ДонНТУ   Портал магістрів

Пугач Владислав Володимирович

Факультет компʼютерних інформаційних технологій і автоматики

Кафедра автоматики і телекомунікацій

Спеціальність Управління в технічних системах

Розробка системи автоматичного управління котлом-утилізатором в умовах Зуївської ТЕС

Науковий керівник: доц., к. т. н., Чернишов Миколай Миколайович

Резюме Біографія Реферат

Зміст

• Введення
• 1. Актуальність теми
• 2. Технологічна характеристика і принцип роботи котла-утилізатора
• 3. Котел-утилізатор, як обʼєкт управління
• 4. Мета, функції і завдання дослідження
• 5.Розробка концепції САУ
• Висновок
• Список джерел

  Вступ

  Ефективне використання вторинних енергоресурсів і значна економія коштів на придбання палива для котельного обладнання – це найактуальніші фактори, які розглядаються великими виробничими підприємствами в усіх сегментах господарської діяльності. Відпрацьовані гази промислових установок в більшості випадків використовуються вхолосту за допомогою очищення і подальшого викиду в атмосферу. Котел утилізатор дає можливість заощадити фінанси на покупці і установці котельного обладнання, а також виробляти солідні обсяги тепла без витрат на покупку енергоносіїв.

  1. Актуальність теми

  Підвищення ефективності використання вторинних енергоресурсів може бути досягнуто шляхом вдосконалення експлуатується основного і допоміжного обладнання теплоелектростанції (ТЕС), їх теплових і пускових схем, автоматизованих систем технологічних процесів (АСУ ТП) і технології експлуатації, а також впровадженням нового заміщає обладнання.

  техніко-економічні показники ТЕС залежать від характеристик основного обладнання та виду палива, що спалюється, особливо при спалюванні різних вугілля, а також від технологічної схеми відпуску тепла. Найважливіше значення при цьому має ефективність котлів і теплофікаційних паротурбінних установок.

  Тому розробки, спрямовані на підвищення ефективності технології використання вторинних енергоресурсів, є актуальний. Особливо це важливо для проведення реконструкції та технічного переозброєння АСУ ТП ТЕС, обладнання яких вичерпало ресурс.

  2. Технологічна характеристика і принцип роботи котла-утилізатора

  Котел-утилізатор - це котел, в конструкції якого немає своєї топки, принцип його дії заснований на використанні тепла, що утворюється в будь-яких виробничих процесах, наприклад, утворення відпрацьованих газів в процесі виробництва електроенергії на ТЕС.

  Основними тепловими відходами або вторинними енергоресурсами є:

  1. фізична теплота газів, що відходять (іноді містять і хімічну теплоту).
  2. Теплота технологічної продукції.
  3. Теплота шлакових відходів.
  4. Теплота робочих тіл систем примусового охолодження технологічних камер.

  Використання теплових відходів в котлі-утилізаторі забезпечує отримання додаткової продукції у вигляді енергетичного або технологічного пара, гарячої води і т. п., що призводить до економії палива на підприємстві.

  Продуктивність пари, конструкція котла-утилізатора, безпосередньо залежить від обсягу і якості утилізованого газу.

  в умовах Зуївської ТЕС застосовуються газотрубні горизонтальні котли-утилізатори.

  

  Рисунок 1 – Конструкція газотрубного горизонтального котла-утилізатора.

  1 - вхідна камера; 2 – вихідна камера; 3 - труби пароперегрівача; 4 - пристрій паросепарационное;

  5 - підведення живильної води; 6 – паровий колектор, 7 – випарний барабан

  Продукти згоряння (відпрацьовані технологічні гази проходять всередині труб, розміщених у водяному обсязі барабана і через вихідну камеру видаляються в атмосферу. Ці котли характеризуються високою газощільністю, простотою обслуговування і зниженими вимогами до живильної води.

  До основних недоліків котлів-утилізаторів подібного типу відносяться низький коефіцієнт використання теплоти відхідних від технологічних агрегатів газів (50-60%), низький паросʼем з одиниці поверхні нагріву.

  

  Рисунок 2 – Котел-утилізатор (загального призначення) для утилізації тепла вихідних газів.

  На Зуївській ТЕС застосовується електромеханічні засоби автоматизації котлів-утилізаторів. Вони працюють також за принципом «увімкнено – вимкнено». При мінімальній температурі води (мінімальному тиску пари) вони встановлюють заслінку в положення, при якому котел повідомляється з випускним колектором топкових газів, а при максимальній температурі (тиску) відключають котел від випускного колектора.

