| Перечень ссылок | Биография | Электронная библиотека | ДонНТУ | Магистратура ДонНТУ | Индивидуальное задание |
Ткаченко Анна Евгеньевна
Автореферат магистерской работы по теме:
"Розробка системи автоматизованого керування шахтними котельними в умовах змінних витрат теплоносія"
ВСТУП
У наш час одною з актуальних проблем, які постають перед нашою державою є проблема зберігання паливних ресурсів. У зв’язку з важким станом паливно-енергетичного сектору України, що обумовлено дефіцитом усіх видів палива, зменшенням об’ємів добування вугілля та зниження його якості за останні 20 років (вміст попелу вугілля досягає 35 %), вирішити цю проблему надзвичайно важливо.
Вирішення даної задачі слід шукати у вволіканні у промислове використання джерел енергії, які досить не враховувалися у паливно-енергетичному балансі України, а також у розробці методів експлуатації паливних ресурсів, які дозволять повністю використовувати їх тепловий потенціал та звести втрати енергії до мінімуму. Один з шляхів вирішення даної задачі є запровадження нової технології спалювання твердого палива в низькотемпературному киплячому шарі (НТКШ).
Завдяки запровадженню цієї технології стає можливим використання запасів низькосортного твердого палива, утилізація відходів вуглезбагачення та вугледобування.
Необхідну якість керування можливо досягти лише шляхом комплексного контролю за станом технологічних параметрів топок НТКШ. А у основу законів керування треба покласти роботу топок з максимальним ККД та мінімальними витратами паливних ресурсів. Отже, постає необхідність запровадження системи автоматизованого керування роботою системи теплопостачання в цілому, з урахування особливостей як теплоспоживачів, так і тепловиробників, що змінюються з часом, з метою зменшення нераціональних витрат теплоносія та паливних ресурсів.
Розробка даної системи керування на підставі врахування змінних потреб теплоспоживачів у теплі, визначення критеріїв керування та розробка засобів керування роботою топок НТКШ з метою раціоналізації витрат теплоносія та твердого палива є предметом даної роботи.
Як показали результати пошуків інформації на дану тематику в Internet останнім часом все більше і більше уваги почало приділятися проблемі економного використання теплової енергіїї. І вже є деякі наукові розробки в цієї сфері. Але проблематика зберігання паливних ресурсів та економії теплової енергії на шахтах в Internet зовсім не освітлена, з чого ми робимо вивід, що розробок в даній сфері фактично не існує. Отже, питання, які вирішуються в магістерській дисертації, дуже актуальні на наш час, а запропоновані автором шляхи їх вирішення досить оригінальні та ще не мають аналогів на сьогодні.
На початок1. ХАРАКТЕРИСТИКА ШАХТНОЇ СИСТЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
На рисунку 1 наведена шахтна система теплопостачання з необхідними засобами керування даним технологічним процесом [1].
Рисунок 1 – Технологiчна cхема шахтної котельної установки з m топками НТКШ:
ПА НТКШ – пристрій
автоматизації роботи топки НТКШ;
РР – регулятор розрідження в топці; РВС - регулятор висоти киплячого шару
У даній системі присутні n споживачів теплової енергії – С1…Сn, кожен з яких споживає теплоту Qc1…Qcn відповідно. Теплоносій (вода) надходить до кожного теплоспоживача по трубопроводу із загального колектора, на який працюють m водогрійних котлів топок НТКШ Т1…Тn. При цьому від кожного котла одержуємо Qк.о.1…Qк.о.m теплоти відповідно.
Головною проблемою даної системи теплопостачання є нераціональна витрата теплової енергії, яка випрацьовується котлами. Це зобумовлено тим, що загальна кількість енергії, споживаної усіма споживачами, є змінною величиною і залежить від пори року, кількості працюючих споживачів, їх технічного стану, втрат і т. ін. Подібне сезонне змінення кількості теплоспоживачів, а відповідно і робочіх теплопостачальників - топок НТКШ, ілюструє рисунок 2, на якому ми можимо побачити дані зміни в залежності від температуру навколишнього середовища в різні часові відрізки.
