Система автоматического регулирования разрежения в топке котла

Система автоматического регулирования разрежения в топке котла

Министерство ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

Краевое ГОСУДАРСТВЕННОЕ Автономное ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ среднего профессионального образования

(СРЕДНЕЕ СПЕЦИАЛЬНОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ)

Ачинский техникум нефти и газа

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Система автоматического регулирования разрежения в топке котла

Пояснительная записка

Специальность 220301 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)

Разработал.A.Толстов

Руководитель

курсового проекта

Е.Н. Ступаков

Ачинск, 2014

СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

ВВЕДЕНИЕ

. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

.1 Описание технологического процесса

. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Описание работы схемы автоматизации

.2 Устройство и работа составных частей (приборов)

.3 Расчет и выбор регуляторов

.4 Выбор приборов и исполнительных устройств

.5 Заказная ведомость

. ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

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.)

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

.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:

) процесс горения топлива,

) процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой,

) 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.

Описание конструкции объекта : Паровые котлы типа ДЕ паро производительностью 6,5 т/ч, с абсолютным давлением 1,3 МПа (14 кгс/см2) предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого для технологических нужд промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления и горячего водоснабжения. Масса котельной установки 16,5 т, температура питательной воды 100 С, температура пара 210 С. В качестве сжигаемого топлива используют газ или мазут.

Котлы двухбарабанные вертикально-водотрубные выполнены по конструктивной схеме «Д», характерной особенностью которой является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной камеры.

Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны , конвективный пучок и образующие топочную камеру, левый топочный экран (газоплотная перегородка), правый топочный экран, трубы экранирования фронтальной стенки топки и задний экран.

Снизу в топку подается нужный для сгорания топлива воздух посредством дутьевых вентиляторов . Процесс горения топлива протекает при высоких температурах, поэтому экранные трубы котла воспринимают значительное количество тепла путем излучения.

Продукты сгорания топлива, называемые иначе газами, поступают в котельные газоходы, при этом обогревается поверхность пароперегревателя , омывают трубы экономайзера , в котором происходит подогрев питательной воды до температуры, близкой к 200 С, поступающей в барабаны котла . Далее дымовые газы проходят в дымоход и поступают в воздухоподогреватель . Из него газы через дымовую трубу выходят в атмосферу. Вода в котел подается по трубопроводу , газ-трубопроводу . Пар из барабана котла, минуя пароперегреватель , поступает на паропровод.

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

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

Повышение концентрации солей в котловой воде выше допустимых величин может привести к уносу их в пароперегреватель. Поэтому соли, скопившиеся в котловой воде, удаляются непрерывной продувкой, которая в данном случае автоматически не регулируется. Расчетное значение продувки парогенераторов при установившемся режиме определяется из уравнений баланса примесей к воде в парогенераторе. Таким образом, доля продувки зависит от отношения концентрации примесей в воде продувочной и питательной. Чем лучше качество питательной воды и выше допустимая концентрация примесей в воде, тем доля продувки меньше. А концентрация примесей в свою очередь зависит от доли добавочной воды, в которую входит, в частности, доля теряемой продувочной воды.

Сигнализация параметров и защиты, действующие на останов котла, физически необходимы, так как оператор или машинист котла не в силах уследить за всеми параметрами функционирующего котла. Вследствие этого может возникнуть аварийная ситуация. Например при упуске воды из барабана, уровень воды в нем понижается, вследствие этого может быть нарушена циркуляция и вызван пережег труб донных экранов. Сработавшая без промедления защита, предотвратит выход из строя парогенератора

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Описание работы схемы автоматизации

Датчик РЕ измеряет величину давления в топке котла. Выходной сигнал датчика давления РЕ подается на вторичный прибор PR, который установлен по месту. Далее сигнал передается на регулятор PIC, который сравнивает его с сигналом задатчика Н при равенстве нулю этих сигналов, выходной сигнал от регулятора отсутствует. При расхождении регулятор PIC вырабатывает сигнал, который в электронных блоках регулятора усиливается и преобразуется. Далее сигнал подается на ключ SA1, предназначенный для переключения режимов управления «автоматический - полуавтоматический». «Выходной сигнал с ключа SA1 подается на усилитель мощности NS». Усиленный сигнал поступает на исполнительный механизм М1, состоящий из размещенных в одном корпусе электродвигателя и редуктора. Исполнительный механизм М1 изменяет положение газового клапана это приводит к изменению расхода газа. При этом давление пара в парогенераторе изменяется до тех пор пока парогенератор не выйдет на заданный режим давления. Кнопочный переключатель SB1 предназначен для установленного включения электродвигателя исполнительного механизма М1 в ручном режиме управления.

