Badania dynamiki i granicznych stanów eksploatacyjnych urządzeń kotłowych

(1)

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: ENERGETYKA z. 127

1996 N r kol. 1350

Zbigniew L. RATAJ

In sty tu t M aszyn i U rządzeń Energetycznych P olitechnika Śląska, Gliwice

BADANIA DYNAMIKI I GRANICZNYCH STANÓW EKSPLOATACYJNYCH URZĄDZEŃ KOTŁOWYCH

S tr e s z c z e n ie . W artyk u le przedstaw iono prace z zakresu opisu dy

n am ik i kotłów z obiegiem n a tu ra ln y m i kotłów przepływowych. Modele dynam iki charakteryzow ały się różnym stopniem złożoności i przezna

czeniem. Um ożliwiają one badanie stanów nieustalonych. Przedstawio

no rozw iązania modeli w dziedzinie czasowej.

O pisano sposób w yznaczenia ekstrem alnych stanów eksploatacyj

nych (m inim alnego i m aksym alnego obciążenia bloku). Omówiono wpływ m inim alnego i m aksym alnego obciążenia bloku n a warunki i p a ra m e try pracy kotła. Podano w skaźniki ekonomiczne pracy bloku i określono zm iany trw ałości w ybranych elem entów kotła w wyniku eks

ploatacji z obciążeniam i innym i niż obciążenie nom inalne.

INVESTIGATIONS OF THE DYNAMIC BEHAVIOUR AND THE EXTREMAL OPERATIONAL STATES OF BOILERS

Su m m ary. In th is paper th e different dynamic behaviour models of th e boiler w ith n a tu ra l circulation and once-through boiler has been described. Some of th is models are sim ply or have distinguish by a very g rea t complexity. Those models can be used a t investigations of non

steady s ta te of boilers and th e ir p arts. The solutions (dynamically responses) of those proposed models are in th e tim e domain.

The m ethod of estim ation of th e lowest possible and greatest loads of 200 MW generating u n its h as been described. The influence of th e low est and th e g rea test load of monoblocks upon a conditions and an operation p a ra m ete rs of OP 650 boilers w ere discussed. The economical p a ra m ete rs as well as a range of th e life tim e lim its for the chosen boiler elem ents operated a t a loads different from the base loads equal 200 MW h as been reported.

(2)

224 Zbigniew L. Rataj

U N TE R SU C H U N G E N D E S DYNAM ISCHEN VERHALTENS UND D E N BE TR IE BS- GRENZZUSTÄNDE VON K ESSELN

Z u sa m m en fa ssu n g . In diesem A ufsatz sind einige Modelle der dynam ischen Eigenschaften n ich t n u r D am pfkesseln m it N a tu ru m la u f als auch D urchlaufkesseln m it ü b erlagertem W asserum lauf be

schrieben worden. Einige von diesen b earbeiteten Modelle sind sehr einfach, aber andere sind seh r kom pliziert. Alle w erden sich durch große A nw endungsbarkeit ausgezeichnet, u nd kön nten in U n te r

suchungen eines n ich tstä tio n a ren Z ustands g en u tzt w erden.

E in V erfahren der E rm ittlu n g einer m inim alen und m axim alen B elastun g des 200 M W - Blocks is t beschrieben worden. Der Einfluß m in im aler u n d m axim aler B elastungen des 200 M W - Blocks a u f den Z u stand u n d D am pfdaten des OP 6 5 0 - D am pferzeugers ist besprochen worden. L ebensdauer einiger ausgew ählten K esselteilen, die m it B elas

tu n g en an d eren als G rund b elastun g aufgesetzt sind, w urde erm ittelt.

1. W p ro w a d zen ie

Kotły parow e i wodne jako urząd zen ia energetyczne podlegają różnym stanom eksploatacyjnym . Do podstawowych stanów należą: rozruch kotła, w łaściw a eksploatacja i wyłączenie kotła. Rozruch kotła i jego zatrzym anie są sta n a m i dynam icznym i, czyli nieustalonym i. Szczególnie w kotłach przezn a

czonych do pracy szczytowej i podszczytowej rozruch i wyłączenie k o tła są częstym i sta n a m i i w ym agają odpowiedniej konstrukcji kotłów. Pom agają tu ta j b ad an ia dynam iki kotłów.

W czasie eksploatacji właściwej wyróżniam y stan y ustalo ne i nieustalone.

Szczególnie interesujące są drugie, n a ogół zw iązane ze zm ianam i obciążeń czynnika roboczego. Zm iany obciążeń w ynikają z konieczności równoważenia mocy cieplnej czynnika roboczego, w ytw arzanej w kotle z mocą odbieraną.

W sta n a c h dynam icznych znam ienne są szybkości zm ian obciążeń, ciśnień i te m p e ra tu r czynnika roboczego oraz te m p e ra tu r m etalu. T em peratury m eta lu nie mogą być dowolne, bowiem decydują o stateczności i stan ie w ytrzym ało

ściowym elem entów kotła.

Opisem zm ian param etrów czynnika roboczego w czasie, jak ie zachodzą w sta n a c h nieustalonych, zajm uje się dynam ika procesów. Podstawowym zad a

niem m odelow ania i sym ulacji dynam iki elem entów k o tła je s t uzyskanie inform acji koniecznych do prawidłowego doboru stru k tu ry i układów regulacji poszczególnych torów kotła. Staw iane w ym agania odnośnie do rozruchu, do

puszczalnych prędkości zm ian mocy oraz zw iązanych z tym gradientów tem peraturow ych w ym agają także bad ań stanów dynamicznych.

Podczas eksploatacji bloków energetycznych w ystępują dwa sta n y granicz

ne: m inim aln a i m aksym alna moc kotła, tu rb in y oraz poszczególnych urzą-

(3)

Badania dynamiki i granicznych stanów. 225

dzeń (m inim alne i m aksym alne obciążenie). B adania przemysłowe takich stanów są niezbędne dla podjęcia decyzji strategicznych, mających określony w ym iar ekonomiczny. W ym agają one długotrw ałych obszernych procedur b a

dawczych.

2. P o d sta w o w e r ó w n a n ia sta n u n ieu sta lo n eg o oraz c h a r a k te r y sty k a sto so w a n y c h m o d eli

Opis stanów procesów przepływowych i cieplnych zachodzących w elem en

tac h kotłów określają trzy podstawowe rów nania. Są to równania zachow ania m asy, pędu i energii. Rów nania te są uzupełniane równaniami sta n u term o

dynam icznego czynnika i rów naniam i określaj ącymi spadki ciśnienia czynni

k a przy przepływie oraz rów naniem dynam iki ścianki. W większości przyp ad ków ba d ań sta n u dynamicznego opis dotyczy modeli jednowymiarowych, czyli zm ian a p aram etrów term odynam icznych czynnika roboczego zachodzi w cza

sie x i wzdłuż wybranej współrzędnej - z. Stosuje się ponadto następu jące założenia upraszczające:

— przew odzenie ciepła w czynniku roboczym w k ieru n k u osiowym pom ija się z uw agi n a m ałą pojemność cieplną (p ara wodna),

— rozkład te m p e ra tu ry w ru ra c h stanow iących elem enty powierzchni ogrze

w alnej ko tła je s t kołowo-symetryczny,

— w ym iana ciepła w ściance i spadki ciśnienia przy przepływie opisane są rów naniam i kryterialnym i i empirycznymi.

