Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Автоматизация - это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.

1. Описание технологического процесса

Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара. Этот комплекс служит для передачи тепла от продуктов сгорания топлива к воде и пару.

Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пара из воды, служит природный газ, уголь различных месторождений, мазут.

Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в котельной 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.

Для примера рассмотрим схему автоматизацию котла средней мощности БКЗ-35-39ФБ с факельным сжиганием топлива.

Во время работы в котловых агрегатах 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 котловом агрегате однозначно связаны с количеством вещества в потоках рабочего тела и теплоносителя. Входной энергией в котле является уголь.

До поступления в котельный цех уголь проходит через дробильную установку, в которой измельчаются наиболее крупные куски. Затем топливо поступает на транспортеры сырого угля, с них топливо (бурый уголь) подается в бункера сырого угля котлового агрегата. Емкость бункера обеспечивает работу котла в течение нескольких часов. Топливо из бункеров самотеком выходит и поступает на питатели сырого угля, благодаря которым подается в угле размольную молоткового типа мельницу. В мельнице происходит окончательное измельчение угля, в мельнице уголь предварительно подогревается горячим воздухом, а также подогрев производится в пыле приготовительной установке, откуда уже пылевоздушная смесь поступает через шахты в вихревые горелки.

При поступлении в топочную камеру работающего котла пылеугольной смеси через вихревые горелки, а также воздуха происходит, прежде всего, их быстрое нагревание раскаленными топочными газами. Сначала испаряется оставшаяся в угольной смеси влага. При дальнейшем нагревании из топлива выделяются летучие компоненты, и происходит их воспламенение. Если летучих веществ в топливе много, то горение их обеспечивает дальнейший разогрев топлива и воздуха, и воспламенение остальной более инертной части топлива. Топливо сжигается факельным способом.

Воздух, совместно с которым вносится в топочную камеру измельченное твердое топливо (первичный воздух), составляет только часть воздуха необходимого для процесса горения. Остальной воздух (вторичный воздух) вдувается в топку таким образом, чтобы он смешивался с угольной смесью после воспламенения основной массы ее пылинок. При сжигании бурого угля первичный воздух, вводимый с угольной смесью составляет до 45 процентов от всего воздуха. Воздух нагнетается в топку с помощью вентилятора и предварительно нагревается в воздухоподогревателе до температуры 334 С.

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.

Образование пара в котловых агрегатах протекает с определенной последовательностью. Уже в экранных трубах начинается образование пара. Этот процесс протекает при больших температуре и давлении. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает. Жидкость, образующуюся при конденсации называют конденсатом. Она используется для охлаждения поверхностей металла в пароперегревателях.

Питание барабана котла осуществляется питательной водой, которая предварительно нагревается до температуры 104 С в экономайзере и подается в барабан котла с расходом 80 мі/ч.

Пар, образуемый в котловом агрегате, подразделяется на насыщенный и перегретый. Насыщенный пар в свою очередь делится на сухой и влажный. Циркуляция воды по трубам происходит за счет образования пара в обогреваемых трубах, так как плотность пароводяной смеси меньше чем водяной, поэтому происходит постоянный перетек воды в обогреваемые трубы по которым пароводяная смесь поднимается и в барабане котла образуется пар, который осушается находящимися внутри барабана паро-осушительными устройствами: сепарационными устройствами, циклонами, сепараторами, в которых происходит отделение влаги от пара.

Насыщенный пар из барабана под давлением 39 кгс/см поступает в пароперегреватель, где подогревается до нужной температуры 440С, за счет радиации факела и конвективного обогрева топочными газами, и поступает в паровую магистраль, в которой расход перегретого пара составляет 70 мі/ч.

Регулирование питания котельных агрегатов и регулирование давления в барабане котла главным образом сводится к поддержанию материального баланса между отводом пара и подачей воды. Параметром, характеризующим баланс, является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котельного агрегата во многом определяется качеством регулирования уровня. При повышении давления, снижение уровня ниже допустимых пределов, может привести к нарушению циркуляции в экранных трубах, в результате чего произойдет повышение температуры стенок обогреваемых труб и их пережег.

Повышение уровня также ведет к аварийным последствиям, так как возможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. В связи с этим, к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования. Качество регулирования питания также определяется равенством подачи питательной воды. Необходимо обеспечить равномерное питание котла водой, так как частые и глубокие изменения расхода питательной воды могут вызвать значительные температурные напряжения в металле экономайзера.

