Описание технологического процесса

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 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.

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 потоках 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 горения.

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, во-первых, свойствами материала поверхности нагрева, во-вторых, 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 температуры 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 коньюктивный, 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=110 атм. идет на технологические нужды.

2.         Характеристика технологического оборудования

Полное наименование - вспомогательная котельная производства мономеров.

Данная установка входит в состав установки ректификации ароматических углеводородов.

Вспомогательная котельная предназначена для выработки:

- перегретого пара высокого давления П100;

- пара среднего давления П25;

- перегретого пара среднего давления П15;

- питательной воды;

- электроэнергии турбогенератором.

Сам котел производства японской фирмы Babkock Hitachi. Модели БХК (В-01-А). Тип: естественная циркуляция нижней опоры. Год выпуска 1985.

В качестве топлива используется природный газ с ГРС или метано-водородная фракция, получаемая на производстве мономеров.

Проектная мощность:

- 200 т/ч - перегретого пара высокого давления (П110);

- 490 т/ч - питательной воды для вспомогательных котлов (тит.413) и котлов утилизаторов печей пиролиза (тит.401).

Распределение пара П110, вырабатываемого вспомогательной котельной, при 100 % нагрузке производства мономеров:

-          11 т/ч - на производство мономеров;

-          180 т/ч - на выработку электроэнергии турбогенератором

-          9 т/ч – на технологический процесс выработки пара (личные нужды)

3.      Характеристика применяемого сырья, материалов и полупродуктов

На предприятии используется множество различных веществ. Это как продукты горения, так и топливо, побочные продукты. Все основные вещества представлены в таблице 1.

Основные применяемые и выделяемые вещества

Таблица 1

Наименование сырья,материалов,полупродуктов		Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями
	Обессоленная вода
	1. Жесткость, мкмоль/л, не более 2. Кремниевая кислота, мкг/кг, не более 3. Железо, мкг/кг, не более 4. Медь, мкг/кг, не более 5. Масло и нефтепродукты, мкг/кг, не более 6. Окисляемость, мг О2/кг, не более 7. Сумма нитратов и нитритов, мкг/кг, не более		2 40 30 5 300 5 20
	Метано-водородный газ
	1. Объемная доля метана, %, не менее 2. Объемная доля водорода, %, не более 3. Объемная доля этилена, %, не более		90 3,5 2,0
	Газ природный
	1.Теплота сгорания низшая, МДж/м3 (ккал/м3), при 20 oC 101.325 кПа, не менее 2. Область значений числа Воббе (высшего), МДж/м3 (ккал/м3) 4. Массовая концентрация сероводорода, г/м3, не более 5. Массовая концентрация меркапта-новой серы, г/м3, не более 6. Объёмная доля кислорода, %, не более 7.Масса мехпримесей в 1 м3, г, не более 8.Интенсивность запаха газа при объемной доле 1 % в воздухе, балл,		31,8 (7600) 41,2 (9850)   + 5,0 0,02 0,036 1,0 1,0

4. Описание технологического процесса и схемы   Подача и обработка деменирализованной воды

Деминерализованная вода подается через клапан регулятора уровня воды в деаэраторе B-V-01 в распределительный коллектор головки деаэратора.

Деаэратор B-V-01 предназначен для удаления из деминерализованной воды растворенного кислорода и углекислого газа и состоит из трубчатого подогревателя (конденсатора выпара паровоздушной смеси) с поверхностью теплообмена 6 м², деаэрационной колонки (головки деаэратора) объемом 37.5 м³ и бака-аккумулятора объемом 90.4 м³ (рабочий объем 73 м³, что составляет 80 % от объема бака).

Деминерализованная вода поступает в трубчатый подогреватель деаэратора, где подогревается до 58^оС за счет охлаждения парогазовой смеси выхлопа деаэрационной колонки (головки деаэратора), и через распределительный коллектор поступает в деаэрационную колонку. Деминерализованная вода проходит через камеру с разбрызгивающими соплами, равномерно распределяющими поток по объему верхней части деаэрационной колонки. Распределенная таким образом вода поступает на сетчатые поддоны, снизу омываемые паром, поступающим через распределительный коллектор нижней части деаэрационной колонки (под сетчатыми поддонами) по всей ее длине. Вода в пленочном режиме контактирует с паром, нагревается, при этом происходит процесс ее дегазации, т.е. выделение растворенного в ней кислорода и углекислого газа в объем деаэрационной колонки.