Rów nanie ciągłości przepływ u czynnika (zachowania materii) 3p 3(pw) -

3x 3z (1)

Rów nanie zachow ania energii 3 dr P

U + - W1 22 + dz ^pw

f u + - w1 2N + pwg smcp ■3(pw) _ qU

3z A (2)

Rów nanie zachow ania pędu

3(pw) 3 . 2\ • fdp^

3 T + 3 i (p + p w ) + pgSin(p= 3z V A

(3)

(4)

Rów nania sta n u

i = i(p, t)

u = u(p, t) (4)

P = P(P, t) Spadek ciśnienia przy przepływie w ru rze

(5)

Związek m iędzy en ta lp ią i energią w ew nętrzną u = i - ^ Rów nanie dynam iki ścianki k a n a łu (rury)

(6)

O biekty opisyw ane rów naniam i różniczkowymi cząstkowym i (1), (2) i (3) są obiektam i o p a ra m e tra c h rozłożonych (modele nieliniowe). W przypadku uproszczeń polegających n a przyjęciu pojemności skupionych punktow ych uzyskuje się modele o p a ra m etrac h skupionych, opisywane rów naniam i róż

niczkowymi zwyczajnymi (transform ow anym i z rów nań różniczkowych czą

stkowych). Dokładność tak ich modeli je s t w wielu przypadkach niew ystarcza

jąca.

Zastosow anie linearyzacji rów nań nieliniowych powoduje pow stanie modeli liniowych. Modele liniowe zasadniczo służą do b adań dynam iki przy m ałych zm ianach wielkości regulow anych wokół sta n u równowagi. Nie można takich modeli wykorzystywać do badań stanów głębokich zmian (rozruch i wyłączanie).

Modele dynam iki m ożna rozwiązywać n a różne sposoby: w dziedzinie czasu (ch arak tery sty k i skokowe i impulsowe), w dziedzinie częstotliwościowej (cha

ra k te ry sty k i am plitudow o-fazow e i logarytmiczne). Stosowane rozw iązania w dziedzinie częstotliwościowej w ynikają z pow iązań pom iędzy m etodam i a n a litycznym i opartym i n a przekształceniu Laplace’a i Fouriera. U kład rów nań różniczkowych zwyczajnych liniowych m ożna poddać transform acji Laplace’a uzyskując tran sm itan cje. Poddając podwójnej transform acji układ liniowych rów nań różniczkowych cząstkowych także uzyskuje się podwójne transform aty.

Opis u k ład u dynamicznego za pomocą rów nań różniczkowych m ożna roz

wiązywać num erycznie ogólnie znanym i m etodam i (np. R ungego-K utty).

Można prowadzić analizę modeli opierając się n a metodzie przestrzeni stanów.

(5)

3. C h a ra k tery sty k a b a d a ń d y n a m ik i k o tłó w

p r o w a d z o n y ch w Z ak ład zie K otłów i W ytwornic P a ry

W Zakładzie Kotłów i W ytwornic P ary prowadzono od roku 1972 do 1988 b ad an ia dynam iki kotłów, które obejmowały opis własności dynamicznych kotłów parowych z obiegiem natu raln y m i kotłów parowych przepływowych, w tym tak że przepływowych z recyrkulacją w parow niku. Modelowano palen i

sk a węgłowe pyłowe i rusztowe. W paleniskach pyłowych analizowano dyna

m ikę układów z pośrednim zasobnikiem pyłu, układów indywidualnych z m łynam i w entylatorow ym i i pierścieniowo-kulowym i. W paleniskach ru szto wych rozróżniano paleniska rusztow e warstw owe oraz paleniska narzutow e.

W niektórych przypadkach dokonywano syntezy modeli ze strukturam i u k ła dów regulacji i w yznaczano przebiegi regulacji param etrów .

Ponadto zajmowano się zagadnieniam i dynam iki nagrzewania elem entów grubościennych oraz ich optymalizacją. Podejmowano także próby określania w łasności dynam icznych wytwornic pary dla elektrow ni jądrowych.

Zajmowano się różnymi sposobami m odelowania i rozwiązywania rów nań modeli. P unktem wyjścia były zagadnienia klasyczne modelowania, które potem rozwijano i modyfikowano.

B a d a n ia d y n a m ik i k o tłó w z o b ie g ie m n a tu ra ln y m

Pierw sze bad an ia dynam iki i s tru k tu r regulacji podjął autor dla kotła OP 230-2 w zw iązku z koniecznością zam iany młynów bębnowo-kulowych n a m łyny w entylatorow e [1]. B adania obejmowały opis własności dynamicznych k o tła jak o obiektu regulacji ciśnienia p ary i syntezę zamkniętego u kładu regulacji. Model je s t modelem liniowym złożonym z transm itancji wyprow a

dzonych z u k ładu zlinearyzowanych rów nań różniczkowych zwyczajnych.

Przedstaw iono dwa modele, jeden odpowiadający stanowi przed mo

dernizacją in stalacji młynowej i drugi opisujący obiekt po przeprowadzeniu m odernizacji. Ogółem model zaw iera 23 transm itancje. Zastosowano tran sm i- tancje postaci

° lj(S) ( l + TiS) ( l + T J2s)(l + T3s) e T°iS (7) oraz

(8)

(9)

(6)

Podajniki w ęgla modelowano elem entem proporcjonalnym - k,. M łyny mo

delowano w torze węgiel => pył za pomocą tra n sm ita n c ji (5), przyjm ując Tj = Tm oraz T2 = T3 = 0, n a to m ia st w torze pow ietrze => pył węglowy członem różniczkującym rzeczywistym

/-i / _ \ /1 \

= n _{(1 + T}_{m s}₎ (10)

Przepływ w rurociągach modelowano członami opóźniającymi. A kum ulację p a ry modelowano tra n sm ita n c ją (6). Podajniki modelowano jako człony pro

porcjonalne.

Proces generacji p a ry w parow niku modelowano tra n sm ita n c ją postaci (5), a akum ulację m asy p ary tra n sm ita n c ją postaci (7).

M odelowano także zam knięty u k ład regulacji wprow adzając 2 regulatory PID w obwodzie regulacji ciśnienia pary, które modelowano tran sm itan cjam i

G r; (s) - kR

1 + T; S+TdS ( 11)

R ozw iązanie uzyskano stosując m aszynę analogową. O trzym ano 4 odpowiedzi skokowe w yrażające zm iany ciśnień pary za kotłem dla u k ład u otw artego. Dla zam kniętego u k ład u regulacji uzyskano przebiegi zm ian ciśnienia pary, po

zw alające ocenić jakość regulacji przy 10% zm ianie ilości paliw a oraz 10%

zm ianie stop nia otw arcia zaworów turbiny.

