Система управления котлом

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

 

1. 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	+	+	+	+

 

 

2. 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.