Разработка функциональной схемы работы оборудования котельной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1 Характеристики процесса как объекта управления

1.1 Описание технологического процесса получения пара в котельной

1.2 Описание основного оборудования

1.3 Оптимизация работы парового котла

1.4 Выбор показателей эффективности процесса, формулировка целевой функции

1.5 Выбор и обоснование параметров нормального технологического режима

2 Выбор и обоснование средств контроля и сигнализации

2.1 Описание функциональной схемы автоматизации

3 Задачи автоматизированной системы управления технологическим процессом получения пара

3.1 Функции выполняемые АСУ ТП котельной и функциональная структура

3.2 Техническая структура АСУ ТП

Заключение

Литература

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 количество обслуживающего персонала, повышает надёжность и долговечность машин, даёт экономию материалов, повышает технику безопасности.

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

Автоматизация параметров даёт значительное преимущество:

1 Обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала. За счёт этого происходит увеличение производительности его труда

2 Приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала.

3 Увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого пара.

4 Повышает безопасность и безаварийность труда увеличивает надёжность работы оборудования.

5 Увеличивает экономичность работы котельной установки.

Автоматизация парогенераторов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологическую блокировку и сигнализацию.

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

Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать парогенераторную установку, а так же регулировать и переключать режимы работы 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. Приборы технологического контроля размещают на панелях, щитах управления по возможности удобно для наблюдения и обслуживания.

Технологические блокировки выполняют в определённой последовательности ряд операций при пусках и остановке механизмов парогенераторной установки, а также в случае срабатывания технологической защиты. Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании парогенераторной установки, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудование при возникновении аварийной ситуации.

Устройства технологической защиты информируют дежурный персонал о состоянии оборудования, предупреждают о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состояния парогенератора и его оборудования. Применяется звуковая и световая сигнализация.

Эксплуатация котлов должна обеспечивать надёжную и эффективную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном соответствии с правилами 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»

На основе указанных материалов для каждой котельной должны быть составлены должностные и технологические инструкции по обслуживанию оборудования, ремонту и технике безопасности и т.п. должны быть составлены технические паспорта на оборудование, исполнительные, оперативные и технологические схемы трубопроводов различного назначения.

пар котельная технологический автоматизация

1. Характеристики процесса как объекта управления

1.1 Описание технологического процесса получения пара в котельной

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 сгорающего топлива к воде и пару.

Основными элементами производственного процесса, осуществляемого в котельной установке, является:

1) Процесс горения топлива.

2) Процесс теплообмена сгорающего топлива с водой.

3) Процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, её испарения и нагрева полученного пара.

Во время работы в котле образуется два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тепла и поток образующегося в топке теплоносителя. В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается пар заданной температуры и давления.

Одной из основных задач при эксплуатации котлового агрегата является обеспечение равенства между производимой и потребляемой энергией.

1.2 Особенности технологического процесса

Горение топлива является физико-химическим процессом. Химическая сторона этого процесса представляет собой окисление горючих элементов в топливе кислородом. Процесс проходит при определённой температуре и сопровождается выделением тепла. Интенсивность, устойчивость и экономичность процесса зависит от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива. Условно процесс сжигания топлива можно разделить на три стадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно по времени, частично накладываются одна на другую.

Значение теплоотдачи заключается в теплопередачи тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива, воде, из которой необходимо получить пар. Процесс теплообмена в котле идёт 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. Количество тепла, передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит название теплового потока. Величина теплового потока ограничена, свойствами материала поверхности нагрева, а также максимально возможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.

Образование пара в котлоагрегатах протекает с определённой последовательностью. Уже в экранных трубах начинается образование пара. Этот процесс протекает при большой температуре и давлении. Явление испарения заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у её поверхности и обладающие высокими скоростями, а следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая воздействие соседних молекул, создающее поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает.

1.3 Описание основного оборудования

Котельные установки в промышленности предназначены для получения пара, применяемого в паровых двигателях при различных технологических процессах, а так же для отопления вентиляции и различных бытовых нужд.

Принцип работы котельной установки заключается в передаче тепла, образовавшегося при сгорании топлива, воде и пару. В соответствии с этим основные элементы котельных установок- котельный агрегат и топочное устройство. Топочное устройство служит для топлива наиболее экономичным способом и превращения химической энергии топлива в тепло. Котельный агрегат представляет собой теплообменное устройство, в котором происходит передача тепла от продуктов сгорания топлива воде и пару.