Рисунок 2 - Структурні зміни в шахтній системі теплопостачання в залежності від температури навколишнього середовища
Отже, споживане тепло змінюється у функції часу:
, (1)
Звідси є необхідність регулювати загальну кількість тепла, що випрацьовується котлами відповідно до змін споживаного тепла. Для вирішення цієї задачі запропонована наступна система регулювання процесу теплопостачання.
Кожний теплоспоживач обладнується теплолічильником ТС1…ТСn, який рахує споживану теплову енергію, а також має функцію регулювання споживаної енергії в залежності від завданого значення. Споживане тепло Qс визначається наступним чином:
Qc = Vρ(hвх-hвих), (2)
де V – об’єм теплоносія, що протікає через трубопровід за час спостерігання;
ρ - густина теплоносія, у нашому випадку ρ = const;
(hвх, hвих - питомі ентальпії теплоносія відповідно у трубопроводі на вході до
споживача та на виході з нього.
Ентальпія є функцією температури теплоносія h = f(T), тому для визначення споживаного тепла вимірюють температури води на вході Твхта виході Твих споживача. Після цього інформаційні сигнали з датчиків стану технологічних параметрів V1…Vn, Т вх 1… Твхn, Т вих 1… Твиxn надходять до теплолічильників ТС1…ТСn, де на основі отриманої інформації вираховуються значення Qc1…Qcn.
Як вже було зазначено вище, використані теплолічильники мають володіти функцією регулювання споживаного тепла в залежності від завданого значення Qз. З формули (2) витікає, що регулювати споживане тепло можна змінюючи або витрати теплоносія або його температуру. З точки зору простоти реалізації технічного рішення регулятора обираємо регулювання по витраті теплоносія. Для цього на живлющі теплопроводи встановлюються керовані задвижки КЗ, на які діє виконавчий механізм теплолічильника у разі наспів падіння значень завданого тепла Qз із фактично споживаним Qс. При цьому керувальний сигнал Ук на КЗ пропорційний різності значень тепла Qз – Qс.
Але даний засіб регулювання споживаної теплової енергії дає добрі результати при незначному відхиленні фактичних значень тепла від завданого у результаті впливу невеликих збурювальних дії, а також при невеликому зміненні значення уставки. Крім того, при ньому не враховується перевитрата тепла, випрацьованого топками НТКШ, оскільки температура теплоносія залишається незмінною.
При значних зміненнях значення уставки споживаної теплоти, таких як відключення теплоспоживача чи введення нового, обумовлену змінами температури навколишнього повітря та ін. Даний засіб керування на дасть бажаних результатів, оскільки тепло випрацюване котлами буде або некорисно витрачатися на об огрів навколишнього середовища (при значному зменшенні загальної суми споживаної теплоти), чи його взагалі не вистачить на живлення усіх споживачів (при зростанні значення потребує мого тепла).
Отже для раціональної витрати теплової енергії необхідно не лише однобічно регулювати значення споживаного тепла, а також регулювати значення тепла, що отримуємо від котлоагрегатів топок НТКШ. У ідеальному випадку має бути наступний баланс:
, (3)
Для забезпечення даного балансу до системи керування вводимо мікропроцесорний пристрій МПП, на який надходять значення споживаного тепла від усіх споживачів. На основі отриманої інформації МПП посилає сигнали керування Zк1…Zкm відповідно на регулятори технологічних параметрів кожної топки Р1…Рm, за допомогою яких регулюється кількість тепла випрацьовуємого котлоагрегатами топок Qк.о1…Qк.о.m.
При цьому може змінюватися як кількість працюючих котлоагрегатів, так і потужність з якою вони працюють для забезпечення необхідної кількості тепла з мінімальними втратами.