Деаэрированная вода совместно с частью подводимого пара сливается по перепускным трубам в бак-аккумулятор. Верхняя часть бака-аккумулятора соединена с деаэрационной колонкой дыхательными трубками. Для подогрева деминерализованной воды в деаэрационную колонку подается пар П4, через клапан PСV-10 регулирующий давление в деаэраторе. Также пар П4 поступает в головку деаэратора:

- от паровых турбин и питательных насосов;

- от расширителей непрерывной продувки;

- из сальниковых уплотнений турбины турбогенератора.

Суммарный расход пара в деаэратор - до 67,8 т/ч.

В пусковом режиме пар на деаэратор подается только из кол­лектора пара среднего давления общезаводской сети через клапан PCV-10 по линии прогрева через задвижку поз.SН-57 и обратный клапан.

Часть пара, подводимого в деаэратор, вместе с выделившимися из воды газами, из верхней части головки деаэратора отводится по перепускной трубе в конденсатор выпара, где отдает тепло демине­рализованной воде. Пар конденсируется, и конденсат сливается на сетчатый поддон головки деаэратора. Незначительная часть пара и газа сбрасывается в атмосферу через дыхательный клапан (воздушник).

Деаэратор оборудован четырьмя предохранительными клапанами, указателями уровня, давления и температуры.

Для постоянного контроля режима работы деаэратора и проверки качества питательной воды предусмотрены автоматические анализато­ры величины рН, содержания кислорода и электропроводимости. Кроме того, предусматривается отбор проб воды после холодильника проб на точный аналитический контроль в лаборатории.

Система подачи питательной воды

Для обеспечения котлов-утилизаторов производства мономеров пи­тательной водой высокого давления не менее 14,8 МПа (148 кгс/см²) в котельной установлен питательный насос с электроприводом В-Р-01. Подшипники питательного насоса В-Р-04В снабжены контрольным прибором температуры. Расход питательной воды на котлы-утилизаторы фиксируется расходомерами поз.B-FIZ-16, поз.B-FIZ-17, поз.B-FIZ-18.

Насос оборудован:

- линиями прогрева на электронасосах;

- линиями осевой разгрузки и предотвращения перегрева уплотнения со сбросом воды в деаэратор;

- линиями минимального расхода воды со сбросом воды в деаэратор через дроссельные шайбы;

- линиями отбора питательной воды ПВ35 со средней ступени насоса.

Клапана FZV-16, FZV-17, FZV-18 сблокированы с расходомерами поз.FZ-16, поз.FZ-17, поз.FZ-18 и открываются при снижении расхода воды через насос до 100 т/ч. При достижении расхода 180 т/ч - клапан закрывается.

Питательные насосы котлов-утилизаторов В-Р-04А,В с электроприводом имеют блокировку автоматического включения резервного на­соса при закрытии стопорного клапана турбины В-ТВ-02 рабочего на­соса или при снижении давления в коллекторе питательной воды до 14.5 МПа (145.0 кгс/см²) поз.В-PRSA-16.

Система выработки перегретого пара высокого давления (пар П110)

Из деаэратора питательная вода поступает на всас питательного насоса.

Насос имеет линии минимального расхода, с установленными на них клапанами FZV-12, FZV-13, FZV-14, FZV-15 со сбросом воды в деаэратор, для предотвращения работы насоса при низком или нулевом расходе питательной воды. Открытие клапана происходит при расходе воды 30 т/ч, закрытие - 70 т/ч.

Насос оснащен индивидуальной маслосистемой. Смазка подшипников осуществляется за счет разбрызгивающего кольца. Уровень масла контролируется по указательному фонарю (лубрикатору). Подшипники насоса оборудованы приборами контроля температуры.

Охлаждение подшипников питательного насоса осуществляется оборотной водой. На сальниковые уплотнения насосов подается деминерализованная вода. При аварийных ситуациях, технологическая схема предусматривает подачу деминерализованной воды в систему охлаждения подшипников питательных насосов.

