Система автоматического управления паровым котлом

Содержание

1.Общая часть

Введение

1.1.Описание технологического процесса

1.2.Описание конструкции объекта

1.3.Обоснование необходимости контроля, регулирования и сигнализации

технологических параметров

2.Специальная часть

2.1.Выбор средств автоматизации

2.2.Описание схемы автоматизации объекта

2.3.Описание щита КИПиА

2.4.Описание схемы внешних соединений

2.5.Описание схемы принципиальной

2.6.Описание монтажа и наладки системы

автоматического регулирования

2.7.Заказная спецификация на оборудование

2.8.Спецификация на монтажные

изделия и материалы

3.Исследовательская часть

3.1.Объект исследования

3.2.Расчет чувствительности системы управления подачей пара

3.3.Расчет системы автоматического регулирования температуры

4.Экономическая часть

4.1.Смета стоимости средств автоматизации

4.2.Расчет амортизационных отчислений

4.3.Расчет численности рабочих и

4.4.Расчет годового фонда заработной платы специалистов

4.5.Расчет заработной платы

4.6.Смета эксплуатационных затрат

4.7.Расчет экономической эффективности САР

5.Безопасность жизнедеятельности и экология

5.1.Охрана труда

5.2.Меры защиты работников от воздействий вредных факторов

5.3.Мероприятия по охране окружающей среды

5.4.Расчет выбросов от котельной, работающей на природном газе

5.5.Безопасность в чрезвычайных ситуациях

Список использованных источников

Аннотация

Дается описание технологического процесса подготовки перегретого пара в котельной установке на базе котла типа ДЕ1014ГМ. Рассмотрены способы автоматического регулирования температуры перегретого пара в зависимости от его расхода. Разработаны схемы автоматики на основе современных электронных модулей. Рассчитаны переходные процессы в системе автоматического регулирования и исследована ее устойчивость. Рассчитан экономический эффект от внедрения САР котельной установки ДЕ1014ГМ.

Введение

По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке). Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.

Автоматизация параметров дает значительные преимущества:

1) обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т.е. повышение производительности его труда,

2) приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала,

3) увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого пара,

4) повышает безопасность труда и надежность работы оборудования,

5) увеличивает экономичность работы парогенератора.

Автоматизация парогенераторов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, тепло-технический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.

Автоматическое регулирование обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов в парогенераторе (питание водой, горение, перегрев пара и др.)

Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать парогенераторную установку, а так же переключать и регулировать ее механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления.

Теплотехнический контроль за работой парогенератора и оборудования осуществляется с помощью показывающих и самопишущих приборов, действующих автоматически. Приборы ведут непрерывный контроль процессов, протекающих в парогенераторной установке, или же подключаются к объекту измерения обслуживающим персоналом или информационно-вычислительной машиной. Приборы теплотехнического контроля размещают на панелях, щитах управления по возможности удобно для наблюдения и обслуживания.

Технологические блокировки выполняют в заданной последовательности ряд операций при пусках и остановках механизмов парогенераторной установки, а так же в случаях срабатывания технологической защиты. Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании парогенераторной установки, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудования при возникновении аварии.

Устройства технологической сигнализации информируют дежурный персонал о состоянии оборудования (в работе, остановлено и т.п.), предупреждают о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состояния парогенератора и его оборудования. Применяются звуковая и световая сигнализация.

Эксплуатация котлов должна обеспечивать надежную и эффективную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов» Госгортехнадзора, «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей», «Правилами технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей» и др.

На основе указанных материалов для каждой котельной установки должны быть составлены должностные и технологические инструкции по обслуживанию оборудования, ремонту, технике безопасности, предупреждению и ликвидации аварий и т.п. Должны быть составлены технические паспорта на оборудование, исполнительные, оперативные и технологические схемы трубопроводов различного назначения. Знание инструкций, режимных карт работы котла и указанных материалов является обязательным для персонала. Знания обслуживающего персонала должны систематически проверяться.

Эксплуатация котлов производится по производственным заданиям, составляемым по планам и графикам выработки пара, расхода топлива, расхода электроэнергии на собственные нужды, обязательно ведется оперативный журнал, в который заносятся распоряжения руководителя и записи дежурного персонала о работе оборудования, а так же ремонтную книгу, в которую записывают сведения о замеченных дефектах и мероприятиях по их устранению.

