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

 

1. 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.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

На химических предприятиях автоматизации  уделяется особое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, чувствительностью их к нарушению режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ и т.д. В сложных технологических процессах отклонение параметра от нормы может привести к авариям, взрывам, пожарам, порчи большого количества сырья.

Автоматизация в настоящее время  развивается особенно динамично, она  проникает во все сферы человеческой деятельности и характеризуется широким внедрением вычислительной техники, открывающим путь к резкому повышению производительности труда.

Автоматизация приводит к повышению  основных показателей эффективности производства: увеличению количества, повышению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда. Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшает затраты сырья и энергии, обеспечивает уменьшение численности основных рабочих, снижение капитальных затрат на строительство зданий, удлинение сроков межремонтного пробега оборудования.

Проведение некоторых современных  технических процессов возможно только при условии их полной автоматизации (процессы, осуществляемые на атомных  установках, в паровых котлах высокого давления и другие). При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьёзным последствиям.

Комплексная автоматизация процессов (аппаратов) химической технологии предполагает не только автоматическое обеспечение нормального хода этих процессов с использованием различных автоматических устройств (контроля, регулирования, сигнализации), но и автоматическое управление пуском и остановкой аппаратов для ремонтных работ и в критических ситуациях.

Автоматизация это высший этап машинного производства, когда человек частично или полностью освобождается от выполнения операций регулирования и управления.

Цель дипломного проекта – произвести автоматизацию процесса парообразования в котле ДКВР-20-13 на  «Третьем Березниковском калийном производственном рудоуправлении» ОАО «Уралкалий».[1]

 

3. Описание технологического процесса

 

Современная котельная установка  представляет собой сложное техническое сооружение. Она состоит из котельного агрегата ДКВР-20-13 и котельного вспомогательного оборудования. Продукцией котельного цеха является насыщенный водяной пар требуемых параметров, используемый на технологические нужды.

В состав котельного агрегата входят: паровой котёл, топка, водяной экономайзер, обмуровка, а также арматура.

Котёл типа ДКВР-20-13 представляет собой  вертикально-водотрубный двухбарабанный паровой котёл с естественной циркуляцией. Котёл имеет два одинаковых по длине и диаметру барабана. Топочная камера полностью экранирована трубами. Для повышения экономичности работы котёл снабжают чугунным водяным экономайзером, который позволяет снизить температуру уходящих газов.

К вспомогательному котельному оборудованию относятся тягодутьевые и питательные устройства, оборудование водоподготовки, топливоподачи, системы шлакозолоудаления и золоулавливания, а также контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации.

В качестве основного топлива на производстве используется попутный нефтяной газ, в качестве резервного топлива мазут.

Ниже на рисунке 1.1 приведена структура  производства пара.

 

Рисунок 1.1 – Структура производства пара

 

Насыщенный водяной пар используется на технологические нужды других основных цехов, горячая хозяйственно-питьевая вода поступает в систему хозяйственно-питьевого  водоснабжения и используется на хозяйственно-бытовые нужды. Характеристики основного сырья и энергоресурсов приведены ниже в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1

Характеристики основного сырья  и энергоресурсов

№ п/п	Наименование	Показатель	Норма
1	2	3	4
1	Исходная вода	Общая жесткость, мг·экв/дм3 Щелочность общая, мг·экв/дм3 Хлориды, мг·экв/дм3	22,0 1,5-2,6 Не нормируются
2	Кварцевый песок	Размер зерен, мм	0,5-1,5
3	Катионит марки КУ2-8 ГОСТ 20298-74	Размер зерен, мм	0,3-1,25
4	Топливо нефтяное мазут ГОСТ 10585-99, Марка 100	Вязкость кинематическая, сСт при 80 °С, не более Температура вспышки в  открытом тигле, °С, не более Массовая доля механических примесей, %, не более Массовая доля воды, %, не более  Теплота сгорания (низшая) в  пересчете на сухое топливо кДж/кг, не менее	118   110   1,0 1,0 39900
5	Попутный нефтяной газ	Теплота сгорания низшая, МДж/м3 (ккал/м3) при 20°С и 101,325 кПа, не менее Область значений числа Воббе (низшего) МДж/м3 (ккал/м3) Объемная доля кислорода, %, не более Масса механических примесей в 1 м3, не более Давление, МПа	31,8 (7600) 41,2-54,5 (9850-13000) 1,0   0,001 0,5-0,6

 

Продукцией паровой котельной  является насыщенный водяной пар  и горячая хозяйственно-питьевая вода, характеристики которой приведены в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2

Характеристики продукции

№ п/п	Наименование	Показатель	Норма
1	Насыщенный водяной пар	Общая жесткость, Мкг·экв/дм3, не более Температура, °С, не более Давление, МПа, не более	15 160 0,7
2	Горячая хозяйственно-питьевая вода	Температура, °С, не более Давление, МПа, не более	70 0,6

 

Процесс получения пара протекает  в следующем порядке. Центробежными  насосами питательная вода непрерывно подается в барабан котла. Ее давление составляет 14 кгс/см², это выше чем давления вырабатываемого пара. Прежде чем попасть в барабан котла, питательная вода с расходом 15-25 т/ч в зависимости от нагрузки проходит через экономайзер позиция 3, подогреваясь до температуры примерно на 40 °С ниже, чем температура насыщенного пара в котле примерно 190 °С. Барабан котла позиция 6 служит распределителем котловой воды и сборником образующего пара. С помощью опускных труб вода из барабана поступает в нижние коллекторы (сборники или распределители), к которым присоединяются трубы экранов, вертикально установленные по внутренним стенкам топочной камеры. Другим концом экранные трубы присоединяются к барабану котла. Как говорилось, экранные трубы представляют поверхность нагрева котла и предназначены для получения пара, кроме того, они защищают стенки топочной камеры от температуры. В результате радиационного (лучевого) нагрева экранных труб находящаяся в них вода закипает, образовавшиеся пузырьки пара стремятся вверх, увлекая за собой еще не вскипевшую воду. По направлению к барабану котла в трубах экрана образуется поток пароводяной смеси. Так как гидростатическое давление пароводяной смеси (эмульсии) в экранных трубах меньше, чем вес столба воды в опускных трубах, то в замкнутой гидравлической системе (барабан котла — опускные трубы — нижние коллекторы — экранные трубы — барабан котла) образуется устойчивое движение (естественная циркуляция).

Продукты сгорания сначала охлаждаются  в топочной камере котла ДКВР 20-13 позиция 5, отдавая тепло радиационным способом экранным трубам, затем охлаждаются за счет конвекции, проходя через экономайзер позиции 3. Дымовые газы (продукты сгорания) из топки с температурой 360°С и разряжением -0,94 кПа, отсасываются дымососом позиция 4, проходят через водяной экономайзер позиции 3, на выходе температура устанавливается 200 °С выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Для обеспечения нормального режима горения топлива в топку вентилятором позиция 1 подается воздух.