Разработка системы автоматического регулирования питания барабанного котельного агрегата водой (на материалах АО ССГПО)

1.

Презентация дипломной работы на
тему:
«Разработка системы автоматического
регулирования питания барабанного
котельного агрегата водой (на
материалах АО ССГПО)»
Выполнил: студент гр.АУ-19
Белицкий К.В.

2.

введение
Одним из основных направлений совершенствования систем автоматизации является повышение качества управления и
стабилизации технологических параметров. Решение задачи обеспечения заданного качества управления актуально как
при проектировании систем управления (СУ), также и при их промышленной эксплуатации.
Одним из объектов автоматизации является газо-мазутный котельный агрегат, предназначенный для выработки сухого
насыщенного или слабо перегретого пара на технологические нужды промышленных предприятий, систем отопления,
вентиляции и горячего водоснабжения
Целью дипломного проекта является разработка системы автоматического управления котельной установкой в условиях
«ТЭЦ АО ССГПО»:
выполнить анализ технологии производства пара в котельных установках;
провести анализ АСУ парового котельного агрегата;
разработать систему автоматического регулирования питания котельного агрегата водой, построить математическую
модель, провести ее анализ и синтез;
произвести выбор технических средств, разработать схемную документацию проекта;
рассмотреть организационную структуру предприятия, произвести расчет капитальных и текущих затрат, определить
эконмический эффект от внедрения САР;
рассмотреть вопросы организационно-технических мероприятий по обеспечению охраны труда, техники
безопасности и промышленной экологии.
.

3.

Краткая характеристика ТЭЦ АО «ССГПО»
Тепловая схема ТЭЦ выполнена по секционному принципу с поперечными связями по пару и воде. Отпуск
тепла от ТЭЦ осуществляется в горячей воде для зоны теплофикации г. Рудного, и в паре для нужд ССГПО.
Система горячего водоснабжения открытая. Температурный график отпуска тепла специальный с
температурой сетевой воды зимой – 130°С, летом – 70°С.
Выдача тепла в г. Рудный осуществляется по трем тепло магистралям, по
традиционной двухтрубной системе. Контур города работает по графику
150 – 170°С, контур промзоны работает по графику 130-170°С.
Таким образом, ТЭЦ – сложный энергетический комплекс, где
основным технологическим процессом является производство
электроэнергии и тепла, как для собственных нужд АО ССГПО, так и для
нужд города Рудного.

4.

Описание технологического процесса
• Котельная установка состоит из котла и вспомогательного оборудования.
• Котлом называют устройство для получения пара или нагрева воды с давлением выше атмосферного,
использующее для этой цели теплоту сгорания органического топлива, технологических процессов,
электрической энергии или отходящих газов, общий вид парового котла представлен на рисунке 1.
Технологическая схема котельной установки с барабанным
паровым (энергетическим) котлом, работающим на природном
газе, представлена на рисунке 2. Топливо через
распределительные вентили транспортируется к горелкам 4
топки котла. Вторичный воздух подводится к горелкам дутьевым
вентилятором 13. Топливовоздушная смесь сгорает в топке,
образуются продукты сгорания в форме высокотемпературного
факела (приблизительно 1500 °С). В топке в процессе
теплообмена с экранными трубами газы охлаждаются
(приблизительно до 1000 °С), проходят верхнюю часть заднего
экрана (фестон) и пароперегреватель 8. Затем продукты
сгорания движутся через водяной экономайзер 9,
воздухоподогреватель 10 и после очистки в золоуловителе 15
дымососом 16 отводятся в атмосферу через дымовую трубу 17
а
д
б
8
д
7
14
а
6
а
5
ж
9
а
2
4
17
в
12
10
г
в
1
г
г
д
3
е
15
д
д
16
в
18
11
13
е
г
е

5.

Описание процесса парового котельного агрегата как объекта управления
В процессах эксплуатации паровых котлов, оборудованных большим количеством
горелочных устройств, появление химического недожога определяет нижнюю границу установления подачи
воздуха на горение.
Эта граница зависит от многих факторов: состава топлива, характеристик и эксплуатационного состояния
горелочных устройств, выбранной технологии сжигания топлива, компоновки топочно-горелочных устройств,
нагрузки парового котла и может многократно меняться как в течение ограниченного промежутка времени,
так и при длительной эксплуатации оборудования [9].
Процессы, протекающие в паровом котле, регулируются через несколько контуров:
Контур регулирования давления пара на доход котла
Контур регулирования расхода воздуха
Контур регулирования разрежения в верхних частях топочной камеры
Контур регулирования воды в барабане котла
Эти контуры регулирования позволяют поддерживать оптимальные параметры процессов в паровом котле,
учитывая его рост и безопасную работу.
В данном дипломном проекте предлагается разработать адаптивное регулирование давления воды в
барабане котла с учетом динамического изменения значения коэффициента избытка окислителя,
обусловленного нестационарной концентрацией топочного газа.

6.