Барабанам котла с естественной циркуляцией присуща значительная аккумулирующая способность, которая проявляется в переходных режимах. Если в стационарном режиме положение уровня воды в барабане котла определяется состоянием материального баланса, то в переходных режимах на положение уровня влияет большое количество возмущений. Основными из них являются изменение расхода питательной воды, изменение парового съема котла при изменении нагрузки потребителя, изменение паровой производительности при изменении при изменении нагрузки топки, изменение температуры питательной воды.

Образовавшиеся в процессе горения дымовые газы отсасываются из топки дымососом. Попутно они проходят через поверхности нагрева обоих ступеней пароперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогревателя и удаляются при температуре 127 С через дымовую трубу в атмосферу.

Регулирование соотношения газ-воздух необходимо как чисто физически, так и экономически. Известно, что одним из важнейших процессов, происходящих в котельной установке, является процесс горения топлива. Химическая сторона горения топлива представляет собой реакцию окисления горючих элементов молекулами кислорода. Для горения используется кислород, находящийся в атмосфере. Воздух в топку подается в определенном соотношении с газом посредством дутьевого вентилятора. Соотношение газ-воздух примерно составляет 1,10.

При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива. Не сгоревший газ будет выбрасываться в атмосферу, что экономически и экологически не допустимо. При избытке воздуха в топочной камере будет происходить охлаждение топки, хотя газ будет сгорать полностью, но в этом случае остатки воздуха будут образовывать двуокись азота, что экологически недопустимо, так как это соединение вредно для человека и окружающей среды.

Система автоматического регулирования разряжения в топке котла сделана для поддержания топки под наддувом, то есть чтобы поддерживать постоянство разряжения (примерно 4 мм. вод. ст.). При отсутствии разряжения пламя факела будет прижиматься, что приведет к обгоранию горелок и нижней части топки. Дымовые газы при этом пойдут в помещение цеха, что делает невозможным работу обслуживающего персонала.

В питательной воде растворены соли, допустимое количество которых определяется нормами. В процессе парообразования эти соли остаются в котловой воде и постепенно накапливаются. Некоторые соли образуют шлам - твердое вещество, кристаллизующееся в котловой воде. Более тяжелая часть шлама скапливается в нижних частях барабана и коллекторов.

Повышение концентрации солей в котловой воде выше допустимых величин может привести к уносу их в пароперегреватель. Поэтому соли, скопившиеся в котловой воде, удаляются непрерывной продувкой, которая в данном случае автоматически не регулируется.

Расчетное значение продувки парогенераторов при установившемся режиме определяется из уравнений баланса примесей к воде в парогенераторе. Таким образом, доля продувки зависит от отношения концентрации примесей в воде продувочной и питательной. Чем лучше качество питательной воды и выше допустимая концентрация примесей в воде, тем доля продувки меньше. А концентрация примесей в свою очередь зависит от доли добавочной воды, в которую входит, в частности, доля теряемой продувочной воды.

Сигнализация параметров и защиты, действующие на останов котла, физически необходимы, так как оператор или машинист котла не в силах уследить за всеми параметрами функционирующего котла. Вследствие этого может возникнуть аварийная ситуация. Например, при пуске воды из барабана, уровень воды в нем понижается, вследствие этого может быть нарушена циркуляция, и пережег труб донных экранов. Сработавшая без промедления защита, предотвратит выход из строя парогенератора. При уменьшении нагрузки парогенератора, интенсивность горения в топке снижается. Горение становится неустойчивым и может прекратиться. В связи с этим предусматривается защита по погашению факела.

Надежность защиты в значительной мере определяется количеством, схемой включения и надежностью используемых в ней приборов. По своему действию защиты подразделяются:

- действующие на останов парогенератора;

- снижение нагрузки парогенератора;

- выполняющие локальные операции.

2. Выбор средств автоматизации

Применение пневматических средств автоматизации на данном объекте не целесообразно, т. к., у них существует запаздывание, больше чем у электронных средств. Также пневматические средства имеют большую стоимость, по сравнению с электронными приборами. Они сложней при монтаже и обслуживании.

Данная категория помещения допускает установку электронных приборов. Они отличаются высокой точностью, быстродействием, легкостью монтажа и обслуживания, при условии взрывобезопасного исполнения всех датчиков, находящихся в цеху.

2.1 Средства измерения температуры

При выборе средств автоматического контроля, необходимо учитывать предельные значения температур, в диапазоне которых можно применять различные датчики температуры, а так же вид выходного сигнала.

