Одним из важнейших показателей конструкции котлоагрегата является его циркуляционная способность. Равномерная и интенсивная циркуляция воды и паровой смеси способствует смыванию со стены пузырьков пара и газа, выделяющихся из воды, а так же препятствует отложению на стенках накипи, что в свою очередь обеспечивает невысокую температуру стенок (200-400 С), ненамного превышающую температуру насыщения и еще не опасную для прочности котельной стали. Паровой котел ДЕ -10-14 Г. принадлежит к котлам естественной циркуляцией.
1.3 Обоснование необходимости контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров
Регулирование питания котельных агрегатов и регулирование давления в барабане котла главным образом сводится к поддержанию материального баланса между отводом пара и подачей воды. Параметром, характеризующим баланс, является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котельного агрегата во многом определяется качеством регулирования уровня. При повышении давления, снижение уровня ниже допустимых пределов, может привести л нарушению циркуляции в экранных трубах, в результате чего 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 поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования. Качество регулирования питания также определяется равенством подачи питательной воды. Необходимо обеспечить равномерное питание котла водой, так как частые и глубокие изменения расхода питательной воды могут вызвать значительные температурные напряжения в металле экономайзера.
Барабанам котла с естественной циркуляцией присуща значительная аккумулирующая способность, которая проявляется в переходных режимах. Если в стационарном режиме положение уровня воды в барабане котла определяется состоянием материального баланса, то в переходных режимах на положение уровня влияет большое количество возмущений. Основными из них являются. изменение расхода питательной воды, изменение паросъема котла при изменении нагрузки потребителя, изменение паропроизводительности при изменении при изменении нагрузки топки, изменение температуры питательной воды.
Регулирование соотношения газ-воздух необходимо как чисто физически, так и экономически. Известно, что одним из важнейших процессов, происходящих в котельной установке, является процесс горения топлива. Химическая сторона горения топлива представляет собой реакцию окисления горючих элементов молекулами кислорода. Для горения используется кислород, находящийся в атмосфере. Воздух в топку подается в определенном соотношении с газом посредством дутьевого вентилятора. Соотношение газ-воздух примерно составляет 1.10. При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива. Не сгоревший газ будет выбрасываться в атмосферу, что экономически и экологически не допустимо. При избытке воздуха в топочной камере будет происходить охлаждение топки, хотя газ будет сгорать полностью, но в этом случае остатки воздуха будут образовывать двуокись азота, что экологически недопустимо, так как это соединение вредно для человека и окружающей среды.
Система автоматического регулирования разряжения в топке котла сделана для поддержания топки под наддувом, то есть чтобы поддерживать постоянство разряжения (примерно 4 мм.вод. ст.). При отсутствии разряжения пламя факела будет прижиматься, что приведет к обгоранию горелок и нижней части топки. Дымовые газы при этом пойдут в помещение цеха, что делает невозможным работу обслуживающего персонала.
В питательной воде растворены соли, допустимое количество которых определяется нормами. В процессе парообразования эти соли остаются в котловой воде и постепенно накапливаются. Некоторые соли образуют шлам - твердое вещество, кристаллизующееся в котловой воде. Более тяжелая часть шлама скапливается в нижних частях барабана и коллекторов.
Повышение концентрации 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 данном случае автоматически не регулируется. Расчетное значение продувки парогенераторов при установившемся режиме определяется из уравнений баланса примесей к воде в парогенераторе. Таким образом, доля продувки зависит от отношения концентрации примесей в воде продувочной и питательной. Чем лучше качество питательной воды и выше допустимая концентрация примесей в воде, тем доля продувки меньше. А концентрация примесей в свою очередь зависит от доли добавочной воды, в которую входит, в частности, доля теряемой продувочной воды.
Сигнализация параметров и защиты, действующие на останов котла, физически необходимы, так как оператор или машинист котла не в силах уследить за всеми параметрами функционирующего котла. Вследствие этого может возникнуть аварийная ситуация. Например при упуске воды из барабана, уровень воды в нем понижается, вследствие этого может быть нарушена циркуляция и вызван пережег труб донных экранов. Сработавшая без промедления защита, предотвратит выход из строя парогенератора. При уменьшении нагрузки парогенератора, интенсивность горения в топке снижается. Горение становится неустойчивым и может прекратиться. В связи с этим предусматривается защита по погашению факела.
Надежность защиты в значительной мере определяется количеством, схемой включения и надежностью используемых в ней приборов. По своему действию защиты подразделяются на действующие на останов парогенератора; снижение нагрузки парогенератора; выполняющие локальные операции.