Расход питательной воды не более 100 т/ч регулируется клапаном FCV-02А,В в зависимости от нагрузки котла и уровня в барабане. Котловая вода из барабанов по опускным трубам, одновременно являющимися опорами барабана котла, поступает в нижние коллектора экранов топки и конвективного газохода диаметром 318 х 25.4 мм. Для предотвращения образования вихревых воронок в горлови­нах опускных труб-колонн, над патрубками горловины расположены успокаивающие решетки.

В процессе теплопередачи происходит нагрев воды до темпера­туры кипения при соответствующем давлении в экранных трубах. При этом образуется пароводяная смесь, удельный вес которой значительно ниже поступающей котловой воды. В результате чего происходит естественная циркуляция воды в котле и образование пара. Кратность циркуляции для котлов - 17.

Для увеличения активной поверхности нагрева труб экранных поверхностей, все трубы экранов имеют приварные боковые плавниковые пластины по всей длине, что, помимо того, позволило выполнить топку и газоходы газоплотными, способными работать под избыточным давлением до 200 мм вод.ст. Это благоприятно сказывается на процессах сгорания топлива, отсутствие присосов и необходимости применения дымососного агрегата. Котел имеет следующие экранные поверхности:

- фронтовой экран, образующий под, фронт и свод топки;

- боковые (правый, левый) экраны топки;

- задний экран топки;

Эти экраны образуют топочную камеру котла.

- боковые (правый, левый) экраны конвективного газохода;

- задний экран конвективного газохода.

Эти экраны образуют конвективный газоход, передней стенкой которого одновременно является задний экран топки.

Суммарная поверхность экранных труб составляет 431 м².

Пароводяная смесь поступает вверх по экранным трубам к верхним коллекторам и затем поступает в боковые отсеки барабана, где проходя через циклонные сепараторы, разделяется на пар и воду. Вода стекает в водяной объем барабана, а пар устремляется вверх и, проходя через жалюзийный сепаратор, поступает в паровой объем барабана. Уровень воды в барабане поддерживается с помощью системы автоматического регулирования подачи питательной воды на уров­не оси барабана.

Для аварийного сброса уровня воды в барабане от (+150) мм до (-50) мм поз.В-LISA-02А,В, поз.В-LISA-04А,В барабан оборудован линией аварийного слива. Для обеспечения визуального контроля за уровнем воды барабан оборудован двумя водоуказательными колонками прямого действия, одна из которых имеет перископное устройство для передачи показаний на отм.6.00 м.

На барабане котла установлены два предохранительных импульсных клапана - рабочий и контрольный со сбросом пара через глушитель шума в атмосферу.

Для обеспечения вывода солей и поддержания требуемого солесодержания в барабане котла производится непрерывная продувка. Продувочная вода из барабана поступает в расширитель непрерывной продувки через регулирующий ручной вентиль. Расход котло­вой воды на продувку определяется по солесодержанию котловой воды. В результате падения давления в баке-расширителе происходит вскипание воды и паровыделение. Пар вторичного вскипания с температурой 151^оС в количестве 0.42 т/ч проходит через сепарирующие перегородки, установленные в верхней части бака, и попадает в деаэратор, а котловая вода оставшаяся после упарки с большим соле­содержанием, поступает в бак-барбатер В-Т-01А,В через конденсатоотводчик, где смешивается с деминерализованной водой от уплотне­ний питательный насосов.

Насыщенный пар из барабана поступает в коллектор I ступени пароперегревателя. Поверхность нагрева 324 м². Движение пара снизу вверх поперечно-противоточное по отношению к движению газов. Пар, двигаясь по змеевикам пароперегревателя за счет процесса теплопередачи от горячих дымовых газов к стенкам труб пароперегревателя, перегревается и тем самым увеличивает свою кинетическую и потенциальную энергию. Температура пара на выходе с I ступени пароперегревателя (375-400)^оС. Затем пар поступает на II ступень пароперегревателя с поверхностью нагрева 270 м². Пар, нагретый на II ступени пароперегревателя до температуры (455-480)^оС, затем поступает на III ступень пароперегревателя с поверхностью нагрева 135 м². Движение пара в III ступени пароперегревателя сверху вниз, параллельно движению дымовых газов. С III ступени пароперегревателя выходит перегретый пар высокого давления П110 с температурой (512-540)^оС и давлением (10.0-11.9) МПа.

