Государственныйкомитет РФ по высшему образованию
Пермский государственныйтехнический университет
Кафедра электрификации иавтоматизации
горных предприятийГруппа ЭПУ-01КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Автоматизация парового котлаДКВР 20 — 13
Выполнил: студент Сопов С. А.
Проверил: преподаватель Сажин Р.А.
Пермь 2005 г.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
2
Разработ.
Сопов С.А.
Проверил
Сажин Г.С.
.
Пояснительная записка
Лит.
Листов
ЭПУ-01 Содержание
1. Краткое описание котельной.
3
2. Автоматизация парового котла.
8
Обоснование необходимости контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров.
8
3. Выбор системы автоматизации
12
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ КОТЕЛЬНОЙ
1
2
3
5
6
7
8
9
10
11
12
13
4
КотельнаяТеплогорского литейно-механического завода предназначена для выработки параотпускаемого для приготовления горячей воды и отопления цехов. Система теплоснабжениязакрытая. Топливом для котельной служит газ теплотой сгорания Qн= 8485 ккал/м3. Котельная оборудованадвумя котлами ДКВР — 20/13 без пароперегревателей. Производительность котла всоответствии с расчетными данными 28 т/час. Давление пара 13 кгс/см2. Максимальное количество тепла,выдаваемого котельной в виде горячей воды составляет 100%. Возврат конденсата10% . Исходная вода для питаниякотлов — речная осветленная или артезианская. Котельный агрегат ДКВР — 20/13 рис.3комплектуется одноходовым чугун
Рис.1Котел марки ДКВР.
1-экранные трубы; 2- верхний барабан; 3- манометр; 4- предохранительные клапаны;5- трубы питательной воды; 6- сепаратор пара; 7- предохранительная пробка; 8-камера догорания; 9- перегородки; 10- конвективные трубки; 11- обдувочное устройство; 12- нижнийбарабан; 13- продувочный трубопровод.
нымэкономайзером системы ВТН с трубами длиной 3м. Регулятор питания установлен доВЭК, неотключаемый как по газу, так и по воде. Предусмотрена сгонная линия савтоматическим устройством для ограничения повышения температуры воды после ВЭКвыше 1740С. Движение газовв экономайзере сверху вниз. Газы из экономайзера направляются к дымососу, установленномув стенах котельной. Дутьевой вентилятор монтируется под котлом. Забор воздухавентилятором осуществляется по металлическому воздуховоду. Нагнетательный воздух к горелочномуустройствам проходит в фундаменте котла. Котел оборудован тремя газомазутнымигорелками ГМГП рис.2.
Номинальная тепловая мощность горелки ГМГП-120- 1,75 МВт. Она предназначена для совместного сжигания газа и мазута. Распылмазута обеспечивается водяным паром. Горелка снабжена диффузором (6), задающимугол раскрытия факела, и имеет раздельные газовые (4) и мазутные (5) сопла.Воздух подается в межсопловое пространство. Благодаря утопленному положениюсопел на выходе горелки создается эжекционный эффект. Конструкция горелкиобеспечивает легкий розжиг печи при пуске установки
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4 (подачатолько газа), хорошее смешение распыленного жидкого топлива с воздухом, подсосдымовых газов в корень факела (эжекционный эффект). Подача воздуха вмежсопловое пространство (между потоков газа и жидкого топлива) создает условиядвухстадийного сжигания топлива.
На рис.2показан профиль пламени форсунки ГМГП-120 с двухфронтальным сгоранием топлива.Первичный воздух подается в межсопловое пространство с коэффициентом избыткавоздуха ~1,0 и смешивается с жидким топливом. Испарившееся горючее и кислородвоздуха поступают во внутренний фронт горения, где происходит неполное сгорание.Продукты химического недожогапрактически полностью сгорают во внешнем фронте пламени. Кислород во внешнийфронт последнего поступает диффузией из воздуха, подсасываемого через амбразуруфорсунки в топочное пространство. Суммарный коэффициент избытка воздуха а составляет1,10–1,15. Кроме этого, за счет эжекционного эффекта в корень факела подсасываютсядымовые газы, понижая содержание кислорода в подаваемом в межсопловое пространствовоздухе, что приводит к понижению температуры горения на 50–70°С.
