Системы управления и оптимизации работы котлов
серий Е, ДЕ, ДКВР, К, КВ, КВГМ, ГМ, БКЗ, ПТВМ

 

 

 

1. Введение 

Значительное число предприятий на территории стран СНГ испытывают острую необходимость в модернизации систем контроля и управления основного технологического оборудования. Это обусловлено, помимо моральной деградации, исчерпанием физического ресурса средств КИПиА (как правило, оборудование находится в эксплуатации 15-20 и более лет), а также отсутствием запасных частей (большинство используемых приборов снято с производства).

Задача реконструкции теплоиспользующего оборудования на промышленных предприятиях и в энергетической отрасли приобретает всё более актуальный характер. Во-первых, это связано с тем, что значительная часть оборудования не только морально и физически устарела, но и может являться потенциальным источником опасности даже при минимальных отклонениях рабочих параметров от штатных показаний. Во-вторых, прямые (тепловые) и косвенные потери (частый ремонт, замена дорогостоящих узлов) в процессе эксплуатации изношенного оборудования становятся весомыми при оценке себе стоимости выпускаемой продукции и снижают рентабельность всего предприятия. С другой стороны, качественный скачок в повышении эффективности работы предприятия, связанный с заменой старого оборудования на новое, менее энерго- и теплоёмкое, затруднителен из-за больших размеров требуемых капиталовложений, срок окупаемости которых является существенным. Немаловажным фактором, влияющим на эффективность функционирования любого технологического оборудования и теплового особенно, является состояние и надёжность его контрольно-измерительных и управляющих средств. Состояние и технические возможности установленных ранее аппаратных средств контроля и управления технологическими и тепловыми процессами оцениваются как удовлетворительные. Ремонт этих приборов затруднителен из-за отсутствия запасных частей, а замена на аналогичные морально устаревшие не спасает от «грубости» регулирования и оценки рабочего состояния. Зачастую такие приборы входят в конфликт с установленными новыми приборами, являющимися более мобильными и быстродействующими.

Наилучшим решением в этой ситуации является разработка полномасштабных интегрированных АСУ ТП взамен устаревших систем, а также внедрение современного технологического оборудования, позволяющего максимально использовать возможности систем управления и тем самым добиться качественно нового уровня технологии. По сравнительным оценкам такой подход экономически оправдан и по объему затрат на внедрение, и по показателям эффективности ( э к о н о м и и энергоресурсов, снижению аварийности, более рациональному использованию оборудования). Кроме того, появляются возможности реализовывать широкий круг экологических мероприятий и повысить общую культуру производства.

С учетом всего вышесказанного, задача автоматизации котельного хозяйства предприятий становится все более актуальной. В условиях возрастающей конкуренции сокращение затрат на энергоносители является одним из главных факторов, определяющих успех предприятия. Как показывает практика постоянного повышения цен на энергоносители, внедрение систем автоматизации и оптимизации работы котлов поможет существенно снизить годовые затраты предприятия.

Особенно важно учитывать то, что стареющая котельная автоматика не всегда может защитить котел и обслуживающий его персонал от аварийных ситуаций. Тогда, в лучшем случае, владелец котла отделывается затратами на проведение его ремонта, в худшем – многомиллионными убытками, связанными с авариями и простоями технологического оборудования.

Кроме того, требования надзорных органов к устройству и эксплуатации котлов постоянно ожесточаются, вводятся новые санкции к предприятиям, не обеспечивающим допустимые уровни выбросов продуктов горения в окружающую среду, не внедряющим энергосберегающие технологии и проч.

Вышеуказанные причины обуславливают возрастающий спрос на автоматизацию котлов с применением современных технологий.

 

2. Основные преимущества внедрения системы управления и оптимизации работы котлов (СУОРК).

Котлоагрегат является энергетической установкой, в процессе эксплуатации которой с высокой динамикой изменяются связанные между собой технологические параметры. СУОРК позволяет оптимизировать эти параметры по экономическим, экологическим, эргономическим и прочим показателям. Поэтому среди главных целей создания описываемой системы можно выделить следующие.

