УДК 681.5
Галямов Роман Равилевич – старший преподаватель кафедры Систем автоматизации и управления технологическими процессами Казанского национального исследовательского технологического университета.
Шарифуллина Альбина Юрьевна – старший преподаватель кафедры Систем автоматизации и управления технологическими процессами Казанского национального исследовательского технологического университета.
Аннотация: В статье описаны основы теории нагрева сетевой воды в водогрейных котлах отопительных (пиковых) котельных, конструкция и принцип работы водогрейного котла. Для стабильного и качественного ведения процесса горения природного газа разработана система автоматического управления температурой сетевой воды, по принципу регулирования соотношения природный газ – воздух для более полного сжигания газа в топке котла.
Ключевые слова: Водогрейный котел, автоматизация, технологический процесс, технические средства.
Введение
Пиковые источники тепла являются важнейшим элементом современных систем теплоснабжения. Такие источники предназначены для обеспечения расчетной тепловой нагрузки в наиболее холодные периоды года, когда основные теплофикационное оборудование полностью загружено и не может обеспечить требуемые параметры теплоносителя [1]. Пиковый водогрейный котел характеризуется малыми сроками пуска и останова, высокой маневренностью, что обеспечивает использования в качестве топлива мазут или природный газ. Последний является наиболее распространенным энергоносителем. Его запасы в мире достаточно большие, а стоимость низкая в сравнении с другими видами топлива.
Системы отопления являются крупнейшими потребителями топлива в народном хозяйстве. Ежегодно в городах и поселках России на отопление зданий расходуются десятки миллионов тонн топлива. В связи с этим осуществление мероприятий, направленных на сокращение расходов топлива в отопительных установках, имеет очень большое значение для экономики страны.
Эффективным средством для решения этой задачи является внедрение автоматизации процессов регулирования расхода тепла.
Основная задача, стоящая на сегодняшний день перед энергетикой, - это снижение расходов и всемерная экономия топлива. Также, немаловажная проблема на сегодняшний день – это проблема экологии.
Контроль и регулирование температуры воды на выходе из водогрейного котла нужны для поддержания заданного температурного режима воды, идущей к потребителю.
Регулирование температуры путем экономичного процесса горения – одна из важнейших проблем, возникающих при автоматизации котельных.
Цель работы: максимально снизить потребления топлива – природный газ, выбросов в атмосферу угарного газа путем модернизации системы управления котлом. Также одна еще одна главная задача — это безопасное производство. Что даст в итоге снижение себестоимости конечного продукта – горячая вода в системе ГВС и отопления для потребителя.
Результаты исследований. В качестве объекта управления принимаем пиковый теплофикационный водогрейный котел, предназначенный для покрытия пиков теплофикационных нагрузок ТЭЦ. Котел выполнен с башенной компоновкой, прямоточный, подогревает непосредственно сетевую воду, циркуляция которой осуществляется сетевыми насосами. Тепло производительность котла регулируется изменением количества работающих горелок при постоянном расходе сетевой воды через котел и температуре воды, подаваемой в теплосеть, согласно указаний диспетчера теплосети или температуры наружного воздуха.
До модернизации системы управления котлом ПТВМ-180, вся работа практически выполнялась вручную. Все зависело от работы машинистов котельного оборудования. Приходилось вручную открывать запорные вентили по газу на каждую горелка, тем самом регулируя вручную необходимое давления газа на горелку, ориентируясь по показанию манометров по месту. Показания температуры воды на входе и выходе из котла также было необходимо смотреть по месту, так для измерения применялись манометрические датчики. Разряжение в топке котла также регулировалось вручную путем открытия или закрытия шиберов ориентируясь по показанию тягонапоромера. Для измерения давления и расхода воды применялись датчики и приборы с дифференциально-трансформаторной схемой, которые не отличаются надежностью, точностью, не взаимозаменяемые, очень громоздкие и тяжелые для транспортировки [2].
Система защита сводилась лишь, с приборами КСД по расходу и давлении воды и в случае срабатывания защиты на газопроводе закрывался ГОК (газо-отсечной клапан) установленным на входе в коллектор газопровода на котел, тем самом в системе оставался газ, который затем выходил в топочную камеры, где могла образоваться взрывоопасная смесь. И так как вся работа выполнялась вручную это занимало очень много времени и сил у работников, что часто в дальнейшим приводило к ошибочным действиям обслуживающего оборудования персонала, что влекло за собой аварии и несчастные случаи.