Понижение температуры горения замедляет скорость химических реакций и приводитк заметному удлинению факела пламени. Учитывая, что в технологической печиоколо 80% тепла передается радиацией, то радиационный тепловой поток остаетсяпрактически неизменным и сохраняется тепловой баланс печи.
Котлы ДКВРсостоят из следующих основных частей: двух барабанов (верхний и нижний);экранных труб; экранных коллекторов ( камер ).
Барабаны котлов на давление 13 кгс/см2имеют одинаковый внутренний диаметр ( 1000 мм ) при толщине стенок 13 мм.
Для осмотра барабанов и расположенных в нихустройств, а также для очистки труб шарошками на задних днищах имеются лазы; укотла ДКВР-20 с длинным барабаном имеется еще лаз на переднем днище верхнегобарабана.
Для наблюдения за уровнем воды в верхнембарабане установлены два водоуказательных стекла и сигнализатор уровня. Укотлов с длинным барабаном водоуказательные стекла присоединены кцилиндрической части барабана, а у котлов с коротким барабаном к переднемуднищу. Из переднего днища
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
верхнегобарабана отведены импульсные трубки к регулятору питания. В водяном пространствеверхнего барабана находятся питательная труба, у котлов ДКВР 20-13 с длиннымбарабаном — труба для непрерывной продувки; в паровом объеме — сепарационныеустройства. В нижнем барабане установлены перфорированная труба для периодическойпродувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для спускаводы.
Боковые экранные коллекторы расположены подвыступающей частью верхнего барабана, возле боковых стен обмуровки. Длясоздания циркуляционного контура в экранах передний конец каждого экранногоколлектора соединен опускной необогреваемой трубой с верхним барабаном, азадний конец — перепускной трубой с нижним барабаном.
Вода поступает в боковые экраны одновременно из верхнего барабана по переднимопускным трубам, а из нижнего барабана по перепускным. Такая схема питаниябоковых экранов повышает надежность работы при пониженном уровне воды в верхнембарабане, увеличивает кратность циркуляции.
Экранные трубы паровых котлов ДКВР изготовляютиз стали 51´2.5 мм.
В котлах с длинным верхним барабаном экранныетрубы приварены к экранным коллекторам, а в верхний барабан ввальцованы.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6 Шаг боковых экранов у всех котлов ДКВР 80 мм,шаг задних и фронтовых экранов — 80 ¸130 мм.
Пучки кипятильных труб выполнены из стальныхбесшовных гнутых труб диаметром 51´2.5 мм.
Концы кипятильных труб паровых котлов типаДКВР прикреплены к нижнему и верхнему барабану с помощью вальцовки.
Циркуляция в кипятильных трубах происходит засчет бурного испарения воды в передних рядах труб, т.к. они расположены ближе ктопке и омываются более горячими газами, чем задние, вследствие чего в заднихтрубах, расположенных на выходе газов из котла вода идет не вверх, а вниз.
Топочная камера в целях предупреждениязатягивания пламени в конвективный пучок и уменьшения потери с уносом ( Q4 — от механической непол
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7 нотысгорания топлива), разделена перегородкой на две части: топку и камерусгорания. Перегородки котла выполнены таким образом, что дымовые газы омываюттрубы поперечным током, что способствует теплоотдаче в конвективном пучке.
Технологические параметры .
Таблица 1
Параметр
ед.изм.
min
норма
max.
Производительность
т/ч
19,5
20,0
20,5
Температура перегретого пара
С
180
195
210
Давление в барабане котла
МПа
1,2
1,30
1,4
Температура питательной воды после экономайзера
С
140
150
175
Содержание О в отходящих газах
%
1,33
1,40
1,47
Температура отходящих газов
С
180,5
190,0
199,5
Давление газа перед горелками
МПа
0,0475
0,0500
0,0525
Разрежение в топке
мм.вод.ст.