Предлагаемая система, в зависимости от выбранной Заказчиком конфигурации, обеспечивает:

• частичную или полную автоматизацию работы котла за счет модульной структуры системы;
• экономию 2…5 % - топлива (газа, мазута); до 10% - угля;
• экономию 40 …70% электроэнергии (в т. ч. полностью исключить потребление реактивной мощности из электросети);
• динамическое поддержание максимального к.п.д. котла во всем диапазоне его нагрузок в автоматическом круглосуточном режиме;
• выполнение требований экологических норм по выбросам в атмосферу в любой момент времени;
• более высокую безопасность и надежность работы котла - исключение аварийных ситуаций за счет субъективных факторов (нарушение технологии розжига ;
• технический или коммерческий учет энергоресурсов (тепловой, электрической энергии, газа, теплоносителя и т.п.) на входе и выходе котлоагрегата (в т.ч. - отпускаемых субабонентам);
• увеличение срока службы в 3-5 раз исполнительных устройств котла (в т.ч. - тягодутьевых, запорной аппаратуры и др.);
• резкое сокращение объема эксплуатационных, удельных капитальных и ремонтно-восстановительных затрат;
• Заказчик получает законченное комплексное решение для объекта в целом от одного поставщика со сроком окупаемости – 0,5…2,0 лет.

Технические преимущества внедрения системы:

• высокая гибкость исполнения в зависимости от потребностей Заказчика, модульная структура построения с наращиваемыми уровнями автоматизации котельной установки – от управления отдельными агрегатами и узлами котла до полной его автоматизации с визуализацией параметров и хранением данных;
• качественно более высокий уровень решения задач управления, регулирования, оптимизации и контроля современными техническими средствами, контроль (телемеханика) режимов работы оборудования и его состояния;
• обеспечивается надежная работа со «слабыми» сетями электроснабжения и плохим качеством электроэнергии; стабильная работа в широком диапазоне напряжений питающей сети и высокая устойчивость при провалах напряжения питания;
• тесная связь с существующей автоматикой котла;
• быстрый ввод системы в эксплуатацию на объекте.

Преимущества, которые дает внедрение СУОРК для сотрудников предприятия-заказчика:

Директору по финансам

• возможность получения прибыли из недоступных ранее источников (экономия топлива и ресурсов, расширение зон обслуживания, сокращение количества простоев, улучшение качества тепло- водоснабжения, а также готовой продукции);
• более эффективное использование денежных средств, традиционно уходящих «в дыру» под названием «эксплуатационные издержки».

Главному инженеру

• получение системы управления и мониторинга котлов современного уровня; переход на качественно другой уровень управления производством;
• возможность получать объективную информацию о происходящих событиях и оперативно принимать правильные решения.
• вести технический и коммерческий учет энегоносителей.

Начальнику ПТО

• возможность анализа работы технологического оборудования за счет архивирования входных и выходных данных с заданной глубиной архива;
• возможность построения любых зависимостей;
• накопление статистики, любые расчеты по известным или разработанным на месте алгоритмам (эффективность, кпд, затраты, и т.д.);
• ведение любых заранее оговоренных форм отчетности.

Начальнику котельного цеха

• повышение срока службы технологического оборудования;
• снижение аварийности за счет надежно работающей автоматики;
• поддержание оптимальных режимов работы котлов за счет автоматического регулирования параметров;
• ведение журнала наработки оборудования;
• возможность планирования ремонтов и остановов;
• анализ работы машинистов и оборудования;
• разбор аварийных ситуаций на основании архивных данных (фактов), а не слов и объяснительных.

Оператору-технологу (машинисту) котла

• автоматическое выполнение рутинных операций; возможность переключения между автоматическим и ручным режимами работы
• полнота и наглядность информации о процессах, происходящих в котле, с управлением от единого АРМ оператора;
• система защит, блокировок, предупреждений и сигнализация в требуемом объеме;
• полное информационное обеспечение работы с реализацией поддержки «информационного поля» (нужная глубина детализации при сохранении контроля за процессом в целом);
• отображение информации на экране - на русском языке, в удобной форме; автоматическая генерация отчетов всех видов;
• возможность вмешаться в работу системы на любой стадии и режиме работы.