W pracy [10] przedstaw iono w yniki b ad ań dynam iki elem entów kotła OP 650 pracującego w układzie blokowym. Model k o tła jako obiektu regulacji ciśnienia p a ry i regulacji tem p e ra tu ry p ary pierwotnej i wtórnej je s t także m odelem liniowym z częściową p aram etry zacją1. Zakres b adań dynam iki obejmował w torze ciśnienia p a ry wyznaczenie odpowiedzi ciśnienia p ary pierw otnej i jej stru m ie n ia przy w ym uszeniach zm ianą stopnia otw arcia za

worów regulacyjnych tu rb in y oraz zm ianą prędkości obrotowej podajników w ęgla (ilości spalanego paliwa). W torze te m p e ra tu ry p a ry pierw otnej w yzna

czano odpowiedzi te m p e ra tu ry p a ry n a w ym uszenie prędkością obrotową po

dajników węgla i zm ianę otw arcia zaworów regulacyjnych turbiny. Z uzyska

nych przebiegów czasowych w w yniku rozw iązania rów nań m odelu stosując aproksym ację kw adratow ą wyznaczono zastępcze tra n sm ita n c je kotła. Postać i w artości niektórych tra n sm ita n c ji zamieszczono w tablicy 1 [10,11],

W p racach [12 i 13] zajm owano się teo rią paleniska narzutow ego w kotłach parow ych i wodnych. W pracy [14] opracowano modele dynam iki kotła ru szto

1 P aram e try za cja polega n a w prow adzeniu zależności współczynników w ystępujących w tran sm ita n cja ch od obciążenia cieplnego.

(7)

wego z paleniskiem narzutow ym , zarówno kotła parowego OR 16, ja k też k o tła wodnego WR 46. Są to modele uproszczone, pseudoliniowe, przy d atn e do oceny zachow ania kotła przy w ym uszeniach ±25%. Oczywiście, um ożliw iają one bad an ia w różnych punktach obciążeń stosując rozw iązyw anie rów nań w żądanych p u n k tac h (zm iana stałych czasowych i współczynników wzmoc

nienia).

T a b lic a 1 P o sta ć i w a r to ść p a ra m etró w n ie k tó r y c h transm itancji m o d e lu k o tła O P 650 Lp. P ostać aproksymowanej

tran sm itan cji

T sec

Toi

sec n ki k2

1

Pr. obr. podajnika w ęgla => ciśnienie p ary za kotłem

G l(s) = Apk(s)= k l e_Tos Anp(s) ( i + Ts)n

165 62 2,5 10,5

M Pa m in/obr -

2

Pr. obr. podajnika węgla => ciśnienie p ary w w alczaku

Apw(s) = k l e_Tos Anp(s) (1 + Ts)n

273 29 1,6 11,7

M Pa m in/obr -

3

Pr. obr. podajnika węgla => strum ień pary

= k l „ e - T - Anp(s) (i + Ts)

195 70 1,8 650

t m in /o b r h -

4

O tw arcie zaw. turb. => ciśnienie pary za kotłem

^ , Apk(s) , k 2 G ńs) - - k i +

Aaz(s) 1 + Ts

365 - - 0,0295

MPa]% ^0,75

5

O tw arcie zaw. turb. => ciśnienie p ary w w alczaku

Apk(s) 1 Tos

5 ( ) Aaz(s) J 1 + Ts

285 15 - 0,01

M Pa1% ^-

6

O twarcie zaw. tu rb . => strum ień p ary a , = f ^ = k , i i - , ‘

Aaz(s) ^ 1 + Ts j

195 70 1,8 650

t m in /o b r h -

7

Pr. obr. podajnika w ęgla =>

te m p e ra tu ra pary

G7(s) = ^ M = k l e_Tos Anp(s) ( i + Ts)n

230 25 3 130

°C m in /o b r -

8

O tw arcie zaw. turb. => te m p e ra tu ra p ary p.p.

C W - j M S - kl

Aaz(s) (i + Ts)

198 29 1,5 0,0715

°C m in /o b r -

(8)

D o z o w n ik

Rys. 1. S tru k tu ra blokowa modelu dynam iki parowego kotła rusztowego z paleniskiem narzutow ym Fig. 1. Dynamie behaviour model of steam boiler w ith spreader stoker furnace

(9)

N a rys. 1 podano jako przykład s tru k tu rę blokową modelu dynam iki p aro wego ko tła rusztowego z paleniskiem narzutow ym [14]. N a potrzeby modelo

w ania dynam iki parow nika w ykorzystano model liniowy statyki w ym iany ciepła w komorze paleniskowej kotła [9].

N a uw agę zasługuje także model kotła wodnego z paleniskiem narzutow ym [14], k tóry je s t znacznie prostszy niż model kotła parowego z paleniskiem narzutow ym - rys. 1. Model opisujący dynam ikę nagrzewania wody w kotle, od te m p e ra tu ry twl do te m p e ra tu ry tw2, może być modelem bardzo prostym , wyprowadzonym z rów nania różniczkowego zwyczajnego, którego rozw iąza

niem są dwie tran sm itan cje o postaci:

„ , ' A W s ) 1 . „ , ' Atw2(s) k2 Gl(s) Atwl(s) Ts + 1 1 ° 1(S) Atwl(s) Ts + 1

B ad ania wykazały, że do pewnych celów model dynamiki kotła wodnego z paleniskiem narzutow ym może być modelem o param etrach skupionych m i

mo istn ie n ia dużych opóźnienień wody podczas przepływu przez kocioł (opóźnienie T0 = l/w, przy czym 1 - długość ru ry w kotle, w - prędkość przepływ u wody w kotle). Model bardziej złożony oparty na układzie rów nań różniczkowych cząstkowych dostarcza rozw iązania w postaci 3 tran sm itan cji [14]. Pierw sza i zarazem główna tra n sm ita n c ja m a postać (13):

Gi(s) - Atw2(s) Atwl(s)

■ TqS -

= e ^T^rs^{+ 1} (13)

gdzie:

sta ła czasowa akum ulacji ciepła w m etalu ru r - TR = my - -

CX2^ClWew

s ta ła opóźnienia transportow ego - T0 = ~ = 'T 1

Dla obciążenia m aksym alnego kotła WR 46: T0 = 150 sek, T R = 4 sek.

Stosując num eryczne odwrotne przekształcenie Laplace’a wyznaczono p rze

biegi czasowe zm ian tem p e ra tu ry wody na wylocie z kotła spowodowane zm ianam i te m p e ra tu ry na dolocie [14].

B a d a n ia d y n a m ik i k o tłó w p r z e p ły w o w y c h

W Zakładzie Kotłów i W ytwornic P ary badania nad dynamiką kotłów prze

pływowych podjęto w 1974. Zw iązane to było z rozpoczęciem budowy elektrow n i wyposażonej w kotły przepływowe system u Sulzer, chociaż w pierwszym podejściu nie modelowano takich kotłów.

(10)

W pracy [3] podjęto próbę usystem atyzow ania istniejących modeli kotłów przepływowych, zarówno kotłów ze zm iennym p u n k tem końca odparow ania (system u Benson, Ramzin), ja k też z ustalonym p un ktem końca odparow ania (system Sulzer). Przeprowadzono analizę modeli: Spliethoffa, A dam sa, Profo

sa, P eterk i, Laubliego i Sierova.

Analizow ano szczegółowo opis odcinków z przepływem je d n o - i dwufazo

wym, dyskutując zagadnienie stabilności przepływ u w kotle podczas rozru

chu. Opracowano założenia dla budowy m odelu dynam iki kotła przepływowe

go dla w arunków rozruchu. Zaproponowano num eryczną m etodę opisu d yna

m iki [2] polegającą n a przyjęciu optym alnego w ektora zm iennych stan u . S tru k tu ra podstaw ow a m odelu złożona była z elem entów podstawowych ZK i elem entów pomocniczych ZPK. Jak o zm ienne s ta n u przyjęto w ektory o składo

wych | m p s | T. Przyjęcie entropii właściwej - s, zam iast entalp ii - i nadaw ało cechy uniw ersalności. Rozwiązanie m odelu uzyskano za pomocą c h a ra k te ry sty k częstotliwościowych.

