzire regenerativ 11. nclzirea acestor prenclzitoare aleapei de alimentare se face printr-o alt priz de abur, din conducta 9, iarcondensul rezultat este drenat n degazor prin conducta 12.

Fig.3.2. CTE - schema termic de principiu

Randamentul termic al circuitului principal poate fi exprimat prin relaia:

tot

ut Q

Q (3.1)

unde: Qu este cldura util, reprezentnd energia transformat n lucru mecanic;Qtot cldura generat prin arderea combustibilului.

n realitate circuitul termic al CTE este mult mai complex, coninndprenclzitoare de ap, supranclzitoare intermediare de abur, turbin cu maimulte corpuri i alte elemente destinate creterii randamentului.

III.2.1. Reglarea automat a cazanelor cu aburElementul central al sistemului termic este cazanul de abur cu sistemul de

reglare aferent i are sarcina de a produce abur la valori optime ale presiunii itemperaturii i cu debitul solicitat de turbin.

n funcie de circulaia apei n cazan se deosebesc:- cazane cu circulaie natural (cu tambur), n care circulaia apei se

realizeaz datorit diferenei de greutate specific ntre faza lichid i emulsiaap abur;

- cazane cu circulaie forat multipl, n care apa este deplasat n evilefierbtorului cu ajutorul unui sistem de pompe;

- cazane cu circulaie forat unic, n care apa este mpins de pompa dealimentare, parcurgnd sistemul de evi o singur dat, ceea ce nseamn c


4/37

88

vaporizarea apei, uscarea aburului i supranclzirea acestuia se realizeaz de -alungul evilor fierbtoare;

- cazane cu circulaie forat unic cu recirculare, care au intercalate ncircuitul ap abur butelii separatoare, datorit crora vaporizarea are loc la unpunct fix, iar la pornire, apa poate circula din separator ntr-un expandor i apoinapoi n rezervorul degazorului, soluia fiind favorabil funcionrii cu sarcinipariale.

Cel mai utilizat tip de cazan n centralele termoelectrice clasice estecazanul cu circulaie natural (cu tambur), astfel c n acest material se vor facereferiri numai la acesta. Schema de principiu a unui cazan cu circulaie naturaleste prezentat n figura 3.3.

Fig.3.3. Cazan cu circulaie natural

Combustibilul intr prin conducta 1, se amestec cu aerul primarprenclzit i este antrenat prin arztorul 2 spre focarul 3, unde se aprinde.Cldura produs prin ardere se transmite prin radiaie i convecie, la suprafeelede schimb de cldur ale focarului, cptuit cu evile fierbtoare (ascendente) 4.

Apa necesar vaporizrii este antrenat de pompa de alimentare 10,

trecut prin prenclzitorul de ap 9 i trimis n tamburul 6 al cazanului. Dintambur apa coboar liber printr-un sistem de evi (nenclzite) descendente 5 ncolectoarele 14, plasate n exteriorul focarului, apoi intr n evile fierbtoare,unde, datorit cldurii de radiaie se vaporizeaz. Datorit diferenei de greutatespecific ( hg ), amestecul abur-ap se ridic n tambur, unde apa se separ

de aburul saturat, care este antrenat n supranclzitorul de radiaie 7, apoi n celde convecie 8, dup care este dirijat spre magistrala de abur a centralei.


5/37

89

n sistemele n care turbinele au mai multe corpuri, aburul uscat pleac dinsupranclzitorul de radiaie la corpul de nalt presiune al turbinei, unde sedestinde parial, apoi este readus n cazan, la un supranclzitor intermediar situattot n zona de radiaie.

Aerul necesar arderii este aspirat din atmosfer de ventilatorul de aer 12,nclzit n prenclzitorul de aer 13 i antrenat n canalul arztorului.

Gazele arse sunt antrenate i evacuate la co prin ventilatorul de gazearse 11, dup ce, n prealabil, cedeaz cldura supranclzitoarelor,prenclzitorului de ap i prenclzitorului de aer. Cea mai joas temperatur agazelor de ardere la co se nregistreaz la gaze naturale (100110 0C), iar ceamai ridicat la arderea lignitului (140160 0C). Coul de evacuare favorizeaz obun dispersie a gazelor arse n atmosfer i un tiraj natural puternic.

Deoarece la presiuni ridicate circulaia natural nu mai este eficient,aprnd pericolul circulaiei inverse n sistemul fierbtor, a aprut necesitateaintroducerii unor pompe pe evile descendente pentru a asigura circulaia normala apei, obinndu-se astfel cazanul cu circulaie forat (cazan La Mont).

Cazanele cu circulaie natural (cu tambur) i cele cu circulaie forat(fr tambur) posed circuite de reglare automat care prezint uneleparticulariti, datorit unor principii diferite de funcionare.

Sistemul de reglare automat a unui cazan cu circulaie natural trebuie sasigure n principal:

a) Condiii tehnologice:- asigurarea debitului de abur consumat;- meninerea constant a presiunii aburului la ieirea din cazan sau

modificarea ei dup o lege dat, n funcie de sarcin. Depirea presiunii estepericuloas, iar coborrea ei micoreaz calitatea destinderii n turbin;

- meninerea constant a temperaturii aburului la ieirea din cazan,

indiferent de sarcin sau de alte perturbaii. Depirea temperaturii estepericuloas pentru primele palete ale turbinei, iar scderea ei nruteterandamentul turbinei;

- meninerea nivelului apei din tambur ntre anumite limite.Depirea nivelului poate antrena picturi de ap n aburul supranclzit, iarcoborrea lui poate solicita termic evile fierbtoare;

- meninerea constant a unei depresiuni la partea superioar afocarului. Creterea depresiunii duce la creterea debitului de aer rece dinexterior spre focar.

b) Condiii economice:- asigurarea unui regim optim de ardere n focar;

- ineriile echivalente ale cazanului prevzut cu instalaii de reglares fie ct mai reduse.ntr-o form simplificat, un cazan se poate considera alctuit din dou

elemente n serie: focarul i tubulatura cazanului, unde se au n vedereurmtoarele variaii mici, suprapuse peste valorile de regim staionar (nominal)de funcionare (Fig.3.4):

Faer, Fco modificarea controlat a debitului aerului de combustie,respectiv a combustibilului;


6/37

90

Faer z, Fco z perturbaiile interne;Q modificarea corespunztoare a cantitii de cldur produs n focar;Fab variaia debitului de abur cerut de consumator.

Fig.3.4. Cazanul reprezentare simplificat

Exprimarea analitic exact a fenomenelor termice dintr-un cazan estefoarte complicat i se aproximeaz, n general, prin ecuaii difereniale deordinul I sau II, liniarizate n jurul punctului static de funcionare.

Pentru stabilirea principalelor circuite de reglare automat ale unui cazancu circulaie natural, se consider schema bloc simplificat, (Fig.3.5), carecuprinde principalele circuite tehnologice.

Fig.3.5. Cazan schema bloc simplificat

Condiiile impuse n regim staionar circuitelor de reglare sunt:1. - egalitatea ntre debitul de abur produs i cel consumat de turbin,

respectiv Fab = Ft, semnalul reglat fiind Fab;2. - meninerea valorilorP = constanti T = constant. Pentru stabilizarea

lui P, care se consider semnal reglat, se comand fie debitul de abur saturat Fab,fie debitul consumat de turbin Ft, respectiv PFab sau PFt. Sgeata indic

sensul, n timp, de la cauz la efect.

Pentru stabilizarea lui T, care se consider semnal reglat, se comanddebitul de ap, respectiv TFap.

3. - egalitatea ntre cldura preluat prin vaporizare i cldura generatprin ardere n focar. Se consider c debitul de abur saturat se poate regla directprin debitul de combustibil, adic Fab = k1Fco. Dac Fab = Ft = const., atunci,practic, debitul acioneaz proporional asupra presiunii P a aburului, adicP = k2Fco.