Начальнику цеха ТАИ (КИПиА)

• возможность создания привлекательных рабочих мест за счет получения новейшей техники;
• компьютеризация службы, ее насыщение современными приборами;
• разбор аварийных ситуаций на основании архива;
• внедрение современного надежного оборудования, обеспечивающего минимальные временные затраты на установку и ремонт. ) ;
• полная диагностика подключенного оборудования (датчиков, механизмов);
• дополнительный сервис при работе с исполнительными механизмами (контроль времени движения, снятие расходных характеристик и т.д.);
• рабочая документация на русском языке в бумажном и электронном виде.

Начальнику отдела снабжения

• отсутствие проблем с многочисленными поставщиками, так как все поставляется одной фирмой;
• отсутствие проблем с запчастями.

 

3. Общие положения.

Система СУОРК (далее система) предназначена для автоматического управления, оптимизации работы и контроля при эксплуатации паровых и водогрейных котлов, работающих на природном газе, мазуте или пылеобразном топливе.

Внедрение системы позволит повысить эффективность производства тепловой энергии за счет реализации оптимальных режимов сжигания топлива, повышения производительности оборудования и оперативности управления технологическим процессом, внедрения энергоэффективных технологий, а также снизить аварийность и увеличить срок службы оборудования, уменьшить численность обслуживающего персонала и влияние человеческого фактора в производственном процессе и, одновременно, повысить экологические характеристики котельной и культуру производства.

Система СУОРК может применяться в:

• коммунальных (жилищнокоммунального хозяйства) котельных системах отопления и горячего водоснабжения с водогрейными котлами различной производительности от 1 до 100 Гкал/ч (мощность 1…116 МВт);
• промышленных котельных по выработке насыщенного или перегретого пара для технологических нужд и систем отопления предприятий и организаций с паровыми котлами производительностью до 75 т/ч (мощность до 50 МВт) типов ДЕ, ДКВР, К, БКЗ, работающими под разрежением (с вентиляторами и дымососами);
• котельных цехов тепловых паротурбинных электростанций ТПЭС, теплоэлектроцентралей ТЭЦ с паровыми и водогрейными котлами большой производительности до 400 т/ч, 200 Гкал/ч (мощностью до 300 МВт).

СУОРК в полной комплектации может автоматически управлять работой всех узлов и агрегатов котельной установки, в том числе - имеющими приводные асинхронные электродвигатели:

• тягодутьевыми устройствами — вентиляторами и дымососами;
• насосными агрегатами — сетевыми, подпиточными, рециркуляционными и др. насосами;
• запорной и регулирующей арматурой подачи топлива, воды, воздуха, отходящих газов (клапанами, задвижками, направляющими аппаратами, проч.).

 

4. Структура и конструктивные особенности системы СУОРК.

Комплекс технических средств СУОРК является материальной базой, на основе которой в совокупности с программой, составленной в соответствии с алгоритмами функционирования котла, реализуются задачи управления технологическим процессом и информационного обслуживания эксплуатационного персонала.

В зависимости от объекта установки и требований Заказчика система СУОРК может быть реализована на базе различных технических средств и иметь различную функциональность.

Структура СУОРК является иерархической и распределенной. Такое построение системы повышает ее живучесть, так как отказ отдельных технических средств на различных уровнях иерархии приводит лишь к отказу выполнения части функций системы.

 

Рис.1 – Общая трехуровневая структурная схема СУОРК

ПЧ – преобразователь частоты.

 

На нижнем уровне располагаются датчики давления, перепада давления, температуры, уровня, исполнительные механизмы, блоки питания, электромагнитные пускатели, промежуточные реле, блоки бесперебойного питания, а также средства дистанционного управления (местные посты) исполнительными механизмами (задвижками, клапанами и др.), позволяющие оператору вести технологический процесс при неисправности СУОРК (для ручного аварийного режима работы или в процессе наладки).