Регулювати кількість тепла випрацьованого котлоагрегатами можна шляхом змінення технологічних параметрів топок, головним з яких є температура НТКШ, між значенням якої, та кількістю виробленого тепла існує прямий зв’язок. При цьому регулятор також виконує функцію регулювання стану технологічних параметрів для уникнення складання аварійного стану.
Як бачимо з рисунку 1, регулятор випрацьовує керувальні дії на виконавчі механізми технічного обладнання топки ΣХкі, змінюючи значення технологічних параметрів. При цьому для досягнення необхідної якості керування вводиться зворотній зв’язок по цим параметрам. Від датчиків на регулятор надходять інформаційні сигнали про фактичне значення технологічних параметрів ΣFі. Більш докладна структурна схема топки НТКШ з визначенням регуляторів та розташування технологічних датчиків наведена на рисунку 3.
Рисунок 3 - Структурна схема системи теплопостачання шахти з засобами автоматизації
2. ТЕХНОЛОГІЯ СПАЛЮВАННЯ ТВЕРДОГО ПАЛИВА У ТОПКАХ НТКШ
Перш за все необхідно визначити, чому шахтні котельні раціонально обладнувати топками саме такого типу. Як вже визначалося вище, останні роки якість здобутого вугілля значно знизилась, через це падає його риночна вартість, та споживацький попит на нього та витрати на вуглезбагачення.
Часто виявляється, що затрати на транспортування палива можуть перевищувати його вартість. У такому разі нераціонально вживати низькосортне паливо десь далеко від шахти або направляти його на вуглезбагачувальний комбінат. Таким чином найекономічнішим варінтом є витрати низькосортного палива на внутрішні потреби шахти. А максимальну тепловіддачу при спалювання такого палива можна отримати лише від топок НТКШ, які дозволяють спалювати вугілля з вмістом попелу понад 70%. Саме тому раціонально обладнувати топками даного типу саме шахтні котельні.
Розглянемо стислу характеристику технологічного процесу спалювання твердого палива (вугілля) в НТКШ [1].
Під час процесу горіння тверде паливо знаходиться у псевдоожиженому стані, що сприяє найкращому теплообміну та максимальному вигоранню вугілля. Технологічний процес йде наступним чином.
Спочатку у топку насипають шар інертного матеріалу, який розігрівають до необхідної температури (400°С) факельним засобом, після чого вмикають питатель твердого палива та здійснюють подачу палива у топку. Факельні горілки вимикають після досягненням шаром температури (800°С). Подачу твердого палива здійснюють безперестанно.
Паливо на решітку подають за допомогою пневматичного забрасивателя з пластинчатим питателем, який працює від асинхронного приводу. За допомогою різних типів варіаторів забезпечуються необхідна швидкість питателя, а отже необхідна витрата палива.
Повітря для псевдоожиження та підтримування необхідної температури шару поступає від високонапорного дуттєвого вентилятора під колпачковую повітрерозподільчу решітку. Швидкість дуттєвого повітря Vп регулюється кутом повороту лопаточок, встановлених на воздухорозподільчій решітці.
Для безперебійної та безаварійної роботи топки велике значення має своєчасне видалення накопиченої золи, що також забезпечує підтримання температури та висоти шару на необхідному рівні. Шлак з топки видаляється по ходу праці котельної при досягненні їм певного рівня за допомогою спеціального золовидаляючого пристрою. Це не викликає проблем оскільки кусочки шлаку через їх велику густину тонуть у киплячому шарі та збираються у нижній частині топки.
Більша частина тепла, яке виділяється під час горіння палива, одбирається за допомогою погружних поверхонь нагріву, які встановлюються у самому псевдоожиженому шарі. Схема автоматизації шахтної котельної установки с НТКШ наведена на рис. 2.