Перегретый пар П110 поступает в коллектор перегретого пара высокого давления П110 и распределяется по потребителям:

- на производство мономеров;

- к турбогенератору и далее в коллектор пара среднего давления П25;

- на РОУ 110/25 и далее в коллектор пара среднего давления П25;

- на РОУ-110/15 и далее через охладительную установку в коллектор перегретого пара среднего давления П15.

Сброс давления пара с котлов В-01А,В осуществляется на глу­шитель открытием электрозадвижек. Кроме того, система защиты котла включает электрозадвижку, установленную на общем паропроводе П110 со сбросом пара в атмосферу через глушитель.

Для контроля качества перегретого пара предусмотрены приборы анализаторы электропроводимости.

Система топливного узла

В качестве топливного газа для работы котлов используется природный газ с ГРС и метано-водородный газ производства мономеров.

Природный газ поступает в котельную с ГРС в количестве (2000-16000) м³/ч через трубчатый теплообменник, где подогревается паром до температуры (70-90)^оС.

Для обеспечения надежного отключения подачи природного газа на каждую горелку, на каждый котел и целиком на котельную, и безопасности в случаях срабатывания автоматической системы защиты (блокировок) котлов или аварийного их отключения со щита управле­ния, на газопроводе смонтированы:

- клапан-отсекатель поз.SCV-01А на газопроводе к запальным;

- клапаны отсекатели поз.UZV-(01-04)А,В на газопроводах к каждой горелке;

Все вышеуказанные клапаны входят в систему автоматической системы защиты котлов, а также в систему автоматического розжига горелок. Клапана, помимо автоматического управления, имеют дистанционное управление.

Каждый котел оборудован четырьмя горелками, расположенными в два яруса на фронте котла. Горелки представляют собой цилиндрическую жесткую конструкцию, наружным фланцем крепящуюся к кожуху воздушного короба, внутренним фланцем - к обечайке амбразуры горелки, образованной разводкой труб экрана. Для прохода воздуха в кожухе горелки выставлен промежуточный фланец, между которым и внутренним фланцем смонтированы поворотные лопатки воздушного регистра. Привод лопаток выведен наружу горелки. Газопровод к котлу разводится к каждой горелке, проходит через отсечные клапаны поз.UZV-01А, поз.UZV-02А, поз.UZV-03А, поз.UZV-04А и ручные газовые клапаны по гибкому соединению, подается в газовый коллектор горелки. От коллектора горелки через фланцевые уплотнения до устья амбразуры проходят газовые стволы, оканчивающиеся распределительными наконечниками. Газ из коллектора по стволам выходит через отверстия наконечников под углом к потоку воздуха и смешивается с ним. Для интенсификации процесса смешения газа с воздухом в зоне амбразуры горелки на центральном стволе горелки расположен лопастной завихритель воздуха.

Каждая горелка оборудована газовым запальным устройством с подводом к ним через блокирующие электроклапаны азота для их продувки, приборами контроля пламени запальника и пламени горелок, гляделками и сервоприводами поворотных лопаток воздушных регистров. Управление отсечными клапанами газа, сервоприводами воздушных регистров и датчики пламени входят в систему автоматики розжига и блокировки котлов.

Для приема газа, пуска и останова горелки газопроводы имеют продувочные свечи, выведенные за пределы корпуса котельной выше уровня крыши.

Розжиг горелок осуществляется от запальных горелок с электроискровым запальным устройством и ионизационным датчиком пламени. Газовые горелки котлов оборудованы фотодатчиками пламени, которые входят в систему блокировки котла для защиты его от загазованности при розжиге горелки или при погасании факела каждой горелки.

Полнота сгорания газа контролируется в отходящих газах авто­матически газоанализаторами.

Воздух, необходимый для горения топливного газа, подается по напорному воздуховоду дутьевым вентилятором В-А-01А с электроприводом. Вентилятор высоконапорный, максимальное давление нагне­тания - 700 мм.вод.ст.

Воздух засасывается с улицы или помещения котельной, что определяется положением переключающих шиберов на шахте всаса, проходит калорифер подогрева воздуха В-Н-02А, где нагревается в холодное время до температуры (15-30)^оС теплофикационной водой. Воздух после подогревателя и регулируемого направляющего аппарата подается на всас рабочего колеса вентилятора. Положение лопаток направляющего аппарата, в зависимости от нагрузки потока и расхода газа, изменяется сервоприводом, входящим в систему автоматического регулирования нагрузки котла.