В соответствии с требованиями Заказчика система СУОРК может функционировать с уже установленными технологическими датчиками и исполнительными устройствами, часть которых по причинам морального и физического износа может заменяться новыми или модернизироваться в соответствии с требованиями управления. Датчики, первичные преобразователи и исполнительные устройства могут не иметь унифицированных входных и выходных сигналов. При этом, решения о их модернизации и доработках оговариваются в ТЗ.

Датчики и первичные преобразователи размещаются по месту, непосредственно у технологического и электротехнического оборудования котла.

Логика управления реализуется на среднем уровне системы, где расположен основной модуль системы, базирующийся на промышленном программируемом контроллере производства Siemens (Германия) или Unitronics (Израиль), оснащенном необходимыми устройствами ввода/вывода информации. Выбор основного контроллера согласуется с Заказчиком и зависит от типа котла, количества и типа сигналов датчиков, а также от требований к функциональности и надежности работы всей системы СУОРК и ее подсистем.

Могут применяться следующие серии контроллеров ( Siemens / Unitronics ):

• Simatic S7-200 / V120 - для котлов невысокой производительности и функциональности системы;
• Simatic S7-300 / V230, V280 - для котлов средней и большой производительности с повышенной функциональностью системы;
• Simatic S7-400 - для котлов большой производительности (свыше 100 Гкал/час) с повышенной функциональностью системы, а также в тех случаях, где требуется повышенная надежность работы с обеспечением «горячего» резервирования контроллеров.

Все указанные контроллеры Unitronics имеют встроенные средства отображения (текстовой или ЖКИ-дисплей) и управления, поэтому надобность в дополнительной операторской панели практически отпадает. В качестве подобной альтернативы при установке контроллера Siemens может служить интегрированная система Simatic С7 со встроенным дисплеем и кнопочной клавиатурой.

По требованию Заказчика могут быть применены контроллеры производства OMRON (Япония) или Schneider (Франция).

Основной модуль представляет собой комплекс технических и программных средств. Контроллер выполняет функции сбора, обработки информации, управления, регулирования и защиты котла от нештатных ситуаций, подачи предупредительной и аварийной сигнализации, блокировок, выдачи сигналов в штатную котельную автоматику и др.

Конструктивно основной модуль контроллера выполнен в виде отдельного шкафа со своим пультом управления и панелью для отображения параметров. В состав шкафа входят все требуемые для функционирования блоки и модули контроллера, а также релейно-контакторная аппаратура управления исполнительными устройствами (при невысокой функциональности системы). Для доступа к электронным модулям и клеммам для подключения датчиков и исполнительных механизмов шкаф оборудован дверью с замком.

Для систем средней и высокой функциональности релейно-контакторная аппаратура размещается в отдельных шкафах автоматики, размещаемых рядом с существующим щитом котельной автоматики. Шкафы автоматики предназначены для непосредственного управления исполнительными и регулирующими устройствами. В одном шкафу может быть расположено оборудование силовой автоматики для управления 15-25 исполнительными устройствами. В качестве компонентов силовой автоматики используются, в основном, автоматические выключатели, контакторы, реле, бесконтактные полупроводниковые коммутирующие элементы производства фирм Siemens , Rade Koncar (Македония) и др.

При построении систем СУОРК средней и высокой функциональности (в том числе – при управлении группой котлов по схеме «главного регулятора») в качестве подсистем сбора информации с датчиков и первичных преобразователей могут использоваться станции распределенного ввода-вывода серии ЕТ200 пр-ва Siemens или модули удаленного ввода информации серий ADAM пр-ва Advantech. Станции и модули ADAM могут устанавливаться рассредоточено, в непосредственной близости к существующим клеммным соединениям цепей датчиков. Обмен информацией между ними и основным модулем осуществляется по интерфейсу RS-485 с помощью витой пары.

В каждом конкретном случае реализации системы конструкция и наполнение шкафов может изменяться.

В верхний уровень системы входят средства, реализующие функции отображения информации в различной форме, ее архивирование и запись, а также функции дистанционного управления основным модулем контроллера (средний уровень) путем прямого регулирования ИУ или изменения параметров и уставок регулирования ИУ.

