Параметры контроля, управления и

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт теплоэнергетики		Кафедра автоматизации технологических процессов и производств (АТПП)
Направление 220300 -Автоматизированные технологии ипроизводства		Специальность 220301.65 - Автоматизация технологических процессов и производств

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту

по дисциплине

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

Тема: АВТОМАТИЗАЦИЯ КОТЛА ТИПА АВ

ТЕПЛИЧНОГО КОМБНАТА.

Выполнил студент группы АТ-1-06 (Минубаева Т.В.)

Проверил (Гильфанов К.Х.)

Казань 2010.

СОДЕРЖАНИЕ

	ВВЕДЕНИЕ	3
1.	Характеристика объекта управления	4
	1.1. Котлы типа АВ.	4
	1.2.Управление процессами в котле.	7
	1.3Параметры контроля и управления и сигнализации	9
2.	Структурная схема сетевой АСУТП	10
3.	Функциональная схема автоматизации	18
4.	Принципиальная электрическая схема сигнализации и управления электроприводом насоса	19
5.	Щиты и пульты	20
6.	Пункт управления	21
7.	Расчет регулирующего клапана	23
8	Расчет показателей уровня автоматизации	28
9.	Спецификация на приборы и средства автоматизации
10.	Безопасность жизнедеятельности.	31
11.	Расчет капитальных затрат на создание и внедрение АСУ	40
12	Заключение	49
13.	Список литературы	50

Введение.

Под энергообеспечением понимают надежное и бесперебойное обеспечение сельских потребителей топливом, теплотой, электроэнергией, газом, теплым воздухом и водой, горячей водой и паром.

Потребление энергии человечеством из года в год растет по экспоненте. За последнее столетие в мире израсходовано энергии больше, чем за всю историю своего развития, а за минувшую четверть века суммарное потребление возросло в 5 раз. Сельское хозяйство России с учетом местных видов топлива (в основном биомассы) потребляет в год более 130 млн. т. Условного топлива, что составляет около 10 % потребляемой энергии в целом по стране.

Огромное количество энергии расходуется в растениеводстве и на транспорте — около 50 %, в быту и коммунальном хозяйстве — 40 %, животноводстве —10 %.

По структуре потребления жидкое топливо составляет около 35 %, уголь — 30, местное топливо — 15, газ — 12 и электроэнергия — 8 %. От 60 до 80 % энергии этих источников преобразуется в тепловую энергию. Она расходуется на отопление жилых и производственных помещений, приготовление пищи и корма, подогрев воды и получение пара, подогрев почвы и воздуха в теплицах и т. П.

Автоматизация систем энергообеспечения имеет большое значение, поскольку без нее невозможно организовать экономичное, надежное и бесперебойное энергоснабжение сельских потребителей. Она является основным средством повышения безопасности труда, КПД и энергосбережения при преобразовании, передаче и использовании энергии.

Теплоснабжение сельского хозяйства осуществляют в основном от котельных и отдельных котлов низкого давления, теплогенераторов и электронагревательных установок. Котлы используют весьма широко, несмотря на их значительную металлоемкость и повышенную себестоимость тепловой энергии, а также большие потери теплоты при ее передаче от котельных к потребителям. Высокая пожароопасность и загрязненность отходами свойственны таким котлам. На их эксплуатации только в сельском хозяйстве занято более 500 тыс. операторов. Повсеместный переход на теплоснабжение от электроустановок в существенной мере устраняет указанные недостатки, но сдерживается дефицитом и высокой стоимостью электрической энергии, а также малой пропускной способностью сельских распределительных электросетей. Автоматизация котлов и теплогенераторов существенно облегчает труд операторов и частично их сокращает, повышает надежность и оперативность работы оборудования и снижает себестоимость получаемой теплоты, уменьшает на 10 % расход топлива. В то же время есть ряд потребителей, получающих теплоту только от электрической энергии, например инкубатории, электросварочные установки, установки локального обогрева молодняка птицы и животных, электрокалориферы и электроплиты.

Характеристика объекта управления.

Котлы типа АВ.

Котлы типа АВ предназначены для получения горячей воды и пара, которая может быть использована в системах теплоснабжения жилищно-коммунальных объектов, технологических нужд промышленных предприятий и сельского хозяйства, объектов промышленного и бытового назначения.

Котел АВ-3 применяется для обогрева теплиц, может работать как в водогрейном, так и в пароводогрейном режимах. В пароводогрейном режиме одновременно с нагревом воды котел вырабатывает насыщенный пар.