W pracach [5, 6, 8] przedstaw iono model m atem atyczny dynam iki uk ładu generacji p a ry ko tła przepływowego z recyrkulacją w parow niku. Model n ale

ży do k lasy modeli liniowych i sk ład a się z submodeli o jednolitej postaci.

Służy do b adań zm ian ciśnienia za kotłem , b ad ań zm ian poziomu wody w wodooddzielaczu i doboru n a sta w układów autom atycznej regulacji ciśnienia i zasilania, b a d ań wpływu param etró w instalacji paleniskowej n a zm iany ciś

n ien ia pary, b ad ań dynam iki elem entów kotła w fazie projektow ania. Modele wodoodzielacza, m ieszalnika, pom py cyrkulacji, pompy, parow nika, przegrzewaczy i rurociągów nieogrzew anych tworzyły submodele. W ielkościami wej

ściowymi każdego subm odelu są w ektory trójelem entowe: stru m ień masy, e n ta lp ia i ciśnienie.

Przykładow ą stru k tu rę pewnego subm odelu (podgrzewacza wody) określa rów nanie macierzowe opisujące dynam ikę:

Amw2(s) 1 0 0 Amwl(s) 0

Aiw2(s) = K2 Glr(s) Gfts) 0 Aiwi(s) + Ki G2r(s)

Apw2(s) Kp 0 1 APwi(s) 0

AQBCO(s)| (14)

W m odelu parow nika uwzględniono zmienność stru m ien ia ciepła z wysoko

ścią kom ory paleniskow ej. Wydzielono 1 odcinek podgrzania wody o stałej gęstości i 2 odcinki odparow ania o zmiennej gęstości. M łyny modelowano rów naniam i

AB(s) = , e t«8 Tm AB(s)

k BBl + TMs kB1l + TMs AL^s) (15)

(11)

Poszczególne submodele połączono zgodnie z przepływem sygnałów i od

działyw ań. O trzym any kompleksowy model uzupełniono strukturam i reg u la cji zasilan ia wodą oraz regulacji ciśnienia p ary przed tu rb in ą. Turbinę m ode

lowano rów naniem statyki.

Rozw iązanie m odelu uzyskano opierając się n a program ie symulacyjnym m aszyny analogowej n a m aszynie cyfrowej CEMMA 1204. Otrzymano m iędzy innym i szereg przebiegów pokazujących zm iany poziomu wody w wodoodzie- laczu i ciśnienia p a ry przed tu rb in ą , zarówno dla u k ład u otwartego, ja k też symulowanego działania regulatorów PI i PID w zam kniętym układzie reg u lacji.

W pracy [7] przedstaw iono szeroką analizę szeregu modeli kotłów przepły

wowych stosow anych w technice: Terano, A dam sa, L ittm ana, Davidienko, Ruszczinskiego, Sm irnova, A jzensztata, Vasilijeva, L eithnera, Linzera, Her- brika, Vossa, F renscha, Klefenza, Borsiego, Andersona, H intergrebera, Latze- la, R ubaszkina, B uksztejna, F renkiela, D ettingera, Peterki, Allarda, Doleża- la, V arcopa i Laubliego. Zaproponowano model dla kotła przepływowego BB-1150 Zatonie ze spiralnym układem ru r w parow niku pozbawionego pomp recyrkulacji, m ieszalnika i filtru. Do obliczeń kocioł podzielono na 38 odcin

ków. W obszarze czynnika pierwotnego do wylotu z przegrzewacza p a ry p ier

wotnej wyodrębniono 32 odcinki, n ato m iast w obszarze przegrzewacza pary w tórnej - 6 odcinków.

O pracow any model należy do grupy modeli LO M (Low O rder Model) i je s t specjalnie opracowany dla kotłów przepływowych system u SULZER. Model opiera się n a zdefiniowanych zależnościami całkowymi szeregu stałych czaso

wych w yrażających procesy akum ulacji m asy p ary energii cieplnej oraz p rze

pływ u stru m ien i czynnika (procesy szybki i wolnozmienne): n L, TL, Tg, Tp, kD, Ts, Tt, T r i Ts r .

Definicje stałych czasowych w ynikają z rów nań podanych w [7], W szystkie stałe czasowe liczono dla różnych obciążeń kotła, uwzględniając nieliniowości zw iązane z rów naniam i sta n u p ary wodnej. Program zaw iera 26 segmentów w języku FORTRAN.

4. E k sp lo a ta c y jn e sta n y e k str e m a ln e o b cią żeń k o tłó w

W czasie eksploatacji kotłów w ystępują stan y ekstrem alne obciążeń. Do nich n ależą m inim alne lub m aksym alne obciążenie kotła. Jeżeli kotły p racują w blokach energetycznych z turb in am i, to obciążenie m aksym alne i m inim al

n e ko tła może się nie pokrywać z obciążeniem m aksym alnym lub m inim alnym bloku. W tak ich przypadkach nie m a sensu mówić o m aksim um lub m inim um kotła, tu rb in y itp. Wyznaczone m aksim um lub m inim um kotła na podstaw ie m inim um lub m aksim um bloku je s t warunkowe.

(12)

J a k i je s t sens prow adzenia b ad ań m inim um lub m aksim um ? Odpowiedź:

tak ie b a d a n ia pozw alają n a podjęcie nowej stra te g ii eksploatacji bloków.

Pozwoli to z jednej strony zaoszczędzić koszty w yłączania i ponownego u ru ch am iania kotłów, tu rb in i urządzeń, niezbędnych gdy u rząd zenia m ają wyso

kie m inim um , a w sieci w ystępuje n a d m ia r mocy. Z drugiej strony możliwe je s t przeciążanie kotłów, tu rb in i innych urządzeń, gdy w ystępuje niew ielki deficyt mocy w system ie elektroenergetycznym (bez potrzeby instalow ania dodatkow ych bloków).

B adan ia i prace n ad wyznaczaniem m inim um i m aksim um technicznego bloków prowadzono w Instytucie M aszyn i U rządzeń Energetycznych. Poligon dośw iadczalny stanow iła E lektrow nia Rybnik. B adania służące tem u celowi są bardzo żm udne i w ym agają dużej uwagi.

W yznaczenie m inim um i m aksim um bloku polega n a obniżaniu lub podno

szeniu mocy i analizie pola możliwych ograniczeń. Pierw szym etapem je s t przyjęcie pewnego m odelu w ystępujących ograniczeń i ich analiza n a obiekcie.