Техническим средством реализации верхнего уровня является автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора на базе персонального компьютера (рабочей станции) или промышленного компьютера (для повышения надежности в ответственных применениях).

Компьютер снабжается всеми необходимыми модулями для реализации указанных Заказчиком функций. Операторская станция устанавливается на центральном посту управления котлом и связана с основным контроллерным модулем по сети Ethernet.

Для повышения надежности функционирования верхнего уровня системы может устанавливаться дополнительная операторская станция для дублирования функций и «горячего» резервирования.

Система СУОРК надежно интегрируется с существующей автоматикой безопасности котла. При этом установленная автоматика управления (регулирования) на котле по согласованию с Заказчиком выводится в «холодный» резерв, либо демонтируется.

 

5. Описание функций и работы подсистем СУОРК.

5.1 Функции основного модуля.

К основным функциям относятся:

• сбор данных от установленных датчиков и первичных преобразователей; контроль состояния и исправности датчиков;
• обработка информации, автоматическое регулирование и управление общекотельными исполнительными механизмами перечень согласуется с Заказчиком) в реальном режиме времени по заданным алгоритмам во всех режимах работы;
• непрерывная диагностика подключенного оборудования и самодиагностика;
• организация предупредительной и аварийной сигнализации;
• обмен информацией с верхним уровнем системы.

Каждый контролируемый параметр на стадии его определения (измерения или вычисления) подвергается стандартной математической обработке, которая включает в себя:

• масштабирование измеренных сигналов;
• контроль достоверности путем сравнения с уставками «больше/меньше», «предельная скорость», а также путем логического анализа значений взаимосвязанных между собой параметров;
• контроль нарушений регламентных границ; для каждого параметра могут быть заданы предупредительные и аварийные уставки на нижней и верхней границах.

К функциям управления относятся (по согласованию с Заказчиком):

• автоматический, полуавтоматический пуск котла в работу (с возможностью автоматической подготовки и розжига с переходом в режим минимальной мощности);
• автоматическое (автоматизированное) управление оборудованием котлоагрегата при длительной работе с поддержанием заданных параметров, штатном или аварийном останове;
• автоматическое поддержание в заданных пределах:
  • расхода воды через котел;
  • разрежения в топке на заданном уровне;
  • температуры и давления сетевой воды;
  • уровня воды и давления пара в барабане котла;
  • температуры и давления воздуха на входе котла;
  • температуры горячей воды;
  • уровня воды в котле;
  • и др. общекотельных параметров, количество которых определяется проектом автоматизации;
• возможность задания параметров и уставок автоматического режима и дистанционное управление отдельными механизмами;
• автоматическое регулирование соотношения между количеством газа и количеством воздуха, подаваемых на горелки с обеспечением оптимального процесса горения (управление направляющими аппаратами тягодутьевых устройств); контроль содержания СО в отходящих газах;
• возможность перепрограммирования характеристик управления технологическим процессом в соответствии с режимной картой котла;
• автоматическое управление направляющими аппаратами (задвижками) вентилятора и дымососа;
• автоматическое управление рециркуляцией; поддержание параметров теплоносителя (температуры, давления и др.) на выходе котла согласно введенному режиму;
• работу котла на нескольких видах топлива (с автоматическим изменением уставок при переходе);
• автоматический ввод резерва при выходе одного из агрегатов из строя (при наличии резервных агрегатов), без остановки котла – насосов, вентиляторов;
• реализация защиты от несанкционированного доступа к уставкам и данным;
• обеспечение действия всех необходимых Заказчику защит и блокировок (по согласованию) с обобщенной (звуковой) аварийно-предупредительной сигнализацией:
  • авария или недопустимое положение исполнительного устройства;
  • исчезновение пламени на горелках (в т.ч. - неисправность датчика пламени) ;
  • малый расход воды через котел (отсутствие циркуляции);
  • критическая температура и давление питательной воды на входе котла;
  • низкое/высокое давление газа перед горелками и регулирующим клапаном;
  • высокий/низкий уровень воды в барабане (для паровых котлов);
  • низкое давление нефти перед отсечным клапаном ; низкая температура нефти на входе в котельную; низкий/высокий уровень нефти в резервуарах;
  • повышение и понижение давления воды (для водогрейного котла);
  • понижение давления пара (для паровых котлов)
  • высокое давление воды за котлом, высокая температура воды за котлом (для водогрейного котла);
  • низкое разряжение в топке;
  • высокая температура за экономайзером;
  • низкое/высокое давление обратной сетевой воды;
  • при аварии дутьевого вентилятора (или недопустимых отклонениях в подаче воздуха для сжигания газа);
  • при аварии дымососа (или недопустимом снижении разрежения в топочном пространстве);
  • и др.;
• запоминание первопричин возникновения аварийной ситуации; блокировка работы и останов котла при аварийных ситуациях.

