Система управления котлом

В результате, систему регулирования  уровня воды в барабане котла можно  представить в виде следующей  структурной схемы:

 

Рисунок 4.2 - Структурная схема регулирования  уровня воды в барабане котла

 

Структурная схема регулирования  уровня воды в барабане котла где:

W₁(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – уровень в барабане котла;

W₂(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – расход воды;

W₃(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – расход пара от котла;

F _пара – внешнее возмущающее воздействие – расход пара от котла;

F _воды – входное воздействие – расход воды на котел;

L – выходная величина – уровень в барабане котла;

% открытия РО на воде –  управляющее воздействие, приложенное  к подаче расхода воды в барабан котла.

 

5. Проведение эксперимента

 

5. Подготовка и проведение эксперимента

 

Свойства объекта управления необходимо знать при составлении схемы  автоматизации, выборе закона регулятора и определении оптимальных значений его настроечных параметров. Правильный учет свойств объектов позволяет  создавать АСР, имеющие значительно  более высокие показатели качества переходного процесса. Для определения  динамических свойств объектов управления анализируют кривые изменения регулируемой выходной величины при типовых возмущающих  воздействиях. По кривой разгона определяют динамические характеристики объекта  управления: запаздывание, постоянную времени, коэффициент передачи.

Подготовка эксперимента по снятию динамических характеристик объекта  регулирования заключается в  выборе входной и выходной величин, а также в выборе измерительной  аппаратуры. В качестве входной величины принимаем положение регулирующего  органа, а в качестве выходной –  сигнал измерительного преобразователя, поступающий на вход регулятора. Для  снятия временных характеристик  объект исследования приводим в равновесное  состояние, а затем с помощью  дистанционного управления и исполнительного  устройства подаем на вход объекта  возмущающее воздействие. Реакцию  на это воздействие регистрируем в координатах: выходная величина –  время.

Проведение эксперимента можно  описать схемой:

 

Рисунок 5.1 - Структурная схема проведения активного эксперимента

 

где:

1 – устройство регистрации и  изменения параметров регуляторов  – ЭВМ;

2 – устройство управления и  сбора информации об объекте  – контроллер;

3 – устройство воздействия на  объект – исполнительный механизм;

4 – устройство получения информации  об объекте – измерительный  преобразователь;

5 –объект управления – газотурбина;

С помощью ЭВМ (1) все регуляторы в контроллере (2) участвующие в  регулировании объекта переводятся  в ручной режим, затем наносится  возмущающее воздействие Х в  виде единичного скачка - изменяется процент  открытия регулирующего органа, изменением выхода нужного регулятора. Возмущающее  воздействие отрабатывает исполнительный механизм (3), и возмущение передается в объект (5). Далее снимается отклик объекта на это возмущение: отклик в виде физического параметра  преобразуется измерительным преобразователем (4) в электрический параметр, который  поступает в контроллер, где преобразуется  в цифровой сигнал. Цифровой сигнал поступает в ЭВМ, где регистрируется до тех пор, пока объект не примет новое  установившееся значение. Массив регистрируемых значений отклика и значений времени  и будет представлять собой кривую разгона.

Для создания АСР питания барабанного  котла необходимо снять три кривые разгона, по структурной схеме эксперимента, приведенной на рис. 5.2.

 

Рисунок 5.2 - Структурная схема эксперимента

 

Структурная схема каскадно-комбинированной  системы где:

W₁(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – уровень в барабане котла;

W₂(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – расход воды;

W₃(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – расход пара от котла;

F _пара – внешнее возмущающее воздействие – расход пара от котла;

F _воды – входное воздействие – расход воды на котел;

L – выходная величина – уровень в барабане котла;

% открытия РО на воде –  управляющее воздействие, приложенное  к подаче расхода воды в барабан котла.

Для регистрации кривой разгона  будем использовать ЭВМ и программу WinCC предназначенную для отображения результатов измерений в графическом виде за любой период работы контроллера «Siemens». Проведение эксперимента рассмотрим по фрагменту функциональной схемы, приведенному на рис. 5.3.

 

Рисунок 5.3 – Схема автоматизации  провидения эксперимента

 

Измерение расхода воды на котел  поз. 3а и расхода пара от котла  поз. 1а 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.

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

 

16. 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;