Блок-схема типовых воздействий
Одним из важнейших параметров, которые могут
привести к изменению протекания процесса, являются
изменение расхода воды, топлива, температура
питательной воды, давления топлива, давления и
температуры воздуха. К внутренним возмущающим
воздействиям относятся загрязнение и коррозия внутри
самого котла
Для достижения цели управления и ликвидации возмущающих воздействий регулируют:
давление пара в барабане котла с воздействием на подачу топлива;
разрежение в топке с воздействием на направляющий аппарат дымососа;
соотношение расхода топлива и давления воздуха с воздействием на направляющий аппарат
вентилятора;
уровень в барабане котла с воздействием на подачу питательной воды.

7.

Функциональная схема
автоматизации парового котла
Объектом управления является паровой котел. Который представлен на функциональной
схеме. Для контроля расхода топлива установлен первичный преобразователь поз.4.1
сигнал с которого по линии связи 4 поступает на щит оператора на микропроцессорный
контроллер, далее в схему управления дутьевого вентилятора, через регулирующий орган, за
счет чего изменяется расход воздуха, идущего на горение . Одновременно с воздействием
регулирующего органа на расход топлива регулятор стабилизирует расхода воздуха. На
регулятор также возложена задача поддерживать на выходе из топочной камеры постоянное
разрежение за счет воздействия на исполнительный механизм направляющего аппарата
дымососа.
Для розжига горелки котла и пуска его в эксплуатацию используется соответствующая
система, состоящая из ручного газового крана, запальника.
Для автоматического отключения подачи газа в аварийных ситуациях служит
электромагнитный отсечной клапан, а для перекрытия подачи газа на котельную – задвижка
на газовом трубопроводе

8.

Электрическая принципиальная
схема
На схеме представлено:
По принципиальной схеме можно проследить порядок
прохождения сигнала от датчика до исполнительного
механизма. В датчике Овен-100 ДИ неэлектрический сигнал
преобразуется в унифицированный сигнал 0 – 20 мА и по
соединительным проводам поступает в прибор показывающий.
Далее сигнал поступает в регулирующий блок
микропроцессорного контроллера Овен , где формируется
управляющий сигнал согласно определенному закону
регулирования, в соответствии с заданным законом
регулирования. На выходе регулирующего блока формируются
дискретные сигналы, которые поступают на пускатель
бесконтактный реверсивный который управляет
исполнительным механизмом что вызывает изменение
давления воды.

9.

Техническое обеспечение САР
Целью данного проекта является модернизация существующей системы управления. При этом замена касается
только приборов контроля и регулирования, исполнительный механизм и регулирующие органы замене не
подвергаются.
Существующая система автоматического управления паровым котлом имеет ряд недостатков. Используемые
средства измерения, контроля и показания параметров имеют низкую степень интеграции элементной базы,
низкую надежность.
Имеющие средства автоматики не могут обеспечивать архивацию данных и нет возможности передачи данных на
административный уровень управления, не обеспечивают оптимальное управление паровым котлом.
Существующие технические средства автоматизации служат для отображения параметров и защиты, а также
производят остановку оборудования при достижении предельного значения контролируемых и регулируемых
параметров.
В системах управления применяются регуляторы Р–25.1.2, которые реализуют непрерывные «П» и «ПИ» законы
регулирования. Они эксплуатируются более 10 лет, физически устарели, имеют низкую точность реализации
управляющих воздействий.
ПИД-регулирование измеренной или вычисленной величины осуществляется с
использованием:
электропривода запорно-регулирующего (КЗР) или трехходового клапана;
задвижки с аналоговым входом 4…20 мА или 0…10 В в автоматическом, ручном и
дистанционном режимах.

10.

Основные функции прибора ОВЕН ТРМ 212
ПИД-регулятор ТРМ212 применяется для управления клапанами и задвижками с электроприводом:
в системах ГВС, газового и парового отопления;
в теплообменных аппаратах (пастеризаторах);
при подаче охлаждающей жидкости в контурах водяных охладителей;
при регулировании соотношения газ/воздух;
в другом технологическом оборудовании, где используются запорно-регулирующие или трехходовые клапаны и
задвижки с электроприводом.
Класс точности 0,5 (термопары)/0,25 (другие типы сигналов).
Основные функции прибора ОВЕН ТРМ212:
два универсальных входа для подключения широкого спектра датчиков температуры, давления, влажности,
расхода, уровня и т. п.;
возможность работы с датчиками, имеющими квадратичную характеристику;
вычисление разности, суммы, отношения и корня из разности двух измеряемых величин;
измерение и регулирование расхода по перепаду давления на стандартных сужающих устройствах (диафрагма,
сопло и трубка Вентури) без применения дифманометра;
ПИД-регулирование измеренной или вычисленной величины;
автонастройка ПИД-регулятора по современному эффективному алгоритму, оптимизация выхода на уставку;
подключение датчика положения задвижки ко входу 2;
график коррекции уставки регулятора по величине, измеренной на втором входе;
дистанционный пуск и остановка ПИД-регулятора;
сигнализация об обрыве в цепи регулирования (LBA);
встроенный интерфейс RS'485 (протокол ОВЕН, Modbus ASCI/RTU);
конфигурирование на ПК или с лицевой панели прибора;
уровни защиты настроек для разных групп специалистов.

