Описание схемы автоматики котельного агрегата

 

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

Автоматизация параметров дает значительные преимущества: обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т.е. повышение производительности его труда; приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала; увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого пара; повышает безопасность труда и надежность работы оборудования; увеличивает экономичность работы парогенератора.

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

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

Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать парогенераторную установку, а так же переключать и регулировать ее механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления. Теплотехнический контроль за работой парогенератора и оборудованием осуществляется с помощью показывающих и самопишущих приборов, действующих автоматически.

Приборы ведут непрерывный контроль процессов, протекающих в парогенераторной установке, или же подключаются к объекту измерения обслуживающим персоналом или информационно-вычислительной машиной. Приборы теплотехнического контроля размещают на панелях, щитах управления по возможности удобно для наблюдения и обслуживания.

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

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

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.

Регулирование соотношения топливо – 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 топливом посредством дутьевого вентилятора. При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива. При избытке воздуха в топочной камере будет происходить охлаждение топки. Система автоматического регулирования разряжения в топке котла сделана для поддержания топки под наддувом, то есть чтобы поддерживать постоянство разряжения (примерно 4 мм. вод. ст. (40 Па)).

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.

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 упуске воды из барабана, уровень воды в нем понижается, вследствие этого, может быть нарушена циркуляция и вызван пережег труб. 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 на: действующие на остановку парогенератора; снижение нагрузки парогенератора; выполняющие локальные операции.

Схема автоматизации регулирования и контроля парового котлоагрегата предусматривают следующие системы: система автоматического регулирования и контроля тепловой нагрузки котла, система автоматического регулирования и контроля питания котла, система автоматического регулирования и контроля соотношения газ—воздух, система автоматического регулирования и контроля разрежения в топке котла, система автоматического контроля давления, система автоматического контроля температуры, система автоматической отсечки топлива.

В системе автоматического регулирования и контроля тепловой нагрузки регулятор тепловой нагрузки работает от двух параметров.

Перепад давления, пропорциональный расходу пара создается на диафрагме, установленной на паропроводе, преобразуется измерительным преобразователем в унифицированный токовый сигнал и подается на регулятор РС и на вторичный прибор.

Сигнал по изменению давления в барабане котла преобразуется в токовый сигнал и поступает на регулятор и на вторичный прибор. В регуляторе происходит сравнивание сигналов с преобразователей с заданным значением. Если эти величины равны, то регулятор не оказывает воздействия на объект. Если регулируемый параметр отклоняется от заданного значения, то на выходе регулятора вырабатывается импульсный сигнал, который воздействует на исполнительный механизм МЭО, вал которого через систему тяг и рычагов сочленен с регулирующим органом, изменяющим подачу топлива в топку котла.

Регулятор питания котла работает по трехимпульсной схеме, используется три приема: расход питательной воды; расход пара; уровень в барабане котла. Расход питательной воды и расход пара измеряются методом переменного перепада. Перепад давления пропорциональный расходу питательной воды, создаваемый на диафрагме, и перепад давления пропорциональный расходу пара, создаваемый на диафрагме измеряются и преобразуются преобразователями в унифицированные токовые сигналы, с выхода измерительных преобразователей сигналы подаются на вторичные приборы и на выход регулятора РС. Уровень в барабане котла измеряется преобразователем и преобразуется в унифицированный токовый сигнал, который подается на вторичный прибор и на вход регулятора РС. В случае отклонения одного из указанных параметров регулятор РС воздействует с помощью усилителя на механизм, который приводит в действие регулирующий орган, установленный на трубопроводе питательной воды.

Измерение расхода топлива и воздуха производится методом переменного перепада. Перепад давления на диафрагме измеряется преобразователе. Сигнал с преобразователя поступает на вторичный прибор и на регулятор РС. В регуляторе РС происходит суммирование двух поступающих сигналов, а затем сравнение их с заданным значением. Если регулируемый параметр отклоняется от заданного значения, то на входе электронного блока регулятора появляется сигнал рассогласования. При этом на выходе регулятора вырабатывается импульсный сигнал, который подается на усилитель. Усилитель управляет исполнительным механизмом МЭО, который с помощью регулирующего органа изменяет подачу воздуха.