Виходячи з технологічних особливостей процесу, можливо висунути наступні вимоги до його безаварійного та безперестанного протікання:
Однією з особливостей топок НТКШ також є можливість переводу шару у так званий “Гарячий” резерв. При цьому топка не випрацьовує тепло, а шар знаходиться у лежачому (спокійному) стані. В даному стані топка може знаходитися понад 12 годин, після чого одразу ж ввестися в роботу без повторного розпалювання. Якщо ж нема потреби у роботі топки понад визначеного часу, то через 12 годин можна прогріти шар до температури 850 °С та залишити його ще на 12 годин, і так далі.
Температура НТКШ прямо пов’язана з кількістю тепла, що йде на нагрів води у котлі, а отже й з продуктивністю топок. Таким чином для підтримання продуктивності агрегатів на потребуємому рівні необхідно підтримувати такі значення температури НТКШ, які відповідають завданим потужностям топок і при цьому стежити, щоб її значення не виходили за критичні. В цих міркуваннях ми походимо з залежності [2]:
Тш = f(Q),
де Q – кількість тепла, випрацьовуємого топкою.
Температуру НТКШ регулюємо кількістю твердого палива (В), що надходить у топку, та витратою дуттєвого повітря – отже Тш, Рп та В змінні величини. Значення тиску розрядження на топкою, та висоту НТКШ підтримуємо на сталому рівні – Нш та Рр сталі.
На підставі проведених дослідів визначено, що найкраще протікання реакції горіння твердого палива з мінімальний недожогом буде при діаметрі часток палива 6 – 13 мм. Для досягнення цього показника паливо проходить попередню підготовку – роздроблюється на дробилках та просіюється на грохотах перед подачею до топки.
На начало3. ВИЗНАЧЕННЯ КРИТЕРІЇВ КЕРУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМ ПРОЦЕСОМ
Об’єктом дослідження даної роботи є шахтна система теплопостачання з декількома споживачами теплової енергії n та декількома постачальниками теплової енергії m – котлоагрегатами топок НТКШ, розташованими у котельній, що працюють на один колектор в умовах змінної витрати теплоносія через змінення кількості теплоспоживачів n чи змінення споживаного їми тепла.. Для топок даного типу вживаються водогрійні котли типу ДКВ або ДКВР.
Як вже визначалося вище, для рівновісного стану тепла у системі у ній має бути баланс тепла, визначений рівнянням (3). Але це лише у ідеальному випадку, оскільки в реальності існують втрати теплоносія з обох боків. Тому рівняння (3) прийме вигляд:
, (4)
де другий складовий та четвертий складові відповідно сума втрат теплоносія у споживачах та сума втрат теплоносія у топках НТКШ.
Враховуючи при цьому рівняння (1) отримуємо кінцеву залежність, що описує теплову рівновагу системи:
Як вже визначалося раніше, змінювати сумарну кількість випрацюємого тепла можна не лише шляхом змінення кількості працюючих котлоагрегатів, а також шляхом змінення їх потужності. При розподілі теплової енергії, яку має виробити кожний котлоагрегат необхідно враховувати, що котельна може бути обладнана котлами різного типу та з різним строком служби, у наслідок чого вони володіють різними тепловими характеристиками, можуть віддавати різну теплову потужність та працюють з різними ККД.
Головною задачею при визначення теплової потужності, яку має віддавати кожний котел є отримання максимального загального ККД котлоагрегатів. Цільовою функцією у такому разі є:
, (6)
Особливість роботи котлів міститься у тому, що ККД котла нелінійно залежить від його продуктивності, та максимальний ККД ми отримаємо при роботі котла десь на 70-80 % від його номінальної потужності [4].