7/37

91

4. - pentru o ardere complet, debitul de aer trebuie s fie proporional cudebitul de combustibil, adic Faer= k3Fco;

Deci FcoFaer, dar PFcoastfel c PFaer.5. debitul de gaze arse este proporional cu debitul de aer i debitul de

combustibil, adic Fgaze = k4Faer;n practic se prefer ca debitul de gaze arse s fie comandat n raport cu

depresiunea h din focar, adic hFgaze. Comanda debitului de gaze arse se faceacionnd asupra ventilatorului de gaze arse.

6. trebuie respectat condiia Fap = Fab + Fpurj;n practic se urmrete meninerea nivelului apei n tambur, adic:

H = constant. Deci FabFap sauHFap sau Fab+HFap.7. meninerea unui nivel sczut de salinitate al apei n tambur, respectiv

Sal = const., ceea ce impune una din urmtoarele scheme: SalFpurj sauFabFpurj sau Sal + FabFpurj.

Din analiza condiiilor (17) se constat c un cazan cu tambur poate fi

reglat pe baza urmtoarelor aciuni directe, de la semnalul reglat spre semnalul deexecuie [7]:

PFcoP sau FcoFaerhFgazeFab + HFap (3.2)TFapSal + FabFap.

Din relaiile (3.2) rezult principalele circuite de reglare pentru cazanelecu circulaie natural.

III.2.1.1. Reglarea sarcinii cazanului

n practic, reglarea debitului de abur produs n funcie de debitul aburuluicerut de consumator, se numete reglarea sarcinii cazanului. Meninerea egalitiintre cele dou debite trebuie s se realizeze pstrnd constani parametrii decalitate ai aburului (presiunea i temperatura) i folosind un consum ct mairedus de combustibil.

n regim staionar, debitul de abur Fab al unui cazan fr supranclzireintermediar poate fi exprimat prin bilanul caloric (3.3), n condiiile unui debitde purj nul. Astfel, relaia debit abur debit combustibil este dat de egalitatea:

cazcicoab PFiiFQ 12 (3.3)

n care: Q este cantitatea de cldur generat sau preluat de abur;Fab debitul de abur [t/h];Fco debitul de combustibil [t/h];


8/37

92

i2, i1 entalpia aburului, respectiv a apei de alimentare [kcal/t]; noiuneade entalpie este utilizat n sensul cldurii specifice pe unitate de timp. Valoareaei pentru diferite temperaturi i stri de agregare este dat n tabele;

Pci puterea caloric a combustibilului [kcal/t];caz - randamentul cazanului.

Din relaia (3.3) se constat c ntre debitul de abur produs i debitul decombustibil exist o dependen liniar:

12 ii

PFFfF cazcicocoab

. (3.4)

Semnalele reglate n circuitul de reglare a combustibilului pot fi: presiuneaaburului n tambur i la ieire, debitul aburului, temperatura aburului la ieire isarcina termic a cazanului, Q.

Alimentarea cu combustibil i aer de combustie trebuie s fie n strns

corelaie cu debitul de abur consumat. Debitul teoretic de aer, necesar arderiioptime, poate fi determinat cu relaia:

b

PaFF cicotaer 1000

(3.5)

unde a i b sunt constante date n tabele, n funcie de natura combustibilului ars.

Debitul real de aer prevede un exces de aer , astfel nct:

taerraerFF

(3.6)

Excesul de aer se determin prin msurarea coninutului de O2, CO2 iCO+H2 din gazele arse. Valorile optime ale lui depind de naturacombustibilului, de modul de ardere, de construcia focarului i de sarcinatermic (ex. pentru combustibili gazoi, 1,1 ). Randamentul termic alcazanului, n funcie de coeficientul de exces de aer, prezint un maximdependent de debitul de abur produs.

n regim dinamic, apar variaii ale temperaturii tubulaturii prin care serealizeaz transferul caloric, precum i variaii ale entalpiei apei, ecuaiadiferenial (aproximativ) care descrie aceste fenomene fiind:

apaMab QQQQ (3.7)

n care: Q este debitul caloric introdus [kcal/h];Qab =Fab(i2-i1) debitul caloric evacuat prin aburul viu [kcal/h];QM=GMcMdTM/dt variaia debitului caloric acumulat n masa metalic

[kcal/h];


9/37

93

Qapa =Gapadi/dt- variaia debitului caloric acumulat n apa din cazan[kcal/h];

GM greutatea metalului [t];cM cldura specific a metalului [kcal/t];TM temperatura metalului [

0C];Gapa greutatea apei [t];i entalpia apei n zona de fierbere [kcal/t].

Variaia entalpiei apei i variaia de temperatur a metalului pot ficonsiderate proporionale cu variaia de presiune:

dPP

idi

, (3.8)

respectiv:

dPPTdT

. (3.9)

Pentru variaii mici de presiune se pot accepta ipotezele:

constP

i

i const

P

T

astfel c:

dt

dPKiiFQ Pab 12 (3.10)

n care: KP dP/dtreprezint variaia debitului caloric care se acumuleaz n masametalic i a apei, n regim tranzitoriu.

Viteza de variaie a presiunii aburului n tambur exprim dezechilibrulcaloric ntre debitul caloric introdus n cazan i debitul caloric evacuat prinaburul viu.

Pentru descrierea comportrii n regim dinamic a focarului, fenomenele seaproximeaz prin ecuaii difereniale de ordinul I de forma:

tuKFdtdFT FFF , (3.11)

respectiv prin funcia de transfer:

s

F

F

FF esT

K

sU

sFsH

1(3.12)


10/37

94

n care: Feste cantitatea de cldur introdus n focar (mrimea reglat);uF semnalul de comand, care acioneaz simultan asupra debitului de

combustibil i de aer;KF= Fst/uF0;

TF, - constante de timp dependente de tipul focarului (tipulcombustibilului, modul de antrenare a combustibilului, etc.); pentru gaze cuputere caloric ridicat sec20 .

Calitatea arderii poate fi urmrit fie direct, prin msurarea i meninereaconstant a coninutului de O2 din gazele arse, fie indirect, prin meninerea unuiraport constant ntre debitul de aer i cel de combustibil.

III.2.1.2. Reglarea temperaturii aburului viuCu ct temperatura aburului este mai ridicat, cu att randamentul termic

este mai mare. Depirea unei limite date favorizeaz ns efectul de fluaj (peste5500C). Scderea cu 100C a temperaturii aburului micoreaz randamentul

ciclului termic cu cca. 0,5% i este cauzat de:- creterea debitului de abur consumat;- depunerea de murdrie pe suprafeele de nclzire;- creterea excesului de aer;- creterea temperaturii apei de alimentare.Metodele de stabilizare a temperaturii aburului se bazeaz pe:- injecia de ap de alimentare sau de condensat;- utilizarea de schimbtoare de cldur pentru rcirea aburului;- reglarea debitului de gaze arse a supranclzitorului de convecie;- utilizarea arztoarelor cu unghi variabil;- recircularea parial a gazelor de ardere spre focar.

Metoda cea mai utilizat este injecia de ap sau abur saturat nsupranclzitor, cu reglarea debitului de ap sau abur saturat (Fig.3.6).

Fig.3.6. Schema de reglare a temperaturii aburului viu


11/37

95

Apa de alimentare a cazanului trece prin schimbtorul de cldur 1,condenseaz aburul saturat din conducta 2, care se colecteaz n vasul depresiune 3, la nivel constant, preaplinul fiind evacuat n tamburul 4. Ventilulcomandat de regulatorul de temperatur TC, injecteaz apa condensat n punctulP, situat ntre supranclzitorul de radiaie 5 i cel de convecie 6.

