kotel (Система автоматизации на котлоагрегатах), страница 6

Регулирование уровня в барабане котла осуществляется регулятором РУ. Команда уровня передается на регулирующий клапан РК. При снижении уровня клапан открывается. При увеличении уровня – прикрывается.

Такой представляется упрощенная картина регулирования уровня. На самом деле на уровень в барабане котла влияет целый ряд факторов. К этим факторам относится тепловая нагрузка топки, давление пара в барабане котла, расход пара из барабана котла и подача питательной воды в барабан.

В установившемся состоянии теплового режима количество тепла, воспринимаемое экранными трубками, во времени постоянно и количество образовавшегося пара в котле соответствует количеству пара, отбираемому потребителем. При этом количество пузырьков пара в экранных трубках постоянна плотность и объем пароводяной эмульсии.

Любое нарушение установившегося состояния теплового режима приводит к изменению соотношения между средним содержанием пара и воды в экранных трубах.

При увеличении тепловой нагрузки топки количества тепла, передаваемое поверхностями нагрева, увеличивается, следовательно, увеличивается интенсивность парообразования. Увеличение количества пузырьков пара в пароводяной эмульсии приводит к увеличению объема, что сказывается на уровне в барабане котла – уровень увеличивается. Увеличение давления в барабане котлоагрегата приведет к уменьшению содержания пара в пароводяной эмульсии, так как при повышенном давлении часть пузырьков пара сконденсируется и превратится в воду. Поэтому при повышении давления уровень будет понижаться.

Рассмотрим процесс изменения уровня при возмущении теплового процесса в случае нагрузки на котел.

Увеличение потребления пара потребителям при неизменной подаче топлива приведет к уменьшению давления в барабане котла, что вызовет увеличение объема пароводяной эмульсии, так называемое «набухание». В результате эффекта «набухания» уровень в барабане котла довольно значительно возрастет. Величина изменения уровня зависит от тепло напряженности поверхностей нагрева и количества воды, содержащейся в котле.

В котлах с большим водяным объемом, не имеющих экранных поверхностей, изменение уровня при изменении нагрузки почти не ощущается. В котлах с одним барабаном и сильно развитым топочным экраном « набухание» уровня может достигнуть величины порядка сотен миллиметров.

Увеличение уровня в барабане котла воспринимается регулятором как сигнал к снижению подачи питательной воды. Уменьшение количества питательной воды, подаваемой в барабан котла, приведет к увеличению температуры воды, а, следовательно, к еще большему «набуханию». Однако с увеличением нагрузки котла количество воды, уходящей в виде пара, увеличивается, что в конце концов приведет к устойчивому снижению уровня в барабане.

Таким образом, увеличение нагрузки сначала приведет к резкому увеличению в результате «набухания», а затем к снижению его в результате повышенного расхода воды.

Для того чтобы регулятор реагировал на причины, вызывающие изменения уровня, он должен воспринимать сигналы не только уровня в барабане котла, но и расхода пара, а часто и расхода питательной воды, подаваемой в котел. Причем сигнал расхода пара подают в регулятор со знаком, обратным сигналу уровня.

В результате явления «набухания» уровень в барабане котла изменяется настолько быстро, что регулятор не может повлиять на величину этого отклонения. Даже полное закрытие клапана питательной воды в момент увеличения нагрузки почти не уменьшает отклонение уровня в процессе «набухания». Но если позволить регулятору полностью закрыть питательный клапан, то возникает опасность упуска уровня в последующий период, когда уровень начнет устойчиво снижаться за счет несоответствия подачи воды в барабан и расхода пара.

Поэтому, при введение в регулятор сигнала по расходу пара процесс регулирования будет выглядеть следующим образом: в первый период после увеличения нагрузки регулятор, приняв сигнал увеличенного расхода пара, выдаст команду на питательный клапан и он начнет открываться; в следующий период начнется «набухание», этот сигнал заставит регулятор прекратить команду на открытие питательного клапана. Если после этого уровень в барабане не установится, а будет изменяться, то этот сигнал изменения уровня, не скомпенсированный сигналом расхода, снова приведет к перемещению питательного клапана до восстановления уровня.