По отдельному заказу реализуются специальные режимы работы: розжиг котла с выходом в «холодную» или «горячую» магистраль, работа котлоагрегата под управлением «главного регулятора», управляющего одновременно несколькими котлами, работающими на одну магистраль, режим снятия характеристик регулирующих органов.

К функциям отображения и передачи информации относятся (по согласованию с Заказчиком) :

• информационное обеспечение работы оператора - отображение на панели информации о контролируемых и регулируемых параметрах в виде текстовых сообщений или мнемосхем;
• обеспечение оперативно-технологического персонала информацией о параметрах теплового режима и состоянии технологического оборудования с отображением аварий ;
• поддержка протоколов обмена информацией с верхним уровнем (с помощью Ethernet ) и внешней средой (с помощью GSM - или проводной связи).

5.2 Функции подсистемы верхнего уровня:

• дистанционное управление параметрами работы котла (для автоматического режима), дитанционное управление исполнительными устройствами (в автоматическом и ручном режимах);
• регистрация (протоколирование) параметров работы котла и их индикация в виде мнемосхем, таблиц, графиков и трендов;
• технологическая сигнализация на экране аварийных режимов, параметров и узлов;
• печать рапортов и отчетов в форме, согласованной с Заказчиком;
• архивация основных параметров и режимов работы котла для последующего экономического анализа и дальнейшей оптимизации технологических процессов; просмотр архивной информации за указанный промежуток времени; реализация и поддержание отдельного архива по принципу «аварийного среза»; отдельный архив тревог ; расчёт и архивирование валовых выбросов СО в атмосферу.

На экране компьютера оператора котельной обеспечивается представление информации о текущем состоянии котла и всех объектов управления, об измеренных значениях контролируемых параметров, а также о срабатываниях защит. Вывод информации на экран выполнен в удобной для восприятия интуитивно-понятной форме. Эскизы видеокадров будут согласованы с Заказчиком в процессе изготовления системы.

При работе системы на жестком диске компьютера формируются базы данных значений контролируемых параметров котла и фактов срабатывания защиты. Содержание указанных баз данных может быть просмотрено оператором и выведено на печать. Для выбранных Заказчиком параметров будут сформированы видеокадры с графиками изменения этих параметров за указанный временной диапазон.

 

5.3. Надежность системы.

Надежность системы обеспечивается:

• высокой над ежностью отдельных применяемых элементов системы (контроллеров, релейно-контакторной аппаратуры, датчиков);
• компоновкой системы и ее подсистем, направленной на повышение ее «живучести»;
• применением средств защиты от промышленных помех;
• применением соответствующего программного обеспечения;
• самодиагностикой системы во всех режимах работы.

 

5.4.Электропитание системы.

Основным источником электропитания компонентов системы СУОРК является силовая трехфазная сеть переменного тока 3*380 В, 50 Гц.

Блоки бесперебойного питания не являются устройствами, обязательными к установке, однако их наличие гарантирует работу основных функциональных блоков системы при обрыве или скачках напряжения питания. Применение этих блоков позволит снизить количество аварийных остановов самой системы СУОРК и, соответственно, простоев оборудования.

 

6. Оптимизация процесса сжигания с помощью СУОРК.