W m odelu m aksim um kotła w ystępuje zespół ograniczeń. Do nich należą:

wydajność młynów, wydajność w entylatorów pow ietrza i spalin, obieg wody, generacja pary, w ym iana ciepła, zanieczyszczenia i erozja, przepływy w ru ro ciągach. Za m inim alne (m aksym alne) ruchow e obciążenie kotła uw aża się tak ie obciążenie, k tórem u odpowiada m inim alna (m aksym alna) moc bloku, i nie w ystępują żadne ograniczenia. Jakiekolw iek ograniczenie wyklucza przy

jęcie uzyskanej w artości mocy za ostateczny wynik. Rozwiązanie n a drodze eksperym entalnego wyznaczenia m inim alnego i m aksym alnego obciążenia bloku, z uw zględnieniem wszelkich okoliczności procesowych było celem dwóch prac naukow o-badaw czych wykonywanych w E lektrow ni Rybnik w R ybniku [20 i 21].

B a d a n ia m in im u m i m a k sim u m te c h n ic z n e g o b lo k ó w 200 MW

Do przeprow adzenia b adań m inim um technicznego [20] w ybrano bloki n r 3 i n r 8. W p rzypadku w yznaczania m aksim um bloku, oprócz bloków n r 3 i n r 8, b adano tak że blok n r 1. Taki wybór był podyktowany tym, że blok n r 3 je s t wyposażony w system nadzoru firm y W estinghouse um ożliw iający dokonanie p om iaru i rejestracji dużej ilości w ybranych param etrów , kocioł bloku n r 8 był wyposażony w dodatkow e p u n k ty pom iaru te m p e ra tu r m etalu, w wybranych, z góry ustalonych, p artiach przegrzewaczy pary pierwotnej i wtórnej. Blok n r 1 n ato m ia st w ybrano do przeprow adzenia badań ukierunkow anych na analizę u k ład u młynowego.

W trak cie realizacji pracy w ykorzystano zbiór m ierzonych wielkości fizycz

nych w system ie nadzoru W estinghouse zainstalow anym n a bloku n r 3. Przy realizacji pracy oparto się n a przygotowanym pakiecie wielkości mierzonych, koniecznych do w yznaczenia uw arunkow ań procesowych. W ymieniony zbiór

(13)

obejmował 192 wielkości fizyczne m ierzone w części kotłowej i 47 wielkości w pozostałej części bloku [16, 17]. Dla w szystkich parametrów przyjęto jednolity krok czasowy zbierania danych, wynoszący 10 sek. Natomiast protokołowanie i w ydruk w artości w raporcie przew idziano z krokiem czasowym zbierania i u śre d n ia n ia danych 1 m inuty.

Przew idziano pięć eksperym entalnych procedur [18] w yznaczenia m ini

m um technicznego bloku 200 MW oraz trzy procedury w yznaczenia m aksi

m um technicznego bloku [19], różniące się od siebie zakresem zm ian obciążeń, u k ład am i pracujących młynów i palników oraz charakterystykam i spalanego węgla. W każdym w ariancie badań prowadzono pomiary p aram etró w n a blo

k u pracującym z odłączeniem z ARCM.

U kłady regulacji autom atycznej tem p eratu ry pary świeżej i w tórnej były włączone i nadzorow ane, z w ykorzystaniem niekiedy korekcyjnej interw encji operatora. Pozostałe obwody regulacji automatycznej, np. regulacji pow ietrza całkowitego, w ym agały częstych ingerencji operatorów, w przypadku reg u la

cji cyfrowej, bowiem konieczne były zm iany wartości zadanej (setpointów) danej wielkości fizycznej mierzonej i regulowanej (np. ilość pow ietrza całkowi

tego).

W artości poszczególnych param etrów mierzonych n a bloku 3 były zapisy

w ane jako zbiór param etrów n a dysku i następnie archiwizowane n a dyskiet

kach, celem późniejszego w ydrukow ania w odpowiednim formacie, lub do bezpośredniego w ykorzystania w analizach numerycznych jako baza danych.

P om iary n a blokach 1 i 8 były rejestrow ane n a rejestratorach oraz odczytywa

ne cyklicznie, z interw ałem czasowym, średnio 10-15 m inut. W ybrane taśm y zapisów rejestratorów były w ykorzystyw ane niezależnie od odczytywanych w artości.

W arunki p r a c y k o tła (OP 650) p ra cu ją ceg o z m inim alnym o b c ią ż e n ie m

W ocenie w arunków eksploatacji kotła ze zmniejszonym lub podwyższonym obciążeniem rozważano pracę w szystkich jego elementów, urząd zeń i in sta la cji, obserwując zm iany param etrów i także stopień zanieczyszczenia kotła.

Oceniano pracę: instalacji młynowej i palników, przegrzewaczy p a ry pierw ot

nej i w tórnej, w entylatorów pow ietrza i spalin, obwodów regulacji (w szczegól

ności pętle regulacji tem p eratu ry pary).

Kotły OP-650 Elektrow ni Rybnik są wyposażone w 6 młynów m iażdżących pierścieniowo-kulowych MKM-33, zainstalowanych w układzie indyw idual

nym z bezpośrednim podawaniem pyłu do paleniska. Czynnikiem susząco- w entylującym je st gorące powietrze. Podczas badań spalano węgle zbliżone do średnich rocznych charakterystyk: wartość opałowa 22175 kJ/kg, zaw artość popiołu 21,9%, zawartość wilgoci 10,0%, zawartość siarki 0,72%, a więc znacz

(14)

236 Zbigniew L, Rataj

nie lepsze węgle od węgla gwarancyjnego, co daje znaczne rezerw y wydajności instalacji młynowej.

M inim alne obciążenie kotła oznacza zaniżanie te m p e ra tu r p ary świeżej, w tórnej, te m p e ra tu r spalin. Obniżając wydajność kotła, w celu popraw ienia sto su n k u prędkości m ieszaniny pyłowo-powietrznej w paln ikach (w arunek dobrego spalania) wyłącza się z ruchu kolejne młyny, ograniczając ilość pracu jących. Zm niejszanie obciążenia młynów, bez korekcji ustaw ien ia w entylato

rów młynowych, powoduje w zrost grubości ziaren pyłu i n a d m ia r pow ietrza w palnikach, czyli w zrost tlenków azotu.

W trak cie b adań uzyskiw ano obciążenia bloku 90 - 85 MW nie obserwując ograniczeń. O bniżanie obciążenia oznacza w zrost kosztu produkcji energii elektrycznej w w yniku sp alan ia dużych strum ien i oleju opałowego. M etodą analizy ustalono m inim alne obciążenie bloku - 100 MW.

W procedurze IV [19] badano zm iany param etrów p ary pracując kotłem na 3 i 4 m łynach. N atom iast w procedurze V [18] pracow ano n a 2 m łynach, dokonując przełączenia młynów (palników) oraz obniżając dodatkowo ciśnie

nie p a ry w jednej serii. U średnione w artości te m p e ra tu r p ary świeżej i w tór

nej podano w tablicy 2.