4,75
5,00
5,25
Уровень в барабане относительно его оси
мм
-100
+100
2.АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ ПАРОВОГО КОТЛА
Обоснование необходимости контроля, регулирования исигнализации технологическихпараметров.
Регулирование питания котельных агрегатов и регулированиедавления в барабане котла главным образом сводится к поддержанию материальногобаланса между отводом пара и подачей воды. Параметром характеризующим баланс,является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котельного агрегатаво многом определяется качествомрегулирования уровня. При повышении давления, снижение уровня ниже допустимыхпределов, может привести л нарушению циркуляции в экранных трубах, в результатечего 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 поддержаниязаданного уровня предъявляются оченьвысокие требования. Качество регулирования питания также определяетсяравенством подачи питательной воды. Необходимо обеспечить равномерное питание котла водой, так какчастые и глубокие изменения расхода питательной воды могут вызвать значительныетемпературные напряжения в металле экономайзера .
Барабанам котла сестественной циркуляцией присуща значительная аккумулирующая способность,которая проявляется в переходныхрежимах. Если в стационарном режиме положение уровня воды в барабане котла определяетсясостоянием материального баланса, то в переходных режимах на положение уровнявлияет большое количество возмущений. Основными из
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8 нихявляются.изменение расхода питательной воды, изменение паросъема котла при изменении нагрузки потребителя, изменение паропроизводительности приизменении при изменении нагрузки топки,изменение температуры питательной воды.
Регулирование соотношения газ-воздух необходимо как чистофизически, так и экономически. Известно, что одним из важнейших процессов, происходящихв котельной установке, является процесс горения топлива. Химическая сторонагорения топлива представляет собой реакцию окисления горючих элементов молекулами кислорода. Для горенияиспользуется кислород, находящийся в атмосфере. Воздух в топку подается в определенномсоотношении с газом посредством дутьевого вентилятора. Соотношение газ-воздухпримерно составляет 1.10. При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива. Несгоревший газ будет выбрасываться в атмосферу, что экономически и экологическине допустимо. При избытке воздуха в топочной камере будет происходить охлаждение топки, хотя газбудет сгорать полностью, но в этомслучае остатки воздуха будут образовывать двуокись азота, что экологическинедопустимо, так как это соединение вредно для человека и окружающей среды.
Система автоматического регулирования разряжения в топкекотла сделана для поддержания топки под наддувом, то есть чтобы поддерживать постоянство разряжения(примерно4мм.вод.ст.). При отсутствии разряжения пламя факела будет прижиматься, чтоприведет к обгоранию горелок и нижнейчасти топки. Дымовые газы при этом пойдут в помещение цеха, что делаетневозможным работу обслуживающего персонала.
В питательной воде растворены соли, допустимое количествокоторых определяется нормами. В процессе парообразования эти соли остаются вкотловой воде и постепенно накапливаются. Некоторые соли образуют шлам –твердое вещество, кристаллизующееся в котловой воде. Более тяжелая часть шламаскапливается в нижних частях барабана иколлекторов.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9 Повышениеконцентрации 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 данномслучае автоматически не регулируется. Расчетное значение продувкипарогенераторов при установившемся режиме определяется из уравнений балансапримесей к воде в парогенераторе. Таким образом, доля продувки зависит ототношения концентрации примесей в водепродувочной и питательной. Чем лучше качество питательной воды и вышедопустимая концентрация примесей в воде, тем доля продувки меньше. Аконцентрация примесей в свою очередь зависит от доли добавочной воды, в которуювходит, в частности, доля теряемой продувочной воды.
Сигнализация параметров и защиты, действующие на остановкотла, физически необходимы, так как оператор или машинист котла не в силах уследитьза всеми параметрами функционирующегокотла. Вследствие этого может возникнуть аварийная ситуация. Например при упуске воды из барабана, уровень воды внем понижается, вследствие этого может быть нарушена циркуляция и вызванпережег труб донных экранов. Сработавшая без промедления защита, предотвратитвыход из строя парогенератора. При уменьшении нагрузки парогенератора,интенсивность горения в топке снижается. Горение становится неустойчивым иможет прекратиться. В связи с этим предусматривается защита по погашениюфакела.
