Система управления котлом

8. Обоснование выбранной системы (систем) средств автоматизации

Выбор датчиков измерения технологических  параметров определяется физической природой параметра, диапазоном измерения, требуемой  точности измерения (классом точности), параметрами окружающей среды, требуемыми выходными сигналами (унифицированный/неунифицированный, аналоговый/цифровой), стоимостью и  т.п. При этом анализируются технические  характеристики и возможности всего  ряда датчиков, пригодных для измерения  той или иной величины.

Основными контролируемыми параметрами  в процессе производства пара является температура. Для измерения температуры  применяются платиновые термометры, так как обладают более высокой  точностью, широким диапазоном измерения. Для передачи информации необходима дополнительные преобразователи и  дополнительная электрическая энергия. Такие приборы относятся к  электрической ветви ГСП. Электрические  приборы обладают высокой чувствительностью, точностью регулирования, обеспечивают дальность связи и большую  емкость каналов передачи информации. Поэтому в дальнейшем будем строить  систему автоматизации в русле  электрической ветви ГСП.

Первичным преобразователем температуры  измеряемых сред на позициях 1а, 9а, 11а, 12а, 16а, 19а, 20а, 21а, 22а,24а, 25а, 28а является термопреобразователь платиновый ТПТ-1-3 100П. Обладает высокой точностью измерения, широким диапазоном измеряемых температур. Применяется без встроенного преобразователя сопротивления типа «таблекта», так как цех является «горячим» и преобразователь не выдерживает зачастую такой тепловой нагрузки и выходит из строя.

В качестве преобразователя сопротивления  и термоЭДС на позициях 1б, 9б, 11б, 12б, 16б, 19б, 20б, 21б, 22б,24б, 25б, 28б применяется измерительный преобразователь модульный ИПМ 0399/М0 фирмы «Элемер». Отличается не большими размера, устанавливается на DIN-рейку, большой выбор первичных преобразователей температуры, напряжения, тока. Перенастраивается с помощью ПК на любой диапазон входных температур. На выходе имеет сигнал по току и напряжению. Может быть использован на любую из выше перечисленных позиций, имеет хорошую унификацию и взаимозаменяемость.

2б – преобразователь перепада  давления Rosemount 3051 CD фирмы “Emerson”. Применяется на позиции измерения расхода газа. Отличается высокой точностью измерения, простотой монтажа и эксплуатации. В наличии имеется HART-протокол, который позволяет дистанционно обслуживать датчик, перенастраивать диапазон входного перепада, выходной сигнал. Отличительной особенностью является работа в 5% диапазоне от диапазона ячейки без потери точности измерения. То есть, если ячейка имеет диапазон 6,2 кПа и точность 0,1%, мы перенастраиваем на нужный нам входной диапазон 0,31 кПа, точность так же останется на уровне 0,1%.

Для измерения давления газа до и  после заслонки поз. 3а и 5а применяется  датчик давления Vegabar 52 немецкой фирмы “Vega”. Отличительной особенность данных датчиков является их относительно не высокая стоимость, качество применяемых материалов, отличные эксплуатационные характеристики и достаточно высокий класс точности на выбор пользователя 0,075; 0,1; 0,2. При эксплуатации датчиков в слабоосвещаемых помещениях, имеется подсветка дисплея, которая включается или отключается по желанию. Так же имеется HART-протокол, для настройки датчиков дистанционно.

Для измерения давления пара в барабане котла поз.4а, давления мазута поз. 5б, давления воды поз. 22а, давление пара от котла поз. 26а применяется датчик давления Vegabar 17. Датчик имеет не большие размеры, широкий диапазон измерения давления до 600 bar. В исполнении с мембраной заподлицо прибор может применятся без разделительных сосудов.

Для измерения расхода мазута поз. 9а, применяется массовый расходомер Optimass 7300 фирмы “Krohne”. Расходомер является прямотрубным, что уменьшает его габариты. В комплекте поставки имеет подробную инструкцию по монтажу и эксплуатации на русском языке. Имеет 2 аналоговых выхода, импульсный выход, протокол HART. Для удобства настройки и эксплуатации прибор имеет подсветку дисплея.

При измерении разряжения дымовых  газов до и после экономайзера поз.16а и 17а соответственно, давление воздуха перед горелками поз.12а, используются датчики Vegabar 52.