Давление в топке котла измеряется при помощи преобразователя. Сигнал с преобразователя поступает на вторичный прибор и на регулятор РС. В случае отклонения регулируемого параметра, регулятор РС, который с помощью усилителя запитывает электродвигатель механизма исполнительного МЭО, изменяющего положения направляющих аппаратов дымососа.

Давление газа, воздуха, а также воды измеряется манометрами.

Измерение температуры производится с помощью термоэлектрических термометров. Сигнал с термоэлектрических термометров поступает на вторичный регистрирующий и показывающий прибор.

Отсечка топлива производится: при повышении давления пара на выходе из парогенератора, а так же при отключении давления топлива или воздуха перед горелками, для чего проектом предусмотрены датчики давления; по наличие пламени в топке котла с помощью прибора контроля пламени; при снижении температуры пара на выходе из парогенератора с помощью термоэлектрического термометра и регистрирующего прибора; при перепитке парогенератора водой и упуске воды из барабана с помощью сигнализатора уровня.

Для оповещения используется световая и звуковая сигнализация. Для опробования и снятия звуковой сигнализации предназначены кнопки.

Компоновкой называется общий вид щита и размещенные на нем

приборы и средства автоматизации. Компоновка аппаратуры должна обеспечить удобство пользования ими. Щиты выполнены в соответствии с типовыми проектами котельных и предназначены для автоматизации котлов, сжигающих природный газ или мазут. Щит и комплект аппаратуры, предназначенный для работы с ним, обеспечивают: автоматическое регулирование давления пара и уровня воды в барабане котла, расхода воздуха к горелкам, разрежения в топке; оперативный контроль разрежения в топке, напора воздуха за дутьевым вентилятором, температуры дымовых газов по тракту и силы тока электродвигателя дымососа, установленными на щите приборами; светозвуковую сигнализацию при отклонении давления топлива давления воздуха, давления пара, разрежения в дымоходе, отклонении уровня в барабане котла, погасании факела и аварийная остановка котла.

Щиты устанавливаются в производственных и специальных щитовых помещениях с температурой окружающего воздуха от -35 до +50⁰С. При компоновке необходимо обращать внимание на эстетику внешнего вида проектируемого щита. Средства автоматизации и аппаратуры управления компонуются функциональными группами в ходе технологического процесса.

Аппаратуру на панелях располагают так, чтобы дежурному персоналу было удобно наблюдать по показаниям приборов за технологическим процессом. Показывающие приборы и сигнальные средства устанавливают на высоте 800-2100 мм, самопишущие приборы на высоте 1000-1600 мм, ключи и кнопки на высоте 700-1600 мм.

Под каждым прибором помещены рамки с надписями о назначении прибора или измеряемом параметре. В щиты и пульты разрешается ввод электрического тока напряжением, не превышающим 400В. При вводе в щиты со средствами автоматизации направленными свыше 250В постоянного и переменного тока рекомендуется тока ведущей части закрывать контуром.

 

 

3 Энерго - и ресурсосбережение

 

Борьба за снижение топливных затрат на производство энергии и на её транспортировку была и остаётся одной из главных задач всех звеньев энергетики, в том числе и энергосбережения.

Для энергетиков стали привычными и обязательными разработка и реализация перспективных и текущих мероприятий по сбережению всех энергетических ресурсов, в первую очередь топлива. С этой целью разрабатываются ежегодные планы мероприятий по энергосбережению, наложен строгий и четкий контроль над их выполнением. Большое внимание уделяется снижению затрат топливно-энергетических ресурсов на собственные и производственные нужды. Основными методами снижения затрат являются:

- увеличение доли выработки электроэнергии с одновременным отпуском тепла;

- оптимизация и минимизация состава работающего оборудования ТЭЦ в межотопительный период;

- снижение затрат энергии на собственные нужды котельной путем внедрения нового высокоэкономичного оборудования;

- реконструкция котельных и мини-ТЭЦ;

- снижение потерь в тепловых и электрических сетях;

- снижение потерь тепловой энергии при широком использовании трубопроводов с улучшенной тепловой изоляцией.