Dintre schemele de reglare a temperaturii aburului supranclzit, cele cuinjecie de ap condensat prezint o mare varietate de soluii. n cele mai multecazuri, regulatoarele sunt de tip PI, iar elementele de execuie sunt ventilele deinjecie a apei condensate. Cea mai simpl schem de reglare este prezentat nfigura 3.7a, dar datorit constantelor de timp mari, performanele dinamice suntreduse. Varianta prezentat n figura 3.7b utilizeaz un reglaj n cascad, ieireadin primul regulator PI fiind semnalul de referin pentru al doilea regulator PI.

a. b.Fig.3.7. Scheme de reglare a temperaturii

Schema bloc corespunztoare acestei variante de reglare este prezentat nfigura 3.8, n care se consider urmtoarele perturbaii de temperatur:

Tp1 la intrarea n primul supranclzitor, naintea punctului de injecie;Tp2 aplicat supranclzitorului datorit perturbaiilor de transfer caloric

prin convecie de la gazele arse sau prin radiaie;

Tp3 aplicat supranclzitorului datorit perturbaiilor debitului de abur.

Fig.3.8. Schema de reglare n cascad

n general, abaterile maxime admise fa de temperatura nominal sunt de 100C, iar n regim dinamic [7]:

- pentru min32500 0max,

0min Cdt

dTCT

adm

;

- pentru min5,1530 0max,

0 Cdt

dTCT

admnom

;


12/37

96

- pentru min5,0650 0max,

0 Cdt

dTCT

admnom

.

Se recomand ca o treapt de nclzire a supranclzitorului s nu aib osupranclzire mai mare de (5060) 0C.

Parametrii cei mai importani ai unui supranclzitor sunt:

- presiunea medie: (40180) at;- temperatura medie: (440540) 0C;- viteza medie a aburului: (1020) m/sec;- diametrul evilor: (2550) mm;- lungimea evilor: (1530) m.III.2.1.3. Reglarea automat a procesului de ardereReglarea procesului de ardere n focarul cazanului const n comanda

alimentrii cu combustibil i aer i comanda tirajului, astfel c sistemul de reglareautomat trebuie s asigure:

- reglarea cantitii de combustibil necesar producerii debitului de aburcerut de consumator (reglarea sarcinii termice);- reglarea cantitii de aer necesar arderii economice a combustibilului;

- meninerea constant a depresiunii n partea superioar a focarului;n acest caz, mrimile reglare sunt: presiunea aburului (la ieirea din

cazan, n conducta colectoare sau n tamburul cazanului), raportul economic aer-combustibil i depresiunea n partea superioar a cazanului.

n schema din figura 3.9, semnalulxFcomand n paralel debitul de aeri combustibil, existnd i variante de reglare n serie cu semnalul xFcomandnd debitul de combustibil, care apoi comand debitul de aer (sau invers).

Fig.3.9. Schema de comand n paralel pentru Faeri Fco

n schemele de reglare directe semnalul intensitii focului xF, comandn mod proporional regulatoarele de aer i combustibil.

Perturbaiile principale care pot interveni sunt variaiile debitului decombustibil i ale debitului de abur cerut de consumator. Perturbaia provenit de

la consumator i concretizat prin modificarea debitului de abur cerut deconsumator este denumitperturbaie extern (perturbaie de sarcin), pentru cacioneaz n afara schemei de reglare. Perturbaia care provine din parteacombustibilului este denumit perturbaie intern, deoarece sistemul de reglareacioneaz chiar asupra debitului de combustibil, pentru a restabili valoareamrimii reglate. Perturbaiile interne care acioneaz asupra sistemului de reglareautomat pot fi cantitative (modificri ale debitului de combustibil, datorit


13/37

97

variaiilor de presiune pe conducta de alimentare) i calitative (modificri aleputerii calorice ale combustibilului).

La funcionarea n paralel a tuturor cazanelor din central pe o conductcomun (colectoare) de abur, o parte din cazane funcioneaz n regim de baz,cu alimentare constant cu combustibil, iar altele formeaz un grup n regim dereglare, care particip la reglarea sarcinii centralei. n acest caz, regulato rul depresiune a aburului menine constant presiunea n conducta colectoare de abur icomand i repartizarea sarcinii ntre cazane.

Presiunea aburului mrimea care sesizeaz cel mai rapid dezechilibrulde sarcin acioneaz ca semnal de intrare pentru regulatorul de sarcintermic, direct sau prin intermediul altui regulator. Semnalul care acioneazasupra regulatorului de sarcin termic este denumit semnal de intensitate afocului. Alegerea locului n care se regleaz presiunea aburului se face n funciede locul de apariie i de natura perturbaiilor, pe baza unor criterii economice ide siguran n funcionare.

n cazul schemei din figura 3.10, regulatorul principal primete ca mrimereglat presiunea P a aburului de pe conducta colectoare i emite semnalul decomand a cantitii de cldur introdus n focar. Semnalele de comandelaborate acioneaz asupra debitelor de aer i combustibil (Faer, Fco).

Fig.3.10. Funcionarea cazanelor n paralel

n practic, exist scheme de reglare care introduc reacii suplimentaredependente de debitul de abur al fiecrui cazan i de variaiile de presiune dinconducta colectoare sau de la turbin.

Reglarea debitului gazelor de ardere urmrete pstrarea unei depresiuni(tiraj) de cca. (13) mmCol.H2O n partea superioar a focarului, care asigurevacuarea debitului de gaze rezultate din arderea combustibilului. Creterea

depresiunii poate duce la o cretere important a aerului fals, ceea ce micoreazrandamentul cazanului, prin creterea pierderilor prin gazele evacuate i aconsumului de energie electric pentru tiraj.

Funciile de transfer pentru focar pot fi aproximate sub forma:

1}{.

}{.

1

11

sT

K

nLapl

hLaplsH

VGAF (3.13)


14/37

98

1}{.

}.{

2

22

sT

K

FLapl

hLaplsH

aerF (3.14)

n care: h este depresiunea n focar;Faer debitul de aer de combustie;

nVGA turaia ventilatorului de gaze arse.

III.2.1.4. Reglarea debitului apei de alimentareSistemul de reglarea automat a debitului apei de alimentare ndeplinete

urmtoarele funcii:- evit rmnerea evilor fr ap;- asigur debitul de ap necesar vaporizrii;- evit intrarea apei n supranclzitor;- asigur egalitatea debitelor de ap i abur;- menine constant nivelul apei n tambur (eroare admis 75100 mm).Meninerea constant a nivelului din tamburul cazanului este necesar din

motive tehnologice i de siguran n exploatare. Att supraalimentarea ct isubalimentarea cazanului produc perturbaii n funcionarea acestuia i pot punen pericol integritatea instalaiei tehnologice. Prin meninerea constant anivelului n tambur se asigur i echilibrul masic ntre cantitatea de abur produsi cantitatea de ap cu care este alimentat cazanul.

Variantele moderne de reglare utilizeaz reacii n funcie de nivelul L dintambur (mrimea reglat), debitul de aburFab i debitul apei de alimentare Fapa iacioneaz asupra ventilului V de la refularea pompei de alimentare (Fig.3.11).

a.

b.Fig.3.11. Reglarea automat a nivelului n tambur


15/37

99

Aceast schem permite regulatorului s intre n aciune nainte camrimea reglat s fie modificat prin efectul perturbaiilor externe de sarcinsau al perturbaiilor interne datorate pompelor de alimentare. Variaia sarciniicerute de turbin produce un dezechilibru care conduce la modificarea debituluiapei de alimentare pn cnd acesta corespunde noii sarcini. Debitul apei dealimentare se poate modifica fie prin modificarea poziiei ventilului de reglare,fie prin schimbarea turaiei pompei de alimentare.

Mrimile perturbatoare sunt:- debitul de abur produs de cazan;- temperatura apei de alimentare;- debitul apei de purjare;- debitul de gaza arse pentru nclzirea economizorului.Reglarea purjei se aplic numai pentru purje continue, pentru a elimina

din tambur apa cu un bogat coninut de sruri i deci a menine o salinitate sub unanumit nivel impus. Variantele uzuale regleaz debitul purjei, Fpurj n funcie desalinitatea S (cu performane dinamice reduse) sau utilizeaz o reacie n funciede debitul de abur, cu referina dat de salinitate.