Отже, спроектована система автоматизованого керування системою теплопостачання повинна задовольняти умовам (5) та (6), та при цьому забезпечувати вимогу безаварійного протікання процесу горіння твердого палива у топках НТКШ, що досягається підтриманням значень технологічних параметрів у визначених вище границях, що описується рівняннями:
Tш.min ‹ Tш ‹ Tш.max,
Vш.min ‹ Vш ‹ Vш.max
4. ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС СИСТЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
При розрахуванні кількості тепла, що виробляється котлоагрегатами, необхідної для задовольняння потреб теплоспоживачів, маємо враховувати усі можливі (у ідеалі) чи на крайній випадок найбільш вагомі втрати тепла у системі.
Знаючи фізичну природу втрат можливо знайти рішення для зведення їх до мінімуму, а також вираховувати їх значення при складанні рівняння теплового балансу системи. З рівняння (4) маємо, що кількість тепла, яку мають виробити усі котлоагрегаті, що на даний момент знаходяться у робочому стані дорівнює:
, (7)
Як бачимо, вироблене тепло витрачається на три основні мети:
Розглянемо характер втрат тепла у кожній частині системи теплопостачання (споживацькій та виробницькій) окремо.
На начало4.1. Тепловий баланс споживачів
Втрати тепла у споживачах обумовлені в першу чергу витоками теплоносія у живлющих трубопроводах, кожен з яких має свою довжину l, а також втратами при теплообміну з навколишнім середовищем. При цьому чим більша ця довжина, та чим гірший стан трубопровода – що може обумовлюватися великим строком служби – тим більші втрати теплоносія. Отже, втрати теплоносія в одному трубопроводі по всі довжині в залежності від витоків:
(8)
де К – кореляційний коефіцієнт, отримуємий шляхом аналізу стану живлющого трубопроводу.
Таким чином загальні втрати теплоносія з витоками у всій системі:
(9)
Аналогічно втрати теплоносія в трубопроводах від зовнішнього охолодження приймуть вигляд:
(10)
де Р – периметр трубопроводу,
αк – коефіцієнт тепловіддачі конвекцією,
ΔТ = Твх – Тн.с. – різниця між температурами у трубопроводі та навколишнім середовищем.
Втрати тепла у котлоагрегатах мають більш складний характер. Для повноти їх визначення розглянемо тепловий баланс котла.
На начало4.2. Тепловий баланс котлів у топках НТКШ
У котельній установці при спалюванні органічного палива відбувається перетворення хімічної енергії палива на теплову енергію продуктів згорання. Теплота, що виділилася з відніманням втрат передається робочій речовині – теплоносію, у разі чого отримуємо корисну продукцію – у нашому випадку нагріту воду. Ефективність використання котельної установки встановлюється тепловим (енергетичним) балансом.
При сталому стані (а саме цей стан ми будемо розглядати при математичному аналізі процесів НТКШ) баланс потоків робочої речовини та енергії котельної установки цілому та окремих її частин чи елементів можна записати так [4]:
- рівняння збереження речовини:
Dприх - D – Dвт = 0; (11)
- рівняння збереження енергії:
Qприх - Q – Qвт = 0; (12)
де Dприх, Qприх – кількість речовини (наприклад води) та енергії (теплоти), що поступили; D, Q – кількість корисно перетвореної речовини (отриманої нагрітої води) та енергії (теплоти води); Dвт, Qвт – втрати речовини та енергії.
Тепловий баланс котла характеризує рівність між добутком та витратами теплоти:
Qприх = Qрасх, (13)
Добувна частина теплового балансу (теплота, що маємо Qприх) в загальному випадку записується у вигляді:
Qприх = Qрр = ΣQхім + Σ Qфиз, (14)
де внесена хімічна теплота:
ΣQхім = Qп + (Qекз - Qенд); (15)
де внесена фізична теплота:
ΣQфіз = Qф.т.+ Qф.в.; (16)
Розглянемо складові добувної частини теплового балансу:
Qп – тепло, що виділяється при згоранні палива:
Qп = В· Qнр, (17)
де Qнр – нижча теплотворна здібність палива;
Qекз – враховує використання теплоти екзотермічних реакцій, що протікають при горінні твердого палива;
Qенд – враховує затрати теплоти на можливі ендотермічні реакції;
Дані складові залежать від хімічного складу палива, і як правило, при складання теплового балансу котлів їх не враховують, через їх невелике порівняно з Qп значенням.