  Електродвигун електромеханічних систем управління приводить в обертання через редуктор спеціальний вал з гвинтовою нарізкою. При включенні електродвигуна вона переміщається уздовж гвинтової нарізки вала і через важіль відкриває або закриває газову заслінку.

  Реле мінімальної температури (тиску) включає електродвигун у бік відкриття газової заслінки, а реле максимальної температури (тиску), навпаки, в бік її закриття.

  Тому існуюча система управління котлом-утилізатором на Зуївській ТЕС є морально і технічно застарілою. Вона не дозволяє забезпечити підтримку заданої температури нагрівається теплоносія. В реальних умовах температура пари на виході з котла-утилізатора змінюватися внаслідок зміни експлуатаційних факторів: температура живильної води; надлишок повітря в топці; шлакування екранів топки і пароперегрівача і т.п. це призводить до нестабільності роботи обладнання.

  3. Котел-утилізатор, як обʼєкт управління

  на ефективність утилізації вихідних газів впливає теплова потужність котла-утилізатора, режим подачі в нього відпрацьованих технологічних газів і їх температура. Обсяг і температура відпрацьованих газів залежить від кількості спалюваного палива в котлах ТЕС.

  В результаті протікання процесу теплообміну в котлі-утилізаторі температура відпрацьованих газів знижується від t1 до t2. Живильна вода надходить в котел-утилізатор з блоку водопідготовки, пройшовши необхідну очистку від солей жорсткості і декларацію. На виході з котла-утилізатора утворюється водяна пара. Температура води t3 на вході в піч; пара t4 на виході з печі (Рис. 3).

  

  Рисунок 3 – Схема основних теплових потоків

  Основним завданням управління котлом-утилізатором є Температура пари на виході з котла-утилізатора залежить від (Рис. 4):

  — навантаження котла-утилізатора;

  — температури живильної води;

  — чистоти поверхонь нагріву котла-утилізатора і пароперегрівача;

  — від величини відбору пари від котла-утилізатора.

  

  Рисунок 4 – Котел-утилізатор як обʼєкт управління

  4. Мета, функції і завдання дослідження

  Мета - підвищення ефективності використання вторинних енергоресурсів за рахунок розробки системи автоматичного управління котлом-утилізатором, що дозволить поліпшити теплопродуктивність котла-утилізатора відпрацьованих газів теплової електростанції.

  Для реалізації поставленої мети необхідно, щоб САУ котлом-утилізатором в умовах Зуївської ТЕС виконувала:

  1. Інформаційні функції:

     — централізований контроль і вимірювання параметрів процесу теплообміну в котлі-утилізаторі;

     — обмін інформацією між обчислювальними засобами АСУ ТП ТЕС;

     — формування і видача сигналів сигналізації, а також візуалізація інформації в зручному для оперативного персоналу вигляді на АРМ.

  2. Керуючі функції:

     — автоматичне керування температурою пари на виході з котла-утилізатора;

     — аварійне відключення котла-утилізатора.

  для реалізації обраних функцій, необхідно вирішити такі завдання:

  1. Виконати аналіз процесу тепло – і масопереносу в котлі-утилізаторі відпрацьованих газів на ТЕС.
  2. Отримати математичну модель системи автоматичного управління котлом-утилізатором, яка дозволить підтримувати необхідну температуру пари.
  3. Розробити функціональну схему автоматизації і вибрати сучасні засоби автоматизації забезпечували виконання функцій САУ, а також забезпечити безперервний двосторонній звʼязок з верхнім рівнем АСУ ТП ТЕС.
  4. Реалізувати алгоритми управління на базі обраного технічного забезпечення САУ.

  5. Розробка концепції САУ

  Приватні принципи побудови систем управління повинні враховувати специфіку конкретного обʼєкта автоматизації, а також, головні особливості технічної реалізації, які відображаються в технічних специфікаціях на проектовану систему.

  Розглянемо можливі концепції побудови САУ котлом-утилізатором, що застосовуються на практиці: каскадно-повʼязане регулювання; регулювання байпасированием продукту; регулювання зміною витрати конденсату пари, що гріє; регулювання зміною температури гарячого теплоносія; регулювання зміною витрати продукту.