Измерение расхода воды на котел  поз.29а и расхода пара от котла 25а,б производится вихревыми расходомерами Rosemount 8800D. Данный тип расходомеров имеет высокие эксплуатационные характеристики. Высокую точность 0,5%, надежность. Возможна замена вышедшего из строя чувствительного элемента – сенсора, без снятия корпуса расходомера и остановки измеряемой среды. В виду того что трубопровод пара очень горячий, порядка 180°C, а электроника часто не выдерживает таких тепловых нагрузок, расходомер имеет разнесенную конструкцию, то есть чувствительный элемент на трубопроводе, преобразователь устанавливается рядом, в более прохладном месте, между собой они соединяются специальным коаксиальным кабелем из комплекта поставки.

Для измерения разряжения в топке  котла поз.13а применятся датчик перепада давления Rosemount 3051CD. Имеет хорошие характеристики на маленькие разряжения и напоры. Точность составляет 0,2%.

В качестве приборов для сигнализации параметров таких как давление газа после заслонки поз.6а, разряжение в топке котла 14а, давление воздуха перед горелками поз.35а, используются приборы контроля цифровые ПКЦ-1105. Эти приборы устанавливаются на щите розжига возле котла. Приборы имеют цифровую индикацию, 2 релейных выхода, токовый выход. Приборы перепрограммируются на любой диапазон, внутри основного. В сравнении со шкальными приборами НМП52 и ТнМП 52, имеют достаточно высокий класс точности 0,5.

Для контроля наличия пламени поз. 32а,б 33а,б 34а,б используются датчики контроля пламени ДМС-100. Оптический датчик-реле контроля пламени ДМС-100 предназначен для селективного контроля и индикации отсутствия или наличия пламени в жидкотопливных горелочных устройствах; обеспечивает выдачу сигнала для систем автоматики. Вторичный преобразователь ДМС-100 устанавливается на щите розжига.

9. Описание локальных контуров регулирования

Рассматриваемая система автоматизации, одной из основной задачи которой  является ведение оптимального технологического процесса и получение конечного  продукта с заданными параметрами  и характеристиками. Конечным продуктом  является насыщенный водяной пар. Для  решения задач по автоматизации  по выпуску пара применяются технические  средства, которые четко контролируют процесс производства продукта и оптимально регулируют его. Для этого используются несколько контуров регулирования:

- регулирование разрежения;

- регулирование соотношения «топливо-воздух»;

- регулирование уровня в барабане;

- регулирование давления в барабане.

Регулятор разряжения в  топке котла.

Назначение — полное удаление продуктов  сгорания независимо от величины нагрузки котла. Этого можно достичь при  соответствии производительности дымососа в каждый момент производительности вентилятора и количеству топлива. Показателем такого соответствия является разрежение в топочной камере котла.

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.

На регулятор разрежения возлагается  задача поддержания постоянного  разрежения — 30 Па (—3 мм вод. ст). с высокой точностью ±5 Па (±0,5 мм вод. ст.). Конкретная величина разрежения зависит от конструкции топки и места отбора импульса. Дело в том, что в различных по высоте зонах топки разрежение неодинаково. Согласно заводской инструкции на котлы ДКВР место отбора разрежения в топке должно быть на боковой стенке топки, располагающейся дальше от выходного окна, и находится на расстоянии 1/3 ширины стенки от задней стены топки и 1/3 высоты боковой стены от потолка топки.

Основное требование к регулятору — максимально возможное быстродействие, так как топка как объект регулирования  разрежения практически безынерционна.

При увеличении количества воздуха, подаваемого  в топку, разрежение в топке уменьшится, одновременно снижается поступление  воздуха через неплотности обмуровки. Это говорит о значительном самовыравнивании топки как объекта регулирования разрежения.

Из сказанного следует, что регулятор  не должен иметь остаточной неравномерности  и может быть простым по закону регулирования. Сигнал разрежения подается из топки на преобразователь разряжения, где преобразуется в электросигнал и поступает на вход усилителя, где сравнивается с электросигналом задатчика Зд. Если действительная величина разрежения X равна заданной Х₀, то отклонение, рассогласование ΔХ=0 и система регулирования находятся в установившемся режиме. При наличии рассогласования ΔХ больше величины чувствительности усилителя, он подает команду на исполнительный механизм, который перемещает направляющий аппарат дымососа в определенном направлении, стремясь свести рассогласование к нулю.

Регулятор соотношения  «топливо-воздух».

Назначение—поддерживать заданное соотношение между количеством топлива и воздуха во всем диапазоне изменения подачи топлива, которое определяется по графику. Необходимые данные получают при теплотехнической наладке котла и выдаются службе КИПиА за подписью начальника котельной.