В данном диапазоне предпочтение термопар, для измерения высоких температур. Выбираем термоэлектрический термометр ТХК-0292 (поз. 6-1). Выбор вида вторичного прибора зависит от вида термометра и градуированных характеристик прибора и термопары, которые должны совпадать. Вторичный регистрирующий и показывающий прибор ДИСК-250 (поз. 6-2) предназначен для измерения входных сигналов датчиков технологических параметров, регистрации измерений на дисковой диаграмме.

2.2 Средства измерения давления

Для контроля давления выбираем преобразователь САПФИР-22ДИ-2150 (поз. 2-2), подключенный через разделительный сосуд. Унифицированный токовый сигнал 0-5 мА с преобразователя поступает вторичный прибор А-100-2 (поз. 2-3).

2.3 Средства измерения расхода

Измерение и регулирование расхода осуществляется при помощи диафрагм ДКС-10-65 (поз. 1-2, 1-3) и весового устройства поступает на Сапфир22ДД 2420 (поз. 1-4) на регулирующий прибор РС29 34.3 с сигналом 0ч5мА (поз. 1-6).

2.4 Средства измерения уровня

Контроль уровня воды в барабане осуществляется при помощи преобразователя ДГД-Э (поз. 3-2) и преобразуется в унифицированный токовый сигнал 0-5 мА, который подается на вторичный прибор ДИСК-250 с ПИ законом регулирования и регистраций параметра на дисковой диаграмме (поз. 3-3).

2.5 Средства измерения яркости факела в топке котла

Для этих целей используется фотоэлемент ФД-250 в комплекте со вторичным сигнализирующим прибором ЛУЧ-1 (поз. 7-2). Этот параметр входит в систему аварийной защиты всей котельной системы. При этом закрываются все входные потоки закрываются (прекращается подача топлива и вторичного воздуха) и открываются выходные (паровая магистраль).

Конкретные типы средств автоматизации приведены в заказной спецификации на оборудование и материалы.

3. Расчет ротаметра

3.1 Определяем диаметр трубки D₁₀ в месте деления шкалы для максимального расхода

D₁₀ = D₀ + K·* l₁₀ (1)

D₁₀ = 0,0171 + 0,01 *·0,25 = 0,0196.

3.2 Определяем высоту поднятия поплавка над сечением трубки, диаметр которого равен диаметру миделя поплавка

(2)

Где:

h₀ - высота нулевой отметки, м.

3.3 Определяем высоту поднятия поплавка над оцифрованными сечениями трубки

h_i = h₀ + l_i (3)

l_i = l* I (4)

Где:

l - расстояние между оцифрованными делениями, 0,025;

i - отметка на оцифрованной шкале;

Результат расчёта представлен в Таблице 1.

Таблица 1. - Высота поднятия поплавка над оцифрованными сечениями:

i	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
li	0	0,025	0,05	0,075	0,1	0,125	0,15	0,175	0,2	0,225	0,25
hi, м	0,7	0,095	0,12	0,145	0,17	0,195	0,22	0,245	0,27	0,295	0,32

3.4 Определяем безразмерный параметр для оцифрованных отметок шкалы

(5)

Результат расчёта представлен в Таблице 2.

Таблица 2:

I	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ai	4,2683	5,7927	7,317	8,841	10,365	11,89	13,414	14,939	16,463	17,987	19,512

3.5 Определение веса поплавка в измеряемой среде

(6)

3.6 Определяем кинематическую вязкость м²/с

(7)

м²/с.

3.7 Определяем значение безразмерной величины

3.8 Определяем значение новой безразмерной величины

Для определения безразмерной величины используем график в координатах:

Рисунок 1. - Определение значения безразмерной величины:

Для нахождения промежуточного значения a_i применяют приближенную формулу нелинейной интерпретации:

(8)

Где:

Х - расстояние от искомой точки до нижней кривой;

- для нижней кривой от искомой точки;

- для верхней кривой от искомой точки;

b - расстояние между верхней и нижней кривой.

Остальные значения величины Х считаются аналогично. Результат занесём в таблицу 3.

