Дипломная работа: Автоматизація котельні на ТЗВ "Волинь-Шифер"

пароутворення автоматизація технологічний параметр

3. СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦІЇ

3.1 Необхідність контролю, регулювання і сигналізації технологічних параметрів

Регулювання живлення котлових агрегатів і регулювання тиску в барабані котла головним чином, зводиться до підтримки матеріального балансу між відводом пари і подачею води. Параметром, що характеризує баланс, є рівень води в барабані котла. Надійність роботи котлового агрегату багато в чому визначається якістю регулювання рівня. При підвищенні тиску, зниження рівня [нижче допустимих меж, може привести до порушення циркуляції в екранних [трубах, у результаті чого відбудеться підвищення температури стінок труб, що [обігріваються, і їх перегорання.

Підвищення рівня також веде до аварійних наслідків, тому що можливе надходження води в пароперегрівник,що призводить до виходу його з ладу. У зв'язку з цим, до точності підтримки заданого рівня пред'являються дуже високі вимоги. Якість регулювання живлення також визначається рівністю подачі живильної води. Необхідно забезпечити рівномірне живлення котла водою, тому що часті і глибокі зміни витрати живильної води можуть викликати значні температурні напруги в металі економайзера.

Барабанам котла з природною циркуляцією властива значна здатність акумуляції, що виявляється в перехідних режимах. Якщо в стаціонарному режимі положення рівня води в барабані котла визначається станом матеріального балансу, то в перехідних режимах на положення рівня впливає велика кількість збурень. Основними з них є зміна витрати живильної води, зміна парозбору котла при зміні навантаження споживача, зміна паропродуктивності при зміні навантаження топки, зміна температури живильної води.

Регулювання співвідношення газ-повітря необхідно як чисто фізично, так і економічно. Відомо, що одним з найважливіших процесів, що відбуваються в котельній установці, є процес горіння палива. Хімічна сторона горіння палива являє собою реакцію окислювання елементів палива молекулами кисню. Для горіння використовується кисень, що знаходиться в атмосфері. Повітря подається у топку у визначеному співвідношенні з газом за допомогою нагнітального вентилятора. Співвідношення газ-повітря приблизно складає 110. При чому іноді в топковій камері відбувається неповне згоряння палива. Тоді не згорілий газ буде викидатися в атмосферу, що економічно й екологічно не припустимо. При надлишку повітря в топковій камері буде відбуватися охолодження поверхні, хоча газ буде згоряти цілком, але в цьому випадку залишки повітря будуть утворювати двоокис азоту, що екологічно неприпустимо, тому що це єднання шкідливе для людини і навколишнього середовища.

Система автоматичного регулювання розрядження в топці котла зроблена для підтримки топки під наддувом, тобто щоб підтримувати сталість розрядження (приблизно 4мм.рт.ст.). При відсутності розрядження полум'я смолоскипа буде притискатися, що приведе до обгорання пальників і нижньої частини топки. Димові гази при цьому підуть у приміщення цеху, що робить роботу обслуговуючого персоналу неможливою і небезпечною.

У живильній воді наявні розчинені солі, припустиме кількість яких визначається нормами. У процесі паротворення ці солі залишаються в котловій воді і поступово накопичуються. Деякої солі утворять шлам - тверда речовина, що кристалізується в котловій воді. Більш важка частина шламу накопичується в нижніх частинах барабана і колекторів.

Підвищення концентрації солей у котловій воді вище припустимих величин може привести до віднесення їхній у пароперегрівник. Тому солі, що зібралися в котловій воді, віддаляються безупинною продувкою, що у даному випадку автоматично не регулюється. Розрахункове значення продувки парогенераторів при сталому режимі визначається з рівнянь балансу домішок до води в парогенераторі. Таким чином, частка продувки залежить від відношення концентрації домішок у воді продувній і живильній. Чим краще якість живильної води і вище припустима концентрація домішок у воді, тим частка продувки менше. А концентрація домішок у свою чергу залежить від частки додаткової води, у яку входить, зокрема, частка продувної води, що втрачається.

Сигналізація параметрів і захисту, що діють на зупинку котла, фізично необхідні, тому що оператор, машиніст котла не в силах простежити за всіма параметрами функціонуючого котла. Унаслідок цього може виникнути аварійна ситуація. Наприклад при випуску води з барабана, рівень води в ньому знижується, унаслідок цього може бути порушена циркуляція, що в свою чергу викличе перегорання труб донних екранів. Спрацювання захисту, без зволікання, запобіжить виходу з ладу парогенератора. При зменшенні навантаження парогенератора, інтенсивність горіння в топці знижується. Горіння стає непостійним і може припинитися. У зв'язку з цим передбачається захист по погашенню смолоскипа.

Надійність захисту значною мірою визначається кількістю, схемою включення і надійністю використовуваних у ній приладів. По своїй дії захисту підрозділяються на:

>  діючі на зупинку парогенератора;

>  діючі на зниження навантаження парогенератора;

>виконуючі локальні операції.

3.2 Розробка автоматичної системи керування технологічним процесом

На основі опису технологічного процесу, та складеної на його основі карти технологічних параметрів складемо функціональну схему автоматизації (ФСА). Дана система буде мати 4 контури регулювання, які будуть підтримувати постійними такі технологічні параметри:

1.  Тиск перегрітої пари на виході з парокотельної установки.

2.  Рівень води в барабані котла.

3.  Розрідження в топці.

4.  Співвідношення газ/повітря.

Також необхідно контролювати такі технологічні параметри:

1.  Наявність полум’я.

2.  Температуру перегрітої пари.