III.2.2. Sisteme de gestiune tehnic n centrale termoelectriceComplexitatea procesului tehnologic i a utilajelor din CTE a impus o

modernizare continu a instalaiilor de automatizare i a concepiei de conducereoperativ a echipamentelor. n acelai timp este necesar o mare fiabilitate idisponibilitate att a tuturor componentelor ce formeaz lanul tehnologic ct i acelor care contribuie la funcionarea n siguran a acestora.

Cele mai mari progrese s-au fcut n automatizarea cazanelor, sporindeficiena i micornd cheltuielile de ntreinere, numrul personalului angajat iemisiile toxice.

Acest lucru a devenit posibil prin utilizarea tehnicii de calcul, sub forma:- regulatoarelor implementate soft n microcontrolere, cu redundan dubli tripl;

- soft-urilor de monitorizare i reglaj, care ruleaz pe staii de lucru (staiide inginerie) i pot nlocui un ntreg panou dintr-o camer de comand.

n acelai timp, s-au dezvoltat i celelalte echipamente de automatizare(senzori, elemente de execuie), ntreg sistemul devenind mai fiabil, mai compacti mai ieftin. Se remarc tendina puternic de a trece de la termocentralele pecrbune la cele pe gaz metan, datorit factorului economic i impactului ecologic.

Marile firme (ABB, Hartmann & Braun, Honeywell, Siemens, etc.) auconceput i realizat echipamente i sisteme integrale specifice domeniului

energetic.Ansamblul de servicii asigurate prin sistemele de automatizare iinformatizare, care pot fi interconectate ntre ele i la reele interne sau externe decomunicaie, constituie aa-numitagestiune tehnic [20,40].

Sistemul de gestiune cuprinde o serie de elemente funcionale:- gestiunea tehnic n care sunt incluse, n principal, funciile de prelucrare

i centralizare a informaiilor utile precum i de realizare a interfeei cuutilizatorii;


16/37

100

- automatizarea instalaiei sau a unor pri din instalaie, n funcie derezultatele globale;

- echipamente specifice instalaiei.Concepia sistemului de gestiune presupune o structur ierarhizat, pe

niveluri de funcionare, crora le corespund niveluri de decizie. O astfel dearhitectur ierarhizat cuprinde:

- nivelul echipamentelor (instalaii termice, cazane, pompe, etc.);- nivelul automatizrilor locale, care asigur comenzile echipamentelor

locale precum i msurile locale de programare i optimizare;- nivelul gestiunii tehnice, care permite gruparea informaiilor provenite

de la nivelul automatizrilor locale n unul sau mai multe puncte, asigurndstocarea i transmiterea acestora la distan;

- nivelul utilizrii, care asigur legtura spre reeaua informatic,informaiile i mijloacele de comand fiind utilizate de serviciul de exploatare.

Toate aceste niveluri funcionale sunt percepute i coordonate ladispecerizare, sub form de niveluri de decizie:

- nivelul sursei energetice;- nivelul dispeceratului central, care concentreaz toate datele primite prin

intermediul dispeceratelor locale; pe baza datelor primite transmite noi comenzi,supervizeaz global i optimizeaz funcionarea ntregului proces tehnologic;

- nivelul dispeceratului de zon, care conduce i supravegheazinformaiile primite de pe o anumit arie geografic de la una sau mai multe surseenergetice.

Fluxul informaional se realizeaz prin intermediul instalaiilor locale,echipamentelor de achiziie, transmisie, control i comand, aferente fiecruinivel.

Pentru realizarea automatizrii locale se utilizeaz aparate de msur i

control (AMC) a parametrilor tehnologici, amplasate local, pe conducte i utilaje(traductoare, senzori, contoare, robinete, vane, etc.).Dispeceratele zonale pot supraveghea i controla unul sau mai multe

centrale termoelectrice, permind concentrarea de date la un prim nivel, prinintermediul interfeelor de comunicaie.

n figura 3.12 se prezint schema unui sistem centralizat, care asigurcontrolul, acionarea i gestiunea, fr a avea posibilitatea realizrii reglrii ioptimizrii procesului. Un calculator central primete informaiile din S1, S2, S3,colecioneaz datele primite i le prelucreaz. Informaiile sunt emise denumeroasele traductoare de msur, care citesc temperaturile, presiunile,debitele, etc. Schemele logice compar datele primite cu cele existente i trimit

semnalele de comand n vederea corectrii parametrilor.ntr-un sistem de gestiune descentralizat toate informaiile sunt tratatelocal, calculatorul elaboreaz comenzi i controleaz funcionarea procesului,rezultatele fiind trimise la dispecerat. De asemenea, exist posibilitatea ca toatefunciile logice s fie tratate cu aparatur clasic, iar sistemele de supraveghere igestiune s transmit la centru doar informaiile de stare. ntr-un sistem degestiune descentralizat cu informaii limitate, inteligena sistemului esteconcentrat pe punctul tehnic de supraveghere i gestiune (Fig.3.13).


17/37

101

Fig.3.12. Schema unui sistem centralizat de control

Fig.3.13. Sistem descentralizat cu tratarea local i informaii limitate


18/37

102

Particularitile unei asemenea scheme sunt urmtoarele:- calculatorul central asigur automat toate funciile de reglare,

programare, nregistrare, efectuare de calcule de consum i randament; - datele primite din proces (cazane, grupuri, pompe, etc.) sunt prelucrate i

comparate cu valorile lor de referin, acionndu-se automat pentru (re)stabilirearegimului normal de funcionare;

- datele legate de gestiunea energiei sunt retransmise centrului de recepiepentru a fi memorate n vederea unei prelucrri ulterioare.

Sistemul de gestiune descentralizat cu posibiliti multiple permite unansamblu de operaii ca: pornirea cazanelor n cascad, schimbri de turaii,optimizarea condiiilor de pornire, transmiterea datelor de la punctul tehnic ladispecerat, pentru memorare, prelucrare i nregistrare, etc.

III.2.2.1. Sistemul de gestiune tehnic - CTE IernutCentrala Termoelectric Iernut (Mure) (Fig.3.14) asigur producerea

energiei electrice n generatoare i livrarea acesteia prin transformatoareleridictoare de tensiune spre barele de 110 kV i 220 kV ale SEN, avnd o putereinstalat de 800 MW, realizat cu 6 grupuri energetice (4 grupuri de 100 MW i2 grupuri de 200 MW) [40,49].

Fig.3.14. Distribuia principalelor CET i CTE din Romnia

CTE Iernut este echipat cu 4 cazane cu circulaie natural d e 330 t/h, ncare se produce aburul supranclzit la 550 0C i 13,8 MPa, pentru 4 turbine,respectiv cu 4 cazane cu strbatere forat de 320 t/h, n care se produce aburul


19/37

103

supranclzit la 550 0C i 13,8 MPa pentru 2 turbine (cte 2 cazane pe grup).Toate cazanele utilizeaz pentru ardere gazul metan.

Aburul livrat de cazane antreneaz rotoarele turbogeneratoarelor pentru aproduce la bornele acestora energie electric ce urmeaz a fi transmis n SENprin intermediul transformatoarelor ridictoare de tensiune de 13,8/110 kV,13,8/220 kV i 15,75/220 kV.

Apa brut se capteaz din rul Mure i se folosete pentru condensareaaburului destins la ieirea din corpul turbinelor, completarea pierderilor dinturnurile de rcire, prepararea apei demineralizate i prepararea apei pentrucircuitele de termoficare i ap cald menajer.

La CTE Iernut, conducerea operativ a grupurilor energetice echipate cucazane este organizat pe mai multe niveluri i cuprinde ansamblul activitilordesfurate de ctre personalul de exploatare cu ajutorul instalaiei deautomatizare pentru a conduce procesul tehnologic n toate regimurile defuncionare.