После проведения модернизации автоматического управления котлом система будет реализовать следующие функции:
Будут реализованы технологические защиты, действующие на останов котла.
Логическое управление арматурой блоков газооборудования в автоматическом режиме осуществляется по жесткому алгоритму. Газ поступая из общего газопровода в коллектор котла проходит через ГК (газовая котловая задвижка) с электроприводом, где измеряется температура, давление до ПРЗ и после ПРЗ, и расход газа на котел, а также и само ПРЗ (Поворотно-регулирующая заслонка). Затем газ поступает в коллектор котла и идет на газовые блоки горелок, на которых установлены ПЗК-1 и ПЗК-2 (Предохранительно запорный клапан). Всего у нас 20 горелок из которых 12 являются растопочными и имеют также автоматические запальники, на которых установлены 12 ПЗК-1-это 12 групп горелок и 20 ПЗК-2 на каждую горелку [3].
Вода, поступая в котел через входную задвижку, где происходит измерение давление и температуры воды поступает в змеевик котла, где происходит ее нагрев. Температура воды на выходе из котла будет зависеть от температуры воды на входе в котел и количество работающих горелок. На выходе из котла будет происходить измерение давления, расхода, и температуры воды.
Инженер на станции РСУ вводит уставку по температуре воды на выходе из котла, датчик температуры измеряет и передает показания в контроллер.
Контроллер сравнивает показания и уставку и предпринимает действия-дает команду зажечь и ли погасить горелку. Команда идет на ПРЗ, где заслонка открывается или закрывается, в зависимости от задания. В случае аварийного сигнала при изменении показаний измерений за пределы уставок, срабатывает противоаварийная защита на закрытие всех ПЗК-1 и ГК. Тем самым обеспечивая недопущения разрушения технологического оборудования и несчастных случаев.
В соответствии с требованиями правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств АСУТП построена таким образом, что нарушение работы РСУ не влияет на работу системы ПАЗ. Это достигается тем, что системы РСУ и ПАЗ - функционально независимыми, но при этом максимально интегрированы с точки зрения интерфейса управления и обмена данными между ПАЗ и РСУ.
Надежность систем РСУ и ПАЗ обеспечивается за счет мезонинной архитектуры, программной и технической избыточности, а также возможности применения различных вариантов режимов работы: автоматический, полуавтоматический, ручной. Обе системы обладают возможностью поддержки выполнения основных операций при отказе одного из компонентов, модулей или линий связи.
Программно-технический комплекс АСУТП предусмотренный проектом, позволяет защитить технологический процесс от несанкционированного доступа и постороннего вмешательства. Это достигается программным разграничением прав доступа к данным и функциям системы в соответствии с должностными инструкциями автоматизация технологический противоаварийная защита.
Система обнаружения газовой опасности (ВГН) обеспечивает выполнение функций обнаружения и сигнализации достижения 20% и 50% от нижнего концентрационного предела воспламенения (НКМЗ) и предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ
Заключение. В данной статье описаны основы теории нагрева сетевой воды в водогрейных котлах отопительных (пиковых) котельных, конструкция и принцип работы водогрейного котла. Для стабильного и качественного ведения процесса горения природного газа разработана система автоматического управления температурой сетевой воды, по принципу регулирования соотношения природный газ – воздух для более полного сжигания газа в топке котла. А именно разработаны системы автоматического управления подачи природного газа и воздуха, рассчитаны параметры регулятора, рассчитано общее количество сжигаемого газа и подачи воздуха в зависимости от расхода воды, поступающей в котел для нагрева, и состава природного газа.
Данная система разработана на базе управляющего мезонинного контроллера с процессором СР6782
Применение на практике системы автоматического управления температурой сетевой воды позволит поддерживать температуру воды, идущей к потребителю, в заданном диапазоне; сократится расход природного газа, что в итоге скажется на себестоимости конечного продукта – воды, необходимой для отопления жилого комплекса и производственных объектов.
Список литературы