Если питательный насос подает воду на параллельно работающие котлы, то при отключении одного из них давление, создаваемое питательным насосом, увеличится (впоследствии уменьшения нагрузки котла). Увеличение давления приведет к повышенному количеству воды, подаваемой в оставшиеся в работе котлы, вследствие чего уровень в них повысится. Для предупреждения подобного явления в регулятор заводят еще один сигнал – по расходу питательной воды.

Автоматический процесс регулирования теплового режима котельного агрегата, работающего на турбину, осложняется еще тем, что турбина и котел как объект регулирования имеют разные скорость разгона, т.е. скорости восстановления номинала параметра. Турбина может изменять потребление пара со скоростью, сопоставимой с временем закрытия регулирующих клапанов. Изменение выработки пара котлом происходит значительно медленнее. Поэтому при резком сбросе или наборе нагрузки давление пара в паропроводе перед турбиной может значительно меняться.

Для защиты от резкого повышения давления в паропроводе служит быстро включающаяся редукционно-охладительная установка БРОУ. При сбросе нагрузки, когда давление пара быстро растет и регулятор нагрузки не успевает привести агрегат в нормальный режим, давление может подняться выше определенного предела, тогда регулятор давления РЛ открывает клапан БРОУ и сбрасывает излишек пара в конденсат турбины.

Обычно давление, на которое настроен регулятор РД, несколько выше настройки регулятора нагрузки, и до тех пор, пока регулятор нагрузки РН не приведет давление в барабане в норму, регулятор РД с помощью БРОУ будет поддерживать давление несколько выше нормального.

На такте газового топлива обязательно устанавливается отсечный клапан ОК. Его задачей является обеспечить отсечку газа в случае погасания факела в топке котла, иначе газ может выходить в помещение котельной. В качестве датчика погасания пламени используется фотоэлемент или термопара. Ток, проходя по обмоткам соленоида клапана ОК, удерживает его в открытом состоянии. При погасании пламени выходной сигнал термопары уменьшается, и клапан ОК закрывается. При розжиге котла клапан ОК открывается вручную.

Штрих пунктиром показаны связи автоматически, когда котел работает не в индивидуальном режиме, а в групповом – несколько котлов работают на один паропровод. В этом случае нельзя вести регулирование только индивидуальными регуляторами РН, так как при падении давления в магистрали оно упадет и на барабане каждого котла. Регулятор нагрузки каждого агрегата будет стремиться восстановить давление. Но так как агрегаты имеют разную инерционность, то те из них, которые менее инерционны (у которых скорость разгона больше), быстрее наберут необходимую мощность и быстрее восстановит давление. Но восстановление давления на барабане - это то же, что восстановление давления на магистральном паропроводе. Поэтому регуляторы котлов с большей инерционностью перестанут набирать нагрузку. Таким образом, котлы окажутся загруженными неравномерно.

Поэтому на электростанциях с общими паропроводами (поперечными связями между котлами и турбинам) применяются схемы каскадного регулирования давления пара с главным корректирующим регулятором.

Импульс давления отбирается в характерной точке общего паропровода и посылается на корректирующий регулятор КР. Корректирующий регулятор в свою очередь меняет задание основным регуляторам. Сигнал к основному регулятору котла в этом случае приходит от какого – либо другого параметра, например от расхода пара котлом. Регулятор РН подает команду на расход топлива в зависимости о количества отбираемого пара из котла, но при колебаниях давления в магистрали главный регулятор КР изменяет задание основному регулятору: у более инерционных котлов задание увеличивается, а у менее инерционных – уменьшается.

3.2Техническое задание на создание новой АСУ

3.2.1. Требования, предъявляемые к системе автоматизированного управления

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) – это автоматизированная система управления для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления. В соответствии с принятым критерием управления АСУ ТП свойственны следующие признаки:

- АСУ ТП – это человеко-машинная система, в которой человек играет важнейшую роль, принимая в большинстве случаев содержательное участие в выработке решений по управлению;

- автоматические устройства в АСУ ТП - управляющие вычислительные комплексы (УВК), выполняющие трудоемкие операции по сбору, обработке и переработке информации;

- цель функционирования АСУ ТП – оптимизация работы объекта путем соответствующего выбора управляющих воздействий.