Нагрев воздуха до температуры 250 ^оС поз.B-TRA-13A, нагнетаемого вентилятором в топку, производится за счет тепла уходящих дымовых газов в регенеративном воздухоподогревателе (РВП) В-Н-01А.

РВП представляет собой вращающийся в вертикальной плоскости ротор, состоящий из набора пластин специального профиля, образующих узкие каналы. Попеременно, при вращении ротора, по каналам проходят горячие газы и нагревают пластины ротора, а затем воздух, которому пластины отдают тепло. Поверхность нагрева РВП составляет 850 м².

Температура дымовых газов на входе в РВП - (330-370) ^оС, на выходе - (155-180) ^оС.

На одном валу с электродвигателем установлен пневмодвигатель, который включается автоматической системой включения резерва, путем открытия электроселеноидного клапана на линии подачи сжатого воздуха при отключении питания основного электродвигателя. Если в течение двух минут РВП не будет вращаться, то произойдет срабатывание блокировки системы аварийной защиты котла.

Система смазки подшипников – «в масляной ванне».

После РВП воздух поступает на воздушный распределительный короб котла и из него через лопатки регистров горелок в каждую горелку котлов, где его поток смешивается с газом, выходящим из газораспределительных сопел. Постоянное соотношение газа с возду­хом поддерживается регулятором соотношения. Производительность котла регулируется как изменением количества газа и воздуха, так и числом работающих горелок. Полнота сгорания газа контролируется и обеспечивается автоматическими газоанализаторами на СО и О₂ в отходящих газах и путем коррекции задатчика блока соотношения поддерживается содержание О₂ в дымовых газах (1-2) %. Кроме того, косвенный контроль процесса горения осуществляется визуально через охлаждаемые гляделки и по температуре газов по газоходу котла.

Отключение котла от общего газохода осуществляется шиберной заслонкой с электроприводом.

5. Обоснование выбора каналов внесения регулирующих воздействий

Из многих параметров характеризующих процесс, необходимо выбрать те, которые подлежат регулированию и изменением которых целесообразно вносить регулирующее воздействие. Для этого необходимы результаты анализа целевого назначения процесса. Исходя из результатов анализа, выбирают критерий управления, его заданное значение и параметры, изменением которых наиболее целесообразно на него воздействовать. Последнее осуществляется на основе статических и динамических характеристик процесса, дающих представление о взаимозависимости параметров.

Показателем эффективности работы водогрейного котла является температура прямой воды. На нее действуют следующие возмущения:

·расход воды через котел;

·расход топлива;

·расход воздуха;

·разряжение;

·температура обратной воды.

Стабилизировать, т.е. устранить все возмущения нельзя, т.к. расход топлива, расход воздуха и разряжение взаимосвязаны. Устранить можно только одно возмущение – расход воды через котел. Расход воды стабилизируется при помощи подпитки обратной воды химически-очищенной водой. Кроме того, температура прямой воды должна изменяться в зависимости от температуры наружного воздуха. Анализируя эти возмущения, можно прийти к выводу, что экономически целесообразным будет использование в качестве регулирующего воздействия изменение подачи топлива. Целесообразно использовать каскадно-связанное регулирование с главным регулятором. Он воспринимает изменение температуры наружного воздуха и температуры прямой воды, т.е. в общем коллекторе. Кроме того на регулятор топлива подается сигнал от датчика температуры воды за котлом и от датчика температуры обратной воды. Таким образом, подача топлива изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, температуры в общем коллекторе, температуры воды за котлом и температуры обратной воды. Воздух должен подаваться в таком количестве, чтобы обеспечить полное сжигание топлива. Если воздуха недостаточно, то кроме неполноты сжигания, т.е. экономических потерь будет загрязнение атмосферы. Если воздуха будет избыток, то будет унос тепла в трубу. Таким образом, необходимо регулировать соотношение "топливо-воздух". Топливо может идти разного качества, и расчетный коэффициент соотношения может оказаться не оптимальным. Для повышения качества необходимо контролировать полноту сжигания топлива по содержанию кислорода в дымовых газах. Таким образом, регулятор воздуха будет изменять подачу воздуха в зависимости от расхода топлива, расхода воздуха, с коррекцией по содержанию кислорода в дымовых газах. В данном проекте изменение расхода воздуха затруднительно, так как сечение воздуховода прямоугольное. Тогда регулирование ведется по косвенному параметру – давлению воздуха.