Складовий Qф.т. враховує фізичну теплоту (ентальпію) палива:
Qф.т. = Сп ·Тп · В, (18)
Сп – теплоємність робочого палива,
Тп - температура палива;
Оскільки з технологічного боку приймаємо процес подачі палива без попереднього підогріву його, то паливо, що надходить до топки має невелику температуру. Відповідно величиною Qф.т. нехтуємо.
Складовий Qф.в. враховує ентальпію повітря, як дуттєвого, так і підсосаного через газоходи котла. А оскільки дане повітря попереднє не нагрівається перед надходженням до топки, то його ентальпію не враховуємо.
Розхідна частина теплового балансу в загальному випадку може містити теплоту, що витрачаємо на випрацьовування гарячої води та різні втрати:
Qрасх = Qпол + Hу.г. + Qх.н. + Qм.н. + Qз.о. + Qф.ш. + Qохл. + Qакк , (19)
У найпростішому випадку теплота, корисно витрачена на випрацьовування нагрітої води складає:
Qкор=D(hп.п.- h’п.в.),
(20)
де D – вихід нагрітої води, кг/с;
hп.п. и h’п.в. – ентальпії нагрітої води та живлющої води.
Інші складові являють з себе наступні теплові втрати:
Ну.г. – Ентальпія газів, що уходіть з котла, як вже визначалося вище, завдяки діючій системі повернення
виносу, у розхідній частині теплового балансу дана величина дорівнює нулю;
Qх.н. та Qм.н. – втрати теплоти від хімічної та механічної неповноти згорання палива, а оскільки
вживається система повернення винесення, то приймаємо Qм.н. = 0.
З результатів дослідів хімічний недопал палива при його попередній підготовці складає десь 6 %. Отже:
Qх.н. = 0,06·В ·Qнр (21)
Qз.о – втрати теплоти від наружнього охолодження зовнішніх огороджень котла;
Qз.о = ε σ0(Тш4-Тн.с.4), (22)
де ε - приведена ступінь чорноти киплячого шару;
σ0– стала Стефана-Больцмана;
Qф.ш = Сшл·Ап·В·Тш– втрати з фізичною теплотою шлаків, де
Сшл - теплоємність шлаків;
Ап – відсотковий вміст попелу в твердому паливі,
Qохл – втрати з охолоджуваними балками, панелями топки, що включені до циркуляційної системи агрегату;
Qохл = αк(Тц.с.-Тн.с.), (23)
де Тц.с – температура складових циркуляційної системи агрегату.
±Qакк – витрата («+») або надходження теплоти («-»), пов’язаний з неусталеним тепловим режимом роботи котла.
З урахуванням вищевикладеного для встановленого теплового стану котла можна записати наступне балансове рівняння:
Qп = D(h - h’) + Qх.н. + Qз.о. + Qф.ш. + Qохл. (24)
Відношення кількості тепла, що корисно використовується на виробництво гарячої води D(h - h’), до кількості усього випрацьованого тепла Qп, є коефіцієнтом корисної дії (ККД) котла, % :
(25)
По суті вираз (25) є коефіцієнтом корисного використання теплоти палива. З урахуванням виразу (17) знайдемо витрати палива, необхідні для забезпечення необхідної теплової потужності котлоагрегату:
(26)
Знаючи, з яким ККД працює топка можна визначити необхідну теплову потужність з якою вона повинна працювати, щоб забезпечити потребує му кількість теплоносія:
(27)
Якщо прийняти Qп за 100%, то з (24) маємо [5]:
100 = q кор + q х.н. + q з.о. + q ф.ш + q охл = q кор + Σq втрат . (28)
де 
і т. ін.
