Система управления котлом

Расход воды нельзя увеличивать  настолько, чтобы был нарушен  материальный баланс котла. При нарушении  этого изменяется такой показатель как уровень воды в барабане котла. Рост уровня влечет за собой снижение скорости парообразования, а следовательно и снижение КПД парогенератора. Сильное изменение уровня может также повлечь за собой выход из строя определенных частей котла.

Давление пара не должно превышать  давления, предусмотренного заводом-изготовителем  парового котла и не должно быть ниже значения, определяемого потребителем.

 

 

Таким образом, решение задачи оптимального управления заключается в нахождении экстремума функции четырех переменных. Задачи нахождения экстремума функции  нескольких переменных решаются с помощью  вычислительной техники.

В результате решения задачи оптимального управления мы получили следующие зависимости.

На первом этапе получаем зависимость  изменения расхода пара с котла  при изменение расхода топлива. Полученные данные сведем в таблицу 2.1.

 

Таблица 2.1

Зависимость изменения расхода  пара с котла при изменение расхода топлива

№	F газа м3/с	F пара кг/с
1	0,3	4,7
2	0,31	5
3	0,32	5,2
4	0,33	5,41
5	0,34	5,5
6	0,35	5,51
7	0,36	5,55
8	0,37	5,6
9	0,38	5,63

 

По данным таблицы 2.1 строим графики  изменения параметров процесса при  изменении расхода топлива.

 

Рисунок 2.4 – Зависимость расхода  пара от расхода газа

 

При увеличении расхода газа, паропроизводительность котла увеличивается, так как энергия тепла передается экранным трубам, в которых происходит усиленное вскипание воды, что приводит к увеличению выделения молекул пара. Соответственно при снижении расхода газа, уменьшается производительность пара.

На втором этапе получаем зависимость  изменения расхода пара с котла  при изменение расхода воды. Полученные данные сведем в таблицу 2.2.

 

Таблица 2.2

Зависимость изменения расхода  пара с котла при изменение расхода воды

№	F воды кг/с	F пара кг/с
1	7,7	5,65
2	7,8	5,625
3	7,9	5,6
4	8	5,57
5	8,1	5,5
6	8,2	5,47
7	8,3	5,4
8	8,4	5,3
9	8,5	5,2
10	8,6	5
11	8,7	4,7

 

По данным таблицы 2.2 строим графики  изменения параметров процесса при  изменении расхода воды.

 

Рисунок 2.5 – Изменение расхода пара при изменении расхода воды

 

Если расход газа оставить неизменным, но при этом увеличивать расход воды, то расход пара будет снижаться, рис.2.5, ввиду нехватки тепловой энергии  для производства пара того же объема. Это связано с тем, что объем  воды в барабане котла увеличивается, и для его нагрева необходимо больше тепловой энергии. Это видно  из третей ситуации, где мы получаем зависимость изменения расхода  пара с котла при изменение уровня в барабане котла. Полученные данные сведем в таблицу 2.3.

 

Таблица 2.3

Зависимость изменения расхода  пара с котла при изменение уровня в барабане котла

№	F воды кг/с	F пара кг/с
1	-20	5,65
2	-15	5,6
3	-10	5,57
4	0	5,5
5	5	5,47
6	10	5,4
7	15	5,3
8	17,5	5,1
9	20	4,7

 

По данным таблицы 2.3 строим графики  изменения расхода пара с котла  при изменение уровня в барабане котла.

 

Рисунок 2.6 – Изменение расхода пара при изменении уровня воды

 

Из графиков видно, что для увеличения расхода пара необходимо подводить  больше тепловой энергии, значит увеличивать  подачу энергоресурсов в виде попутного  газа. При номинальной паропроизводительости котла 5,5 кг/с необходимо затрачивать 0,34 м³/с газа и 8,1 кг/с воды. При этом уровень воды в барабане котла будет средним, что соответствует его рабочему состоянию.

Вывод:

В разделе решена задача оптимизации  процесса производства пара. Произведено  математическое описание процесса и  выбран критерий оптимальности, характеризующий  эффективность проведения процесса при минимальных затратах.