Паровые котлы дают насыщенный пар. Однако во время транспортировки его на значительные расстояния и использование для технологических нужд, а так же на ТЭЦ пар должен быть перегретым, так как в насыщенном состоянии при охлаждении он сразу начинает конденсироваться.

В состав котла входят: топка, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, обмуровка, каркас с лестницами и площадками, а также арматура и гарнитура.

К вспомогательному оборудованию относятся: тягодутьевые и питательные устройства, оборудование водоподготовки, топливоподачи, а также контрольно-измерительные приборы и системы автоматизации.

В состав котельной установки так же входят:

1 Баки для сбора конденсата.

2 Установки химической очистки воды.

3 Деаэраторы для удаления воздуха из химически очищенной воды

4 Питательные насосы для подачи питательной воды.

5 Установки для редуцирования давления газа.

6 Вентиляторы для подачи воздуха к горелкам.

7 Дымососы для удаления дымовых газов от топок.

Тягодутьевые устройства состоят из дутьевых вентиляторов, системы воздуховодов, газоходов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечивается подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания (уходящих газов) по газоходам котла, а так же удаление их в атмосферу. Продукты сгорания топлива, перемещаясь по газоходам котла и соприкасаясь с его поверхностями нагрева, передают теплоту воде.

Паровой котёл является устройством, которое работает в сложных условиях - при высокой температуре в топке и значительном давлении пара. Нарушение нормального режима работы котельной установки может вызвать аварию. Поэтому на каждой котельной предусмотрен ряд устройств, подающих команду на прекращение подачи газа к горелкам при следующих условиях.

1 При повышении давления в котле сверх допустимого.

2 При понижении уровня воды в котле.

3 При понижении или повышении давления в линии подачи топлива к горелкам котла.

4 При уменьшении давления воздуха в горелках.

5 При угасании или отрыве пламени горелок или запальника.

Для безопасной работы котла необходима сигнализация отклонения следующих параметров от нормы.

1 Понижение давления газа идущего с ГРП

2 Уменьшение разряжения в топке котла.

3 Повышение давления пара в барабане котла.

4 Отклонение уровня воды в барабане котла.

5 Погасание факела в топке.

1.4 Формулировка целевой функции управления

Система управления должна обеспечить достижение цели управления за счёт заданной точности технологических регламентов в любых условиях производства при соблюдении надёжной и безаварийной работы оборудования.

Целью управления электропотреблением является: снижение удельных расходов электроэнергии на производство продукции; рациональное использование электроэнергии технологическими службами подразделений; правильное планирование потребления электроэнергии; контроль потребления и удельных расходов электроэнергии на единицу выпускаемой продукции в режиме реального времени.

В данной курсовой работе рассмотрен процесс получения пара для нужд потребителей, основной целью является достижение безаварийной работы при максимальных нужных параметрах производства пара.

Рис.1: Fв - расход воды; F газа/F воздуха- соотношение газ/воздух; Т- температура в котле; Р- давление в котле; Q- содержание углекислого газа; L- уровень в барабане котла

Т= ѓ(F газа/F воздуха, Fв, Р);

L= ѓ(P, Fв)

P= ѓ(F газа / F воздуха) Р зад;

Q= ѓ(F газа/F воздуха,T)

Главные технологические целевые функции процесса:

1 Производительность

П= ѓ(Fв,L,P,T) П зад;

2 Качество

К= ѓ(Т), Т= ѓ(F газа/F воздуха, Fв, Р);

3 Безопасность

Р Р зад;

Соотношение F газа / F воздуха

Поддержание показателей L,T,Q

1.5 Выбор и обоснование параметров нормального технологического режима

Выбор контролируемых параметров обеспечивает получение наиболее полной измерительной информации о технологических процессах и о режимах работы оборудования.

Главной задачей при разработке системы управления является выбор параметров, участвующих в управлении, то есть тех параметров, которые нужно контролировать, регулировать и анализируя изменения значений которых можно определить предаварийное состояние технологического объекта.