2.2 Устройство и работа составных частей (приборов)

Измеритель - регулятор микропроцессорный программируемый типа ТРМ12-PIC совместно с датчиком предназначен для измерения входного параметра и импульсного управления электроприводом запорно-регулирующих и трехходовых клапанов по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону. Прибор позволяет обеспечить высокую точность поддержания значения измеряемого параметра для объектов с большой инерционностью и с малым запаздыванием.

Прибор, оснащенный по желанию заказчика платой расширения ПР-01, формирует стандартный ток, пропорциональный измеряемому значению для регистрирующего устройства, например самописца, а также обеспечивает работу под управлением ЭВМ с регистрацией на ней измеряемого значения. Подключение прибора к ЭВМ производится через адаптер сети АС2, выпускаемого предприятием-изготовителем данного прибора.

Прибор предназначен для автоматизации систем отопления, горячего водоснабжения, а также управления технологическими процессами в пищевой и медицинской промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве.

Магнитные воздушные пускатели второй величины ПМЕ-200, общепромышленного применения предназначены, главным образом, для дистанционного управления трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором переменного тока частоты 50 и 60 Гц а именно:

для пуска непосредственным подключением к сети и остановки (отключения) электродвигателя (нереверсивные пускатели);

Пускатели предназначаются для работы в следующих условиях:

) высота над уровнем моря - не более 1000 м;

) температура окружающего воздуха от -40 до +40°С;

) относительная влажность окружающего воздуха - не более 90% при +20°С и не более 50% при +40°С;

) окружающая среда - невзрывоопасная, не содержащая значительного количества пыли и агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию; в запыленной среде допускается эксплуатация только пускателей пылебрызгонепроницаемого исполнения;

) отсутствие непосредственного воздействия солнечной радиации;

) отсутствие резких толчков (ударов) и сильной тряски;

) вибрация мест крепления пускателей с частотой до 25 Гц при ускорении не более 0,7 g;

Манометр самопишущий ДМ 2001 предназначен для измерения и непрерывной записи во времени на дисковой диаграмме избыточного давления жидких и газообразных сред неагрессивных к материалам манометра, для работы при температуре от -10 до +60 °C.

Самопишущие устройство манометра состоит из:

Диска диаграммного DR-250

Часового механизма

Продолжительность хода механизма от одной полной заводки пружины не менее 8 суток.

Диапазон измерения записи избыточного давления, МПа: от 0 до 1

Класс точности манометра: 1; 1,5

Предел допускаемой основной погрешности, % от верхнего значения диапазона записи:

для класса точности 1,0: ±1,0

для класса точности 1,5: ±1,5

Время одного оборота диаграммного диска, час: 24

Погрешность хода привода диаграммного диска, %, от времени одного оборота, не более: 0,2

Назначение датчика давления(Электрического) СВД-И : Непрерывное преобразование, в электрический аналоговый или цифровой сигнал, значения измеряемого параметра давления абсолютного, избыточного, разряжения, давления-разряжения. Датчик может применяться для измерения давления газов, паров, парогазовых и газовых смесей (в том числе газообразного кислорода и кислородсодержащих газовых смесей) и некристаллизующихся, незатвердевающих жидкостей (в том числе морской воды, масла, дизельного топлива, мазута, керосина, бензина).

Функциональные возможности датчика давления:

В датчиках давления СДВ реализован ряд конструктивных защит от негативных воздействий во время эксплуатации: чувствительный элемент с 3-х кратным запасом прочности; двухмембранная конструкция чувствительного элемента, исключающая прорыв измеряемой среды; наличие встроенных элементов погашения импульсных сетевых помех.

Настройка датчика производится коммуникатором СДВ (по сути «электронной отвёрткой»), с помощью которого возможна подстройка, а также переключение диапазона ВПИ непосредственно на месте эксплуатации, не разбирая сам датчик. Датчик с выходным сигналом 0,4-2,0 В обладают пониженным энергопотреблением (менее 2 мА) и напряжение питания 3,6 В (литиевая батарея), во время установления выходного сигнала после подачи напряжения питания - порядка 100 мс, что позволяет использовать датчики в системах автономного питания.