Должны вестись первичная отчетность, состоящая из суточных ведомостей по работе агрегатов и записей регистрирующих приборов и вторичная отчетность, включающая обобщенные данные по котлам за определенный период. Каждому котлу присваивается свой номер, все коммуникации окрашиваются в определенный условный цвет, установленный ГОСТом. Установка котлов в помещении должна соответствовать правилам Госгортехнадзора, требованиям техники безопасности, санитарно-техническим нормам, требованиям пожарной безопасности.

1.1.Описание технологического процесса.

Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара. Этот комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива к воде и пару. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пар из воды, служит топливо.

Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в ко-тельной установке, являются:

1)процесс горения топлива,

2)процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой,

3)процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и нагрева полученного пара.

Во время работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя.

В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления и температуры.

Одной из основных задач, возникающей при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства между производимой и потребляемой энергией. В свою очередь процессы парообразования и передачи энергии в котлоагрегате однозначно связаны с количеством вещества в по-токах рабочего тела и теплоносителя.

Горение топлива является сплошным физико-химическим процессом. Химическая сторона горения представляет собой процесс окисления его горючих элементов кислородом, проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла. Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива. Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно во времени, частично накладываются одна на другую.

Расчет процесса горения обычно сводится к определению количества воздуха в м3,необходимого для сгорания единицы массы или объема топлива количества и состава теплового баланса и определению температуры го-рения.

Значение теплоотдачи заключается в теплопередаче тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива, воде, из которой необходимо получить пар, или пару, если необходимо повысить его температуру выше температуры насыщения. Процесс теплообмена в котле идет через водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, называющиеся поверхностью нагрева. Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими топочными газами или воспринимают тепловую энергию лучеиспусканием. Таким образом, в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется на конвективные и радиационные. Количество тепла, передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения поверхности нагрева. Величина напряжения ограничена, вопервых, свойствами материала поверхности нагрева, вовторых, максимально возможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.

Интенсивность коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разности температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем выше чистота поверхности.

Образование пара в котлоагрегатах протекает с определенной последовательностью. Уже в экранных трубах начинается образование пара. Этот процесс протекает при больших температуре и давлении. Явление испарения заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими скоростями а, следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул, создающее поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С увеличением темпера-туры интенсивность испарения возрастает. Процесс обратный парообразованию называют конденсацией. Жидкость, образующуюся при конденсации, называют конденсатом. Она используется для охлаждения поверхностей металла в пароперегревателях.

Пар, образуемый в котлоагрегате, подразделяется на насыщенный и перегретый. Насыщенный пар в свою очередь делится на сухой и влажный. Так как на теплоэлектростанциях требуется перегретый пар, то для его перегрева устанавливается пароперегреватель, в данном случае ширмовой и конъюнктивный, в которых для перегрева пара используется тепло, полученное в результате сгорания топлива и отходящих газов. Полученный перегретый пар при температуре Т=540 С и давлении Р=100 атм. идет на технологические нужды.

1.2 Описание конструкции объекта

Паровые котлы типа ДЕ паропроизводительностью 10 т/ч, с абсолютным давлением 1,4 МПа (14 кгс/см2) предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого для технологических нужд промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления и горя-чего водоснабжения.

Котлы двухбарабанные вертикально-водотрубные выполнены по конструктивной схеме “Д”, характерной особенностью которой является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной ка-меры.

Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны 1,конвективный пучок и образующие топочную камеру 2 левый топочный экран (газоплотная перегородка), правый топочный экран, трубы экранирования фронтальной стенки топки и задний экран.

Снизу в топку подается нужный для сгорания топлива воздух посредством дутьевых вентиляторов 3.Процесс горения топлива протекает при высоких температурах, поэтому экранные трубы котла воспринимают значительное количество тепла путем излучения.

Продукты сгорания топлива, называемые иначе газами , поступают в ко-тельные газоходы , при этом обогревается поверхность пароперегревателя 4, омывают трубы экономайзера 6, в котором происходит подогрев пита-тельной воды до температуры, близкой к 200° С, поступающей в барабаны котла 1.Далее дымовые газы проходят в дымоход 5 и поступают в воздухоподогреватель7.Из него газы через дымовую трубу выходят в атмосферу. Вода в котел подается по трубопроводу 9, газтрубопроводу10.Пар из барабана котла, минуя пароперегреватель 4, поступает на паропровод 11.

