Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

На сегодняшний день вопросы теплоэнергетики являются наиболее актуальными и занимают важнейшее место в мире. Главными задачами являются обеспечение комплексной переработки сырья, создание ресурсосберегающей техники и технологий, резкого сокращения потерь и отходов. На данный момент возникла ситуация, когда тепловые станции испытывают острую необходимость в модернизации технологического оборудования и особенно средств технологического контроля и управления. Внедрение новой линейки управляющих средств, так и исполнительных механизмов позволило значительно улучшить показатели надежности, ремонтопригодности и экономической выгоды котельной установки теплоснабжения шахты.

1. Актуальность темы

В последние годы во многих странах структурная перестройка топливного баланса с целью уменьшения зависимости от нефти и газа возродила интерес к угольной тематике. В данный период сведениям, требованиям удовлетворяют котельные установки, которые работают на твёрдом горючем. Регулирование соотношения топливо–воздух обеспечивает необходимые условия сжигания топлива. Уголь должен сжигаться экономично, сжигание угля организовано так, чтобы в печи сохранялись наилучшие условия теплообмена.[1]

2. Цель и задачи

Учитывая тенденцию уменьшения производительности котельной установки, можно сформулировать цель работы – повышение эффективности производительности работы шахтной котельной установки.

Общая цель работы заключается в следующих задачах:

3. Характеристика шахтной котельной установки как технологического объекта автоматизации

Технологическая схема котельной установки с слоевой топкой представлена на Рисунке 1.

Котельные установки – один из крупнейших потребителей тепла на шахтах, осуществляющие в холодный период времени года процесс теплоснабжения шахты. Котельная – система, в которой происходит нагрев теплоносителя для системы отопления. Основные элементы данной установки: котел, горелка, система управления, питание и газовоздуховоды.[8]

Котел – устройство, где происходит теплообмен между горячими продуктами горения топлива и водой. Система управления котлом – специальный блок управления, который организует весь комплекс работы системой, осуществляет определенный порядок действий, который задан алгоритмом работы программы. Питательные устройства необходимы для подачи воды в котел.[2]

Технологическая схема котельной установки Рисунок 1 – Технологическая схема котельной установки

1 – блок котла, 2 – cлоевая топка, 3 – топка ТШИП–2,5, 4 – питатель угля, 5 – вентилятор,6 – дымосос, 7 – воздуховоды, 8 – дымоходы, 9 – камера догорания, 10 – тангенциоальные сопла вторичного дутья, 11 – кольцевое сопло, 12 – лаз, 13 – решетка, 14 – конвейер ШЗУ, 15 – калорифер, 16 – клапан подачи общего дутья, 17 – шибер подачи воздуха на питатель угля, 18 – сопла СВУ, 19 – клапан нижнего дутья, 20 – бункер угля, 21 – вибратор, 22 – лента конвейерная, 23 – конвейерный пучок, 24 – циклон прямоточный, 25 – дымовая труба, 27 – стояки слива золы, 28 – шнек золоудаления, 29 – пережим, 30 – шибер золоудаления, 31 – шурующая планка.

Тягодутьевый механизм представляет из себя единую систему дутьевых вентиляторов, газовоздуховодов, дымовой трубы и дымососов, которые помогают в подаче воздуха в топку и осуществляют движение продуктов сгорания по газоходам котла, а после – их удаление в атмосферу. Продукты сгорания отдают тепло воде, когда двигаются по газоходам и касаются нагретой поверхности.

В котельных установках для обеспечения рационального использования есть дополнительные элементы: водяной и воздушный экономайзеры, устройства для подачи топлива и удаления золы. Есть также функции очистки дымовых газов и питательной воды, приборы для контроля средств автоматизации, которые обеспечивают надежную и бесперебойную работу всех звеньев.

Слоевая топка – топка для слоевого сжигания, топка печи или парового котла, в которой горение топлива, загруженного слоем на колосниковую решётку, происходит в струе воздуха, пронизывающего этот слой (обычно снизу вверх). Эта топка состоит из колосниковой решетки, поддерживающей слой кускового топлива, и топочного пространства, в котором сгорают горючие летучие вещества.[4,5]

Слоевые топки предназначены для сжигания твердого кускового топлива. Они просты в эксплуатации, пригодны для различных сортов топлива, не требуют больших объемов топки, могут работать при значительных колебаниях тепловой нагрузки, отличаются относительно небольшим расходом энергии на собственные нужды и, главное, не требуют дорогих пылеприготовительных устройств.