Исполнительный механизм МЭО-40

Сервопривод - устройство, предназначенное для перемещения регулирующего органа в системах автоматического регулирования или дистанционного управления, а также в качестве вспомогательного привода элементов следящих систем, рулевых устройств транспортных машин и т. п. Изменение положения регулирующего органа вызывает изменение потока энергии или материала, поступающих на объект, и тем самым воздействует на рабочие машины, механизмы и технологические процессы, устраняя отклонения регулируемой величины от заданного значения. И. м. не только изменяет состояние управляемого объекта, но и перемещает регулирующий орган в соответствии с заданным законом регулирования при минимально возможных отклонениях. В большинстве случаев И. м. действуют от посторонних источников энергии, так как непосредственное управление И. м. от первичных элементов регулирования (реле, датчиков и др.) невозможно вследствие их малой мощности, недостаточной для воздействия на регулирующий орган. автоматическое регулирование топка котел

И. м. обычно состоит из двигателя, передачи и элементов управления, а также элементов обратной связи, сигнализации, блокировки, выключения. И. м. для регулирования потока жидкостей и газов представляет собой клапан, задвижку или затвор, перемещаемые гидравлическим, пневматическим или электрическим приводом. В пневматических системах автоматики применяют мембранные и поршневые Пневмопривод <#"722871.files/image002.gif"> (2)

Параметры настройки

 (3)

Где: - регулирующее воздействие;  - отклонение регулируемой величины;  - время первого полупериода колебаний;  - изменение отклонения регулируемой величины;  - коэффициент передачи регулятора.

Характерный переходный процесс

Вид переходного процесса

С 20%-м перерегулированием, т.е. с отношением двух соседних амплитуд колебаний

Характерные особенности

Положительные. Большое регулирующее воздействие. Небольшое динамическое отклонение. Степень затухания  Минимальное время первого полупериода колебаний.

Отрицательные. Большое время регулирования.

Рекомендации по применению

В случае если технологический режим объекта допускает перерегулирование регулируемой величины.

Кривые выбора регулятора для переходного процесса с 20%-м перерегулированием

          1 - И;                         2 - П;            3 - ПИ; 4 - ПИД

Кривые выбора регулятор.

.4 Выбор приборов и исполнительных устройств

Манометры самопишущие ДМ-2001 предназначены для измерения и непрерывной записи

во времени на дисковой диаграмме избыточного давления жидких и газообразных

неагрессивных сред.

По устойчивости к воздействию к температуре и влажности окружающего воздуха манометры соответствуют группе В4 по ГОСТ 12997-84 и имеют исполнение УХЛ, категорию 4 по ГОСТ 15150-69, но для работы при температуре от минус 10°С до плюс 60°С; исполнение Т, категорию 3 по ГОСТ 15150-69, но для работы при температуре от минус 10°С до плюс 60°С.

Самопишущие устройство манометра состоит из:

Диска диаграммного DR-250

Часового механизма

Продолжительность хода механизма от одной полной заводки пружины не менее 8 суток.

Диапазон измерения записи избыточного давления, МПа: от 0 до 1

Класс точности манометра: 1; 1,5

Предел допускаемой основной погрешности, % от верхнего значения диапазона записи:

для класса точности 1,0: ±1,0

для класса точности 1,5: ±1,5

Время одного оборота диаграммного диска, час: 24

Погрешность хода привода диаграммного диска, %, от времени одного оборота, не более: 0,2

Изменение показаний (записи) Δ от воздействия температуры окружающего воздуха, выраженное в процентах от диапазона показаний (записи) не должно превышать значения,

определяемого по формуле:

Δ = ±Кt Δ t, (1)

где Кt - температурный коэффициент, не более 0,06 % / °С;

Δ t - абсолютное значение разности температур, определяемое по формуле:

Δ t = t1 - t2 , (2)

где t1 - температура окружающего воздуха, равная (20±2)°С или (23±2)°С

для манометров класса точности 1, и (20±5)°С

или (25±5)°С для манометров класса точности 1,5;

действительное значение температуры в рабочем диапазоне

Устройство и работа изделия

Основными сборочными единицами манометров является пружина Бурдона, передаточный механизм, самопишущая часть, привод диаграммного диска.