Нахождение значений, при которых  энтальпия пара будет максимальная, удельный расход газа на единицу пара будет минимальным, и минимальными будут приведённые затраты на попутный газ, питательную воду, позволит вести процесс в оптимальном температурном режиме, для оптимального теплосодержании перегретого пара на выходе из котлоагрегата при различных нагрузках. Это позволит улучшить процесс горения, уменьшая выброс вредных газов от отработанного топлива в атмосферу. Так же это позволит снизить расходные нормы газа на производство оптимального количества пара, что приведёт к уменьшению себестоимости пара.

На основании выше проведенных  исследований, можно сделать вывод, что внедрение качественной автоматической системы оптимального управления процессом позволит получить реальный экономический эффект. [8,10]

 

3. Описание схемы автоматизации

 

7. Обоснование точек контроля, регистрации, регулирования и сигнализации

 

Котельные агрегаты типа ДКВР предназначены  для получения пара для производственных целей, отопления и горячего водоснабжения. Получение пара из воды происходит при следующих физических процессах:

а) подогрева воды до температуры  кипения;

б) кипение воды, когда жидкая фаза переходит в насыщенный пар.

Необходимое для этого тепло  выделяется при сгорании топлива  в топочной камере. Передача тепла  от продуктов сгорания к поверхностям нагрева происходит в результате всех видов теплообмена: радиационного, конвективного и теплопроводности.

Параметры контроля, автоматического  регулирования, сигнализации и блокировок выбираются согласно СНиП II-35-76 “Котельные установки”, раздел 15 «Автоматизация».

Точки контроля:

1а, 2а, 2б – температура газа, расход газа, поступающий в котел,  необходимо контролировать, для  учета расхода газа и анализа  работы парогенератора.

3а, 5а – давление газа перед  заслонкой, давление газа после заслонки, контролируем для того чтобы судить о наличии давления газа в трубопроводе, а так же участвует в программе опрессовки газопровода перед запуском котла.

4а – давление пара в барабане  котла, необходимо контролировать  с целью избегания превышения  выше нормы.

9а – температура мазута, необходимо  контролировать, поскольку мазут  становится не транспортабельным  по трубопроводам подачи мазута  к котлу, при температуре ниже 90 градусов Цельсия.

10а – расход мазута на котел,  необходимо знать и анализировать,  сколько энергоносителя расходуется  при производстве определенного  количества пара.

11а, 12а – температура подшипников  вентилятора, необходимо контролировать  с целью не допущения их  перегрева и выхода из строя  вентилятора.

13а – давление воздуха перед  горелками, контроль необходим  для поддержания оптимального  горения пламени, без отрывов.

14а – разряжение в топке  котла, необходимо для поддержания  оптимальной тяги дымососа.

16а – температура уходящих  газов до экономайзера, необходимо  контролировать с целью не перегреть экономайзер горячими топочными газами.

17а – разряжение дымовых газов  до экономайзера, контролируется  с целью оптимальной тяги дымовых  газов.

18а – разряжение дымовых газов  после экономайзера, контролируется  с целью потери разряжения, которое  расходуется на перегородки экономайзера  в виде труб, и обогрев питательной  воды.

19а – температура дымовых  газов перед дымососом, контролируется  перед дымососом.

20а, 21а – температура подшипников  дымососа, необходимо контролировать  с целью не допущения их  перегрева и выхода из строя  дымососа.

22а – температура дымовых  газов после дымососа, контролируется  с целью не допущения парникового эффекта.

23а – давление воды перед  экономайзером, контролируется для  обеспечения целостности трубопроводов  подачи воды.

24а – температура воды перед  экономайзером, целью контроля  является подача воды оптимальной  температуры, чтобы она не перегрелась  и не догрелась в экономайзере.

25а – температура воды после  экономайзера, контроль ведется с целью непосредственно какой температуры подается вода в барабан и как она нагрелась в экономайзере.

26а – расход пара от котла,  необходимо контролировать с  целью паропроизводительности котлоагрегата и материального баланса «приход воды – расход пара»

27а – давление пара на выходе  их котла, цель контроля –  недопущение порыва паропровода  при повышении давления.

28а – температура пара на  выходе, контролируется с целью  выпуска пара заданной температуры.

