بخشی از مقاله
چکیده
دراین پروژه به تحلیل و بررسی رفتار سیستم کنترل سطح درام بویلر در نیروگاه های حرارتی که دارای دوواحد بخار 368 مگاواتی ودوواحد گازی 32 مگاواتی است پرداختیم. کنترل کننده های PID زیر بنای اصلی اکثر سیستمهای کنترل فرآیندهای صنعتی هستند. لذا تنظیم پارامترهای آنها همواره از مهمترین مسائل مهندسی کنترل بوده است. باتوجه به تاثیر عوامل مختلف بر عملکرد کنترل کننده های PID و تعداد زیاد آنها تنظیم پارامترهای آنها کاری وقت گیر و گاهاً پیچیده و مشکل است.
نیروگاهها از کنترل کننده های PID بطور گسترده بهره می گیرد و موضوع تنظیم پارامترها در آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. پارامترهای سیستم کنترل سطح درام بااستفاده ازروشهای تنظیم کنترل PID ازقبیل زیگلرنیکولز،تیروس لویبن وکنترل مدل درونی - IMC - تعیین می شود که روش IMC از کارآیی بهتری نسبت به دیگرروشها برخورداراست.
کلمات کلیدی-کنترل سطح درام بویلر،نیروگاه حرارتی،کنترل مدل درونی،PID
مقدمه
توان تولید و مصرف برق در هر کشور یکی از شاخصهای پیشرفت صنعتی آن کشور محسوب میشود. در دهههای اخیر نیاز بخشهای صنعتی و غیر صنعتی کشور به انرژی برق رشد چشمگیری داشته است. طبق آمار موجود، مصرف برق در ایران با رشدی در حدود %9 مواجه است. از سویی دیگر متوسط راندمان نیروگاههای بخار در ایران، که سهم زیادی از توان تولیدی در کشور را به عهده دارند، تنها در حدود %31/8 میباشد، همچنین با توجه به هزینه بالای ساخت این نیروگاهها کنترل بهینه عملکرد آنها تحت شرایط مختلف بار حائز اهمیت میباشد.
این امر نیاز به مطالعات گستردهتر در زمینه طراحی، بهینهسازی، ساخت و کنترل نیروگاهها دارد. کنترل سطح آب درام بویلرروی دستگاه لازم وبه تهیه یک بخارثابت کمک می کند.وظیفه کنترلرسطح درام ثابت نگه داشتن سطح درام وسطح بخاربار می باشد.کاهش سطح درام موجب آسیب رسیدن وگرم شدن لوله های بویلرمی گردد.افزایش سطح درام ممکن است با جداسازی رطوبت ازبخاردر درام دخالت کند بنابراین موجب کاهش بازدهی بویلروحمل رطوبت به داخل یاتوربین می گردد.کنترل سطح آب درام بویلر درعملکرد بی خطربویلروتوربین بخارموثرمی باشد.این واحد کنترل قسمت های زیررامی تواند تحت تاثیرقراردهد.
عملکردتنظیم سطح درام،جبران تاثیرات پدیده،کنترل اتوماتیک سطح درام کنترل دستی شیرآب تغذیه درام،عدم تغییرحالت میان مودهای دستی واتوماتیک،نمایش سطح درام وفلوبخار،نشان دادن وضعیت شیرآب ورودی وفلوآب تغذیه،تغییرحالت آلارم های سطح درام کنترل کننده PID، که یک کنترل کننده سه بخشه، شامل بخش های تناسبی، انتگرال گیری، و مشتق گیری است، پر کاربرد ترین کنترل کننده در صنعت است، به طوری که حدود نود درصد کل کنترل کننده های مورد استفاده در صنعت، یا PID هستند، و یا از آن در ساختار های کنترلی دیگر استفاده می کنند.
این امر به تنهایی گویای اهمیت این کنترل کننده است.سه عنصرسیستم کنترل PID یاتنظیم سطح درام باپارامترهای PID مطرح می گردد.این سیستم کنترل ایده آل نمی باشدزیرابهره وثابت زمانی پاسخ سیستم باتغییردربخاربارواغتشاشات تغییرات قابل توجهی می یابند.بنابراین به بعضی کنترلرهای دیگربرای اصلاح کارآیی سیستم کنترل سطح درام نیاز می باشد. کنترل مدل درونی مدلی مبتنی برساختارکنترلری،یک چهارچوب مناسبی را برای برآورده کردن اهدافمان تهیه می کند.
این ساختارIMC ازیک مدل ی استفاده می کندکه به تاثیراغتشاش بی کران روی خروجی اشاره وسپس آن تاثیررابی اثرمی کند.کنترلرشامل وارون مد می باشد.درطراحی روش IMC ،پیچیده گی کنترلروابسته به انحصاری بودن دوعامل مدل وکارایی مورد درخواست می باشد.به علاوه پیشنهادروش ،تهیه تصویری از تاثیرات کنترلرروی کارایی وپایداری می باشد. درهای کنترل صنعتی تکنیک ها ی کنترل مبتنی برمدل در تعقیب setpoint وحذف اغتشاشات باراستفاده شده است.کارپیشنهادی نشان می دهدکه چگونه کنترلرIMC رابرای سیستم کنترل سطح درام بویلربااستفاده ازنرم افزارMATLAB طراحی کنیم.
سیستم کنترل سطح درام بویلر
بنا بر تعریف سیستم های کنترل از اجزائی تشکیل شده اند که در ارتباط با یکدیگر کار خاصی را در جهت هدفی معین انجام می دهند. بنابراین یک واحد نیروگاهی به عنوان یک سیستم تبدیل و تولید انرژی دارای مشخصه های فوق می باشد. هدف از کار نیروگاه تبدیل انرژی شیمیائی موجود در سوخت به انرژی الکتریکی مورد نیاز جامعه است و در این رابطه ورودی اصلی نیروگاه سوخت و میزان انرژی الکتریکی تولیدی خروجی آن میباشند.
