Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Система автоматизации управления сушильным барабаном

Содержание

Введение………………………………………………………….…

1.Анализ технологического процесса…………………………….

1.1. Описание технологического процесса с краткой характеристикой технологического оборудования………....…....

1.2. Описание выбранного объекта автоматизации, его характеристики и особенности…………………………………….

1.3. Технологическая схема и ее описание……………………

2. Разработка систем автоматизации технологического

процесса………………………………………………………...…..

2.1. Анализ планируемой системы управления и выбор параметров подлежащих автоматизации…………………...…….

2.2. Выбор технических средств для построения системы автоматизации…………………………………………………....….

3. Описание принятой системы автоматизации…………....……...

3.1. Схема автоматизации………………………………...……

3.2. Принципиальная электрическая схема…………………...

4. Мероприятия по экономии сырья и топливно-энергетических ресурсов…………………………………………………………..…..

5. Мероприятия по охране труда и безопасной

жизнедеятельности …………………………………………..…….

Заключение…………………………………………………….

Литература……………………………………………………..

Графическая часть:

Схема автоматизации;

Схема принципиальная;

Введение

Выполняя данный курсовой проект, я проектировал систему автоматического управления котельной установки. Для этого я ознакомился с продукцией, технологией и конкретно рассмотрел процесс работы котельной. Котельный агрегат, конструктивно объединённый в единое целое комплекс устройств для получения под давлением пара или горячей воды за счёт сжигания топлива.

1.Анализ технологического процесса.

Описание технологического процесса с краткой характеристикой технологического оборудования.

Предназначение:

• получение пара, используемого для технологических нужд промышленных предприятий;

• использование в качестве отопительных котлов для систем автономного отопления;

• применение в системах вентиляции и горячего водоснабжения.

Конструктивно котлоагрегат объединён в единое целое комплекс устройств для получения под давлением пара или горячей воды за счет теплоты, выделяющейся при сжигании органического топлива. Главной частью котлоагрегата являются топка и газоходы, в которых размещены пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, воспринимающие теплоту продуктов сгорания топлива. Элементы котла опираются на его каркас и защищены от потерь теплоты обмуровкой котла, футеровкой и изоляцией. Котлоагрегат применяют на ТЭС (энергетич.) для снабжения паром турбин, в промышленности и отопит, котельных для выработки пара и горячей воды на технологические и отопительные, нужды (паровые и водогрейные котлы). Конструкция котлоагрегата зависит от его назначения, вида и способа сжигания применяемого топлива, единичной паро- и теплопроизводительности, от давления и температуры вырабатываемого пара. В топке К. происходят сгорание топлива и частичное охлаждение продуктов сгорания в результате лучистого теплообмена между нагретыми тазами и покрывающими стены топки трубами, по которым циркулирует пароводяная смесь или нагреваемая вода. Система этих труб наз. топочным экраном. На выходе из топки газы имеют температуру около 1000°С. Далее по ходу газов устанавливают пароперегреватели и конвективные поверхности нагрева, размещают водяной экономайзер и воздухоподогреватель. Газы (в зависимости от вида сжигаемого топлива) охлаждаются до температуры 130—170°С. После котлоагрегата газы, пройдя устройства очистки от золы и в некоторых случаях от серы, выбрасываются дымовой трубой в атмосферу. Твердые продукты сгорания топлива удаляются через системы золо- и шлакоудажния. Для поддержания поверхностей нагрева в чистоте в котлоагрегате предусматривают комплекс периодически включаемых обмывочных и обдувочных аппаратов котлов, дробеочистительной установки и устройств для вибрационной очистки котла.

По характеру движения рабочей среды котельные агрегаты бывают с многократной естеств. или принудит, (искусств.) циркуляцией и прямоточные.

В котлоагрегате с многократной циркуляцией рабочая среда непрерывно движется по замкнутому контуру (состоящему из обогреваемых и необогреваемых труб, соединен, между собой промежуточными камерами — коллекторами и барабанами) , частично испаряясь в обогреваемой части контура. Образовавшийся пар отделяется от воды в барабане), а испаренная часть котловой воды возмещается питательной водой, подаваемой питательным насосом в водяной экономайзер и далее в барабан. Движение рабочей среды по циркуляционному контуру в котлоагрегате с естественной циркуляцией происходит вследствие разности плотностей пароводяной смеси в обогреваемой (подъемной) части контура и воды в необогреваемой или слабообогреваемой (опускной) его части. В котлоагрегате с принудительной циркуляцией рабочая среда перемещается по контуру под действием циркуляционного насоса.

Кроме того, чрезмерное повышение концентрации примесей в котловой воде недопустимо из-за уноса их паром из барабана котла с капельками воды или в виде парового раствора в пароперегреватель, а также в турбину, где примеси, оседая на лопатках, уменьшают ее кпд. Во избежание увеличения концентрации примесей в котловой воде производят непрерывные и периодические продувки котла. Предельно допустимая концентрация примесей определяется конструкцией и параметрами котлоагрегата, составом питательной воды и тепловыми напряжениями экранных поверхностей нагрева. В прямоточном котле нагрев, испарение воды и перегрев пара осуществляются за один проход среды по тракту. При такой организации процесса генерации пара примеси, содержащиеся в питательной воде, не могут быть выведены из котлоагрегатов продувкой части котловой воды, как это происходит в котлоагрегате с естественной или принудительной, многократной циркуляцией. В прямоточном котле часть примесей осаждается на внутренней поверхности труб, а часть (вместе с паром) поступает в турбину, где отлагается на лопатках. Поэтому к качеству питательной воды прямоточных котлов предъявляют более жесткие требования. Воду, поступающую в котлоагрегат предварительно обрабатывают в системе водоподготовки. Ее температуpa должна препятствовать конденсации на поверхностях нагрева паров воды и серной кислоты, образующейся при сжигании сернистых топлив, что приводит к интенсивному загрязнению этих поверхностей эоловыми частицами и к коррозии металла. Для поддержания температуры перегрева пара на требуемом уровне К. снабжен регулирующими устройствами в виде смесит, и поверхностных теплообменных аппаратов (пароохладители), систем рециркуляции части охлаждённых дымовых газов в топочную камеру, приспособлениями для изменения угла наклона горелок и т.д. Котлоагрегат обслуживается рядом вспомогательных механизмов и устройств, которые могут быть индивидуальными — при обслуживании только одного котлоагрегата и групповыми — при обслуживании группы котлоагрегатов.

1.2 Описание выбранного объекта автоматизации, его характеристики и особенности.

Объектом автоматизации является котельная установка ДЕ-4-14 ГМ. Котлы ДЕ-4-14 ГМ состоят из следующих основных частей:

-двух барабанов (верхний и нижний);

-экранных труб;

-экранных коллекторов (камер).

Для наблюдения за уровнем воды в верхнем барабане установлены два водоуказательных стекла и сигнализатор уровня. В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба, у котлов с длинным барабаном - труба для непрерывной продувки; в паровом объеме - сепарационные устройства. В нижнем барабане установлены перфорированная труба для периодической продувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для спуска воды. . В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба, у котлов с длинным барабаном - труба для непрерывной продувки; в паровом объеме - сепарационные устройства.Циркуляция в кипятильных трубах происходит за счет бурного испарения воды в передних рядах труб, т.к. они расположены ближе к топке и омываются более горячими газами, чем задние, вследствие чего в задних трубах, расположенных на выходе газов из котла вода идет не вверх, а вниз.

Топочная камера в целях предупреждения затягивания пламени в конвективный пучок и уменьшения потери с уносом разделена перегородкой на две части: топку и камеру сгорания. Перегородки котла выполнены таким образом, что дымовые газы омывают трубы поперечным током, что способствует теплоотдаче в конвективном пучке.

Регулятором давления поддерживается давления редуцированного пара с точностью 0.2 атм.

Аварийно - импульсное устройство действует следующим образом. При повышении давления редуцированного пара в трубопроводе выше 7 атм происходит подъем золотника грузового импульсного клапана и открывается доступ пара из трубопровода через импульсный клапан в надпоршневое пространство аварийного клапана. Т.к. площадь поршня этого клапана больше площади тарелки, то усилие, действующее на поршень сверху, преодолевает усилие от давления пара, действующее на тарелку этого клапана снизу, и клапан открывается. Когда давление пара в трубопроводе понизится, золотник импульсного клапана под действием груза опустится и закроет доступ пара в надпоршневое пространство аварийного клапана.

Оставшийся в надпоршневом пространстве пар получит доступ в выхлопную трубу через импульсный клапан. Благодаря выходу пар из надпоршневого пространства поршень сверху окажется разгруженным, и тарелка аварийного клапана под действием пружины и давления пара со стороны трубопровода закроет выход пара из трубопровода в атмосферу.

Элементы котла опираются на его каркас и защищены от потерь теплоты обмуровкой котла, футеровкой и изоляцией. Котлоагрегат применяют на ТЭС (энергетич.) для снабжения паром турбин, в промышл. и отопит, когпельных для выработки пара и горячей воды на технологич. и отопит, нужды (паровые и водогрейные котлы). Конструкция котлоагрегата зависит от его назначения, вида и способа сжигания применяемого топлива, единичной паро- и теплопроизводительности, от давления и температуры вырабатываемого пара.

1.3 Технологическая схема процесса

Котлоагрегат паропроизводительностью 420 т/ч на давление пара 14 Мн/м2 (140 кгс/см2) и температуру 570°С: 1 — барабан; 2 — полурадиационный пароперегреватель; 3 — топочная камера; 4 — экраны; 5 — горелка; 6 — под; 7 — воздухоподогреватель; 8 — водяной экономайзер; 9 — конвективный пароперегреватель.

2 Разработка систем автоматизации технологического процесса

2.1 Анализ планируемой системы управления и выбор параметров подлежащих автоматизации:

Автоматизация котельного оборудования может быть частичная и полная.

Параметры, подлежащие автоматическому регулированию:

- Регулирование питания котельных агрегатов и регулирование давления в барабане.

- Равномерное питание котла водой.

- Регулирование соотношения газ-воздух.

- Регулирование разряжения в топке котла.

Автоматизация котельной включает:

1) Автоматическую технологическую сигнализацию отклонений рабочих параметров.

2) Автоматическую защиту и блокировку. Блокировки обеспечивают защиту котла, обеспечивая отсечку топлива при исчезновении напряжения питания и при отклонении технологических параметров от нормы:

-при погасании факела горелки;

-при повышении/понижении уровня воды в барабане котла выше/ниже нормы;

-при понижении разряжения в топке;

-при повышении давления пара в барабане котла;

-при понижении давления газа перед горелкой.

3) Дистанционное управление и контроль. должны контролироваться следующие основные параметры:

дистанционное управление и сигнализация положения охранного крана;
отклонение величины входного давления за допустимые пределы;
отклонение величины выходного давления за допустимые пределы;
отклонение температуры подогреваемого топлива за допустимые пределы;
превышение содержания СО₂ в воздухе технологических блоков и помещений;
отклонение температуры окружающего воздуха в блоке за допустимые пределы;
пожарная сигнализация;
измерение и регистрация параметров расхода топлива.

4) Автоматическое управление и регулирование, которое включает в себя:

- Регулирование давления пара на выходе котла;

- Регулирование подачи воздуха по концентрации О₂ и СО в дымовых газах;

- Регулирование уровня воды в барабане котла;

2.2 Выбор технических средств, для построения системы автоматизации.

Контроль за давлением по месту осуществляется показывающими пружинными манометрами в основном типа ОБМ1-100 класса точности 2,5 и ОБМ1-160 класса точности 1,5.

Дистанционный контроль за давлением на входе и на выходе котлоагрегата осуществляется при помощи датчиков давления «Yokogawa» класса точности 0,25. Датчик предназначен для непрерывного преобразования избыточного давления в электрический унифицированный токовый выходной сигнал для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Для дистанционного контроля давления выбираем датчик избыточного давления ««Yokogawa» GCH-670» со следующими техническими характеристиками: датчик взрывозащищённого исполнения; верхний предел измерения 10МПа, материал корпуса - стальной с никель хромовым покрытием; материал присоединительного штуцера – нержавеющая сталь; температура окружающего воздуха – исполнение минус 40 – плюс 50; предел допускаемой основной погрешности ±0,25%,выходной сигнал 4-20 мА; присоединительный штуцер М20Х1,5; исполнение кабельного ввода – разъём типа ОНЦ. Датчик выдерживает воздействие перегрузки давлением 125% от верхнего предела измерения с сохранением допускаемой погрешности измерения давления. Напряжение питания 36 В.

Для контроля давления на выходе выбираем датчик избыточного давления «Радон ВБ-Д-1-С/Н-3-0,25-2-1-1» со следующими техническими характеристиками: датчик взрывозащищённого исполнения; верхний предел измерения 1МПа, материал корпуса - стальной с никель хромовым покрытием; материал присоединительного штуцера – нержавеющая сталь; температура окружающего воздуха – исполнение минус 40 – плюс 50; предел допускаемой основной погрешности ±0,25%,выходной сигнал 4-20 мА; присоединительный штуцер М20Х1,5; исполнение кабельного ввода – разъём типа ОНЦ. Датчик выдерживает воздействие перегрузки давлением 125% от верхнего предела измерения с сохранением допускаемой погрешности измерения давления. Напряжение питания 36 В.

Температура измеряется на входе и выходе из котлоагрегата на трубопроводах воды и топлива, в системе отопления. Наиболее часто, по месту, применяют стеклянные жидкостные термометры расширения, благодаря простоте отсчета температуры, широкому температурному интервалу и достаточной точности измерения. Термометрической жидкостью служит ртуть, толуол, этиловый спирт, пентан и др. Лучшей является ртуть, которая не смачивает стекло, а поэтому дает наиболее точные показания.

Манометрические термометры предназначены для непрерывного дистанционного измерения температуры газов, жидкости. Они выпускаются показывающими, самопишущими и комбинированными и разделяются на газовые, жидкостные, ртутные, парожидкостные и со специальным заполнителем. Дистанционная передача давления осуществляется через капилляры различной длины с некоторой тепловой инерцией, зависящей от вида заполнителя. Наименьшей инерцией обладают газовые и ртутные термометры при измерении температуры движущейся среды.

В системе применяются термометры показывающие сигнализирующие электроконтактные типа ТПГ - СК, ТПП -СК. Предназначены для непрерывного измерения температуры и сигнализации при отклонении температуры от заданного диапазона. Имеют электроконтактное устройство по типу ЭКТ и ЭКМ,что позволяет применять их в схемах автоматики и сигнализации. Для сигнализации аварийного отклонения газа на входе и выходе ГРС электроконтактный манометр ЭКМ ВЭ 16 рб. У термометров ТПГ - СК термосистема газовая, у ТПП - СК - парожидкостная.

Для регистрации температуры применяются электронные автоматические показывающие и самопишущие многоточечные мосты и потенциометры. В качестве датчика для мостов используется термометр сопротивления, а для потенциометров - термопары.

Для контроля температуры газа на входе, выходе и после подогревателя выбираем датчик типа ТСМК-Ех.

В качестве сигнализатора загазованности выбираем сигнализатор СТМ-10. Сигнализатор СТМ-10 предназначен для непрерывного контроля довзрывоопасных концентраций взрывоопасных газов.

СТМ-10 является автоматическим стационарным прибором, состоящим из блока сигнализации и питания, выносных датчиков. Блок сигнализации и питания должен быть установлен за пределами взрывоопасной зоны (Блок КИП). Датчики выполнены взрывозащищёнными, с маркировкой взрывозащиты IExdIIСT4.

Для аварийной дистанционной сигнализации выбираем устройство сигнализации УСГ - 10, которое предназначено для контроля и передачи общего предупредительного аварийного сигнала при отклонении технологических параметров от нормы с включением устройств звукового оповещения.

При нарушении режимов работы ГРС УСГ-10 выдает свето-звуковую сигнализацию в следующих случаях:

при повышении и понижении давления газа;
при прекращении подачи;
при неисправности оборудования котельной;
при потере напряжения;
при загазованности выше нормы в технологических помещениях;
при срабатывании охранной сигнализации.

1 - вычислитель; 2 - ручной терминал; 3 - датчик перепада давления; 4 - датчик давления; 5 – модем; 6 - датчик температуры; 7 - блок питания; 8 – аккумуляторы; 9 – искробезопасный барьер ISСОМ.

Комплекс «GiperFlo-3ПМ» представляет собой самостоятельное микропроцессорное вычислительное устройство с батарейным питанием, предназначенное для измерения и регистрации параметров котлоагрегата по одному, двум или трем параметрам.

3 Описание принятой системы автоматизации

3.1 Схема автоматизации

Для выполнения своих функций схема автоматизации кательной имеет следующие оборудование:

датчики давления , температуры, расхода, горения, состава, уровня;

логический контроллер

ИМ в виде приводов вентилятора и дымососа, ИМ МЭО и ЭМ клапанов на трубопроводах воды, газа, воздуха.

Данная система автоматизации выполняет следующие функции:

контроль температуры, давления, расхода, уровня и горения

регулирование подачи воздуха, газа, а также отбора дымовых газа и пара; регулирование горения топлива.

Данная система автоматизации работает только в автоматическом режиме, который обеспечивает логический контроллер. Сигналы с датчиков давления поступают на дискретные входы ЛК, что говорит что ПД работают по принципу концевого выключателя и при превышении давления подает на контролер, который согласно своей программе приводит в действие ИМ МЭО, установленный на трубопроводе и поворачивает РО в виде крана.

В котле должна поддерживаться постоянная температура, что упрощает управление этим процессом путем поддержания постоянным подачу газа и воздуха в камеру сгорания, а также поддержание постоянной тяги. Также в камере сгорания происходит контроль за горением факелов. В случае погасания факела ЛК отключает подачу газа. Также подача газа будет отключена в случае пропадания тяги , о чем сообщит контроллеру преобразователь давления, установленный в трубе. Перед этим контроллер попытается увеличить тягу повернув РО на воздуховоде с помощью ИМ 5.

Для предупреждения утечки газа при старте котла в схему включены датчики загазованности, в случае их срабатывания включается сирена и блокируется запальный трансформатор. Происходит перекрытие трубопроводов подачи воздуха и газа в котел с помощью ЭМ клапанов.

В котле также происходит контроль уровня воды и давления пара, в случае понижения первого или повышения второго параметра соответственно происходит регулирование температуры в котле с помощью ИМ1 и ИМ2.ЛК узнает об изменении уровня и давления в котле с помощью датчиков уровня и давления, соединённых с им.

В этой системе происходит учет расхода пара в котором принимают участие датчик расхода, установленный на трубопроводе и регистратор показывающих расход, установленный в операторской.

Для обеспечения стабильной и безопасной работы на трубопроводах подачи воздуха для тяги и отбора дымовых газов установлены датчики температуры по месту показывающие и датчики давления показывающие. Исходя из датчиков температуры уставленных на дымоходе, ЛК судит о температуре внутри котла, а также следит затем, чтобы насос на данном трубопроводе не перегревался путем понижения факела и частоты вращения насоса.

Для контроля за состоянием системы с помощью оператора все датчики давления, а также датчики загазованности являются показывающими и сигнализирующими в случае сбоя в работе контроллера.

3.2 Принципиальная электрическая схема

Все управление системой автоматизации котельной, как видно из принципиальной схемы, сводится к программе заложенный в логический контроллер. Питание логического контроллера производится с помощью БП, который преобразует напряжение в 220В в 24В, которое также подводится к дискретным входам ЛК. Для питания дискретных выходов контроллер использует напряжение в 220В.

Для питания преобразователей используется БП2.

Для работы системы применяются как аналоговые, так и дискретные датчики.

Для их подключения контроллер имеет универсальные аналоговые входы и дискретные входы с питанием в 24В. Конфигурация входов может быть изменена при заказе.

К аналоговым входам подключаются 4 термосопротивления, датчик уровня воды в котле, преобразователи избыточного и вакуумметрического давления с унифицированным выходным токовым сигналом, датчик герметизации и 3 резистивных датчика положения РО.

К дискретным входам подключены датчики работы вентилятора и дымососа, сигнализаторы давления пара, газа, воздуха, датчики горения, запала и сигнализаторы уровня воды в баке котла.

Выходное воздействие обеспечивает система, состоящая из ЭМ реле входящих в состав ЛК к выводам которых подводится напряжение в 220В и ИМ МЭО с ЭМ катушками клапанов , установленных по месту.

В стартовый момент ЛК проверяет все ли показания с датчиков, для которых величина параметра должна быть примерно постоянной как при работающей так и отключенной системе находятся в норме(давления газа в трубопроводе, уровень воды в баке и т.м.) находятся в норме относительно старта системы, проверяет положение РО (клапаны стоящие на трубопроводах должны быть закрыты, т.к они автоматически закрываются при отключении системы). В случае не прохождения проверки ЛК пытается исправить возникшие возмущения, в случае неудачи подает сигнал на дискретный выход, который запускает сигнализацию. Если проверка пройдена, то ЛК запускает вентиляторы подачи воздуха и его отбора, дымосос, которые в совокупности создают тягу в топке котла, за чем следит ЛК с помощью датчиков давления; в случае ее отсутствия ЛК запускает через свои выходные контакты ИМ МЭО, которые поворачивают заслонки на трубопроводах( это происходит, если ЛК получил сигнал напряжения с датчиков положения, свидетельствующий о закрытом состоянии РО, в ином случае включается сигнализация) после чего должна появиться тяга в котле, а в трубопроводах напор.

Только после этого происходи открытие клапана газа, с помощью замыкания эл. цепи ЛК и поворот РО, регулирующего подачу газа. В этот же момент подается напряжение на запальный трансформатор, который создает искру и зажигает ВГ смесь. Если этого не происходит о чем сообщает ЛК дискретные датчики возгорания, с коррекцией на датчик загазованности, происходит перекрывание трубопровода газа , путем снятия напряжения с ЭМ клапана, и включение сигнализации. Если возгорание прошло успешно, то емкость с водой начинает разогреваться, вода закипает, возникает пар, а вместе с ним и его давление. По давлению пара и уровню воды в баке, а также температуры в трубопроводах воздуха и дыма, о значении которых ЛК получает информацию с аналоговых датчиков, подключенных к ему происходит регулирование температуры в камере сгорания котла, изменением подачи газа и воздуха. В зависимости от интенсивности горения меняется и тяга.

Для задания хода ИМ МЭО вперед /назад он подключается к 2 выводам ЛК, подающих напряжение на обмотки возбуждения с разных сторон. Для запуска вентилятора и дымососа, применяется МП. В случае с ЭМ клапаном он является нормально-закрытым, что сделано в целях безопасности.

4. Мероприятия по экономии сырья и топливно-энергетических ресурсов.

В настоящее время перед человечеством стоит одна из важнейших проблем – проблема экономного и рационального использования топливно-энергетических ресурсов.

Для уменьшения потерь тепла в котельных агрегатах и достижения расчетных значений КПД важное значение имеет содержание в чистоте поверхностей нагрева путем своевременной их очистки от наружных и внутренних загрязнений, качественное ведение топочных процессов и поддержание оптимальных значений коэффициента избытка воздуха, соблюдение установленного водного режима, содержание в исправности обмуровки и гарнитуры и т.д. Для определения и последующего анализа тепловых потерь рекомендуется проводить регулярные балансовые испытания котлов.

Так как КПД котлов меняется в зависимости от нагрузки, то на экономичность работы котельной влияют также режим работы котлов и распределение нагрузки между ними.

В энергетических установках для повышения экономичности используются схемы с вторичным (промежуточным) перегревом: пар после срабатывания части его тепловой энергии в турбине возвращается в К., подвергается дополнительному перегреву в пароперегревателе низкого давления и опять направляется в турбину

На тепловой экономичности котельных сказываются потери топлива при транспортировке и хранении, потери тепла от продувок и растопок и т.д. Экономное расходование топлива в котельных связано с уменьшением потерь тепла у потребителей в первую очередь путем улучшения технического состояния отопляемых зданий и сооружений. При эксплуатации котельной необходимо постоянно контролировать расходы топлива, тепла и пара, а также нормировать удельные расходы топлива.

Нормирование расхода тепла и топлива является важным фактором в рациональном планировании и использовании энергетических ресурсов. Обоснованные нормы расхода позволяют обеспечить необходимый технико-экономический контроль за состоянием использования топлива.

Под нормой расхода понимается количество условного топлива или тепла, которое расходуется совершенно исправным устройством, эксплуатированным с соблюдением нормальных параметров в соответствии с установленным технологическим режимом.