Або з іншого боку:
q кор = 100 - Σq втрат .
При цьому Σq втрат не є сталою величиною, і зростає з ростом потужності котлоагрегатів, що наглядно демонструє рисунок 4 [4].
Рисунок 4 – Залежність ККД котла від навантаження.
5. РОЗРОБКА ЗАСОБІВ КЕРУВАННЯ РОБОТОЮ ТОПОК НТКШ
У попередніх розділах була дана характеристика процесу спалювання твердого палива в НТКШ, а також виведена залежність витрати твердого палива від необхідної потужності котлоагрегату. Звідси ми робимо висновок, що роботу топок НТКШ по завданій потужності можна регулювати змінними витратами твердого палива. Отже, маємо принаймні один засіб регулювання.
До головних технологічних параметрів топок НТКШ також відноситься і швидкість дуттєвого повітря. Змінюючи цей параметр також можна змінювати теплову потужність топок та запобігати виникненню аварійних режимів – шлакуванню чи спіканню шару. Необхідно визначити залежність теплової потужності топок від швидкості дуттєвого повітря.
В основу наступних міркувань покладемо рівняння теплової напруги повітророзподільної решітки, яка з одного боку дорівнює [6]:
, (29)
де F – площа повітророзподільної решітки,
З іншого боку:
, (30)
де М=2 – число псевдоожиження;
υ0 - теоретично необхідна витрата повітря, для повного протікання реакцій горіння
твердого палива.
αп – коефіцієнт надлишку повітря. Походячи з точки зору технології (необхідність забезпечувати
пседоожижений стан палива у шарі) αп≥ 1,5.
Враховуючи (29), (30) та (17) маємо:
, (31)
Таким чином, виведена залежність між теплом, що випрацьовується топкою, та її технологічними параметрами – витратою твердого палива, та швидкістю дуттєвого повітря. Отже, змінюючи ці параметри ми можемо регулювати теплову потужність топки в залежності від вимагаємих показників.
З технічної токи зору значно простіше реалізувати регулювання роботи топки зміненням швидкості дуттєвого повітря. Цей показник, як вже відмічалося вище змінюється в залежності від кута повороту лопаточок направляючого апарату дуттєвого вентилятора. А для вимірювання фактичних значень даного показника застосовується дифтрансформаторний датчик швидкості повітря.
При регулювання потужності топки по витраті твердого палива головною проблемою є вимірювання фактичних значень даного показника, що обумовлено рядом факторів. Але даний засіб дає значно більший економічний ефект, адже дозволяє економити тверде паливо.
Для подачі твердого палива до топки застосовується пластинчатий питатель типу ЗП-400 (ЗП-600) з пневматичним закидувачем барабанного типу, внаслідок чого паливо до топки закидається нерівномірно та неможливо точно визначити його витрати. Даний питатель має невелику робочу довжину (коло метру) при ширині 400 (600) мм відповідно, а органом, що несе є металеві пластини. Поточні витрати твердого палива регулюються за допомогою варіатора швидкості обертання вала питателя [1].
Через ці умови неможливо точно визначити поточні витрати твердого палива, тому ефективність базової апаратури автоматизації низька, а всі відомі засоби визначення витрат палива за вагою, у тому числі й тензометричні перетворювачі, неможливо використовувати. Так, через малу довжину питателя неможливо обрати точне місце концентрації питомих навантажень для встановлення тензометричного датчика, а через велику масу пластин, що несуть, та співвідношення ваги питателя та палива на ньому необхідна висока чутливість пристрою виміряння витрати палива.
Разом з тим досить точно поточні витрати палива можна визначити непрямим методом по швидкості обертання вала питателяω В його основу покладена прямопропорційна залежність між цим параметром та величиною витрат твердого палива В = ζω, де ζ залежить від фізико-хімічних властивостей палива та конструктивних параметрів питателя.