Котел должен быть оборудован необходимым количеством контрольно-измерительных приборов, автоматической системой регулирования важнейших параметров работы котла, защитными устройствами, блокировкой и сигнализацией. Режим работы котла должен соответствовать режимной карте, в которой указываются рекомендуемые и оптимальные режимы работы котла: параметры пара и питательной воды, содержание углекислого газа, температура и разряжение в топке котла и ряд других параметров.

Давление

Работа котлов определяется условиями поступления воздуха и газа к горелкам, и отводом топочных газов в атмосферу. В зависимости от конструкции горелок воздух может поступать в топку при помощи дутьевого вентилятора или при естественной тяге. Поддержание разряжения в топке котла не позволяет вредным продуктам горения выйти в помещение котельной. При недостаточном разряжении воздуха в топку будет поступать меньше необходимого его объёма, что может явиться причиной неполноты сгорания топлива и выброса в котельную продуктов сгорания. В ряде случаев избыточное разряжение может служить отрыву пламени от горелок, что может приводить к заполнению топочного пространства газом и возможному взрыву в топке котла.

Температура

Данный параметр регулируется расходом воздуха и газа, сохраняя пропорции для оптимального горения. При повышении температуры в топке (свыше 8000 градусов) прикрывается клапан подачи газа к топке, а так же меняется напор воздуха положением лопастей.

Одним из параметров, который необходимо не только контролировать, но сигнализировать максимально допустимое значение является температура.

В котельных для измерения температуры используются приборы, принцип работы которых основан на свойствах, проявляемых веществами при нагревании:

Изменение объёма- термометры расширения;

Изменение давления- манометрические термометры;

Появление термоЭДС- термоэлектрические пирометры;

Изменение электрического сопротивления, термометры сопротивления.

Уровень

Немаловажным параметром при работе парового котла является контроль за уровнем воды в котле, чаше всего применяются датчики герконного типа с подвижным поплавком и магнитом, или электродного типа- но данные устройства имеют низкую надёжность. Основным недостатком уровнемеров с поплавком является наличие подвижных частей, что увеличивает вероятность отказа, при использовании уровнемеров электродного типа происходит образование отложений и накипи на электродах и их коррозия, что влечёт частичную замену и выход из строя.

САР уровня в барабане котла. Барабан котла предназначен для нагрева питательной воды до температуры кипения. При этом образуется пароводная смесь, удельный вес которой значительно ниже поступающёй котловой воды. В результате чего происходит естественная циркуляция воды в котле и образование пара. Уровень в барабане должен быть около 50%. При повышении или понижении вырабатывается управляющее воздействие на клапан, регулирующий подачу воды в котёл.

Уровень рабочей среды является технологическим параметром, информация о котором необходима для контроля режима работы технологического аппарата, а в ряде случаев для управления производственным процессом.

Расход

Одним из важнейших параметров технологических процессов является расход протекающих по трубопроводам вещёств. К средствам, измеряющим расход и количество веществ, предъявляют высокие требования точности.

Измерение расхода жидкости или газа в котельной осуществляют или дроссельными или суммирующими приборами. Дроссельный расходомер с переменным перепадом давления состоит из диафрагмы, представляющей собой тонкий диск (шайбу) с отверстием цилиндрической формы, центр которого совпадает с центром сечения трубопровода, прибора измеряющего перепад давлений и соединительных трубок. Суммирующий прибор определяет расход среды по частоте вращения установленного в корпусе или рабочего колеса ротора.

2. Разработка функциональной схемы работы оборудования котельной

Автоматика безопасности работы котлового оборудования прекращает подачу газа к горелкам при возникновении следующих аварийных состояний работы котла:

1 Повышение давления газа на горелках.

2 Понижение давления газа на горелках.

3 Понижение разряжения в топке котла.

4 Погасание факела горелки.

5 Отключение электроэнергии.

6 Регулирование соотношения газ воздух.

7 Аварийная и предупредительная ситуация.

8 Неисправность автоматики.

9 Низкий уровень в барабане котла.

10 Высокий уровень в барабане котла.

2.1 Описание функциональной схемы автоматизации и выбор средств контроля и управления

Функциональная схема автоматического контроля технологических параметров представлена на листе 1 графической части проекта, где указаны все выбранные приборы. Принципы построения системы контроля данного процесса двухуровневый. Первый уровень составляют приборы, расположенные по месту, второй приборы, находящиеся на щите у оператора.