На мнемосхеме (Рисунок 2) показано – котел, бункер, решетка,конвейер, 2 вентилятора, дымосос, подпиточный насос. Кнопки:

Котел Рисунок 2 – Мнемосхема шахтной котельной установки с слоевым слоем

(анимация: 8 кадров, бесконечный цикл, 136 килобайт)

4. Обзор существующих технический решений регулирования соотношения «топливо–воздух» автоматизации шахтной котельной установки

Автоматизация котельных производится по двухуровневой схеме управления. К первому уровню относятся приборы локальной автоматики, ПЛК, которые осуществляют защиту и блокировку, регулировку и изменение параметров. Сюда же можно отнести оснащение, которое необходимо для преобразования, кодирования и передачи информации.

Верхний уровень представлен в виде графического терминала встроенного в шкаф управления или оператора на базе ПК. Там предоставлена вся информация, которая поступает от микроконтроллеров нижнего уровня и датчиков системы, и производится ввод оперативных команд, регулировок и уставок. Кроме диспетчеризации процесса решаются задачи оптимизации режимов, диагностики технического состояния, анализа экономических показателей, архивирования и хранения данных. Также информация может передаваться в общую систему управления предприятием (MRP/ERP) или населенным пунктом.[3]

Система автоматизации котельной установки должна выполнять управляющие и информационные функций.

Управляющие функции:

Кроме автоматического управления существует и управление в ручном режиме с постов местного управления и в дистанционном – с пульта оператора.

Информационные функции:

Применение ПЛК, дает возможность значительно уменьшить затраты на кабельную продукцию, благодаря цифровым каналам передачи данных и управления, снижается время, которое затрачивается на монтаж и наладки. Осуществление автоуправления котлами и системы диспетчеризации позволяет уменьшить нужное количества рабочего персонала до 2–х человек: оператор и слесарь в дневную смену и 1 оператор в ночную.[6, 10]

Характеристика воздухонагревательной установки по схеме котельная–калорифер:

В настоящее время, в качестве устройства автоматизированного регулирования процесса горения является система «Контур 2», которая обеспечивает управление подачей твердого топлива в топку исходя из нагрузки котла с корректировкой по температуре, поддержание нормального соотношения топлива и воздуха, поддержание требуемого устойчивого разрежения в топке. Аппаратура «КОНТУР 2» является одной из известных аппаратур для автоматизации котельной установки и процесса теплоснабжения шахты. Она состоит из первичных приборов регулирующих блоков и исполнительных устройств. Параметры работы котла, которые обеспечивают автоматическое регулирование аппаратурой «КОНТУР 2»являются:

Преобразователь давления ОВЕН ПД150 – устройство создано с целью совмещения функции первичного измерительного датчика и вторичного показывающего прибора. Оно необходимо для того, чтобы контролировать давление неагрессивных, горючих и дымовых газов. Оно создает силовые управляющие и информационные сигналы на автоматику управления.

Моторные электрические исполнительные механизмы типа МЭО выполнены на базе единой конструкции и состоят они из электродвигателя, редуктора, ручного привода, тормоза, блока датчиков (реостатов обратной связи), узла упоров, и рычага.

5. Пути повышения эффективности системы автоматического регулирования соотношения топливо–воздух»

Котельная – сооружение, где внедряются новейшие идей в сфере теплотехники и автоматики, производится нагрев теплоносителя для систем тепло и пароснабжения. При выборе контролируемых величин необходимо руководствоваться тем, что при минимальном их числе обеспечивалось наиболее полное представление о процессе. Контролю подлежат те параметры, по значениям которых осуществляется оперативное управление технологическим процессом, а также его пуск и остановка. К таким параметрам относятся все режимные и выходные параметры, а также входные параметры, при изменении которых в объект будут поступать возмущения.

Автоматическое регулирование соотношения расхода угля и воздуха, должно обеспечивать необходимые условия сжигания угля.Условия – уголь должен сжигаться экономично, сжигание угля должно быть организовано так, чтобы в печи сохранялись наилучшие условия теплообмена.[7]

Численно соотношение топливо – воздух определяется так называемым коэффициентом расхода воздуха. Контроль давления воздуха после дутьевого вентилятора необходим для определения работы вентилятора. Понижение давления воздуха происходит в случае отключения вентилятора или закрытия его направляющего аппарата при неисправности регулятора воздуха. При понижении давления воздуха может произойти отрыв факела или его погасание. Так как в момент отключения вентилятора воздух в топку не поступает, разряжение увеличивается, происходит отрыв факела.

Коэффициент расхода воздуха равен:

Коэффициент расхода воздуха Формула 1 – Коэффициент расхода воздуха

где ВB – действительный расход воздуха; BB° – теоретический расход воздуха, необходимый для полного сжигания топлива; VB° – теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сжигания единицы топлива; ВT – расход топлива.

Автоматическое регулирование соотношения расхода топлива и воздуха осуществляется при помощи регуляторов соотношения. Чаще всего ведущим потоком в схеме отопления и автоматического пропорционирования является топливо, расход которого задается регулятором температуры. Регулятор соотношения получит информацию о расходах топлива и воздуха и управляет расходом воздуха, который является, таким образом, ведомым потоком. В некоторых случаях применяется обратная схема, где ведущим потоком служит воздух, а ведомым – топливо.

Методы регулирования соотношения топливо–воздух:

5.1 Алгоритмизация системы автоматического регулирования соотношения топливо–воздух шахтной котельной установки.

Блок–схема алгоритма приведена на Рисунке 4.

В результате автоматического управления котельной установкой обеспечивается:

На первом этапе управления осуществляется инициализация ПЛК, ввод необходимых параметров системы с помощью панели оператора ИП320. Опрос датчиков и сравнение показаний между полученными и необходимыми. Если считанный опрос больше заданного, опрос датчиков продолжается. В другом случае ПЛК переходит к следующему действию. Исходя из введенных изначальных параметров нужно определить включен автозапуск или нет. Если автозапуск – включен, то тогда котел переходит в режим ручного розжига.

В режиме розжига начинается нагрев трубчатого электронагревателя, запускается вентилятор происходит открытие направляющего аппарата. Далее, необходимо получить пламя в горелке, чтобы выявить наличие огня в горелке происходит опрос датчика пламени. В случае отсутствия пламени розжиг продолжается. Если пламя есть, то система переходит к работе.

После, по конвейеру поступает уголь к топочному бункеру котла. В режиме ручного розжига начинается нагрев. Необходимо получить пламя в горелке.

В режиме работы происходит процесс поддержания горящего состояния топлива, при этом считываемая температура должна увеличиваться.

В режиме регулировки соотношения топливо–воздух мы управляем расходом угля и воздуха. Задача данного режима поддерживать соотношение в заданном диапазоне. Если температура становится ниже заданной, то тогда котел переходит к опросу датчиков, после котел входит либо в режим розжига, либо в режим работы. Если же температура выше заданной, то тогда устанавливается режим тушения. После пуска системы установлен заданный режим величины «P°» – 8 атмосфер, и «t°» – 110 градусов.

При отклонении параметра Q, обеспечивается соответственно уменьшение либо увеличение подачи воздуха и топлива, если всё в норме, котёл продолжает работать в заданных условиях и измерительный цикл повторяется. С=1 – наличие аварийного сигнала либо технологической остановки. При появлении аварии на щит управления оператора подаётся сигнал о выключении котла и соответственно останавливается подача топлива и воздуха.[9]

Блок–схема алгоритма управления соотношения<q>топливо–воздух</q> шахтной котельной установки Рисунок 3 – Блок–схема алгоритма управления соотношения топливо–воздух шахтной котельной установки

Выводы

В реферате была рассмотрена шахтная котельная установка как объект автоматизации, был предложен алгоритм автоматического регулирования соотношения топливо–воздух. Возникает необходимость повышения эффективности работы шахтной котельной установки, путем внедрения системы автоматического управления. При этом необходимо поддерживать определенную температуру теплоносителя и оптимальное применение топлива. Для его выполнения нужно установить необходимый набор элементов для будущей котельной и их порядок работы, что я и продолжу в дальнейшей работе.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2021 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Котельные установки промышленных предприятий – Сидельковский Л.Н. Юренев В.Н.
  2. Батицкий В.А., Куроедов В.И., Рыжков А.А. – Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в горной промышленности. – М.: Недра, 1991.
  3. Теория автоматического управления / Лукас В.А. – М. 1990 г.
  4. Температурные измерения. Справочник. /Геращенко О.А., Гордов А.Н., Еремина А.К. и др.: Отв.ред. Геращенко О.А.–Киев: Наукова думка, 1989.-709 с.
  5. Курносов, В. Г. Научные основы автоматизации в угольной промышленности: опыт и перспективы развития: монография / В. Г. Курносов, В. И. Силаев; Междунар. ин–т независимых пед. исслед.
  6. МИНПИ – ЮНЕСКО, ОАО «Автоматгормаш им. В. А. Антипова». – Донецк: Вебер, Донец. отд–ние, 2009.
  7. Шафрановский, В. А. Справочник наладчика автоматики котельных установок / В. А. Шафрановский. – Симферополь: Таврия, 1987. – 176 с
  8. Хуторной, А. Н. Котельные установки / А.Н. Хуторной. – Учебное пособие. – Томск: ТГАСУ, 2016. – 220 с.
  9. Кравцов, В. В. Экономическое использование угля в теплоэнергетике / В. В. Кравцов, А. Г. Махмудов, А. В. Харченко. – Донецк: ДонГТУ, 1999. – 320 с.
  10. Компания ОВЕН – ведущий российский разработчик и производитель контрольно–измерительных приборов и средств автоматизации для различных отраслей промышленности.