T a b lic a 2 T e m p er a tu r y p a ry św ie że j i w tó r n e j p rzy o b c ią ż e n iu b lo k u 100 MW U sytuow anie pracujących palników T em p eratu ra

p ary świeżej

T em p eratu ra pary w tórnej W a rian t IV - 4, 3; a V - 2 młyny strona

lewa

stro n a praw a

stro n a lewa

strona praw a P ra cu ją 3 górne rzędy palników , (IV) 522°C 510°C 482°C 466°C P racu ją 2 górne rzędy palników, (IV) 502°C 507°C 468°C 476°C P racu ją 2 dolne rzędy palników, (IV) 499°C 499°C 465°C 448°C P racuje 6 palników w o statn im (dół)

i 2 w przed o statn im rzędzie, (V) 491°C 498°C 457°C 462°C

P racu ją 4 p alniki w ostatn im (dół)

i 4 w p rzedostatnim , (V) 503°C 504°C 470°C 476°C

P ra c u ją 4 p aln ik i w o statn im (dól) i 4 w przed o statn im i obniżone ciśnienie p a ry do 9,1 M P a (V)

504°C 502°C 466°C 476°C

P ra ca kotła n a dwóch zespołach młynowych je s t stabiln a. Ilość spalanego oleju w z ra sta do 4,75 m ’/h. T em p eratury spalin za kotłem zaw ierały się w zakresie: 111 + 113°C (war. IV), i 102 + 108°C (war. V). Z b adań w ynika celowość wyłączenia środkowych w entylatorów pow ietrza i spalin (do młynów w ykorzystuje się obejście).

(15)

W przypadku m inim alnego obciążenia kotła nie obserwuje się przekroczeń te m p e ra tu ry m etalu wężownic przegrzewaczy.

P a r a m e tr y p ra cy k o tła z m ak sy m a ln y m obciążeniem

W trak cie bad ań m aksim um [19, 21] uzyskano trwałą i bezaw aryjną moc bloków n r 1, n r 3 i n r 8 wynoszącą:

■ blok n r 8 - 225 MW, przy pracy 4 młynów,

■ blok n r 1 - 231 MW, przy pracy 4 młynów.

B ad an ia prowadzone n a bloku 1 m iały n a celu analizę pracy młynów. P raca n a trzech zespołach młynowych charakteryzow ała się gorszą jakością p rze

m iału, R⁰ⁱ⁰⁹ = 30,8 -⁵- 49,6 %, R0j²o = 2,0 10,0%). Konsekwencją tego była znaczna zaw artość części palnych w żużlu i popiele (cż = 6,1% , cpl = 8,5%).

W czasie bad ań spalano węgiel o wartości opałowej Q[ = 22222 kJ/kg, zaw ar

tości popiołu Ar = 22,6% i zawartości wilgoci W[ = 9,6%.

Z przeprowadzonych b ad ań wynika, że in stalacja młynowa ko tła nie stan o wi ograniczenia w osiągnięciu mocy bloku rzędu 225 + 231 MW (ograniczenie dalszego w zrostu mocy bloku leży po stronie turbozespołu). Przy zwiększonym obciążeniu kotła korzystniejsza je s t eksploatacja n a 4 pracujących m łynach, z uw agi n a spraw ność kotła, ja k też p a ram etry instalacji młynowej.

P racę przegrzew aczy pary pierwotnej i wtórnej w kotle OP 650, pracującym z w ydajnością powyżej 665 Mg/h, której odpowiada moc bloku N > 215 MW (zarejestrow ana moc N = 231 MW osiągnięta była przy stru m ie n iu p ary świeżej 700 Mg/h), m ożna ocenić jako stabilną. W poszczególnych w arian tach procedur I, II, III [19] badano wpływ um iejscowienia pracujących palników n a zm iany tem p e ra tu ry pary. Przy pracy młynów zasilających dolne rzędy pa ln i

ków nie stw ierdzono przekroczeń regulowanych tem peratur p ary świeżej.

Z aw ierały się w zakresie od 537 -i- 541°C, a tem peratury p a ry w tórnej w zakresie 535 -i- 542°C. Analizowano szczegółowo tem peratury m etalu V sto

p n ia przegrzew acza pary świeżej i II stopnia przegrzewacza p ary w tórnej.

Przegrzew acz V stopnia pracuje bez zastrzeżeń. Natomiast w typowo konw e

kcyjnym przegrzew aczu II stopnia p ary wtórnej następuje nad m iern y w zrost te m p e ra tu r p ary i m etalu. A naliza ru r skrajnych nr 7, 12 oraz w pobliżu środka n r 64 oraz 79 w ykazała duże przyrosty tem peratur m etalu (niemniej są one poniżej dopuszczalnej tem p e ra tu ry pracy 580°C dla stali 10H2M).

Obieg wodny kotła pracującego z dużym obciążeniem, podobnie ja k przy m inim um , je s t stabilny i istnieje wystarczający m argines bezpieczeństw a zapew niający wystarczający obieg wody, naw et w przypadku pracy górnego rzędu palników.

(16)

W czasie pracy k o tła w szystkie obwody regulacji autom atycznej pracow ały popraw nie. Chociaż w sta n a c h przejściowych w obwodach regulacji tem p e ra tu ry p a ry w ystępow ały dość duże przeregulow ania. W celu oceny możliwości pracy k o tła z wyższym obciążeniem analizow ano ograniczenia technologiczne k o tła (zawory, klapy, kierownice, w entylatory pow ietrza i spalin, pom py wody zasilającej) mogące mieć wpływ n a obniżenie górnego p ułapu obciążenia.

W kotle OP 650 nie stw ierdzono w ystępow ania ograniczeń w zakresie zwię

kszonych obciążeń bloku od 200 + 226 MW.

E k o n o m ic z n e a s p e k ty p ra cy k o tłó w z m in im a ln y m i m ak sy m a ln y m o b c ią ż e n ie m

P ra ca k o tła (bloku) z niższym lub wyzszyrn obciążeniem oznacza zm ianę podstaw owych wskaźników: jednostkowego zużycia paliw a umownego, kosztu produkcji energii elektrycznej, zużycia energii chemicznej paliw a przez blok.

Spraw ność obiegu sp ada w raz z obniżaniem obciążenia bloku.

W obliczeniach w skaźników dla m inim um posłużono się w artością kosztu paliw a umownego rów ną 511,327 tys. zł/Mg.p.u. N a podstaw ie wyników po

m iarów określono poszczególne s tra ty cieplne kotła i obliczono jego spraw ność, w ykorzystując ją do dalszych analiz. Spraw ności k o tła zm ieniały się od 91,9% (200 MW), 90,38% (151 MW), 91,20% (100 MW). W pracy [21] podano średnie w skaźniki b ru tto dla dwóch bloków (nr 3 i n r 8).

W obliczeniach w skaźników dla m aksim um posłużono się w artością kosztu paliw a um ownego rów ną 438,233 tys. zł/Mg.p.u. Stwierdzono w ysoką sp raw ność k o tła dla wyznaczonego najwyższego trw ałego obciążenia, czyli mocy bloku 225 MW. Z aw ierała się ona w granicach od 90,43 % (kocioł n r 8), do 91,0% (kocioł n r 1), i dochodziła do 92,40% (kocioł bloku n r 3). W skaźniki jednostkow ego zużycia paliw a i jednostkowego kosztu w ytw arzania energii elektrycznej są korzystne i w ystępują niew ielkie różnice w stosun ku do obcią

żenia nom inalnego. Podano je w [21],

P rzedstaw ione w skaźniki są bardzo korzystne i przem aw iają za przeciąże

niem bloków 200 MW. N a ich w artość wpływ m ają wysokie p a ra m e try p ary i w zrost spraw ności obiegu cieplnego. Pod tym względem m niej korzystne są w skaźniki dla m inim alnego obciążenia, gdzie obniżenie param etrów p ary powoduje spadek spraw ności obiegu, a koszt sp alan ia oleju opałowego podra

ża koszt eksploatacji. N atom iast w przypadku m aksim um istn ieją korzyści w spraw ności n etto (zm niejszenie potrzeb w łasnych o ok. 2 - 3,5 MW oraz b rak kosztów odstaw ienia i uruchom ienia).