  Використання двоконтурних САУ значно покращує якість регулювання кінцевої температури пароводяної суміші, якщо допоміжної регульованою величиною вибрати параметр, зміна якого буде сильним обуренням для процесу теплообміну. Часто в якості допоміжного параметра вибирають витрата відпрацьованих газів (Рис. 5).

  

  Рисунок 5 – Двоконтурні САУ процесу нагрівання з використанням в якості допоміжної регульованої величини:

  а) витрати теплоносія; б) тиску; в) тиску в міжтрубному просторі

  Для регулювання систем, в яких зміна витрати відпрацьованих газів неприпустимо, використовують метод байпасування. Регулюючий вплив в цьому випадку здійснюється зміною витрати байпасіруемого продукту (Рис. 6, а). Оскільки переміщення регулюючого органу на байпасній лінії все ж призводить до деякого зміни витрати продукту, при високих вимогах до сталості цієї витрати встановлюють два мембранних виконавчих механізмів різного типу.

  Аналогічний ефект досягається при установці триходового змішувального клапана (Рис. 6, в).

  

  Рисунок 6 – Схема регулювання температури зміною витрати продукту в байпасному трубопроводі:

  а) за допомогою одного клапана; б) за допомогою двох клапанів; в) за допомогою триходового клапана

  Регулювання методом байпасування покращує динамічну характеристику системи, так як при цьому з ланцюга регулювання виключається теплообмінник.

  В залежності від можливих збурюючих впливів, може бути прийнятий один з варіантів схем регулювання, показаних на Рис. 7. Стабілізуючі регулятори витрати відпрацьованих газів і витрати продукту ліквідують обурення до надходження їх в систему.

  

  Рисунок 7 – Схеми: регулювання процесу нагрівання:

  а) зі стабілізацією витрати продукту; б) зі зміною витрат продукту в залежності від кінцевої температури продукту

  Аналіз котла-утилізатора як обʼєкта управління, показав, що обурення надає найбільший вплив на температуру пари на виході котла можливо виміряти-температура відпрацьованих газів на вході в котел і температура живильної води. Тому можливо запропонувати структурну схему інваріантної САУ котла-утилізатора і в якості допоміжної регульованої величини вибрати витрати відпрацьованих газів.

  

  Рисунок 8 –Комбінована двоконтурна САУ котла-утилізатора.

  При розробці системи автоматичного управління котлом-утилізатором застосована концепція побудови розподілених систем управління на базі сучасних промислових протоколів звʼязку з принципом управління по зворотного звʼязку.

  6. Висновки

  Зʼясовано, що ефективне використання вторинних енергоресурсів – це актуальний фактор, який розглядаються великими виробничими підприємствами, в тому числі електростанціями.

  Визначено, що ефективність утилізації вихідних газів залежить від теплової потужності котла-утилізатора, режиму подачі в нього відпрацьованих технологічних газів і їх температура. Обсяг і температура відпрацьованих газів залежить від кількості палива, що спалюється в котлах ТЕС.

  Сформульовано мету створення системи автоматичного управління котлом-утилізатором в умовах Зуївської ТЕС, описані функції та завдання розроблюваної системи автоматизації, а також висунуті основні вимоги для інтеграції системи автоматичного управління котлом-утилізатором в ієрархічну АСУТП ТЕС.

  При розробці системи автоматичного управління котлом-утилізатором застосована концепція побудови розподілених систем управління на базі сучасних промислових протоколів звʼязку з принципом управління по зворотного звʼязку.

  Список джерел

  1. Гудин Г. К., Гребе С. Ф., Сальгадо М. Э. Проектирование систем управления. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. – 911 с.
  2. Измерения в промышленности / справ. изд. под ред. П. Профоса. Пер. с нем. – М., Металлургия, 1980. – 648 с.
  3. Кафаров В. В., Глебов М. Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1991. – 400 с.
  4. Котлы утилизаторы [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.energy-gr.com – Дата доступа: 31.03.2018 г.
  5. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты / Под ред. Л. Н. Сидельковского / М.: Энергоатомиздат, 1989. - 272 с.
  6. Клюев А. С., Товарнов А. Г. Наладка систем автоматического регулирования котлоагрегатов. – М.: Энергия, 1970. – 280 с.
  7. Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в МАТLAB. – СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2005. – 512 с.
  8. Ротач В. Я. Теория автоматического управления теплотехническими процессами. –М.: Энергоатомиздат, 1985. – 296 с.