Для процесса горения в топке должно быть создано разряжение, если оно будет недостаточным, то возможно погасание пламени. Если слишком велико, то отрыв пламени от горелок. Разряжение в проекте регулируется в зависимости от расхода воздуха, изменением производительности дымососа.

Итак, в проекте используются следующие САР:

1. САР расхода топливного газа;

2. САР расхода и давления воздуха в топку;

3. САР температуры в топке;

4. САР уровня в барабане котла.

6. Обоснование выбора контролируемых и сигнализируемых величин

При выборе контролируемых величия необходимо руководствоваться тем, что при минимальном их числе обеспечивалось наиболее полное представление о процессе. Контролю подлежат те параметры, по значениям которых осуществляется оперативное управление технологическим процессом, а также его пуск и остановка. К таким параметрам относятся все режимные и выходные параметры, а также входные параметры, при изменении которых в объект будут поступать возмущения. Обязательному контролю подлежат параметры, значения которых регламентируются технологической картой.

Контролю подлежат все регулируемые параметры :

·   расход обратной воды;

·   температура обратной воды;

·   температура прямой воды;

·   давление воздуха;

·   концентрация O₂ в дымовых газах;

·   разряжение в топке котла;

·   температура воды в коллекторе.

Кроме регулируемых параметров контролю подлежат следующие:

·   давление воды на входе и выходе из котла;

·   расход воды в коллекторе и расход прямой воды;

·   температура дымовых газов за котлом;

·   давление воздуха после дутьевого вентилятора;

·   давление газа;

·   разряжение перед дымососом;

·   содержание CH₄ в помещении;

·   наличие пламени.

Контроль расхода газа и расхода воды необходим для расчета технико-экономических показателей.

Контроль давления воды необходим для того, чтобы определить, есть ли расход воды через котел. При уменьшении расхода давление понижается. Температуру дымовых газов контролируют для определения энтальпии дымовых газов.

Контроль давления воздуха после дутьевого вентилятора необходим для определения работы вентилятора. Понижение давления воздуха происходит в случае отключения вентилятора или закрытия его направляющего аппарата при неисправности регулятора воздуха. При понижении давления воздуха может произойти отрыв факела или его погасание. Так как в момент отключения вентилятора воздух в топку не поступает, разряжение увеличивается, происходит отрыв факела.

Понижение давления газа ниже допустимого приводит к погасанию факела. Поэтому давление топлива необходимо контролировать.

При повышенных разряжениях в газоходе будет велик присос наружного воздуха через всякого рода неплотностях в обнуровке, это ухудшит условия теплопередачи, снизится производительность за счет повышенной потери с отходящими газами. Поэтому необходим контроль разряжения перед дымососом.

Метан в смеси с воздухом создают взрывоопасную газовоздушную смесь, взрывающуюся от источника открытого огня. Она действует на человека удушающе и отравляюще, поэтому необходимо контролировать содержание метана CH₄ в помещении.

При погасании факела, топка котла и помещение заполняются газом, и может произойти взрыв.

Для предотвращения этого предусмотрен контроль по наличию пламени в топке котла.

Сигнализации подлежат все параметры, изменения которых могут привести к аварии, несчастным случаям или серьезному нарушению технологического режима. К ним относятся:

·   повышение температуры воды за котлом;

·   понижение и повышение давления газа;

·   понижение давления воды в обратном трубопроводе;

·   наличие пламени;

·   понижение давления воздуха;

·   повышение разряжения дымовых газов;

·   понижение расхода газа;

·   повышение O₂ в дымовых газах.

Оперативный технологический персонал при оповещении его устройствами сигнализации о нежелательных событиях должен принять соответствующие меры по их ликвидации. Если эти меры окажутся не эффективными и параметр, характеризующий состояние ТОУ достигнет аварийного значения, должны сработать системы противоаварийной защиты, которые автоматически по заданной программе перераспределяют материальные и энергетические потоки, включают и отключают аппараты объекта с целью предотвращения взрыва, аварии, несчастного случая, выпуска большого количества брака.