2. Общая характеристика объекта управления и классификация переменных величин
Парогенератор представляет собой теплотехнологическое устройство, преобразующее воду в пар заданных параметров с помощью теплоты сгорания топлива.
Объектом управления является процесс преобразования воды в пар, характеризуемый входными и выходными параметрами:
Входные:
Y1-производительность котла по воде;
Y2-температура воды;
Y3 - уровень воды в барабане;
Y4-давление в газовой магистрали;
Y5-расход воздуха на горение;
Y6-температура воздуха;
Y7-давление воды;
Y8-расход отходящих газов;
Y9-давление в барабане.
Выходные:
X1-производительность котла по пару;
X2-температура отходящих газов;
X3-температура факела;
X4-расход газа.
3. Функциональная схема системы стабилизации разрежения газов в топке котла
Датчик РЕ измеряет величину давления в топке котла. Выходной сигнал датчика давления РЕ подается на вторичный прибор PR, который установлен по месту. Далее сигнал передается на регулятор PIC, который сравнивает его с сигналом задатчика Н при равенстве нулю этих сигналов, выходной сигнал от регулятора отсутствует. При расхождении регулятор PIC вырабатывает сигнал, который в электронных блоках регулятора усиливается и преобразуется. Далее сигнал подается на ключ SA1, предназначенный для переключения режимов управления «автоматический - полуавтоматический». «Выходной сигнал с ключа SA1 подается на усилитель мощности NS». Усиленный сигнал поступает на исполнительный механизм М1, состоящий из размещенных в одном корпусе электродвигателя и редуктора. Исполнительный механизм М1 изменяет положение газового клапана это приводит к изменению расхода газа. При этом давление пара в парогенераторе изменяется до тех пор пока парогенератор не выйдет на заданный режим давления. Кнопочный переключатель SB1 предназначен для установленного включения электродвигателя исполнительного механизма М1 в ручном режиме управления.
4. Подбор приборов и средств автоматизации
Преобразователь измерительный разности давлений Сапфир-22М-ДВ (модель 2240):
- наибольшее отклонение действительной характеристики от номинальной статической характеристики - ±γ=0,25%;
- предел допускаемой основной погрешности - ±γ=0,5%.
α=0,716- исходный коэффициент расхода стандартных диафрагм в зависимости от m
ρ=0,6679
0,111744 кгс/см2=11 кПА
Датчик избыточного давления Сапфир - 22-ДД (модель 2434).
При измерении избыточного давления, абсолютного давления, давления-разрежения датчиками Сапфир-22 (ДИ, ДА, ДИВ) давление рабочей среды подается в камеру «+», при этом камера «-» сообщается с атмосферой. При измерении разрежения (ДВ) убывающее давление перемещает мембрану в сторону, противоположную от избыточного давления.
При измерении разности давлений (ДД) положительное и отрицательное давления подаются в камеры «+» и «-» соответственно.
Давление (разность давлений) рабочей среды воздействует на мембраны (мембраны соединены между собой центральным штоком, который связан с концом рычага тензопреобразователя) и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя.
В датчиках Метран-22 моделей 2151, 2161, 2171, 2351, 2051, 2061 давление рабочей среды воздействует непосредственно на мембрану тензопреобразователя.
Чувствительный элемент - пластина монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя. Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны (деформация мембраны тензопреобразователя) приводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал с выхода мостовой схемы датчиков с АП поступает в электронный блок, где преобразуется в унифицированный токовый сигнал.
Микропроцессорный электронный преобразователь датчиков с МП, МП1 принимает аналоговый сигнал от преобразователя давления и преобразовывает его в цифровой код.
Микроконтроллер принимает цифровой сигнал, производит коррекцию и линеаризацию характеристики преобразователя давления, передает цифровой сигнал в цифро-аналоговый преобразователь, который преобразует его в выходной токовый.
Энергонезависимая память АЦП предназначена для хранения коэффициентов коррекции характеристик преобразователя давления.
Блок регулирования и установки параметров предназначен для изменения параметров датчика.
Применение микропроцессорной электроники обеспечило возможность самодиагностики, контроля и настройки параметров датчиков непосредственно на месте эксплуатации.
Контроль и настройка параметров датчика осуществляются с помощью трехкнопочного переключателя и индикаторного устройства (жидкокристаллический индикатор ЖКИ).
Кнопки 1 и 2 переключателя используются для:
- контроля настройки параметров датчика;