Таблица 3:

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Х	0.032	0.182	0.1121	0.0381	0.0167	0.0807	0.0542	0.0328	0.0157	0.0646	0.0459
	3,362	3,582	3,7121	3,8181	3,8767	3,9477	3,9942	4,0338	4,0597	4,1096	4,1359

3.9 Все полученные результаты приводим в таблицу

Таблица 4. - Результат расчета:

li					d, м3/с	Q, м3/с	Q, л/ч
0	4,2683	-8,72256	3,362	2301.5597	2.49083*10-7	0.00057	2064
0,025	5,7927		3,582	3825.2077		0.00095	3430
0,05	7,3171		3,7121	5153.4365		0.00128	4621
0,075	8,8415		3,8181	6578.0354		0.00164	5899
0,1	10,3659		3,8767	7529.2520		0.00188	6751
0,25	11,8902		3,9477	8865.7661		0.00221	7950
0,15	13,4146		3,9942	9867.7801		0.00246	8848
0,175	14,9396		4,0338	10809.777		0.00269	9693
0,2	16,4634		4,0597	11475.106		0.00286	10290
0,225	17,9878		4,1096	12871.405		0.00321	11540
0,25	19,5122		4,1359	13675.342		0.00341	12260

3.10 График в координатах

Рисунок 2. - График:

3.11 Чертежи поплавка и трубки ротаметра

Рисунок 3. - Чертеж поплавка:

Рисунок 4. - Чертеж трубки ротаметра:

3.12 Расчет геометрических размеров поплавка

Расчет веса поплавка.

Найдем вес поплавка по формуле, Н.

 (9)

Н.

Найдем объем, м³:

(10)

.

Найдем диаметр в м.:

(11)

м.

Глубина и длина поплавка, м.:

(12)

м.

4. Расчет сопротивлений резисторов измерительной схемы

Рисунок 5. - Схема автоматического потенциометра:

4.1 Определяем сопротивление резистора

(13)

Где:

R_н.р - нормированное сопротивление реохорда;

Е_д - диапазон измерения прибора;

I₁ - номинальное значение силы тока в нижней ветви измерительной схемы прибора принимаем R_п= (11,5 0,05) Ом.

4.2 Определяем приведённое сопротивление реохорда R_пр, Ом

(14)

Производим проверку правильности определения R_пр:

(15)

4.3 Определяем сопротивление контрольного резистора R_к, Ом

(16)

Принимаем сопротивление контрольного резистора R_к = (509,5 0,2).

4.4 Определяем сопротивление резистора R_б, Ом

(17)

Принимаем значение сопротивления резистора R_б= (330 0,5) Ом.

4.5 Найдем сопротивление медного резистора

(18)

Принимаем значение сопротивления резистора R_М= (5,3 0,05) Ом.

4.6 Определим значение сопротивления резистора

(19)

Принимаем R_н= 3,3 Ом и r_н= 0,4.

4.7 Определим значение

(20)

4.8 Определяем R_I

R_I = R_и.п - R_bd = 1000 - 205,923 = 794,77 (21)

Принимаем:

R_I = 800 Ом;

R_I = (794 1) Ом;

R_I = (50 5) Ом.

4.9 Определим изменение показаний потенциометра для конечного значения шкалы при изменении температуры свободных концов термометра от t₀= 20С до t₀= 38С

(22)

Заключение

Результатом выполнения работы стал разработка функциональной схемы автоматизации получения пара. И была подобрана спецификация средств автоматизации использованных в функциональной схеме.

Для выполнения курсового проекта было получено задание автоматизация котла БКЗ-35-39-ФБ. Для улучшения автоматизации получения пара нужно внедрять новые более эффективные технологии, которые позволят повысить к.п.д., котла и облегчат труд эксплуатационного персонала, а также позволит снизить стоимость продукции.

При разработке проектов, и подготовке технических условий на заказы оборудования необходимо:

- значительно сократить число типоразмеров применяемого оборудования, поставив целью устанавливать однотипное оборудование для расширения и реконструкции;

- обеспечить высокую степень готовности монтажных блоков близкую к 100%, и тем самым заложить условия сокращения продолжительности монтажа до 6-18 месяцев;

- резко сократить вспомогательные устройства зданий, сооружений и объектов, а также затраты материалов;

- применять современную автоматику и принципы резервирования трубопроводов, арматуры и вспомогательного оборудования.

Расчетная часть содержит расчет ротаметра и потенциометра, а также схему его подключения.

Список использованных источников

автоматизация ротаметр резистор

1. Клюев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов, справочное пособие. М. «Энергия» 1980 г.

2. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств, М. «Машиностроение» 1983 г.

3. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы, 3 изд. перераб. и доп., М: «Энергия» 1978 г.

4. Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, М.Б. Миндин, С.А. Клюев, под ред. А.С. Клюева. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 432 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru