Материал: Автоматизация подогрева воды на ТЭЦ БКПРУ-4

Автоматизация подогрева воды на ТЭЦ БКПРУ-4

Министерство Образования Российской Федерации

Пермского Государственного Технического Университета

Березниковский Филиал

Кафедра АТП

Курсовой проект

по курсу: Автоматизация технологических процессов

тема: Автоматизация подогрева воды на ТЭЦ БКПРУ-4

Березники 2007

Содержание

1. Описание и общая характеристика выбранного объекта регулирования

2. Анализ объекта регулирования с точки зрения действующих возмущений (входов и выходов). Составление информационной модели

3. Обоснование и выбор точек и параметров контроля технологического процесса

4. Обоснование параметров, подлежащих сигнализации и блокировке      

5. Обоснование и выбор контуров регулирования, типа регулятора

6. Проведение активного эксперимента. Получение динамических характеристик объекта управления        

7. Обоснование и выбор системы автоматизации технологического процесса

8. Расчёт одноконтурной системы регулирования

9. Расчёт каскадной системы регулирования

10. Сравнение динамических характеристик систем автоматического регулирования

11. Реализация рассчитанной системы автоматизации

Приложение

1. Описание и общая характеристика выбранного объекта регулирования

Водогрейный котел КВГМ-30 предназначены для нагрева теплофикационной воды, используемой в системах отопления и вентиляции рудоуправления.

Основным топливом для котлов является - природный газ, резервным - мазут марок М-40 и М-100.

Природный газ на котел КВГМ-30 подается от ГРП давлением 70-80 кПа.

Перед каждым котлом на газопроводе установлены: ручная задвижка, эл. задвижка, регулирующая заслонка подачи газа на котел, продувочные свечи. Перед каждой горелкой котлов установлены: два отсечных электромагнитных клапана, две свечи безопасности и клапан плавной подачи газа на горелку. Для каждой горелки для ее розжига установлен электрозапальник. Для контроля факела горелки установлен фотодатчик. Розжиг любой горелки котла производится оператором с компьютера, установленного в ЦПУ. Вся информация по работе котлов и параметры установленных блокировок и сигнализации выведена на монитор компьютера.

Сырьем для водогрейных котлов является питательная вода, удовлетворяющая следующим требованиям:

а) жесткость карбонатная не более 600 мкг/дм3;

б) содержание кислорода не более 30 мкг/дм3;

в) содержание свободной углекислоты - отсутствие;

г) рН не более 7-11;

д) содержание железа не более400 мкг/дм3.

Установленный расход воды через котел КВГМ-30 380 куб.м. в час.

После первой ступени натрий-катионитовых фильтров хим. очищенная вода с температурой 30 оС поступает на водоводяные подогреватели, где нагревается до температуры 60-70 оС и подается в деаэрационную колонку деаэратора подпитки тепловой сети ДА-50/15. В деаэрационной колонке хим. очищенная вода (ХОВ) освобождается от растворенных в ней кислорода до остаточного содержания до 30 мкг/кг и углекислого газа, до полного отсутствия за счет подачи в деаэрационную колонку пара и дробления потока ХОВ, на установленных в колонке перфорированных тарелках.

Пройдя деаэрационную колонку, ХОВ с температурой 104 0С стекает в бак-аккумулятор деаэратора. Деаэрированная вода из деаэратора вновь поступает на водоводяные подогреватели, где отдает свое тепло ХОВ, поступающей на деаэратор и сливается в баки-аккумуляторы тепловой сети, а из них подпиточными насосами подается во всасывающий коллектор сетевых насосов типа Д-1250/125 и СЭ-1250/140. Сетевых насосов установлено четыре, два из которых является рабочим, остальные резервными.

Сетевыми насосами в тепловую сеть вода подается в зависимости от выбранного режима работы:

) через сетевые подогреватели типа ПСВ-200-14-7;

) через водогрейный котел;

) последовательно через сетевые подогреватели и водогрейный котел.

Для обеспечения постоянного расхода воды через котел и поддержания температуры воды на входе в котел, согласно паспорту не менее 70 0С установлены рециркуляционные насосы типа СЭ-800-100 и СЭ-1250-140, возвращающие часть воды, прошедшей через котел, обратно в трубопровод подачи воды на котел. Рециркуляционных насосов установлено три. При работе котла в работе находится один рециркуляционный насос, остальные - в резерве. На линии рециркуляции установлены регулирующий клапан Р12, эл.задвижки: 12А - до клапана и 12Б - после клапана и задвижка на байпасной линии для перепуска воды мимо клапана.

Потеря воды в сети восполняется подпиточными насосами. На трубопроводе подпиточной воды после насосов установлен регулирующий клапан Р28, обеспечивающий поддержание постоянного напора равного 4,2 ати в обратном трубопроводе перед сетевыми насосами. До и после регулирующего клапана установлены задвижки для отключения регулирующего клапана, на случай ремонта для подачи воды мимо клапана служит байпасный трубопровод. Подпиточных насосов установлено четыре, один из которых является рабочим, остальные резервными. Автоматически включается в работу при понижении давления в обратном трубопроводе до 4,0 ати насос №3 или №4, насосы №1 и №2 включаются в ручном режиме.

Регулирование температуры воды, подаваемой в сеть тепловым потребителям, производится путем подмешивания к нагретой воде, прошедшей водогрейный котел, холодной воды после сетевого насоса. Количество подмешиваемой холодной воды регулируется клапаном Р14, эл.задвижки 14А до клапана и 14Б после клапана при работе находятся в открытом положении.

Перемычка 8 используется для установления циркуляции воды в тепловой сети помимо котлов.

Максимально допустимая температура воды за котлами по паспорту на котел 1500С.

Для понижения или увеличения требуемой потребителями температуры воды, снижается или повышается нагрузка котла (согласно графиков «расход газа - давление воздуха после вентиляторов» или «давление газа после регул. заслонки - давление воздуха после вентиляторов» в соответствии с режимной картой котла), или увеличивается перепуск холодной воды клапаном Р-14. Температура воды на входе в котел является переменной от 70 0С до 110 0С.

Для контроля за качеством сетевой, деаэрированной и подпиточной воды установлены пробоотборные установки.

Для создания подпора перед электрозадвижкой 8 установлена диафрагма.

Установленная аппаратура позволяет управлять дистанционно дымососами, вентиляторами. Кроме того, дистанционно производится управление всей арматурой имеющей электропривод, а именно:

регулирующие заслонки перед вентиляторами и дымососом (регулирование частоты вращения двигателей вентиляторов производится с помощью частотных преобразователей);

электрозадвижка на газопроводе перед котлом;

регулирующая заслонка подачи газа на котел;

продувочные свечи;

отсечные клапаны;

свечи безопасности;

клапаны плавной подачи газа на горелки;

регулятор на обратном мазутопроводе к водогрейным котлам;

задвижки на трубопроводах подачи воды к котлам;

задвижки на трубопроводах воды от котлов;

регулятор на линии рециркуляции;

регулятор на линии температурного перепуска.

Для защиты водогрейных котлов от повышения давления в газовом тракте, на топке и на газоходах котлов установлены взрывные предохранительные клапаны.

Основные технические характеристики котлоагрегата и вспомогательного оборудования водогрейной части указаны в таблице 1.

автоматизация вода подогрев регулирование

Таблица 1 - Технические характеристики котлоагрегата при работе на природном газе

2. Анализ объекта регулирования с точки зрения действующих возмущений (входов и выходов). Составление информационной модели

На водогрейный котел как и на любой объект управления действуют возмущающие воздействия. На основании регулируемых параметров, регулирующих и возмущающих воздействий, составим информационную модель процесса. Информационная модель объекта представляет собой изображение связей между этими параметрами и позволяет выявить существующие контуры управления.