Автоматизация учёта энергоносителей позволяет, во-первых, подойти к решению задач коммерческого и технического учёта их системных позиций, комплексно, во-вторых, произвести в соответствии с финансовыми возможностями предприятия, замену или модернизацию парка устаревших первичных приборов учёта, в-третьих, осуществить в реальном времени дистанционный сбор данных учёта на персональный компьютер, их автоматическую обработку, отображение и документирование.

Одним из главных рычагов энергосбережения является:

- организация учёта потребляемой энергии;

- внедрение нормирования потребляемой энергии;

- внедрение передовых технологий и материалов для производства продукции;

- оптимальная загрузка работающих машин и механизмов;

- грамотное руководство распределением нагрузки по времени суток и по времени года и др.

Энергосбережение обеспечивается за счет использования вложенных средств на модернизацию технологических процессов, систему энергосбережения и за счет организационных мероприятий.

Мероприятия по энергосбережению подразделяются на беззатратные, малозатратные и крупнозатратные.

К беззатратным (организационным) относятся мероприятия, не требующие остановки производства и капиталовложений. Реализация этих мероприятий позволяет исключить потери энергии, вызванные неудовлетворительной эксплуатацией и неисправностью оборудования, неполной загрузкой технологического оборудования, неплановыми простоями, технологическим нарушениями.

Малозатратные - мероприятия, не требующие больших капиталовложений и продолжительной остановки производственных процессов, направлены на полное или частичное устранении е потерь энергии, вызванных отсутствием приборов учета и контроля потребления энергоресурсов, нерациональным выбором технологического процесса.

Крупнозатратные -мероприятия, требующие полной или частичной модернизации основного оборудования и продолжительной остановки производственных процессов, позволяют внедрить автоматические системы управления и контроля производством, провести реконструкцию или замену систем энергоснабжения, отопления и освещения, расширить или освоить новые производственные площади и др.

Нормы расхода ТЭР должны обеспечивать безусловное выполнение установленного целевого показателя по энергосбережению и задания по экономии ТЭР в соответствии с требованиями Директивы №3. Нормирование ТЭР часто носит формальный характер и ведется от достигнутого. Вместе с тем оно должно быть комплексным. Нормы расхода ТЭР должны разрабатываться по соответствующей номенклатуре продукции (работ, услуг) на единой методической основе и должны учитывать условия производства, внедрение мероприятий по энерго- и ресурсосбережению и способствовать максимальной мобилизации резервов по экономии топлива, тепловой и электрической энергии. Только в этом случае нормы расхода будут критерием для анализа и управления ТЭР.

 

 

Таблица 6 - Мероприятия по энергосбережению в котельных

Наименование мероприятия	Возможная экономия топлива, энергии
Малозатратные мероприятия
Анализ договорных отношений с энергоснабжающей организацией	Исключение из договоров необоснованных сверхнормативных потерь тепла и др.
Наличие руководств по эксплуатации, управлению и обслуживанию оборудования и периодический контроль за их выполнением.	3-6%
Наладка газоиспользующего оборудования с составлением режимных карт для работы во всем диапазоне нагрузок.	3-5%
Наладка водно-химического режима работы котлов с целью предотвращения загрязнений внутренних поверхностей нагрева.	Наличие накипи на внутренней поверхности нагрева котла толщиной 1 мм приводит к перерасходу 2% топлива.
Поддержание продувки котлов в нормативных значениях.	Превышение продувки сверхнормативно на 1% приводит к перерасходу 0,3% топлива.
Устранение присосов воздуха в газоходах.	На каждые 10% присосов перерасход топлива составляет 0,5%.
Увеличение возврата конденсата.	На каждые 10% экономия 1,5-2% топлива.
Использование тепла конденсата для подогрева воды.	10-20% от тепла конденсата.
Поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха.	Увеличение коэффициента избытка воздуха в топке на 1% приводит к перерасходу 0,7% топлива.
Разработка режимных карт совместной работы двух и более котлов.	3-5%
Среднезатратные мероприятия
Автоматизация процессов сжигания природного газа с применением процессоров и контроллеров.	До 5%
Контроль качества горения с помощью газоанализаторов для корректировки режимов горения в соответствии с режимной картой.	3-4%
Замена электродвигателей насосов, вентиляторов и дымососов, загруженных менее чем на 50%, на электродвигатели меньшей мощности.
Поддержание расчетной температуры питательной воды.	Превышение температуры воды на входе в экономайзер на 10^оС приводит к перерасходу 0,2-0,3% топлива.