Надежность защиты в значительной мере определяетсяколичеством, схемой включения и надежностью используемых в ней приборов. Посвоему действию защиты подразделяются на действующие на останов парогенератора;снижение нагрузки парогенератора; выполняющие локальные операции.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10 Согласновышеперечисленного автоматизация работы парового котла должна осуществляться последующим параметрам: по поддержанию постоянного давления пара;
по поддержанию постоянного уровняводы в котле;
по поддержанию соотношения«газ — воздух»;
по поддержанию разрежения втопочной камере.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11 3. ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.
3.1.Дляавтоматизации работы котла выбираем программируемый контроллер семействаМИКРОКОНТ-Р2.
Программируемые контроллеры МИКРОКОНТ-Р2имеют модульную конструкцию, что позволяет произвольно наращивать числовходов-выходов в каждой точке управления и сбора информации.
Высокая вычислительная мощностьпроцессора и развитые сетевые средства позволяют создавать иерархические АСУ ТПлюбой сложности.
3.2.Конструктивноеисполнение микроконтроллера МИКРОКОНТ.
Данныймикроконтроллер имеет модульную конструкцию (рис. 4)
Все элементы (модули) семействавыполнены в закрытых корпусах единого исполнения и ориентированы на установку вшкафах.
Присоединениемодулей ввода/вывода (EXP) к модулю вычислителя (СРU) выполняется с помощьюгибкой шины расширения (плоский кабель) без использования шасси ограничивающеговозможности расширения и снижающего гибкость при компоновке
Рис.4
В состав данного микроконтроллера входятследующие модули:
Модуль процессора.
CPU-320DS центральный процессор, RAM-96 K, EPROM-32 K, FLASH32 K, SEEPROM512.
Модули ввода-вывода
Bi/o16 DC24 дискретныйввод/вывод,16/16 =24 В,Iвх=10мА,Iвых=0,2 А;
Bi 32 DC24 дискретныйввод, 32 сигнала =24 В, 10 мA;
Bi16 AC220 дискретныйввод, 16 сигналов ~220 В, 10 мА;
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12 Bo32 DC24 дискретныйвывод, 32 сигналов =24 В, 0,2 А;
Bo16 ADC дискретныйвывод, 16 сигналов ~220 В, 2,5 А;
MPX64 коммутатордискретных входов, 64 входа, =24 В, 10 мА;
Ai-TC 16аналоговых входов от термопар;
Ai-NOR/RTD-1 20аналоговых входов i или U;
Ai-NOR/RTD-216 входов i или U, 2 термопреобразователейсопротивления;
Ai-NOR/RTD-312 входов i или U, 4 термопреобразователейсопротивления;
Ai-NOR/RTD-48 входов i или U, 6 термопреобразователейсопротивления;
Ai-NOR/RTD-54 входа i или U, 8 термопреобразователейсопротивления;
Ai-NOR/RTD-610 термопреобразователей сопротивления;
PO-16 пульт(дисплей — 16 букв, 24 клавиши).
Модули ввода — вывода имеют разъемыввода-вывода с зажимами под винт, совмещающие функции разъемов и клеммныхсоединений, которые упрощают объем оборудования в шкафу и обеспечивают быстроеподключение/ отключение внешних цепей.
Пульт оператора
РО-04 — пульт для установки на щит. ЖКИ — индикатор (2 строки по 20 знаков), встроенная клавиатура (18 клавиш),возможность подключения 6-ти внешних клавиш, интерфейс RS232/485, питание = нестабилизированное 8¸15 В;
РО-01 — портативный пульт. ЖКИ — индикатор (2строки по 16 знаков), клавиатура, интерфейс RS232/485, питание: а) = 8¸15 В; б) батарея.
Для подготовки и отладки прикладныхпрограмм автоматизации технолог