29а, 31а – уровень воды в  барабане котла, один из важнейших  параметров, от которого зависит  паропроизводительность котла. Для более точного контроля используется 2 датчика.

30а – расход воды в барабан  котла, необходимо контролировать  для того чтобы соотносить  расход воды в котел и выход  пара с котла.

Точки сигнализации:

7а – давление газа после  заслонки, сигнализирует о превышении  или понижении давлении газа, с целью предотвращения погасания  факела горелки.

8а – давление мазута на  котел, сигнализация верхнего  предела давления с целью сохранения  оборудования и предотвращение  розлива мазута.

11а, 12а – сигнализация температуры  подшипников вентилятора, с целью  предотвращения перегрева и разрушения  подшипников и вала дымососа.

15а – разряжение в топке  котла, уменьшение разряжение  в котле сильно влияет на  горение факела и может вызвать  его полное погасание и останов  котла.

20а, 21а - сигнализация температуры  подшипников дымососа, с целью  предотвращения перегрева и разрушения  подшипников и вала дымососа.

40а – давление воздуха на  горение, понижение вызывает погасание  факела, повышение вызывает отрыв пламени и наполнение топки газом, что впоследствии может вызвать взрыв.

Точки регулирования:

4в, 4д – регулирование давления  газа или мазута соответственно, с целью поддержания заданного  давления пара в барабане котла.

5в – регулирование давления  воздуха, с целью поддержания  оптимального горения газа в  топке.

14в – регулирование разряжения  в топке, избыточное давление  в топке приводит к выбиванию  газов и пламени из топки  в помещение котельной. С увеличением  же разрежения в топке резко  возрастают присосы воздуха, снижающие  экономичность работы котла за  счет потерь с уходящими газами  и увеличение расхода электроэнергии  на тягу.

29в – регулирование уровня  воды в барабане котла, с  целью повышения паропроизводительности котла.

Блокировка оборудования.

Для паровых котлов, предназначенных  для сжигания газообразного или  жидкого топлива, независимо от давления пара и производительности следует  предусматривать устройства, автоматически  прекращающие подачу топлива к горелкам при:

а) повышении или понижении давления газообразного топлива перед горелками;

б) понижении давления жидкого топлива перед горелками, кроме котлов, оборудованных ротационными горелками;

в) уменьшении разрежения в топке;

г) понижение давления воздуха перед  горелками для котлов, оборудованных  горелками с принудительной подачей  воздуха;

д) погасании факелов горелок, отключение которых при работе котла не допускается;

е) повышении или понижении уровня воды в барабане;

ж) неисправности цепей защиты, включая исчезновение напряжения.

Далее заносим все вышеперечисленные  параметры сводную таблицу 3.1:

Где: - I – индикация;

R – регистрация;

С –автоматическое регулирование;

A – сигнализация.

 

Таблица 3.1

Поз.	Технологический параметр	I	R	C	A
1а	Температура газа на котел	+	+
2а, 2б	Расход газа на котел	+	+	+
3а, 5а	Давление газа перед заслонкой, давление газа после заслонки	+	+	+	+
4а	Давление пара в барабане котла	+	+		+
9а	Температура мазута	+	+
10а	Расход мазута на котел	+	+
11а, 12а	Температура подшипников вентилятора	+	+		+
13а, 40а, 5в	Давление воздуха перед горелками	+	+	+	+
14а, 15а, 14в	Разряжение в топке котла	+	+	+	+
16а	Температура уходящих газов до экономайзера	+	+
17а	Разряжение дымовых газов до экономайзера	+	+
18а	Разряжение дымовых газов после  экономайзера	+	+
19а	Температура дымовых газов перед  дымососом	+	+
20а, 21а	Температура подшипников дымососа	+	+		+
22а	Температура дымовых газов после  дымососа	+	+
23а	Давление воды перед экономайзером	+	+
24а, 25а	Температура воды перед и после  экономайзера	+	+
26а	Расход пара от котла	+	+	+
27а	Давление пара на выходе их котла	+	+
28а	Температура пара на выходе	+	+
29а, 31а	Уровень воды в барабане котла	+	+	+	+
30а	Расход воды в барабан котла	+	+	+	+