بویلر
بویلر های نیروگاهی معمولا از نوع لوله آبی میباشند . بویلرهای نیروگاهی معمولا بر اساس چگونگی گردش آب در داخل بویلر دسته بندی میشوند. در دسته ای گردش آب طبیعی میباشد که بویلرهای گردش طبیعی مینامند . در نوع دیگر که آب بوسیله پمپ میگردد بویلرهای جریان اجباری مینامند. نوع دیگری از بویلرها هستند که در آنها آب در یک مسیر بسته گردش نمیکند بلکه از یک طرف وارد بویلر شده و در عبور از بویلر تبخیر میشود و بصورت بخار سوپر هیت از بویلر خارج میشودکه این نوع از بویلرها را تک مسیره یا جریان گذرا مینامند.معمولا فشار بویلر عاملی است که نوع بویلر را تعین میکند.
در صورتیکه فشار کارکرد بویلر بین 150 bar الی 185 barباشد بویلر جریان اجباری و اگر بین فشارهای 185 bar الی 220 bar - فشار نقطه بحرانی - بویلر جریان گذرا میباشد. - بویلرهای با گردش طبیعی و اجباری Drum دارند ولی در بویلرهای تک مسیره یا گذرا Drum وجود ندارد. - بویلر نیروگاه تبریز از نوع گردش اجباری و درام دار میباشد و چون تمام المانهای حرارتی در یک مسیر قرار دارند این نوع بویلر را نوع برجی نیز مینامند .کوره بعضی از بویلرها نسبت به جو دارای فشار مثبت میباشد که این نوع را کوره تحت فشار می نامند و بعضی از بویلرها دارای کوره تحت خلا میباشند که در آنها محفظه کوره نسبت به جو دارای فشار منفی است.کوره نیروگاه تبریز از نوع تحت فشار میباشد.
درام
درام یکی از تجهیزات اصلی در انواع گوناگون بویلرها میباشد. در درام آب و بخار توسط جداکنندهای آب و بخار از هم جدا میشوند . مخلوط آب و بخار در قسمت بالای دیوارهای آبی وارد لوله های جمع کننده ای بنام هدر شده و از آنجا وارد درام میشود. در درام آب و بخار ازهم جدا شده و بخار به لوله های سوپر هیت هدایت میشود.و آبی که بخار آن جدا شده بهمراه آب تغذیه ورودی از اکونومایزر در ته درام مخلوط و سپس بطرف لوله های پائین آورنده هدایت میشود.
جریان آب توسط شش لوله پائین آورنده از درام به هدر مکش پمپ های آب - - B.C.P هدایت شده و سپس توسط سه پمپ و شش لوله خروجی از آنها به Drum پائین رسانده میشود. و از آنجا به لوله هایی که در چهار دیواره کوره قرار گرفته اند و اصطلاحا لوله های آبی نامیده میشوند هدایت میشود. جریان حاصله در خروجی دیوارهای کوره به چهار هدر خروجی که در بالای بویلر در ارتفاع 50 متری قرار دارند هدایت و از طریق لوله های رابط وارد Drum میشود و در آنجا جدایی آب و بخار صورت میگیرد.
اندازهگیری سطح در کنترل بسیاری از فرایندهای صنعتی حایز اهمیت میباشد. سطح را به روشهای مختلف میتوان اندازهگیری نمود. اگرمقادیراندازهگیری شده نیاز به انتقال به نشاندهنده راه دور نداشته باشند، مقدار سطح را میتوان مستقیماً به وسیله نشاندهنده لوله شیشهای یا به وسیله مانومتر محلی اندازهگیری کرد. گاهی برای اندازهگیری سطح از شناور استفاده میکنند. برای انتقال مقادیر سطح به نشاندهندههای راه دور، از ترانسمیترهایی که بر اساس اختلاف فشار عمل می کنند، میتوان استفاده نمود. در بعضی صنایع از نشاندهندههای سطح از نوع ظرفیت خازنی، اولتراسونیک و رادیوایزوتوپ نیز استفاده میشود.
اندازه گیری فلو
دربسیاری ازپروسه های صنعتی مایل به اندازه گیری وکنترل فلویادبی می باشیم.ازطرف دیگرگاهی کنترل فلو به عنوان یک کمیت اولیه منجربه کنترل کمیت دیگری به عنوان کمیت ثانویه می باشد. فلویادبی به صورت حجمی یاجرمی درنظرگرفته می شود.دبی حجمی مقدارحجم سیال است که درواحدزمان ازیک مقطع لوله عبورمی کندوبطورمشابه دبی جرمی مقدارجرمی است که درواحدزمان ازآن مقطع عبورمی نماید.
کنترل سطح مایع در مخزن بخار
هدف از کنترل مقدار آب ورودی به بویلر ، کنترل مقدار سطح آب ،در مخزن بخار در حد مجاز و موردنظرمی باشد.درصورتیکه سطح مایع درمخزن بخارپایین آید،آب کافی درداخل لوله ها قرار نداشته و بر اثر حرارت دیدن زیاد لولهها ،امکان over heat شدن و خرابی آنها وجود دارد. در صورتیکه سطح مایع در داخل مخزن بخار بالا رود، جداسازی آب و بخار به درستی انجام نمی گیرد و پدیده - کری اوور - پیش میآید و باعث کاهش بازده بویلر میگردد.