Котлы АВ-3 и АВ-4 - автоматизированные, жаротрубно-газотрубные, горизонтальные, с трехходовым движением газов, работают под наддувом. Для установки котлов не требуются специальные фундаменты.

Котлы предназначены для работы на природном газе. В качестве резервного топлива могут быть использован мазут.

Котлы состоят из блока котла, горелочного устройства, вентилятора, пароводяной и топливной арматуры, площадки обслуживания, системы автоматизированного управления.

Блок котла включает в себя горизонтальный барабан с дымогарными трубами и топкой, переднюю, заднюю и поворотную камеры, опорную конструкцию, паросборник.

В барабане размещается раздающее устройство обратной воды (в водо-щрейном котле), а также патрубок для отвода пара (в пароводогрейном котле). Жаровая труба соединяется сварным стыковым швом, сэлементами отбортовки переднего и заднего днищ барабана. В передней части жаровой трубы устанавливается горелка.

Доступ для осмотра внутренних поверхностей котлов — жаровой трубы, труб газохода, внутренних стенок барабана обеспечивается через лазы (один в верхней части, два — в нижней) и два лючка.

Котел установлен на раме, которая воспринимает нагрузки через две опоры. Задняя опора является неподвижной. Свобода температурных перемещений при нагреве и охлаждении барабана котла обеспечивается конструкцией передней опоре.

В задней части котла расположена охлаждаемая поворотная камера, в которой газы поворачивают из жаровой трубы в грубы второго газохода. Поворотная камера конструктивно выполнена из двух эллиптических днищ, надетых одно на другое с зазором и соединенных сваркой между собой по периферии и в центральной горловине. Камера соединяется с задним днищем через кольцо. Зазор между днищем и камерой заполняется теплоизоляционной массой (хромитовой массой ПХМ-6 или др.

В центре поворотной камеры устроен лаз, обеспечивающий доступ в жаровую трубу и заднюю поворотную камеру. Полость, образованная днищами поворотной камеры, сообщается с водяным объемом барабана котла одним подводящим и тремя отводящими патрубками.

Поворот газов из второго газохода в третий осуществлен в передней неохлаждаемой газовой камере, расположенной у фронта котла. Для очистки труб второго и третьего газоходов камера оборудована съемными дверцами, уплотняемыми прографиченным плетеным асбестовым шнуром. К опорному кольцу в центральной части газовой камеры приваривается топливно-горелочный блок.

К заднему днищу барабана присоединяется выходная газовая камера, в которой уходящие газы из обоих пучков третьего газохода объединяются и направляются к выходному патрубку, расположенному в верхней части задней стенки газохода. Осмотр соединений труб третьего газохода с задним днищем барабана котла и очистки выходного газохода возможны через две съемные крышки и лаз. Все элементы котла, имеющие повышенную температуру, имеют тепловую изоляцию.

Наружная поверхность котла покрыта теплоизоляционным материалом и металлической обшивкой.

Котлы оснащены предохранительными клапанами. Система автоматизированного управления обеспечивает автоматическое выполнение операций при пуске, регулировании нагрузки и останове котлов. Котлы могут быть укомплектованы блочными горелками фирм «Weishaupt», «SAAKE», «Oilon» и т. п.

Устройство специального фундамента для установки котла не требуется, так как нагрузка передается на пол через сравнительно большую опорную поверхность рамы.

Технические характеристики котлов приведены в таблице.

Таблица 1.1.

Наименование показателей	АВ-3		АВ-4
	Режим работы
	пароводогрейный	водо грейный	пароводогрейный	водо грейный
Паропроизводительность, т/ч	0,69	-	0,69	-
Теплопроизводительность, МВТ (Гкал/ч)	8,12 (7)
Давление, МПа (кгс/см²) абс.: пара воды	0,17 (1,7) 0,17 (1,7)	- 0,17 (1,7)	0,17(1,7) 0,9 (9)	- 0,9 (9)
Расчетное топливо	Природный газ
Расход газа, нм³/ч	849		860
Коэффициент полезного действия, %	93		92,1
Температура, ^оС: воды на входе в котел воды, пара на выходе из котла питательной воды	- 114 100	70 95 -	- 114 100	70 114 -
Габаритные размеры, мм длина ширина высота	8800 4200 4300		8800 4630 4460
Масса котла, т	23,4		25,4

Рис.1.Горелка котла.

1.2. Управление процессами в котле.

Переходные процессы в котле протекают достаточно быстро, и поэтому выполнение технологических процессов с помощью ручного управления невозможно. Водогрейные котлы оборудуют регуляторами процесса сжигания топлива, а паровые котлы — еще и регулятором питания котла водой.