Для полного сжигания топлива используются несколько технологических зависимостей между топливом и воздухом. Исходя из этого, строятся и схемы автоматического регулирования: «расход (давление) топлива — расход (давление)- воздуха» (сокращенно «топливо — воздух»); «расход пара — расход (давление) воздуха»; «положение РО топлива — расход (давление) воздуха» и «количество кислорода в уходящих газах — количество воздуха».

Оптимальное количество воздуха будет  выдерживаться, когда измеряется не только расход топлива, но и его качественные показатели: состав, температура, влажность  и т. д. Наиболее точно это учитывается  САР подачи воздуха, удерживающей избыток (1,0%-1,5%) кислорода О₂ в уходящих газах. Однако из-за сложности измерения кислорода наиболее часто применяется схема регулирования соотношения «топливо — воздух».

Для системы регулирования способ измерения количества топлива не имеет большого значения. Но от этого  значительно зависит качество сжигания топлива. Причин, влияющих на нормальную работу регулятора соотношения «топливо — воздух» (в дальнейшем — регулятор  воздуха), при измерении давления топлива, а не расхода, несколько.

Во-первых, выходное сопло распылителя  мазута газомазутных горелок типа ГМГ, которыми оборудуются котлы ДКВР, рассчитано до 2000 часов работы при нормальной фильтрации топлива и режиме работы сопла. Если эти требования не выдерживаются, то сопло увеличивается и при том же давлении через него проходит больше мазута. В этом случае воздуха нужно больше, но так как САР контролирует только давление, то количество воздуха не изменится, что приведет к неполному сгоранию топлива.

Во-вторых, сопла форсунок и газовые  отверстия забиваются, что ведет  к росту давления на них. Но одновременно уменьшается количество топлива, а  регулятор будет держать воздуха  больше необходимого, согласно давлению, что приведет к охлаждению топки  и снижению паропроизводительности котла, т. е. к.п.д. котла.

В-третьих, у котлов ДКВР-20 устанавливаются  по 3 горелки, и контролировать давление топлива для регулятора воздуха  можно только на коллекторе (на общем  трубопроводе топлива) после РО. При  полностью открытых ручных вентилях давление топлива на коллекторе и  на горелках будет одинаковое. Если один из вентилей будет открыт не полностью, то давление топлива за ним будет  меньше, а значит, и расход топлива  меньше, и воздуха надо меньше, но при этом давление на коллекторе будет  больше, и тогда регулятор воздуха  будет не уменьшать подачу воздуха, что необходимо, а увеличивать.

Контролировать правильность работы регулятора воздуха можно (при замере давления топлива) по графику оптимального соотношения «топливо — воздух», но качество сжигания топлива при  таком косвенном замере расхода  топлива не гарантируется, да и проконтролировать  его без газоанализаторов дымовых  газов, которые не предусмотрены  проектами, сложно.

Следовательно, более качественное сжигание топлива гарантировано  при измерении его расхода. Причем не только при изменении расхода  с помощью РО системы регулирования, но и ручными вентилями, а также  при изменении состояния любого элемента тракта подачи топлива.

Количество воздуха, подаваемого  в топку, обычно измеряется по давлению воздуха в воздуховоде перед  котлом. У котлов ДКВР-20 горелок три, и из общего воздуховода имеются  ответвления к каждой горелке  с ручными заслонками для перераспределения  количества воздуха. К котлам ДКВР нужно  знать точное и постоянное положение  ручных заслонок, иначе всякое их отклонение от заданного положения изменит соответствие между давлением воздуха и его количеством. Например, если прикрыть ручные заслонки на горелках, то давление воздуха в общем воздухопроводе возрастет, что свидетельствует об увеличении количества воздуха от первоначального положения ручных заслонок и регулятор будет прикрывать направляющий аппарат вентилятора, хотя на горелки идет меньше воздуха и нужно наоборот увеличивать подачу воздуха.

Работу регулятора рассмотрим на примере  «газ — воздух». График этого соотношения выданный после окончания режимной наладки котла, предусматривает одно соотношение между количеством газа и воздуха, поэтому задатчик должен быть выключен. Датчик расхода газа преобразует измеряемый перепад давления на диафрагме в электрический сигнал и посылает на усилитель, где он сравнивается с электросигналом датчика давления (расхода) воздуха. При этом сигналы датчиков должны быть равны, но противоположны по фазе—тогда на входе усилителя суммарный сигнал равен нулю и САР находится в покое. Всякое изменение расхода газа вызовет изменение электросигнала датчика расхода, и регулятор должен восстановить вновь соотношение сигналов датчиков, то есть соотношение «газ — воздух».