В данной главе более подробно описывается виды регулирования соотношения «топливо-воздух» и их техническая реализация в системе.

Контроль качества горения обеспечивается по давлению газа и воздуха, подаваемых на сгорание согласно режимной карты котла. Более точное регулирование соотношения «газ-воздух» осуществляется по специальным алгоритмам в соответствии с показаниями датчика кислорода (или датчика СО) в отходящих газах.

Система управления позволяет поддерживать коэффициент избытка воздуха в отходящих газах на уровне 1,07-1,2 (или даже ниже) в зависимости от степени совершенства горелок и состояния котла.

Оптимизация процесса сжигания может быть реализована управлением направляющими аппаратами (задвижками). Более точным и эффективным является применение преобразователей частоты для плавного управления приводными электродвигателями вентилятора и дымососа. Это позволяет увеличить эффект экономии топлива и получить экономию электроэнергии до 40-70%.

6.1 Описание работы модуля оптимизации при установке преобразователей частоты в качестве исполнительных механизмов.

Применение преобразователей частоты позволяет получить комплексное решение по автоматизации и оптимизации процесса горения на любых установках (котлы, печи), где имеет место сжигание топлива (газа, мазута, угля) и существуют тягодутьевые устройства на базе электродвигателей переменного тока для управления производительностью.

При установке преобразователей частоты устройства, регулирующие подачу воздуха (направляющие аппараты, задвижки), полностью открываются. При этом управление производительностью тягодутьевых устройств осуществляется с помощью преобразователей путем изменения частоты вращения ротора приводных электродвигателей от нуля до номинальной (и выше).

Рис. 2 – Схема оптимизации процесса сжигания с применением преобразователей частоты

 

При работе котла с природным, доменным или коксовым газом модуль системы СУОРК, управляющий вентилятором, непрерывно отслеживает два сигнала от установленных датчиков давления газа и газоанализатора. Контроллер системы по заданному алгоритму в каждый момент времени вычисляет точное количество воздуха, необходимое для полного сжигания подаваемого топлива.

Система СУОРК позволяет оптимизировать режимную карту (т.к. обычно она строится с большим запасом избытка воздуха), а также автоматически учесть такие факторы, влияющие на процесс сжигания топлива, как калорийность газа, различная теплотворная способность топлива (газа), нежелательные подсосы воздуха, изменение давления окружающего воздуха, его температуры и влажности в течение суток и при смене сезонов года, при этом коэффициент избытка воздуха a = 1,07…1,2 во всех режимах работы котельной установки (кроме переходных).

Для автоматического режима работы модуль оптимизации настраивается с помощью изменения параметров (уставок) со встроенного пульта управления или АРМа оператора - коэффициент избытка воздуха a , кривая соотношения “газ-воздух” - производится предприятием-изготовителем во время наладки оборудования на объекте с возможностью вмешательства персонала в процессе эксплуатации.

Система в автоматическом режиме поддерживает заданное значение разрежения в топке (2…5 мм.рт.ст.) путем управления производительностью дымососа от датчика разрежения, устанавливаемого в топке котла.

Кроме того, модуль оптимизации обеспечивает:

• быструю реакцию на изменение внешних факторов и энергетических показателей котла (реакция на изменение давления < 1 сек, на изменение состава отходящих газов < 10 сек);
• возможность работы на малых давлениях топлива (газа) на входе без остановки или отключения автоматики, с обеспечением полной функциональности котла;
• возможность автоподхвата частоты вращающихся тягодутьевых механизмов без аварийного выключения котельной установки при кратковременных исчезновениях и провалах напряжения питающей сети;
•  защиту от недопустимо малых и недопустимо больших значений коэффициента избытка воздуха вследствие неисправностей в системе управления;
• круглосуточную автодиагностику состояния системы оптимизации с энергонезависимым запоминанием причин неисправностей и выдачей команд в основной модуль при выходе ее из строя.

6.2 Общие технические характеристики модуля оптимизации.

Точность поддержания заданных параметров:

• давления воздуха – 1 мм.вод.ст.;
• разрежения в топке – 1 мм.вод.ст.;
• давления воды – 0,1 атм.;
• газоанализатора - О 2 – 0,1%.