Процесс управления сжиганием топлива объединяет три взаимосвязанные системы: управления тепловой нагрузкой (т. е. мощностью котла); управления экономичностью процесса сжигания топлива; стабилизации разрежения в топке.

Управление тепловой нагрузкой сводится к стабилизации тепловой нагрузки котла, и поэтому соответствующий регулятор называется регулятором тепловой нагрузки (РТН).

Тепловая нагрузка или мощность котла в установившемся режиме пропорциональна его паропроизводительности,а последняя пропорциональна давлению пара в барабане.

Регулируемый параметр процесса выработки пара — давление пара в барабане, а регулирующее воздействие — изменение подачи в топку количество топлива и воздуха, результатом чего является изменение количества теплоты Q, выделяемой в топке, и давления в барабане р. Основным внешним возмущением при регулировании р является изменение потребления пара G_n и подачи питательной воды G_nB. Оба этих возмущения не связаны с работой топки и воздействуют только на режим работы котла.

В существующих способах регулирования тепловой нагрузки объединены принципы регулирования по отклонению и по возмущению в зависимости от того, работает котел в базовом или регулирующем режиме.

В базовом режиме задача РТН — стабилизация тепловой нагрузки котла Q. При сжигании твердого топлива тепловую нагрузку котла оценивают по его паропроизводительности, а при сжигании газа или жидкого топлива она может быть определена по расходу топлива. Подачу жидкого топлива изменяют с помощью регулирующего клапана, а газообразного — регулирующей заслонки на газопроводе к котлу.

Система автоматического управления в базовом режиме настраивается таким образом, чтобы учитывать только внутренние возмущения (например, изменение качества топлива и т. д.) и не реагировать на внешние (изменение потребления пара). При изменении потребления пара, о чем свидетельствует соответствующее изменение давления р, главный регулятор изменяет задание подчиненным ему РТН отдельных котлов. В случае необходимости любой котел может быть переведен в базовый режим работы и обратно.

Управление экономичностью процесса сжигания топлива. Регулирование количества воздуха, подаваемого в топку, является основным условием экономичной работы котла. Это условие обеспечивается регулятором экономичности (РЭ), автоматически поддерживающим расчетное соотношение между количествами подаваемых в топку котла топлива G_T и воздуха G_B. Схема «топливо — воздух» применима в случае работы котла на газообразном топливе, расход которого может быть точно измерен. Расход воздуха в схемах РЭ измеряется по перепаду на воздухоподогревателе (Ар_вп). При сжигании твердого и жидкого топлива в котлах малой мощности характеристикой расхода топлива может быть принято положение исполнительного механизма ИМ регулятора РТН.

Наиболее точный способ контроля экономичности процесса горения — измерение содержания кислорода в выпускных газах. Использование этого параметра в схемах регулирования сдерживается невысокой надежностью серийных газоанализаторов.

Стабилизация разрежения в топке. Наличие небольшого (20...30 Па) постоянного разрежения в верхней части топки исключает выброс газов в помещение котельной, способствует устойчивости горения и является косвенным признаком материального баланса между нагнетаемым в топку воздухом G_B и выпускными газами G_r.

Регулятор разрежения воздействует на направляющий аппаратдымососа, а при работе дымососа на группу котлов — на поворотную заслонку в газоходе за водяным экономайзером. Топка котла, как объект регулирования разрежения обладает весьма незначительной инерцией.

Автоматическое управление процессом питания котла водой определяется жесткими требованиями к точности поддержания ее уровня в барабане, которые объясняются опасностью заброса воды в пароперегреватель («перепитка» котла) или оголения и пережога экранных труб («упуск» уровня).

Особенность барабана котла как объекта регулирования — заполнение его двухфазной средой (пароводяной смесью), плотность которой существенно зависит от давления.

Автоматическое регулирование температуры воды осуществляется в соответствии с температурой наружного воздуха, как того требует температурный график тепловой сети

В водогрейных котельных принципы регулирования температуры Г_пр прямой воды зависят от вида сжигаемого топлива.

При сжигании газа минимальная температура воды на входе в котел должна быть не менее 60 , при сжигании малосернистого мазута — 70, высокосернистого — 110 °С и более. Поскольку большую часть отопительного периода температура 7 обратной теплофикационной воды не превышает 60 °С, то нужное значение температуры воды на входе в котел достигается подмешиванием к ней с помощью рециркуляционных насосов части воды, нагретой в котлах.