Управляющие параметры - это параметры, изменением которых система регулирования воздействует на объект с целью управления. К ним относятся:

расход газа;

расход воды;

расход воздуха.

Выходные параметры, характеризующие состояние процесса, - эти параметры при регулировании объекта управления необходимо поддерживать на заданном уровне. К ним относятся:

соотношение газ/воздух;

температура воды на выходе;

производительность;

разряжение в топке.

Дополнительные параметры, влияющие на протекание процесса, - эти параметры отражают влияние на регулируемый объект внешних условий. К ним относятся:

температура воздуха;

температура воды на входе;

давление газа с ГРП.

Рис. 1 - Информационная модель объекта регулирования

Информационная модель показывает, что наиболее сильное возмущающее воздействие на выходные параметры исследуемого объекта автоматизации оказывает изменение расхода на входе в объект.

3. Обоснование и выбор точек и параметров контроля технологического процесса

Процесс подогрева воды является непрерывным, поэтому необходимо поддерживать на заданном уровне все технологические параметры необходимые для поддержания и протекания данного процесса.

Нормы технологического процесса, параметры процесса по всем точкам контроля водогрейного котла КВГМ-30, приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Нормы технологического процесса

4. Обоснование параметров, подлежащих сигнализации и блокировке

Устройства сигнализации позволяют фиксировать критические отклонения контролируемых параметров и тем самым предупреждать развитие таких нежелательных событий как взрывы, пожары, аварии, несчастные случаи, выход из строя оборудования и так далее.

Схема блокировки предусматривает автоматическую остановку водогрейного котла при аварийной ситуации в следующих случаях:

при понижении расхода воды через котел КВ-ГМ-30 №3 - до 333 м3/час;

при понижении давления газа перед горелками - 1,3 кПа;

при повышении давления газа перед горелками - 30 кПа;

при уменьшении разрежения в топке котла - до +5,0 кгс/м2;

при понижении давления воздуха к горелкам - до 16,0 мм.в.ст;

при понижении давления воды после котла - до 5,3 кгс/ см2,

погасание всех горелок;

останов дымососа;

останов вентилятора;

обрыв эл. цепей;

при повышении температуры воды после котла - до 160 0 С.

Система световой и звуковой сигнализации оповещает в случае отклонения показателей тепловой сети и вспомогательного оборудования от нормальных величин:

при понижении расхода воды через котел КВ-ГМ-30 № 3 - до 350 м3/ч;

давление воды после котла - 6,3 кгс/ см2;

понижение давления газа перед горелками - 1,7 кПа;

повышение давления газа перед горелками - 20 кПа;

понижение давления воздуха - 18,0 кгс/м2;

понижение разрежения в топке - +1,0 кгс/м2;

при повышении температуры воды после котла - до 155 0С.

5. Обоснование и выбор контуров регулирования, типа регулятора

Основной регулируемой величиной является температура воды на выходе из котла. Поддержанием ее на заданном уровне и будет являться главной задачей регулирования.

Анализ информационной модели показал, что наиболее сильное возмущающее воздействие на данные показатели оказывает изменение расхода на входе в объект, поэтому для компенсации данных возмущения необходимо ввести узлы стабилизации этих параметров. Так как расход воды установлен технологическим процессом и определяет заданную производительность, то стабилизацию осуществляем по расходу газа на котел.

Для оптимизации процесса применяется система автоматического регулирования расхода газа от температуры воды на выходе из котла, это и будет основная регулируемая величина. С целью улучшения показателей процесса целесообразно использовать многоконтурную систему регулирования.

Рис. 2 - Схема каскадной АСР

Таким образом, для управления исследуемого процесса целесообразно использовать каскадную систему автоматического регулирования, включающую в себя два контура регулирования: внутренний (стабилизирующий) и внешний (корректирующий).

Внутренний контур (регулятор Р1) осуществляет стабилизацию по расходу газа к котлу, который оказывает сильное возмущающее воздействие на основную регулируемую величину.