11.

Экономические показатели

12.

Охрана труда
Охрана труда является защитой аспектов в любой отрасли промышленности. Идентификация опасностей. Это
включает в себя повышенную температуру и давление, которые могут проявляться к ожогам и травмам, а также риск
взрыва или выброса вредных веществ в атмосферу. Другие потенциальные опасности могут проявляться снижением
высоты, шумом, вибрацией и плохой вентиляцией.
Для обеспечения безопасности работников на котельном агрегате требуется ряд про активных мер. Одна из них правильное обучение и тренировка персонала. Работники должны быть осведомлены об опасностях, правилах
безопасности, сборе защитно-экипировочной системы и процедуре эвакуации. Также необходимо регулярно
проводить инструктаж и тренировку по противопожарной безопасности.
Использование личной защитной экипировки: Личная защитная экипировка является важным аспектом охраны
труда на котельном агрегате. Работники должны быть обеспечены специальной защитной одеждой, средствами
защиты глаз, слуха и дыхания, а также средствами защиты от падений. Это поможет снизить риск получения травм и
заболеваний.
Частое обслуживание и проверка оборудования составляют часть защиты труда на котельном агрегате. Проверки
должны быть установлены согласно установленному графику, а случаи должны немедленно исправиться. Также
необходимо наличие систем обнаружения и аварийного отключения для обнаружения и предотвращения
аварийных ситуаций.
Соблюдение процедур эвакуации и планов безопасности: На котельном агрегате должны быть разработаны и
внедрены планы эвакуации и безопасности. Работники должны знать процедуры эвакуации в случае аварийных
ситуаций, а также располагать доступом к средствам пожаротушения и доставке первой помощи. Регулярные
тренировки по эвакуации и планы безопасности предполагают, что работники готовы действовать в случае
необходимости.

13.

Промышленная экология
ТЭЦ являются крупными промышленными объектами, которые производят пар и горячую воду для теплоснабжения и
генерации электроэнергии. В связи с этим, осуществление производственного экологического контроля на ТЭЦ направлено на
обеспечение следующих целей:
получение информации для принятия решений по внутренней экологической политике, контролю и регулированию
производственных процессов на ТЭЦ, которые потенциально могут оказывать воздействие на окружающую среду;
обеспечение соблюдения требований экологического законодательства Республики Казахстан со стороны ТЭЦ;
минимизация негативного воздействия производственных процессов на окружающую среду, жизнь и здоровье людей путем
применения соответствующих мер и контроля;
повышение эффективности использования природных и энергетических ресурсов на ТЭЦ;
оперативное предупреждение и реагирование на нештатные ситуации, которые могут возникнуть на ТЭЦ и иметь негативное
воздействие на окружающую среду;
формирование более высокого уровня экологической информированности и ответственности руководителей и работников
ТЭЦ;
информирование общественности о экологической деятельности ТЭЦ и ее влиянии на окружающую среду;
повышение эффективности системы экологического менеджмента на ТЭЦ.
Для достижения указанных целей на ТЭЦ проводится производственный экологический контроль согласно установленным
требованиям и процедурам. Это включает наблюдения, измерения, анализы, оценку и документирование данных, а также
принятие соответствующих мер для минимизации негативного воздействия на окружающую среду. Проведение
производственного экологического контроля на ТЭЦ также может включать сотрудничество с независимыми экологическими
организациями и взаимодействие с государственными органами контроля и надзора в области охраны окружающей среды.

14.

Заключение
В дипломном проекте рассмотрена система автоматического управления котельной установкой на материала тепло
центра АО «ССГПО». В качестве локальной подсистемы был выбран контур регулирования питания котельного
агрегата водой.
В технологической части проекта рассмотрена технология производства пара и горячей воды. Приведены
характеристики основного и вспомогательного оборудования. Изучены роль и значимость разработки
автоматической системы управления котлом, определены и изложены исходные данные для дальнейшего
проектирования системы автоматизации.
В разделе «Автоматизация и управление» рассмотрена структурная схема управления котельной установкой.
Паровой котел исследован как объект автоматизации. Выделены основные параметры, подлежащие контролю,
регулированию и управлению, а также определенны управляющие и возмущающие воздействия. Во втором разделе
осуществлён выбор основных и вспомогательных средств автоматизации. Построена математическая модель
проектируемой системы. Разработаны функциональная и электрическая принципиальная схемы проекта.
В экономической части рассмотрена организационная структура предприятия. Определены технико-эконмические
показатели, произведен расчет текущих и капитальных затрат на проектирование системы, рассчитана точка
окупаемости. В разделе «Охрана труда» выполнен анализ существующей системы организационно-технических
мероприятий по обеспечению охраны труда и техники безопасности. Определены основные факторы риска и
опасности работы на строительном производстве.
В заключительно пятом разделе рассмотрена стратегия компании в области промышленной экологии и влияния
производства на окружающую среду.