 

Расчет экономии электроэнергии от внедрения регулируемого электопривода вентилятора котельного агрегата:

Определение относительной cкорости вращения при снижении производительности вентилятора, мин^-1:

(171)

 

где Q – фактическая производительность вентилятора, м^з/ч;

Q _ном – номинальная производительность вентилятора при заданном давлении, м^з/ч.

Определение мощности на валу вентилятора при работе на пониженной производительности, кВт:

 

(172)

 

 

где N _ном. – мощность на валу вентилятора, кВт;

n- обороты электродвигателя при работе на пониженной производительности, мин^-1;

n _ном. – номинальные обороты электродвигателя, мин^-1.

Годовой расход электроэнергии при работе вентилятора с номинальной скоростью, кВтч:

; (173)

 

где Т- количество часов работы, ч;

К_и – коэффициент использования.

 

Годовой расход электроэнергии при работе дутьевого вентилятора с регулируемым электроприводом, кВтч:

 

(174)

W = 21,9·8760·0,8 = 153475,2

 

где Т – количество часов работы, ч;

К _и – коэффициент использования.

Годовая экономия электроэнергии при работе дутьевого вентилятора с регулируемым электроприводом, по сравнению с вентилятором с обычным приводом, кВтч:

; (175)

 

ΔW = 154176 – 153475,2= 700,8

Годовая экономия электроэнергии при работе дутьевого вентилятора с регулируемым электроприводом, по сравнению с вентилятором с обычным приводом, млн.руб/год:

Э= 700,8∙1264 = 0,9

 

Расчет экономии электроэнергии от внедрения регулируемого электропривода дымососа котельного агрегата:

Определение относительной cкорости вращения при снижении производительности дымососа, мин^-1:

; (176)

 

; (177)

 

где Q – фактическая производительность дымососа, м^з/ч;

Q _ном – номинальная производительность дымососа при заданном давлении, м^з/ч.

Определение мощности на валу дутьевого дымососа при работе на пониженной производительности, кВт:

 

; (178)

;

 

где N _ном. – мощность на валу дымососа, кВт;

n- обороты электродвигателя при работе на пониженной производительности, об/мин;

n _ном. – номинальные обороты электродвигателя, мин^-1.

Годовой расход электроэнергии при работе дымососа с номинальной скоростью, кВтч:

; (179)

 

 

где Т- количество часов работы, ч;

К_и – коэффициент использования.

 

Годовой расход электроэнергии при работе дымососа с регулируемым электроприводом, кВтч:

 

; (180)

 

W = 11,1·8760·0,8 =77788,8

 

где Т – количество часов работы, ч;

К _и – коэффициент использования.

 

Годовая экономия электроэнергии при работе дымососа с регулируемым электроприводом, по сравнению с насосом с обычным приводом, кВтч:

 

; (181)

 

ΔW = 154176 – 77788,8= 76387,2

 

Годовая экономия электроэнергии при работе дымососа с регулируемым электроприводом, по сравнению с насосом с обычным приводом, млн. руб /год:

 

Э= 76387,2∙1264 =96,6

 

В схеме утилизации тепловой энергии продувочной воды при непрерывной продувке устанавливают сепаратор и теплообменник, что позволяет использовать тепловую энергию сепарационного пара и сепарированной воды.

Зная часовую производительность котла Dк, продолжительность его работы τ и долю продувки от производительности котла, можно оценить годовую экономию условного топлива при использовании тепловой энергии продувочной воды в схеме с установкой сепаратора и теплообменника.

 

Экономическая часть