W pływ o b c ią ż e ń m in im a ln y c h i m a k sy m a ln y c h n a tr w a ło ść k o tła Podczas b a d ań m inim um technicznego stwierdzono, że przy obniżaniu ob

ciążenia do 100 MW nie występowało przekroczenie te m p e ra tu r m etalu

(17)

w żadnym z elementów. Analizowano walczak (4 różnice tem p eratu r), wężow- nice przegrzew aczy II, III, V stopnia, rurociągi pary świeżej, kom ory wylotowe przegrzew acza p ary świeżej i wtórnej.

Problem trw ałości m a niew ielkie znaczenie przy m inim um technicznym kotła. W ynik wszelkich analiz dowodzi, że problem ubytku trw ałości spowodo

w anej pełzaniem m ateriału przy zm niejszaniu się obciążenia poniżej 200 MW nie w ystępuje. N ato m iast pojawia się problem utraty trw ałości spowodowanej zmęczeniem niskocyklowym (zjazd i podjazd). Analizowano w tym celu ru rę (f> 32 x 7 przegrzew acza V stopnia, ru rę ó 44,5 x 4 przegrzewacza p a ry wtórnej, kom orę wylotową (J) 508 x 100 przegrzew acza pary świeżej, kom orę wylotową (|> 558 x 30 przegrzew acza p ary wtórnej (blok n r 8). Założono 5000 cykli zm ian obciążeń. Określono że ubytek trw ałości (w odniesieniu do obciążenia 200 MW) zm ienia się od 0,9 + 1,8% (rury) do 1,8 + 2,4% (kom ory ).

W analizie towarzyszącej w yznaczaniu maksimum wzięto pod uw agę n a s tę pujące elem enty ciśnieniowe ko tła bloku n r 3: walczak 0 1800 x 100 mm, kom orę zbiorczą wylotową przegrzew acza pary pierwotnej ó 508 x 100 mm, kom orę zbiorczą wylotową przegrzew acza p ary wtórnej ó 558 x 30 mm. O parto się n a m odelu obciążenia niskocyklowego i wysokocyklowego. U bytek trw ało

ści określano jako sum ę ubytku obciążeń zmęczeniowych oraz pełzania.

Do czasu wykonywania oceny ubytku trwałości kocioł przepracow ał 139 322 godziny, a sum aryczna liczba uruchom ień wynosiła 378. W przypad

k u w alczaka ostatnie b adania nieniszczące wykonano po 127 118 godzinach pracy, nie stw ierdzając pęknięć powierzchniowych.

W alczak w ykonany ze stali 18 CuNMT. Obliczona rozpiętość nap rężeń w w a ru n k a ch rozruchu ze sta n u zimnego z prędkością ve = —1,5 K/m in wynosi 486 - 505 M Pa, n ato m iast ze sta n u ciepłego z prędkością v9 = 2,0 K/min w ynosi 298 - 316 M Pa. Obliczony tu ta j zapas trwałości wynosi 65%.

Komora przegrzew acza w ykonana je s t ze stali 10CrMo910. D la komory przegrzew acza poziom naprężeń: w w aru n k ach rozruchu ze s ta n u ciepłego v0 = 2,0 K/min wynosi 208 - 407 MPa, w warunkach schładzania z prędkością ve = -1 ,0 K/min wynosi 154 - 407 M Pa, dla awaryjnego schładzania z prędko

ścią Vq = -4 ,0 K/min wynosi zaś 360 - 407 MPa. Obliczony sum aryczny ubytek trw ałości komory wynosi e = 61,3%, n a co składają się: ubytek n a sk u tek zm ęczenia niskocyklowego en = 1,6%, ubytek n a skutek zm ęczenia wysokocyklowego ew = 11,2%, ubytek n a w skutek pełzania m ate ria łu e2 = 48,5%.

Rzeczywisty czas pracy komory wynosi Z = 139 232 godzin. Obliczeniowy czas p racy Z0 = 287 312 godzin.

(18)

8. P o d su m o w a n ie

B ad ania w dziedzinie m odelowania własności dynam icznych kotłów z obie

giem n a tu ra ln y m i kotłów przepływowych prowadzone w Zakładzie Kotłów i W ytwornic P a ry w ykazały znaczną przydatność opracowanych modeli. Mode

le um ożliw iają ocenę pracy kotłów w stan ach nieustalonych. Opracowane modele ch arak tery zu ją się różnym stopniem złożoności i uproszczeń. Często w ynikało to z dostępnych wówczas środków obliczeniowych.

Przeprow adzone b ad an ia potw ierdziły wcześniejsze przypuszczenia, że re alne m inim um techniczne kotłów odpowiada znacznie niższem u poziomowi mocy niż przyjęty w eksploatacji w krajowych elektrow niach.

Kotły OP 650 m ają rezerw ę pozwalającą n a przeciążenie. Kocioł m a wyższe m aksim um techniczne niż tu rb in a. Z analizy wynikało, że kocioł może do star

czyć p a rę do w ytw orzenia mocy bloku, n aw et wyższej niż 230 MW.

W ykorzystanie rezerw y tkwiącej w kotle OP 650 (Elektrow ni Rybnik) do zw iększenia mocy bloku je s t bardzo opłacalne, bowiem w skaźniki ekonomicz

ne pracy są korzystne. U kład pracuje stabilnie i nie zachodzi obawa o zm niej

szenie trw ałości elem entów kotła. J e st to bezinwestycyjny sposób (bez dokony

w ania jakiejkolwiek modernizacji) wytworzenia dodatkowej energii elektrycznej.

Obieg wody je s t stab ilny zarówno przy niskim , ja k też wysokim obciążeniu kotła, niezależnie od ilości i poziomów pracujących palników.

L iter a tu r a

1. B aran M., R ataj Z.: Wpływ rekonstrukcji u k ładu młynowego n a jakość regulacji kotłów siłowni H u ty im. Lenina w Krakowie. (B adania dynam i

ki u k ład u paleniskowego kotła OP 230). Oprać. Z akładu Kotłów i Wy

tw ornic Pary. Gliwice, październik 1972.

2. Ober J.: N um eryczna m etodyka opisu dynam icznych właściwości u k ła dów cieplnych bloków energetycznych. P raca habilitacyjna, Gliwice 1973.

3. Ober J., R ataj Z.: A naliza dynam icznych właściwości kotła przepływowe

go (na podstaw ie kotła Sulzer dla bloku 360 MW). Opracowanie In sty tu tu E lektroenergetyki i Sterow ania Układów Pol. Śl. w Gliwicach. Gliwice 1974 (niepublikowane).

4. R ataj Z.: A naliza i synteza nieliniowego m odelu dynam iki kotła przepły

wowego w aspekcie doboru stru k tu ry regulacji zasilania woda. Oprać.

Zakł. Kotłów i Wytw. Pary. Gliwice 1979 (niepublikowane).

5. R ataj Z.: D eterm inistyczny model m atem atyczny dynam iki kotła prze

pływowego z recyrkulacją w parow niku. P raca doktorska. Gliwice, 1979.