Structura ierarhic pe baza creia este organizat ntreaga conducereoperativ este urmtoarea:

Conducerea individual local la acest nivel sunt cuprinse operaiiindividuale simple, de supraveghere, executate local de personalul din instalaie

n perioadele de pornire, revizie, probe sau cazuri de avarii.Conducerea de la tablourile de comand locale acest nivel de

centralizare local se organizeaz pentru unele instalaii sau utilaje auxiliarecomplexe. Tablourile de comand locale pot fi ncadrate ntr-o structur deconducere organizat sau pot constitui un nivel de conducere independent.

Conducerea centralizat din camera de comand la acest nivel suntcentralizate majoritatea operaiunilor de conducere pentru instalaiile principale ipentru instalaiile auxiliare de complexitate ridicat. Operaiunile de conducere

sunt supravegheate de ctre personalul de exploatare permanent.Conducerea din camera dispecer ef de tur coordonarea operaiunilorde conducere pe ansamblul termocentralei se efectueaz de ctre dispecerul efde tur. Nivelurile de conducere subordonate sunt: camera de comand itablourile de comand independente funcional iar nivelurile de conduceresupraordonate sunt dispecerul energetic (teritorial sau naional) i/sau dispecerulzonal de termoficare.

CTE Iernut este echipat parial cu un sistem de automatizare i controlABB (Advant Power), complet ierarhic. Nivelurile acestui sistem sunt prezentate

n figura 3.15.Centrul de control se afl n camera de comand, supravegherea i reglajul

procesului tehnologic fiind concentrate pe dou calculatoare la fiecare grupenergetic. n camera de comand se afl i staia de inginerie care asigurreprogramarea regulatoarelor. Staia de inginerie este de fapt un PC configuratpentru sistemul de operare Windows i ruleaz mediile de programare AMPL iAdvaSoft.

La primul nivel sunt poziionate elementele de execuie (electrice) isenzorii. La acest nivel se gsesc i elementele de control de la distan de tipS800, controlere de tip Advant Controller AC70, AC110, respectiv interfeele


20/37

104

pentru conectarea cu calculatoarele portabile de tip Advant Station AS100,folosite pentru diagnostic, control i revizie. Controlerele ofer o gam total defuncii de proces i control, cu protocoale pentru transmisie serial de date(proprii ABB). Acest nivel are o magistral proprie de tip Advanced FieldbusAF100, cu max. 80 de noduri, redundant. Redundana este realizat prindublarea fiecrui controler i prin autodiagnosticarea implementat n controlere.

Fig.3.15. Sistemul de automatizare ABB

Al doilea nivel este cel al controlerului de proces, care are o magistralproprie, de tip MB300. Elementele incluse sunt controlere AC450, AC410 istaii de lucru AS100. Controlerele de la acest nivel conin regulatoarele soft.

Al treilea nivel este cel al supravegherii operaiunii, adic nivelul camereide comand, de unde se face majoritatea interveniilor i reglrilor.

Cel mai nalt nivel este cel al reelei locale administrative, cu rol desupraveghere, de aici nefiind posibil nici un fel de control. De la acest nivel setrimit indicaiile cu privire la capacitatea la care trebuie s funcioneze centrala.

Pentru exemplificare, n figurile 3.16 i 3.17 se prezint circuitul aeruluide ardere pentru un cazan, respectiv schema de reglare a sarcinii unui bloc, aacum sunt prezentate la nivelul camerei de comand.


21/37

105


22/37

106

Fig.3.16. Circuitul aer Cazan A

Fig.3.17. Schema de reglare a sarcinii


23/37

107

III.3. Centrale electrice cu termoficare

Randamentul general al unei CTE se menine la valori sczute datoritrandamentului ciclului termic care este sczut, prin nsi principiul su defuncionare. n conformitate cu diagrama Rankine, randamentul ciclului termic alunei centrale termoelectrice cu condensaie se poate exprima n funcie decantitile de cldur schimbate de cele dou surse de cldur: sursa cald carecedeaz cldura Q1 i sursa rece creia fluidul i cedeaz cldura Q2, pierdut defapt. Diferena Q1-Q2 (care este mai mic de 50% din Q1), se transform n lucrumecanic util [12,15,32,39].

1

21

Q

QQt

(3.15)

Acelai randament se poate exprima n funcie de ariile corespunztoarecantitilor de cldur primite de la sursa cald, respectiv cedate sursei reci sau nfuncie de entalpiile diverselor stri.

n condiiile n care randamentul global este sczut, se impune adoptareaunor msuri pentru mbuntirea randamentului ciclului termic. Aceste msuriacioneaz fie pentru creterea lui Q1, fie pentru micorarea lui Q2 i anume:

- ridicarea parametrilor iniiali ai aburului (creterea presiunii iniiale aaburului, creterea temperaturii iniiale, creterea simultan a presiuniii temperaturii iniiale);

- supranclzirea intermediar (direct, cu focar separat);- utilizarea ciclurilor suprapuse;- utilizarea ciclurilor binare;- prenclzirea regenerativ a apei de alimentare;- termoficarea.III.3.1. Creterea randamentului termic prin utilizarea termoficriiTermoficarea pleac de la ideea utilizrii cldurii Q2 n procese de

nclzire industrial (centrale de termoficare industrial) sau urban (centrale determoficare urban). O astfel de central cu termoficare (CET) produce attenergie electric ct i cldur. Teoretic, n aceast variant, randamentul cicluluitermic poate ajunge la 100%; practic, sunt necesare calcule tehnico-economice,cu privire la investiiile suplimentare implicate.

La o central cu termoficare urban sau industrial, o parte din cdereadisponibil de entalpie a aburului nu se folosete pentru producerea de energieelectric, ci pentru furnizarea de cldur consumatorilor. n mod contient se

accept o micorare a cantitii de energie electric produs, pentru ca, n schimb,s se efectueze n mod economic diferite procese de nclzire.

Presiunea pn la care se destinde aburul nainte de a ceda cldura depindede condiiile de exploatare ale consumatorilor. Cea mai mare destindere esteposibil la CET urban, deoarece instalaiile de nclzire racordate la ele aunevoie de temperaturi de pn la 180 0C. La CET industrial, care furnizeazcldur pentru procese industriale (diverse transformri chimice), presiunea


24/37

108

aburului trebuie s fie n mod corespunztor mai ridicat, iar cderea de entalpiecare se transform n lucru mecanic trebuie s fie micorat corespunztor.

O problem important a utilizrii termoficrii este legat de faptul c, ngeneral, pe parcursul unei zile, curbele de sarcin termic i electric nu coincid;o concordan mai bun se constat la consumatorii industriali de energietermic. Pentru aprecierea gradului de termoficare se utilizeaz indicele determoficare, care msoar energia pe care o produce fiecare gigacalorie produs:

T

TT Q

Pi (3.16)

unde: PTeste energia electric produs [kWh];QT energia termic produs [Gcal].

Indicele de termoficare depinde de cderea de entalpie pn la obin ereaaburului de nclzire, adic de parametrii aburului viu i ai aburului de nclzire.