Одним из важнейших показателей конструкции котлоагрегата является его циркуляционная способность. Равномерная и интенсивная циркуляция воды и паровой смеси способствует смыванию со стены пузырьков пара и газа, выделяющихся из воды, а так же препятствует отложению на стенках накипи, что в свою очередь обеспечивает невысокую температуру стенок(200-400 С), ненамного превышающую температуру насыщения и еще не опасную для прочности котельной стали. Паровой котел ДЕ 1014 Г принадлежит к котлам естественной циркуляцией.

2.1 Выбор средств автоматизации

Комплекс приборов и устройств типа “Контур Г” предназначен для построения локальных систем автоматического регулирования теплотехнических процессов в энергетике, промышленном комплексе, системах тепло-снабжения и отопления. Комплекс включает в себя четырнадцать исполнений многофункциональных регулирующих приборов с импульсным выходом типа РС 29 и два исполнения трехпозиционного усилителя типа У29.

Комплекс “Контур 2” построен по модельному принципу на современной микроэлектронной элементной базе. Характеризуется расширенны-ми функциональными возможностями, более широким использованием сигналов постоянного тока, повышенной точностью и надежностью, существенно меньшими габаритами и массой по сравнению с комплексом при-боров “Контур “

Регулирующие приборы типа РС29 обеспечивают усиление, демпфирование и индикацию сигнала рассогласования. Совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости регуляторы формируют ПИ – или ПИД – законы регулирования и позволяют осуществлять ручное управление исполнительным механизмом. В них предусмотрена индикация положения исполнительного механизма, оснащенного реостатными или индуктивными датчиками положения, а также аналого-релейное преобразование по двум каналам с индексацией срабатывания.

В зависимости от модификации приборы могут выполнять дополни-тельные функции: дифференцирование сигналов по апериодическому закону, нелинейное преобразование сигналов, цифровую индикацию одного из четырех сигналов по вызову. Конструкция регулирующих приборов отличается унификацией. Функциональная структура большинства исполнений приборов может легко изменятся путем перестановки перемычек на специальном коммутационном поле, доступном потребителю, что дает возможность осуществлять аналого-релейное преобразование с демпфированием, вводить сигналы по производной, осуществлять динамическую связь между регуляторами.

2.2.Описание схемы автоматизации.

Функциональная схема систем автоматизации технологических процессов является основным техническим документом, определяющим структуру и характер систем автоматизации технологических процессов, а также оснащения их приборами и средствами автоматизации. На функциональной схеме дано упрощенное изображение агрегатов, подлежащих автоматизации, а также приборов, средств автоматизации и управления, изображаемых условными обозначениями по действующим стандартам, а также линии связи между ними.

Схема автоматизации регулирования и контроля парового котлоагрегата предусматривают следующие системы:

система автоматического регулирования и контроля тепловой нагрузки котла

система автоматического регулирования и контроля питания котла

система автоматического регулирования и контроля соотношения газ—воздух

система автоматического регулирования и контроля разрежения в топке котла

система автоматического контроля давления

система автоматического контроля температуры

система автоматической отсечки газа

2.2.1.Система автоматического регулирования

И контроля тепловой нагрузки.

Регулятор тепловой нагрузки работает от двух параметров:

1. Перепад давления, пропорциональный расходу пара создается на диафрагме ДКС 10200А/Г (поз.1-2), установленной на паропроводе, преобразуется измерительным преобразователем САПФИР22ДД2420 (поз.1-3) в унифицированный токовый сигнал 0-5 мА и подается на блок извлечения корня БИК1 (поз.1-4), предназначенный для линеаризации статической характеристики преобразователя САПФИР22ДД, с выхода которого поступает на регулятор РС 29.0.12 (поз.1-7). И на вторичный прибор ДИСК2502121 (поз.1-6).

2. Сигнал по изменению давления в барабане котла. Давление в бара-бане котла измеряется при помощи преобразователя САПФИР22ДИ2150 (поз.1-1). Унифицированный токовый сигнал 0-5 мА с преобразователя по-ступает на регулятор РС 29.0.12 (поз.1-7) и на вторичный прибор ДИСК2502121 (ПОЗ.1-5).