6. B a ra n M., R ataj Z.: Model m atem atyczny dynam iki wodooddzielacza, m ieszalnika i pompy cyrkulacji krajowych kotłów przepływowych blo

ków 360 MW. Archiwum Energetyki, n r 3-4, 1982.

(19)

7. B aran M., Rataj Z.: B adania i opracowanie podstaw określania własności dynam icznych kotłów i wytwornic pary z uw zględnieniem kontrolow a

nych rozruchów, zasad eksploatacji przy zm iennym i stałym ciśnieniu oraz autom atyzacji tych procesów. Etap. I. Oprać. Inst. Kotł. Siłow.

Ciepł. i Jądrow ych Pol. Śl. w Progr. Rządowym PR-8, kier. 6, problem P.6.4. D ynam ika kotła przepływowego z recyrkulacją w parow niku. Gli

wice 1982 (niepublikowane).

8. B aran M., R ataj Z.: Model matematyczny dynam iki u k ład u generacji p a ry ko tła przepływowego z recyrkulacją w parow niku. Archiw um E n e r

getyki, n r 3-4, 1983.

9. R ataj Z.: Liniowy model staty k i przepływu ciepła w kom orze palenisko

wej kotła. Zesz. N auk. Pol. ŚL, seria Energetyka, z. 86, Gliwice 1984.

10. R ataj Z.: B adania dynam iki wybranych elem entów kotłów i wytwornic pary. Opracowanie Inst. Maszyn i Urządz. Energetycznych Pol. Śl., Gliwice 1986.

11. R ataj Z. L.: A usgew ählte Probleme der K esseldynam ik. Technische U n iv ersität D resden, Sektion Energieumwandlung. D resden, Novem ber 1987.

12. R ataj Z. L: K onstruktionsproblem e bei In d u strie- W anderrostkessel m it W urfbeschicker in Polen. Technische U n iv e rsitä t D resden, F e b ru a r

1988.

13. R ataj Z.: Teoria paleniska narzutowego. W skaźniki i p a ra m e try c h ara

kteryzujące kotły z paleniskiem narzutowym. M at. Konferencji N au k — Technicznej „Oszczędność paliw i energii przy w ykorzystaniu kotłów z paleniskiem narzutow ym ”. Świdnica 1988.

14. R ataj Z.: Modele dynam iki kotłów z paleniskiem narzutow ym . N iepub

likow ane opracowanie w łasne autora. Gliwice 1989.

15. Profos P.: Die Regelung von Dampfanlagen. Springer-V erlag. Berlin 1962.

16. R ataj Z. L: Zbiór param etrów mierzonych niezbędnych do w yznaczenia m inim um technicznego bloku 200 MW w system ie nadzoru W estinghouse zainstalow anym n a bloku n r 3 w Elektrow ni Rybnik. Opracowanie In sty tu tu M aszyn i U rządzeń Energetycznych Pol. Śl. Gliwice, styczeń 1993.

17. R ataj Z. L: Zestaw ienie wielkości i param etrów m ierzonych w proce

durze znajdow ania m inim um technicznego bloku 200 MW n a przy k ła

dzie bloku n r 3 w El. Rybnik. Opracowanie In sty tu tu M aszyn i U rządzeń Energetycznych Pol. Śl. Gliwice, styczeń 1993.

18. Rataj Z. L.: E ksperym entalne procedury w yznaczenia m inim um tech ni

cznego bloku 200 MW Elektrow ni Rybnik. W arian ty I, II, III, IV, IVa, V.

Opracowanie In sty tu tu Maszyn i Urządzeń Energetycznych Pol. Śl. Gli

wice, styczeń 1993.

(20)

19. R ataj Z. L.: Procedury w yznaczenia m aksim um technicznego bloku 200 MW w El. Rybnik. W arianty: I, II, III. Opracowanie P.U.P.W. Postę

pu Technicznego „WIROPOL”. Gliwice 1993.

20. P ra ca zbiorowa: O kreślenie w arunków determ inujących m inim um tech

niczne bloków 200 MW w E lektrow ni Rybnik oraz skutków eksploatacyj

nych przy niskim obciążeniu. Opracowanie In sty tu tu M aszyn i U rzą

dzeń Energetycznych Pol. Śl. Gliwice, kwiecień 1993.

21. P raca zbiorowa: O kreślenie w arunków determ inujących osiąganie m a

ksym alnego obciążenia bloków 200 MW w Elektrow ni Rybnik. Opraco

w anie PUPW PT „WIROPOL”. Gliwice, listopad 1993.

22. R ataj Z. L.: Wpływ m inim alnego i m aksym alnego obciążenia bloków 200 MW n a pracę kotłów OP 650. Zesz. Nauk. Pol. Śląskiej, seria E ner

getyka, z. 121, Gliwice 1994.

Recenzent: Prof, d r hab. inż. Tadeusz C hm ielniak W płynęło do Redakcji: 10. 10. 1996 r.

A b str a c t

The different dynam ic behaviour m odels of th e boiler w ith n a tu ra l circula

tion and once-through boiler h as been described. Each dynam ic model are consist of several subm odels which describes change of therm odynam ic p a ra m ete rs of boilers. T here are economiser models, models of evaporator and su p e rh e a te r model or re h e a te r models. For once-through boiler w ith sup erim posed w a te r circulation were some equations in s ta te spaces w ritten. Some of th is m odels are sim ply and will be of g re a t usebility in practical modelling studies carried out for a different purposes. Those models can be used a t investigations of non-steady sta te of boilers and th e ir parts. The solutions (dynam ically responses) of those proposed models are in th e tim e domain.

The principal object of a boiler operation is to satisfy th e c u rre n t power dem and according to th e load curve and to ensure th e hig hest service life and hig h est efficiency of a boiler plant. The load curve of a power statio n is m ostly non-uniform w hich is determ ined by variations of energy consum ption’s by th e consum ers. The conditions of operation of boiler equipm ent a t various loads are characterised by th e load control ran g e and th e range of allowable loads.

A boiler h a s a lower lim it of th e control range, so called lowest possible capacity or lowest possible load (LPL), as well as, th e g re a te st lim it of load, e.g. th e g rea test possible load (GPL), a t which both can it operate steadily.

The estim ation of those two lim its is a very powerful tool for a modern

(21)

operation of a power generating u nits. The operation of a boiler a t a lowest possible capacity can elim inate the num ber of monoblocks to be shutted-dow n, so it is economic, because a startin g -up procedures, and th e ir costs, will be lim ited to a m inim um .

The OP 650 boiler operating a t the lowest possible load of 100 MW has the live and re h e a t steam tem p eratu res lower th a n 540°C. The flue gas tem p e ra tu re a re of 102 - 108°C range, so th e overall boiler efficiency is very great.

At th e g reatest possible load of OP 650 boiler of 226 MW it would be possible in a several conditions, specially if th e upper row’s b u rn e r are w ork

ing, live and re h e a t steam tem p eratu res could be higher th a n 540°C. In practice th is problem will be good balanced by th e tem perature control loops.

The a ttem p erato rs have a enough dim ensioned working reserve.

The operation of th e OP 650 boilers a t th e loads lower or h igher th a n th e base steam ing capacity can be lead w ithout any troubles, and is m ore efficien

cy and favourable, because gives th e g reat flexibility and m anoeuvrability of th e monoblocks units.