Livrarea cldurii la consumator se poate face cu ajutorul turbinelor cucontrapresiune sau al turbinelor cu condensaie i prize reglabile de abur.n primul caz, debitul de abur al turbinei i deci puterea sa este

determinat de temperatura de ducere a agentului termic. ntruct aceasta variazn funcie de temperatura exterioar, turbina funcioneaz cu contrapresiunevariabil, adic cu contrapresiune mai mare cnd temperatura exterioar estesczut i invers. Regimul cu condensaie i prize ofer posibilitatea, dacstructura intern a centralei este corespunztoare, s se furnizeze cldur ienergie electric n orice proporii, putndu-se ajunge chiar la acoperirea sarciniimaxime de nclzire concomitent cu sarcina maxim electric la borne.

n varianta prezentat n figura 3.18, turbina nu are condensator i se mai

numete turbin cu contrapresiune. Aburul se destinde n turbin pn la oentalie i2, situat nc n zona aburului supranclzit, i este trimis laconsumatorul de cldur; condensatul se ntoarce apoi n circuitul termic.Teoretic, cldura transformat n lucru mecanic i cldura folosit deconsumatorul de cldur pot egala cldura Q1, primit de la combustibil n cazani randamentul poate ajunge la 1.

n varianta prezentat n figura 3.19, termoficarea este realizat cu oturbin cu condensaie i prize reglabile pentru consumatorii industriali decldur (ex. 515 bar i peste 200 0C) i pentru consumatorii urbani (ex.0,52,5 bar i cca. 100 0C). Chiar dac nu se apropie de 1, randamentul termic alunei astfel de centrale crete substanial cu creterea consumului de agent termic

la prizele reglabile.Echiparea cu turbine de termoficare se face inndu-se seama de natura i

parametrii agentului termic impui de consumatorul de cldur. Astfel, turbina cucontrapresiune se recomand pentru consumuri de abur cu durate anuale deutilizare mai mari de 6000 h. Pentru consumuri de abur cu durate ma i mici ipentru consumul de ap fierbinte se prefer turbinele cu condensaie cu una saudou prize reglabile. ntr-o central electric cu termoficare este posibilinstalarea mai multor tipuri de turbine, astfel c turbina cu contrapresiune va fi


25/37

109

prima ncrcat, urmnd ca diferenele de consum de abur s fie preluate deturbinele cu condensaie i prize reglabile.

Fig.3.18. Schema de principiu a CET turbin cu contrapresiune

Fig.3.19. Schema de principiu a CET turbin cu condensaie i prize reglabile

Realizarea termoficrii este posibil pe trei ci:

- cu abur, n special pentru termoficarea industrial;- cu ap cald (temperatura pe tur 90 0C, iar pe retur 70 0C), utilizatnumai pentru reele scurte;

- cu ap fierbinte (temperatura la ducere 130180 0C, iar la ntoarcere70 0C), fiind cea mai folosit la termoficarea urban n Romnia.

n aceste condiii, avantajele utilizrii termoficrii sunt evidente:- economie de combustibil (aproximativ 100 kg la o Gcal livrat), n

raport cu producerea separat a cldurii;


26/37

110

- reducerea polurii atmosferei, deoarece gazele arse sunt evacuate princouri nalte;

- descongestionarea zonelor urbane prin amplasarea CET n afara oraelor;- uurarea sarcinii consumatorilor.Cel mai important dezavantaj al acestei soluii l reprezint costul reelei

termice de distribuie a agentului termic.

III.3.2. Centrala electric cu termoficare - AzomurePe platforma Combinatului de ngrminte chimice S.C. Azomure

S.A. exist n funciune dou centrale electrice de termoficare industriale, CET1i CET2, care alimenteaz cu energie termic i electric consumatorii proprii iai unor uniti industriale nvecinate. Prin legtura cu Sistemul EnergeticNaional, surplusul de energie electric, sau dup caz, necesarul suplimentar deenergie electric, este cedat sistemului, respectiv primit din sistem [15,39].

Centrala electric cu termoficare, CET 1 este echipat cu 3 cazane cuabur i cu 2 turbine, avnd o putere total instalat de 9 MW, astfel:

- 1 cazan CR 5 de 20 t/h, 36 bar, 435 0C;- 2 cazane CR12 de 50 t/h, 36 bar, 435 0C;- 1 turbin AS 3, 3 MW, cu condensaie i priz ;- 1 turbin AKSR 6, 6 MW, cu priz i contrapresiune.

Centrala electric cu termoficare, CET 2 este echipat cu 5 cazane cuabur CR 12B de 50 t/h, 40 bar, 435 0C i cu 4 turbine, avnd o putere totalinstalat de 19 MW, astfel (Fig.3.20):

- 1 turbin AKTR 4, 4 MW, cu priz i contrapresiune;- 1 turbin AT 3, 3 MW, cu condensaie i priz;- 2 turbine PR 6, 6 MW, cu priz i contrapresiune.

Livrarea aburului la consumatori se realizeaz pe urmtoarele nivele de

presiuni i temperaturi:- 24 bar, 250 0C consumatorii din seciile NRK (azot-fosfor-potasiu) iUree;

- 16 bar, 330 0C consumatorii din seciile Melamin, Azotat III, Uree,Azotat II;

- 11 bar, 280 0C consumatorii din secia Azotat I, platforma nvecinatMIU (Fabrica de pielrie, estoria de mtase i estoria de bumbac);

- 5 bar, 200 0C consumatorii din seciile Azotat I, II, NPK, Amoniac III,IV, Depozitul de ngrminte lichide, consumatori ai fabricii ILEFOR(prelucrarea lemnului) i boilerele de termoficare;

- 2,5 bar, saturat servicii interne.Toate cazanele din CET sunt cu circulaie natural, funcioneaz cu gazenaturale i debiteaz pe bara colectoare de abur viu, din care sunt alimentate

turbinele cu termoficare (instalaii de baz pentru livrarea cldurii) i instalaiilede reducere-rcire IRR (instalaii de vrf). n schema termic de principiu seobserv legtura ntre barele colectoare ale celor dou centrale.

Cazanele CR 12B, sunt protejate cu un nveli metalic i sunt echipate cuarztoare de gaz natural AGP/1000. Pentru fiecare cazan, aerul necesar arderii


27/37

111


28/37

112

este asigurat de un ventilator de aer cu presiunea de 380 mmH 2O, iar evacuareagazelor de ardere se realizeaz cu un exhaustor, care asigur depresiuneanecesar n focar.

Un cazan CR 12B are urmtoarele caracteristici funcionale:- debit nominal: 50 t/h;- debit minim: 20 t/h;- presiune maxim n tambur: 46 bar;- presiune nominal: 40 bar;- temperatura nominal: 450 +10/-15 0C;- temperatura apei de alimentare: 150 +/-10 0C;- temperatura gazelor de ardere, fine focar: 1039 0C;- debit de aer la 50 t/h: 95000 Nmc/h;- debit de gaze arse la 50 t/h: 60000 mmH2O;- presiune gaze naturale n arztormax/min: 3000/300 mmH2O;- consum gaze naturale: 4175 Nmc/h.

Principalii indicatori ai turbinei AKSR 6 sunt urmtorii:- turaia: 3000 rot/min.;- presiunea aburului viu: 11 bar- debitul maxim de abur la priz: 40 t/h;- debitul de abur la priz n rg. economic: 20 t/h;- debitul maxim de abur la contrapresiune: 60 t/h;- presiunea aburului la contrapresiune: 6 bar.

La baza reglrii puterii centralei st curba de sarcin termic, curba desarcin electric fiind asigurat prin legtura la SEN. Fiecare cazan este echipatcu sisteme de reglare pentru: debitul de abur, procesul de ardere, depresiunea nfocar, temperatura de supranclzire a aburului i alimentarea cu ap.

Automatizarea i protecia asigur cazanul mpotriva depirii nivelului

maxim i minim al apei n tambur, depirii limitelor de presiune a gazuluinatural, a nefuncionrii ventilatorului i exhaustorului i stingerii focului nfocar. Turbinele sunt echipate cu urmtoarele sisteme de reglare automat:regulator de vitez cu sincronizator, regulator pentru presiunea aburului la prizi la contrapresiune i sistem pentru decuparea turbinei, n cazul deplasrii axialea rotorului.

III.4. Reglarea turbinelor cu abur i a blocului cazan turbinTurbinele cu abur folosite n CTE sunt de o mare diversitate ca tipuri i

puteri, n funcie de utilizarea lor pentru antrenarea generatoarelor electrice(termogeneratoare) sau pentru antrenarea unor consumatori de putere

(compresoare, ventilatoare).Turbina cu abur transform energia termic a aburului, prin destindere, nenergie mecanic. Pe msur ce aburul se destinde n treptele turbinei, volumulsu specific crete, astfel c pentru tranzitarea debitului de abur de la intrarea nturbin este necesar mrirea dimensiunilor paletelor finale i a diametruluiturbinei, aceasta avnd o form tronconic (Fig.3.21).