Котел подлежит защите при отклонении следующих параметров:

·повышение температуры воды за котлом;

·повышение или понижение давления воды за котлом;

·понижение давления воздуха;

·повышение или понижение давления газа;

·уменьшение разряжения в топке котла;

·повышение давления обратной воды;

·погасание факела в топке котла.

Защита заключается в автоматическом прекращении подачи топлива при отклонении любого из вышеперечисленных параметров.

7. Обоснование выбора средств автоматизации

Автоматические устройства должны выбираться в рамках Государственной Системы Приборов. Средства автоматизации должны быть выбраны технически грамотно и экономически обосновано. Конкретный тип автоматического устройства выбирают с учетом особенностей объекта управления и принятой системы управления. При этом предпочтение следует отдавать однотипным, централизованным и серийно выпускаемым устройствам. Это значительно упростит поставку и эксплуатации. В связи с тем, что процесс нагрева воды не относится к числу пожаро- и взрывоопасных, автоматизация осуществляется на основе использования электрических средств. Электрические приборы более точны и отличаются быстродействием по сравнению с пневматическими. Источник энергии у электрических средств автоматизации более прост и надежен. Также отсутствуют ограничения по расстоянию между усилителем и исполнительным механизмом. Электрические регуляторы позволяют легко суммировать различные импульсы.

В проекте использованы приборы системы "Контур-2", так как они выпускаются НЗТА специально для тепловых процессов. Система построена по блочно-модульному принципу. Связь между блоками и модулями осуществляется с помощью сигналов постоянного тока, а точный сигнал легче преобразовать, суммировать и можно использовать многократно.

Для регулирования используются регуляторы РС29. Они обладают высокой точностью и выполняют следующие функции: масштабирование сигнала от датчика, алгебраическое суммирование, введение сигнала задания, формируют и усиливают сигнал расслаивания, световую индикацию выхода.

Функциональные возможности:

-          Регулирование по ПИ, П и трехпозиционному; двухпозиционному законам регулирования, а при использовании динамического преобразователя по ПИД закону.

-          Переключение вида управления с автоматического на ручное и обратно; ручное управление исполнительным механизмом.

-          Сигнализация предельных отклонений регулируемой величины от заданного значения.

Цифровая индикация одного из четырех параметров по выбору (для исполнений с цифровой индикацией):

-          заданного значения регулируемой величины;

-          отклонения регулируемой величины от заданного значения;

-          положения исполнительного механизма;

-          дополнительного параметра.

С регуляторами РС29 работают электрические позиционеры Siemens либо исполнительные механизмы МЭО. Механизмы исполнительные электрические однооборотные постоянной скорости МЭО предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.

Сигнал с регулятора на исполнительный механизм поступает через трехпозиционный усилитель У29.3М с электромагнитным тормозом.

Тиристорные усилители применяются для управления мощностью электрической нагрузки в одно- и трехфазных цепях переменного тока в схемах автоматического регулирования и управления различными технологическими процессами.

Блок управления преобразует входные дискретные, импульсные или аналоговые сигналы и обеспечивает гальваническую развязку входных низковольтных цепей и мощного выходного каскада.

Источниками дискретных, импульсных или аналоговых сигналов управления для тиристорных усилителей могут быть как ручные задатчики и блоки управления, так и разнообразные контроллеры (ПЛК) и регуляторы. Мощность нагрузки регулируется за счет широтно-импульсной либо фазоимпульсной модуляции. В зависимости от исполнения тиристорные усилители способны обеспечить оба метода управления, преобразуя импульсные или аналоговые сигналы от контроллеров и регуляторов.

Усилители мощности также используются в качестве бесконтактных устройств управления одно- и трехфазными синхронными и асинхронными электродвигателями, электромагнитными пусковыми устройствами. В этом случае они выполняют следующие функции:

-          усиливают дискретные и импульсные сигналы,

-          обеспечивают пуск и торможение электродвигателя,

-          выполняют защиту от мгновенного реверса,

-          сигнализируют о перегрузке.

Наиболее часто тиристорные усилители применяются для управления электродвигателями электрических исполнительных механизмов постоянной скорости, используемых практически для любой запорной и запорно-регулирующей арматуры неполноповоротного принципа действия: шаровых и пробковых кранов, клапанов, шиберов, поворотных дисковых затворов, заслонок.