АСУ ТП нового поколения обеспечивают автоматизированный процесс принятия решений по управлению технологическим объектом как единым целым. Для этого в АСУ ТП применяются различные “интеллектуальные” автоматические устройства переработки информации, и прежде всего – современные программно-технические комплексы.

Исходя из особенностей технологии, оборудования и поставленных задач управления на котлоагрегате, а также из общих принципов построения современных систем автоматизированного управления выделим требования предъявляемые системе. Система автоматизированного управления должна:

1. вести постоянный контроль над технологическим процессом, состоянием технологического оборудования;

2. обеспечить возможность управления процессами и оборудованием с помощью средств полевой автоматики;

3. обрабатывать показания аналоговых и дискретных датчиков и вести мониторинг технологического процесса с помощью пультов управления;

4. производить диагностику и сигнализацию нарушений и аварийных ситуаций с их протоколированием;

5. обеспечить возможность дистанционного управления регулирующими исполнительными механизмами, запорными пневмоклапанами

6. и пуском-остановом приводов насосов, а также ведение истории их состояния;

7. вести локальное регулирование, в основном автоматическая стабилизация технологических параметров (расход, уровень и т.п.);

8. производить каскадное управление расхода питающего гидрата. В состав алгоритма верхнего каскада управления входят:

• алгоритм управления производительностью участка;

• алгоритм распределения нагрузки между сгустителями;

1. производить расчет и прогноз сводных технологических и технико-экономических параметров и оперативный контроль над ними в часовом, сменном и месячном разрезах;

2. обеспечить связь с существующей общезаводской управляющей сетью ПЭВМ;

3. производить хранение и представление значений измеренных и расчетных величин.

Так же следует не забывать, что человек (выполняющий главенствующую роль в управлении процессом) подвержен влиянию множества внешних факторов. Поэтому следует также предусмотреть возможность слежения за действиями оператора, наложить ряд ограничений на ввод управляющих воздействий.

3.2.2 Требования к контроллерам

Контроллер – это вычислительное устройство, спрограммированное для применения в промышленности с учетом требований в надежности, безотказности в работе и простоты в обслуживании.

Главное качество, по которому следует проводить выбор контроллера – это быстродействие. Контроллер кроме этого должен обладать следующими свойствами:

• Компактность; очень удобна модульная структура контроллера, позволяющая гибко подбирать конфигурацию, исходя из потребности заказчика;

• Наличие резервных модулей (не менее одного модуля каждого типа) должно иметься в наличии на случай необходимости замены модуля.

• Время, предоставленное на замену модуля, начиная с момента выхода его из строя, должно быть с вероятностью 95 % - 1час.

3.2.3 Требования к информационным потокам

В сервере УВК должны сохраняться данные, полученные обработкой показаний датчиков, в результате технико-экономических расчетов и расчетов по алгоритмам управления. Ниже в таблице 3.1 приведены ориентировочные количественные характеристики объемов сохраняемых данных в текущей (ТБ) и архивной (АБ) базе данных.

Необходимо предусмотреть для обмена информацией между создаваемым комплексом и существующей сетью ИУС через систему связи типа Ethernet: оборудование, алгоритмы обмена информацией и программное обеспечение со стороны комплекса.

Таблица 3.1 Характеристика информационных баз данных

Цикл работы контуров регулирования и опроса датчиков - не более 1 секунды. Максимальное время передачи сообщения от любого датчика до пульта – 2 секунды, от пульта оператора до регулирующего органа – 2 секунды, максимальное время ожидания видеокадра – 2 секунды.

1. Выбор основных технических решений по управляющему вычислительному комплексу, ПО системы, пульту оператора, полевой автоматики и сети

1. Выбор УВК

Выбор наиболее приемлемого варианта автоматизации представляет собой многокритериальную задачу, решением которой является компромисс между стоимостью, техническим уровнем, затратами на сервисное обслуживание и другими показателями.