Для вимірювання швидкості обертання вала питателя в необхідному діапазоні приймається синхронний тахогенераторний перетворювач, похибки вимірювання якого не залежать від коливань частоти та амплітуди живлющої напруги, що особливо важливо у шахтній електромережі, де коливання напруги сягають від – 5до +10 % та більше.
Таким чином може бути спроектована системи регулювання роботи топки НТКШ по контурах “Паливо” та “Дуттєве повітря”, в якій в якості джерел інформаційних сигналів про стан об’єкту використовуються описані датчики швидкості дуттєвого повітря та витрати твердого палива. При цьому для визначення теплової потужності топки будемо використовувати значення температури НТКШ, як прямого показника кількості виробляє мого тепла.
Такі технологічні показники, як величина тиску розрядження над топкою та висота НТКШ повинні підтримуватися на рівні, що забезпечує ефективне та безаварійне протікання процесу горіння твердого палива.
У якості технічних рішень для побудови системи керування системою теплопостачання шахти пропонуємо примати прилади відомих фірм, надійнісні та якісні показники яких тримаються на високому рівні.Для регулювання технологічних параметрів топок НТКШ можливо прийняти вимірювачі-регулятори технологічних параметрів фірми Microlog Systems серії МЛ, що забезпечують високу точність вимірювання та високу якість регулювання. Для регулювання теплоспоживаня споживачів системи доцільно прийняти теплолічильники MULTICAL фірми Kamstrup, які мають функцію керування 3-х ходового моторного клапану. Даний лічильник аналізує результати вимірювання та розрахунків та подає команду на закриття клапану при перевищенні завданих значень теплового навантаження.
На початокВИСНОВКИ
В роботі досліджувалась шахтна система теплопостачання з декількома теплоспоживачами та декількома топками НТКШ при умові змінних витрат теплоносія. Для цього був проведений аналіз теплового балансу як усієї системи в цілому так і конкретно споживачів та виробників тепла, на підставі якого визначенні критерії, за якими слід керувати роботою топок НТКШ для досягнення раціонального використання тепла, що виробляється. Також дана докладна характеристика технології спалювання вугілля в топках НТКШ з зазначенням усіх особливостей, що робить вживання топок даного типу найбільш ефективним в умовах шахти.
Визначені критерії керування дозволяють регулювати роботу тепловиробників з урахування змінення з часом потреб теплоспоживачів, що дозволяє мінімізувати некорисні витрати теплової енергії, а також забезпечити найбільший загальний ККД топок. На основі критеріїв керування розроблені засоби керування роботою топок НТКШ для отримання необхідної теплової потужності, що мають в основі регулювання тепловиробництва шляхом змінення витрати твердого палива та швидкості дуттєвого повітря. Знайдена залежність, що однозначно пов’язує дані параметри та кількість тепла виробляємого топкою. При цьому за непрямий показник значення виробляємої теплової енергії приймаємо температуру НТКШ.
На основі проведеного аналізу запропонована система автоматизації роботи даної системи теплопостачання, в якій виділяють декілька рівнів автоматизації процесу від регулювання витрат теплоносія безпосередньо в споживачах до керування роботою топок НТКШ для отримання необхідної теплової потужності. В розробленій системі знаходять застосування запропоновані засоби керування роботою топок НТКШ. Зроблені пропозиції щодо конкретних технічних засобів автоматизації системи теплопостачання з продукції відомих фірм, що дозволяє говорити о можливості безпосереднього введення даних систем на шахтах вже сьогодні.
Про актуальність, новізну та практичну значимість результатів досліджень свідчать і результати апробації їх на різних конференціях та конкурсах наукових робіт. Так, найбільш значні результати авторських досліджень докладувалися на наступних конференціяї, що проводилися ДонНТУ:
А в 2003 році результати досліджень представлялися на наступних конкусах наукових робіт:
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
| Перечень ссылок | Биография | Электронная библиотека | ДонНТУ | Магистратура ДонНТУ | Индивидуальное задание |