В качестве датчиков расхода и давления используются измерительные преобразователи типа "Метран-100", которые предназначены для измерения и непрерывного преобразования в унифицированный аналоговый токовый сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART, или цифровой сигнал на базе интерфейса RS485 следующих входных величин:

-          избыточного давления (Метран-100-ДИ);

-          абсолютного давления (Метран-100-ДА);

-          разрежения (Метран-100-ДВ);

-          давления-разрежения (Метран-100-ДИВ);

-          разности давлений (Метран-100-ДД);

-          гидростатического давления (Метран-100-ДГ).

Для питания датчиков стабилизированным напряжением постоянного тока 36В используется блок питания типа БПС-90П/К.

Блоки БПС-90П обеспечивают получение линейной зависимости между формируемым выходным унифицированным токовым сигналом и измеряемым параметром (давление, уровень, разность давлений).

Блоки БПС-90К предназначены для линеаризации статической характеристики преобразователей (датчиков) при измерении расхода по методу перепада давлений на сужающем устройстве.

Функциональные возможности блоков:

-          обеспечивают питание взрывозащищенных преобразователей и датчиков по двухпроводной линии связи, несущей одновременно информацию об измеряемом параметре в виде сигнала постоянного тока;

-          ограничивают электрическую мощность искробезопасной цепи;

-          повышают мощность выходного сигнала датчиков до уровня, обеспечивающего возможность подключения заданной внешней нагрузки (до 2,5 кОм для выходного сигнала 0-5 мА и до 1 кОм для сигналов 0-20 и 4-20 мА);

-          преобразуют электрический токовый сигнал 4-20 мА искробезопасной цепи (двухпроводной линии связи дистанционной передачи) в соответствующий выходной сигнал (0-5; 0-20 или 4-20 мА);

-          обеспечивают визуальную индикацию значения выходного сигнала на 4-х разрядном цифровом табло;

-          обеспечивают сигнализацию ухода значения выходного сигнала за минимальный и максимальный уровни, устанавливаемые предварительно

В качестве вторичных приборов лучше использовать регистрирующие приборы типа РМТ-69. Он работает с любыми датчиками и может измерять любые величины. Одновременно он может выполнять функции показания, регистрации, сигнализации, регулирования и преобразования.

Для регулирования температуры прямой воды изменением расхода газа в зависимости от температуры в общем коллекторе в качестве чувствительного элемента используется термопреобразователь сопротивления платиновый типа ТСП-1088гр100П (поз. 1-1, 1-9). Используется платиновый, а не медный, потому что нужна точность и измеряется высокая температура, так как температура прямой воды является показателем эффективности.

Главным регулятором выбран регулятор температуры типа РС 29.2.22. Выбран регулятор именно этой модификации, потому что он работает с ТСП градуировки 50 М, а также можно подключить датчики постоянного тока. Сигнал с регулятора подается на регулятор топлива, в качестве регулятора топлива выбирается РС 29.0.12.

Для измерения температуры обратной воды, температуры окружающего воздуха, в качестве датчика используется ТСП типа ТСМ-1088 гр 50М. Измеряется невысокая температура, не требуется высокая точность, поэтому выбирается медный термопреобразователь сопротивления.

Для управления регулирующими устройствами используется позиционер Siemens SIPART PS2.

Прибор устанавливает регулирующий орган (например, МИМ) в положение, соответствующее электрическому входному управляющему сигналу.

Дополнительные функциональные входы могут быть использованы для блокировки клапана или для установки в безопасное положение.

В позиционер могут быть встроены дополнительные модули: положения клапана (4..20мА), сигнализации конечных положений клапана (2 реле), дополнительных цифровых сигналов (ошибки, конечных положений), цифровой сигнал HART.

Рассмотрим работу САР на примере работы участка регулирования расхода топливного газа

Блок питания БПС-90П постоянно получает показания с датчика Метран-100-ДИ. Далее сигнал идет на регулятор, в котором величина уставки равняется 110 кг/см². Если давление в трубопроводе пара на выходе увеличилось свыше 110 кг/см², то в регуляторе появляется рассогласование между величиной уставки и входным сигналом.