Debitul de intrare al aburului se regleaz (prin ventil) fie cu un regulatorelectronic, fie cu unul mecanic centrifugal i ptrunde n camera de distribuie


29/37

113

radial 1; ajutajele 2 asigur destinderea i creterea vitezei aburului. Prima roatcu palete mobile 3 (roat Curtis) este dimensionat pentru temperaturi i presiunifoarte ridicate. Pe carcasa turbinei sunt dispuse grupuri de palete fixe 4, iar perotorul 6 sunt dispuse grupuri de palete mobile 5 ntre care, odat cu destinderea,rezult o succesiune de schimbri de direcie ale jetului de abur. De la burajulturbinei 11, aburul ajunge n condensator. Axul turbinei 7 este legat prin cuplajmecanic cu generatorul [7,12,26,27].

Fig.3.21. Turbina cu abur - schema constructiv

Labirinii de etanare 8 nu permit ptrunderea aerului n interiorulturbinei, n condensator fiind o presiune de cca. 0,04 at i o temperatur de cca.30 0C; labirinii de etanare 9 nu permit ieirea aburului n exteriorul turbinei.Priza de prelevare 10 asigur aburul pentru prenclzirea regenerativ a apei dealimentare, prizele unei turbine putnd fi reglabile sau fixe.

Prizele fixe nu au un organ de reglare, presiunea i debitul aburului laacestea fiind variabile n funcie de sarcina cazanului (ex. priza 10). Prizelereglabile au prevzute organe de reglare care menin presiunea aburului extras lao valoare constant, n orice regim de funcionare a turbinei; aburul extras prinprizele reglabile este folosit n scopuri de termoficare industrial sau urban.

Din punct de vedere al principiului de funcionare de disting:- turbine cu aciune, la care destinderea aburului are loc numai n ajutajele

fixe, montate pe stator, n canalul paletelor mobile realizndu-se numai abaterea

jetului de abur (presiunea rmne constant);- turbine cu reaciune, la care destinderea aburului are loc att n ajutajeleturbinei ct i n paletele mobile ale rotorului;

- turbine combinate, la care primele trepte lucreaz cu aciune, iar ultimeletrepte lucreaz cu reaciune.

Dup traseul parcurs de abur n turbine, de deosebesc:- turbine axiale, n care destinderea aburului are loc n lungul axului;- turbine radiale, n care destinderea aburului are loc perpendicular pe ax.


30/37

114

n funcie de valoarea presiunii aburului la ieirea din turbin, se distingurmtoarele tipuri de turbine:

- turbine cu condensaie, pentru generarea exclusiv de energie electric;- turbine cu termoficare, respectiv:

- cu condensaie i prize reglabile, la care presiunea aburului laieirea din turbin este mai mic dect presiunea atmosferic (Fig.3.22a);

- cu contrapresiune, cu sau fr prize reglabile, la care destindereaaburului se oprete la valoarea de 1,25 bar, aburul evacuat fiind utilizat la unconsumator termic (Fig.3.22b).

a. b.Fig.3.22. Simbolizarea turbinelor:

a. - cu condensaie; b. cu contrapresiune

Turbinele cu abur folosite n CTE sunt construite (de obicei) din maimulte corpuri: de nalt presiune IP, de medie presiune MP i de joas presiuneJP. Cnd aburul din corpul de IP are un volum prea mare este necesar ca acestas fie evacuat prin mai multe ci (fluxuri). Principiul turbinelor cu flux multipluconst n mrirea seciunii de trecere a aburului n ultimele trepte, situaie n careputerea turbinei crete proporional cu numrul fluxurilor.

n figura 3.23 sunt prezentate schemele unor turbine cu dublu flux,

respectiv cu patru fluxuri. n cazul turbinei cu dublu flux, aburul se destinde ncorpul de IP apoi trece, printr-un supranclzitor intermediar, n corpurile de MPi JP i iese pe la capetele corpului de JP. Astfel de turbine se folosesc pentruputeri de (100300) MW. n practic exist i turbine cu ase fluxuri, care sefolosesc la grupurile de (500700) MW.

Pentru puteri mai mari dect cele menionate se utilizeaz soluiiconstructive pe dou linii de arbori cu turaie egal, pe fiecare linie fiind montatcte un generator.

a. b.Fig.3.23. Turbine cu mai multe fluxuri: a.-cu dublu flux; b.-cu patru fluxuri


31/37

115

n timpul exploatrii, puterea turbinei cu abur se poate modifica de la zerola puterea nominal i se poate exprima cu relaia:

tabt iFkP 0 [kW], (3.17)

n care: Fab debitul de abur viu, [Kg/h];i0 cderea adiabatic de entalpie, (fr schimb de cldur cu exteriorul),[Kcal/Kg];

t randamentul efectiv al turbinei.

n conformitate cu relaia (3.17), puterea turbinei se poate modifica pebaza celor dou mrimi: debitul de abur i cderea adiabatic de entalpie. npractic se utilizeaz reglarea cantitativ (numai a debitului de abur) i reglareacalitativ (modificarea debitului de abur i a cderii adiabatice prin laminare).

Schemele de reglare se proiecteaz astfel nct s se realizeze un raportdeterminat ntre puterea dezvoltat de turbin i turaia rotorului acesteia. Astfel,

se definete caracteristica static a sistemului de reglare, ca fiind relaia ntreturaia [rot/min] i puterea [kW] turbinei.Reeaua electric de conexiune la SE impune frecvena sa

turbogeneratorului, iar puterea pe agregat rezult dup statismul ales.Se numete grad de statism (grad de neuniformitate al reglrii), raportul

dintre diferena de turaie ntre mersul n gol, n0 i plin sarcin, nmin i turaianominal, nnom:

nomn

nn min0 . (3.18)

Gradul de statism (de regul, ntre 35%) determin repartiia automat avariaiilor de sarcin ntre agregatele care funcioneaz n SE n regim deinterconexiune.

Abaterile admisibile alefrecvenei, prevzute de norme, sunt sensibil maireduse dect cele admise pentru tensiune (unde se admit abateri de chiar pn la10%). Astfel, se acoper variaii ale frecvenei de cel mult (+/ -) 0,5 Hz fa defrecvena etalon (de consemn) 0f de 50 Hz, revenind procentual o abatereadmisibil de frecven de pn la 1%.

ntre frecven i turaia agregatelor generatoare exist dependena:

60npf

(3.19)

n care:feste frecvena;n turaia agregatului;p numrul de perechi de poli ai generatorului electric.


32/37

116

Reglarea turaiei (vitezei) agregatelor generatoare din centrale serealizeaz automat, cu ajutorul regulatoarelor automate de vitez ale turbinelorcare antreneaz generatoarele sincrone. Pentru a face posibil preluarea univoci modificarea, dup necesiti, a repartiiei mrimilor perturbatoare (ceea ceechivaleaz cu modificarea ncrcrii diferitelor agregate generatoare), reglareaautomat a vitezei (RAV) este o reglare static. Reglarea automat a vitezei aredrept scop meninerea turaiei n limite prestabilite, slab dependent deperturbaia reprezentat de variaia sarcinii active.

Dependena turaie-putere, n cazul folosirii unui regulator automat deturaie (vitez) este dat de relaia:

PP

nnnn

nom

min00 (3.20)

n care: 0n - turaia de mers n gol;

minn - turaia minim, la funcionarea n rg. de sarcin maxim, nomPP .

Schema bloc pentru RAV cuprinde minimum o bucl convenional dereglaj, regulatorul automat de vitez comandnd, prin intermediul elementului deexecuie, mrimea debitului de agent primar.

n RAV se consider inclus i elementul de execuie, respectiv ventilele deadmisie a agentului primar (abur, ap) n turbin.