3.  Витрату перегрітої пари.

4.  Температуру відхідних газів.

5.  Температуру живильної води після економайзера.

з метою виявлення відхилень у технологічному процесі і у випадку відхилення критичних параметрів здійснити аварійну зупинку технологічного процесу шляхом перекривання подачі природного газу відсічним клапаном.

Рис. 1. Функціональна схема автоматизації технологічного процесу

Контур регулювання тиску пари (РЕ 3-1). Даний контур підтримує заданий тиск пари в барабані котла при зміні парового навантаження. Котел по тиску пари є об’єктом із самовирівнюванням і має сталу часу Т та сталу запізнення , що вимагає застосування пропорційно-інтегрального закону регулювання.

Головним збуренням є витрата перегрітої пари, необхідної в подальшому технологічному процесі і на яку ми впливати не можемо. При збільшені витрати пари, знижується її тиск, сигнал про що подає давач тиску РE 3-1. Сигнал з давача поступає на мікропроцесорну систему. Мікропроцесорна система виробляє керуючий електричний сигнал, який поступає на виконавчий механізм відкриття регулюючої заслінки подачі природного газу. Внаслідок відкриття регулюючої заслінки відбувається збільшення подачі природного газу, температура в барабані котла зростає, внаслідок чого відбувається збільшення тиску пари та його стабілізація.

У випадку зменшення витрати перегрітої пари, всі вищеописані процеси будуть відбуватися навпаки.

Контур регулювання рівня води в барабані (LE 2-1). Основним збуренням даного технологічного параметру також є витрата пари. Регулювання даного технологічного параметра викликає значні труднощі. Барабан котла по рівню є об’єктом без самовирівнювання – навіть при незначному розузгодженні між притоком живильної води і відбором пару рівень буде змінюватися до переповнення або до випорожнення барабану, що викличе перегрів котла та його поломку. Крім того, при збуреннях, викликаних збільшенням відбору пари або подачею живильної води, спостерігається значне запізнення, під час якого рівень змінюється в бік, протележний тому, в який він повинен змінюватися завдяки прикладеному збуренню.

Рівень води в барабані пропорційний гідростатичному тиску (різниця тисків на дні та вгорі барабану), який вимірює давач тиску типу "Altivar". Сигнал з давача тиску поступає на мікропроцесорну систему, яка виробляє сигнал для виконавчого механізму на відкриття заслінки на трубопроводі подачі живильної води. Витрата живильної води зростає, і рівень води в барабані котла стабілізується.

Контур підтримки заданого розрідження в топці (PE 8-1). Основними збуреннями є витрата природного газу та повітря, а також атмосферний тиск. Розрідження вимірюється в верхній частині топки дифтягоміром. Сигнал про розрідження надходить на аналоговий вхід мікропроцесорної системи, яка керує частотою обертання двигуна димососа.

Перехідні процеси по тиску повітря і розрідженню в топці малоінерційні і не викликають труднощів по настройці АСР.

Контур регулювання співвідношення газ/повітря. При змінах витрати газу, внаслідок зміни парового навантаження, необхідно пропорційно змінювати витрату повітря. Витрата природного газу задається контуром регулювання тиску пари, а система регулювання співвідношення газ/повітря впливає лише на витрату повітря. Тобто дана система є слідкуючою. Витрата газу вимірюється за допомогою витратоміра, який складається із дифманометра і діафрагми, яка встановлена на газопроводі до пальників котла. Сигналом зворотнього зв’язку є сигнал про витрату повітря. Оскільки витрату повітря в прямокутному повітреводі виміряти складно, то вона визначається опосередковано шляхом вимірювання тиску за повітренагнітачем за допомогою дифтягоміра.

Для забезпечення оптимальнішого процесу горіння, на систему регулювання співвідношення газ/повітря додатково подається коригуючий сигнал з газоаналізатора QE 6-2 про вміст СО і О2 у відхідних газах, який містить інформацію про повноту згорання газу. Наявність О2 у відхідних газах свідчить про надлишок повітря, а наявність СО про його недостачу. Максимальна зміна витрати повітря за сигналом газоаналізатора становить ±10% від поточної витрати.

Автоматика захисту призначена для контролю основних теплотехнічних параметрів і відсікання подачі газу до пальників при відхиленні контрольованих параметрів від допустимих значень.

Відсікання падачі палива здійснюється електромагнітним клапаном. При надходженні сигналу на мікропроцесорну систему від одного із давачів про недопустиме значення одного з технологічних параметрів: зникнення полум’я (QE 7-1), підвищення тиску в барабані (PE 3-1), підвищення або зниження рівня пароводяної суміші в барабані котла (LE 2-1), зниження розрідження в топці (РЕ 8-1), зниження температури живильної води після деаератора, яка надходить в барабан котла (ТЕ 5-1), а також при зникненні живлення електричних кіл автоматики захисту.

Спрацювання автоматики захисту супроводжується сигналізацією для привернення уваги оператора.

Облік і контроль технологічних параметрів. Для встановлення матеріальних затрат та виявлення відхилень економічності роботи парокотельної установки в процесі її експлуатації, необхідно вести облік таких технологічних параметрів: витрата природного газу (FE 9-1), витрата пари (FE 4-3), температура відхідних газів (ТЕ 6-1).

3.5 Підбір технічних засобів автоматизації

ACE-540A Промислове джерело живлення змінного струму, вихід +24В/2А

Основні характеристики:

Тип джерела живлення: змінного струму

Вихідна потужність: 48Вт

Вихідні напруги: +24В

Давачі тиску, перепаду тисків і розрідження

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13