Для регулирования температуры прямой воды, изменением расхода газа в зависимости от температуры в общем коллекторе в качестве чувствительного элемента используется датчик температуры.

Для наблюдения за уровнем воды в верхнем барабане установлены два водоуказательных стекла и сигнализатор уровня. У котлов с длинным барабаном водоуказательные стёкла присоединены к цилиндрической части барабана, а у котлов с коротким барабаном к переднему днищу.

Для розжига и контроля наличия пламени в топке применяем устройство контроля и розжига запальника. Оно состоит из фотоэлектрического датчика (ФДА-02) отвечающего за сигнализацию при неправильном горении факела в топке котла и блока розжига запальника (БРЗ-04-М1-2К).

Точность и стабильность контроля над параметрами технологического процесса происходящего в паровом котле является важнейшим составляющим в выработке пара необходимой температуры.

3. Задачи автоматизированной системы управления технологическим процессом получения пара в котельной

АСУТП котельной строится по трёхуровневой схеме управления

1. Нижний уровень- должен решать задачи сбора информации с датчиков технологических параметров, контроль исправности датчиков и линий связи, контроль параметров и сигнализация об отклонении их от заданных параметров, а так де передачи их в АСУ верхнего уровня.

2. Средний уровень- это контроллер.

3. Верхний уровень АСУ - выполняет функции диалогового взаимодействия с оператором, включающие в себя отображение, накопление и анализ данных по измеренным параметрам объекта управления, рассчитанным значениям параметров.

3.1 Функции, выполняемые АСУТП котельной

АСУТП котельной реализует следующие функции.

- измерение технологических параметров.

- технологические защиты и блокировки.

- автоматическое поддержание технологических параметров в заданных пределах.

- автоматическое и дистанционное управление технологическим оборудованием.

- учёт энергоресурсов.

- расчёт технико-экономических показателей работы котельной.

- представление оперативному персоналу на мониторах информацию о состоянии технологического и полевого оборудования, а также о работе ПТК (программно технического комплекса).

- регистрация и архивирование значений технологических параметров, работы АСУТП котельной, действий оператора и других событий в системе.

- АСУТП позволяет управлять оборудованием котельной: автоматически, с отображением хода технологического процесса на АРМ (автоматизированное рабочее место) оператора.

- дистанционно с АРМ оператора.

- вручную с местных пультов управления.

Основной вид управления- автоматический.

Система позволяет решать следующие задачи управления.

- поддержание нормальных технологических режимов.

- остановка котла.

При розжиге или при другой необходимости осуществляется дистанционное управление с АРМ.

3.3 Техническая структура АСУТП котельной

Комплекс технических средств АСУ ТП строится по иерархическому принципу. Источниками информации данного комплекса являются первичные измерительные преобразователи и исполнительные механизмы, передающие информацию о состоянии технологического процесса и оборудования на контроллер.

Техническая структура АСУ ТП: рис 2.

Рис 2. Техническая структура АСУ ТП

Заключение

В результате проделанного курсового проекта была дана характеристика процесса производства пара. Описано основное оборудование для выполнения этого процесса, сделаны выводы по оптимизации параметров производства пара, были выбраны параметры подлежащие контролю и регулированию. Были упомянуты параметры, отклонение которых требует немедленной остановки котла, и параметры которые только требуют сигнализации оператору. Спроектирована функциональная схема автоматизации контроля, управления и регулирования процесса производства пар в котельной с использованием современных технических средств и заказная спецификация.

Автоматизация этого процесса позволит значительно повысить качество используемой воды в котельной, повысить безопасность данного процесса, а также повысить ресурс оборудования.

Литература

1 Стефани Е. П. Основы проектирования АСУ ТП: Учебное пособие для вузов. Энергоиздат, 1982- 352с

2 Макаренко В. Г. Схемы автоматизации: Учеб-метод. Пособие по курсовому и дипломному проектированию. /Юж.-Рос.гос.техн.ун-т./ Новочеркасск: ЮРГТУ , 1999.-47с

3 Емельянов А. И., Капник О. В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие 1983, -400с.

4 Кулаков В.М. Технологические измерения и приборы для химических производств.- М: Машиностроение, 1983,-424с.

Размещено на Allbest.ru