В регуляторе происходит суммирование сигналов с преобразователей с заданным значением. Если эти величины равны, то регулятор не оказывает воздействия на объект. Если регулируемый параметр отклоняется от заданного значения, то на выходе регулятора вырабатывается импульсный сигнал, который в усилителе У29.3 (поз.7-8) преобразуется в изменение состояния бесконтактных ключей. Усилитель У29.3 имеет три бесконтактных ключа для управления исполнительным механизмом МЭО 40/250,25Р (поз.1-9), вал которого через систему тяг и рычагов сочленен с регулирующим органом КРП 100,изменяющим подачу газа в топку котла.

2.2.2.Система автоматического регулирования

И контроля питания котла.

Регулятор питания котла работает по трехимпульсной схеме, используется три приема: расход питательной воды; расход пара; уровень в бара-бане котла.

Расход питательной воды и расход пара измеряются методом переменного перепада. Перепад давления пропорциональный расходу пита-тельной воды, создаваемый на диафрагме ДКС 10100А/Г1 (поз.2-1), и перепад давления пропорциональный расходу пара, создаваемый на диафрагме ДКС 10200А/Г1 (поз.1-2) измеряются и преобразуются преобразователями САПФИР-22ДД-2420 (поз.13;22) в унифицированные токовые сигналы 0-5 мА., с выхода измерительных преобразователей САПФИР22ДД2420 сигналы подаются на блоки извлечения корня БИК1 (поз.14; 2-3), предназначенные для линеаризации статической характеристики преобразователей САПФИР-22ДД

Сигналы 0-5 мА с блоков БИК -1 поступают на вторичные приборы ДИСК 2502121 (поз.16, 2-5) и на выход регулятора РС 29.0.12 (поз.2-7).

Уровень в барабане котла измеряется преобразователем САПФИР22ДИ2150 (поз.2-4) и преобразуется в унифицированный токовый сигнал 0-5 мА, который подается на вторичный прибор ДИСК 2502121 (поз.2-6) и на вход регулятора РС 29.0.12 (поз.2-7).

В случае отклонения одного из указанных параметров регулятор РС 29 воздействует с помощью усилителя У 29.3 (поз.2-8) на механизм МЭО 40/250,25 (поз.2-9), который приводит в действие регулирующий орган КРП 100 (поз.210), установленный на трубопроводе питательной воды.

2.2.3.Система автоматического регулирования

И контроля соотношения газ-воздух.

Измерение расхода газа и воздуха производится методом переменного перепада. Перепад давления на диафрагме ДКС 0,6100А/Г1 (поз.3-2) и диафрагме ДКС 0,6400 А/Г-1 (поз.3-1) измеряется преобразователем САПФИР22ДД -2420 (поз.33;34).Сигнал 05мА с преобразователя поступает на блок извлечения корня БИК -1 (поз.35; 3-6) предназначенной для линеаризации статической характеристики преобразователя САПФИР22ДД. Сигнал 0-5 мА с блока извлечения корня БИК -1 поступает на вторичный прибор ДИСК 2502121 (поз.38;39) и на регулятор РС 29.0.12 (поз. 3-7).

В регуляторе РС 29 происходит суммирование двух поступающих сигналов, а затем сравнение их с заданным значением. Если регулируемый параметр отклоняется от заданного значения, то на входе электронного блока регулятора появляется сигнал рассогласования. При этом на выходе регулятора вырабатывается импульсный сигнал (24В), который подается на усилитель У29.3. (поз.313).Усилитель У29.3 управляет исполнительным механизмом МЭО 40/100,25 (поз.311), который с помощью регулирующего органа изменяет подачу воздуха. В данной системе ведется коррекция по кислороду (О2) в отходящих газах. Сигнал с индикатора на кислород “Альфа» (поз.312) через вторичный прибор ДИСК 2502121 (поз.310) по-ступает на регулятор РС 29.0.42 (поз.314), на его выходе образуется сигнал, который является корректирующим для регулятора РС 29.0.12 (поз.3-7).

2.2.4.Система автоматического регулирования и контроля в топке котла.

Давление в топке котла измеряется при помощи преобразователя САПФИР 22 ДИВ 2310 (поз.4-1). Сигнал с преобразователя поступает на вторичный прибор ДИСК 2502121 (поз.4-3) и на регулятор РС 29.0.12 (поз.4-2). В случае отклонения регулируемого параметра регулятор РС 29,который с помощью усилителя У 29.3 (поз.4-4) запитывает электродвигатель механизма исполнительного МЭО 40/100.25Р (поз.4-5), изменяющего положения направляющих аппаратов дымососа.