Considernd funcia de transfer a regulatorului automat de vitez RAV, sHRAV i funcia de transfer a turbinei, sHT se realizeaz schema din

figura 3.24, fiind valabile relaiile:

Fig.3.24. Schema de reglare a turaiei (vitezei)

;1 RAV

RAVRAV

Ts

KsH

(3.21)

T

TT Ts

KsH

1, (3.22)

n care: RAVT este constanta de timp a RAV, cu valorile sTRAV 6,02,0 pentruturbinele cu abur i sTRAV 6,0 pentru cele hidraulice;


33/37

117

)1001( RAVK - factorul de amplificare al reglrii proporionale;

aburtrotKT .158 pentru turbinele cu abur;

TT=(520) s - timpul de accelerare a turbinei, de la o turaie n, la turaianominal nnom, la debit maxim de agent motor admis n turbin;

MP - ocul de putere mecanic.

Abaterea staionar a turaiei este cu att mai mic cu ct factorul deproporionalitate KRAV este mai mare, iar turbina este cu parametri mai ridicai(temperatur i presiune, pentru care KTeste mai mare).

III.4.1. Reglarea turbinelor cu condensaieTurbinele cu abur necesit instalaii care s regleze debitul de abur astfel

nct, n orice moment, puterea dezvoltat s fie egal cu puterea cerut deconsumator, cu meninerea turaiei n limite strnse (Fig.3.25).

a. b.Fig.3.25. Reglarea turbinelor cu condensaie: a. - turbine fr supranclzire

intermediar; b. - turbine cu supranclzire intermediar

Deci, pentru a obine o anumit putere a grupului turbin-generator, seacioneaz asupra ventilelor de reglare ale turbinei i implicit asupra debitului deabur admis n turbin, ca mrime reglat considerndu -se turaia turbinei,respectiv a generatorului. La turbinele cu supranclzire intermediar suntprevzute ventile de admisie la intrarea n corpul de nalt presiune i ventile demodelare la intrarea aburului ntors de la supranclzitor, n corpul de joaspresiune.

Cele mai rspndite regulatoare sunt cele de tip centrifugal (Watt), bazatepe variaia forei centrifuge cu turaia.n funcie de modul n care se transmite semnalul de comand de la

regulator la ventile, sistemele de reglare pot fi:- directe, cnd comanda se transmite prin intermediul unui sistem de

prghii (Fig.3.26a);- indirecte, cnd se utilizeaz servomotoare care amplific semnalul de

comand, folosind o surs de energie din exterior (Fig.3.26b).


34/37

118

a. b.Fig.3.26. Scheme de principiu pentru reglarea turaiei:

a. reglarea direct; b. reglarea indirect

n cazul reglrii directe, la scderea turaiei, sferele regulatoruluicentrifugal 1 se apropie de axa de rotaie, manonul regulatorului coboar i, prinintermediul unei prghii, deschide ventilul de reglare; ca urmare, crete debitulde abur la intrarea n turbin, turaia revenind la valoarea iniial. Schema areavantajul simplitii constructive dar necesit o for mare pentru deschiderea i

nchiderea ventilului de reglare, ceea ce reduce sensibilitatea.Reglarea indirect se utilizeaz pentru turbinele de putere ridicat, unde

forele necesare pentru manevrarea ventilelor sunt mari. Cnd funcionareaturbinei este stabil, pistoanele distribuitorului de ulei 2 acoper canalele careunesc camera distribuitorului cu camera servomotorului 3, situaie n careventilul de reglare are o poziie fix. n funcie de direcia de deplasare amanonului regulatorului, distribuitorul de ulei va permite trecerea uleiului fie ncamera superioar, fie n camera inferioar a servomotorului hidraulicbidirecional, care va deschide sau va nchide ventilul de reglare n scopulmeninerii constante a turaiei turbinei.

Fora de acionare a ventilului de reglare este aproape nelimitat,depinznd de presiunea de ulei i de suprafeele active ale pistonuluiservomotorului hidraulic.

Dac regulatorul centrifugal se nlocuiete cu un regulator electronic,turaia este msurat prin frecvena tensiunii la bornele generatorului, aceastafiind comparat cu o frecven etalon. Abaterea rezultat se prelucreaz dup olege P sau PI, iar semnalul de ieire (o tensiune) se convertete ntr-un semnal

hidraulic (o presiune) care acioneaz asupra elementului de execuie.Sistemul de reglare a turbinelor cu condensaie asigur: creterea turaiei,sincronizarea generatorului la reea i ncrcarea generatorului (n perioada depornire), respectiv reglarea puterii (n perioada de exploatare).


35/37

119

III.4.2. Reglarea turbinelor cu termoficare

Pentru turbinele cu contrapresiune exist dou variante de reglare:A. Grupul livreaz ntr-un sistem energetic puternic, care admite variaii

ale puterii debitate de acest grup n sistem. Reglarea debitului n turbin serealizeaz printr-o reglare de presiune, prin care se asigur p rioritar consumultermic la presiune constant. Modificarea debitului prin turbin modificproporional i energia electric livrat n sistemul energetic. Bucla de turaie arerolul de protecie (Fig.3.27a).

B. Grupul livreaz ntr-un sistem energetic izolat, care impune prioritaracoperirea consumului electric variabil al acestuia. Reglarea sarcinii active seface printr-o bucl de turaie, iar dac nu se poate acoperi simultan i consumultermic, prin scderea presiunii se comand deschiderea staiei de reducere-rcireSRR (Fig.3.27b).

a. b.Fig.3.27. Reglarea turbinelor cu contrapresiune:

a. SE puternic; b. SE izolat

Pentru turbinele cu condensaie i priz reglabil, exist dou variante:A. Grupul livreaz energie electric ntr-un sistem energetic puternic, care

admite variaii ale puterii debitate de acest grup n sistem, deci frecvena i turaiagrupului sunt constante. Reglarea asigur presiunea constant la barele dealimentare ale consumatorului termic CT. n acest caz, regulatorul centrifugal nueste necesar (Fig.3.28).

Pentru a asigura presiunea constant, se utilizeaz regulatorul de presiunecu aciune proporional, care comand ventilul dintre turbina de nalt presiuneIP i cea de joas presiune JP.

B. Grupul livreaz ntr-un sistem energetic izolat, care impune acoperireaconsumului electric variabil al acestuia. Se impune reglarea a doi parametri:presiunea i turaia, ceea ce presupune utilizarea regulatorului centrifugal deturaie care acioneaz asupra debitului aburului de admisie.


36/37

120

Fig.3.28. Reglarea turbinelor cu condensaie i priz reglabil

III.4.3. Reglarea blocului cazan turbin

Schemele de reglare depind de regimurile de funcionare ale acestorblocuri, cele mai importante fiind urmtoarele: regimul n sarcin de baz; regimul la putere constant; regimul de reglare a puterii cu sarcin variabil.n cazul regimului n sarcin de baz presiunea aburului de intrare n

turbin se menine constant prin regulatorul de combustibil BC, iar turaia estemeninut constant, cu un anumit grad de statism, prin regulatorul centrifugal(Fig.3.29a). Dac frecvena sistemului scade, sarcina grupului cazan turbincrete, cu efect de stabilizare a frecvenei.

a. b.Fig.3.29. Scheme de reglare a blocului cazan turbin:

a. - sarcin de baz; b. - putere constant.

n cazul regimului la putere constant, regimul termic al cazanului sefixeaz la un nivel constant (ex. P = constanti B = constant). Pentru limitele


37/37

admise ale turaiei, respectiv frecvenei, bucla de reglare a turaiei nu este nfunciune. Aceasta are rol de protecie, pentru a modifica sarcina cazanului, laabateri ale frecvenei de la valoarea nominal (Fig.3.29b).

n cazul regimului de reglare a puterii cu sarcin variabil, se folosesctrei bucle de reglare:

- n raport cu puterea activ msurat la bornele generatorului;- n raport cu frecvena msurat pe barele centralei;- n raport cu presiunea aburului de intrare n turbin.Toate funciile sistemelor de reglare automat trebuie realizate n

condiiile unor caracteristici precise, cu comenzi locale sau de la distan, manualsau automat.

Automatizarea Proceselor Din Centralele Electrice

Documents

Transcript of Automatizarea Proceselor Din Centralele Electrice