Реакция на изменение:

• давления (газа, воды и проч.) - менее 1 сек.;
• состава отходящих газов - менее 10 сек.

Коэффициент увеличения мощности котла (печи) – до 1,5 номинала.
Увеличение к.п.д. котла – на 2…5%.

6.3 Основные характеристики преобразователей частоты, входящих в систему СУОРК:

6.4 Номинальное входное напряжение сети: ~3*380В, 48…63 Гц.
6.5 Допустимые отклонения входного напряжения: +10% * Uн, -15% * Uн.
6.6 Выходное напряжение: регулируемое, ~3*(0…380)В.
6.7 Выходная частота - регулируемая, 2,5…50 Гц.
6.8 Допустимая кратность перегрузки по выходному току: 120%*I ном в течение одной минуты (или др. - по согласованию).
6.9 Форма выходного тока – синусоидальная.
6.10 Входной коэффициент мощности - не хуже 0,97.
6.11 К.п.д. – не ниже 0,97.
6.12 Входные сигналы – 1…2 аналоговых, 5 дискретных.
6.13 Выходные сигналы – 3…5 дискретных типа “сухой контакт”.
6.14 Режим торможения – самовыбег или плавное частотное с заданным темпом.

7 Управление преобразователями частоты.

• управление пуском – плавное с программно-задаваемой скоростью изменения выходной частоты и напряжения без броска пускового тока (с возможностью автоподхвата частоты вращения механизма при восстановлении параметров питающего напряжения);
• управление торможением - плавный останов механизма с программно-задаваемой скоростью изменения выходной частоты либо самовыбег;
• ручное, со встроенного пульта управления преобразователя;
• по внешним контактным сигналам;
• изменением параметров и режимов работы электропривода с помощью уставок со встроенного пульта управления;
• защита электропривода вентилятора, обеспечиваемые преобразователями частоты;
• токовая от перегрузки двигателя;
• от короткого замыкания в нагрузке;
• от короткого замыкания в силовой части ПЧ;
• от недопустимого снижения или превышения напряжения питающей сети (с возможностью автоматического подхвата частоты вращающегося механизма после восстановления параметров питающей сети);
• от перегрева силовой части ПЧ;
• от перегрева электродвигателя (по сигналу от датчика температуры двигателя);
• от неисправностей в системе управления и силовой части;
• от обрывов датчиков технологических параметров.

Сигнализация и индикация в преобразователях частоты:

• непрерывная индикация с помощью встроенного пульта управления преобразователей частоты основных параметров работы привода (выходная частота, ток в нагрузке, напряжение, потребляемая мощность, текущее значение технологического параметра и т.д.), по выбору оператора;
• Индикация состояния привода;
• Контактный сигнал об аварийном отключении электропривода;
• Диагностика аварийного отключения электропривода с индикацией и энергонезависимым запоминанием причин последних 5 отключений.

Преобразователь частоты, который предлагается установить на питательным насосе для более полной автоматизации котла, управляется в автоматическом режиме по сигналу от датчика уровня воды в барабане котла (либо по сигналу от датчика температуры воды на входе в циркуляционный насос).

 

8 Объем работ по созданию и внедрению системы

8.1 Для внедрения системы контроля и управления котлом силами и средствами Исполните-ля выполняются следующие работы:

8.1.1 Обследование котла и обслуживающего его оборудования.
8.1.2 Составление технико-экономического обоснования модернизации автоматики котла.
8.1.3 Разработка и согласование с Заказчиком исходных требований на создание системы.
8.1.4 Разработка и согласование с надзорными органами проекта модернизации и теплотехнического контроля котла.
8.1.5 Разработка необходимой рабочей конструкторской и эксплуатационной документации системы.
8.1.6 Изготовление, программирование, отладка и испытание на стенде исполнителя аппаратуры системы.
8.1.7 Шеф-монтажные и пуско-наладочные работы.

 

Рис. 3 – Схема оптимизации работы водного режима котла с применением преобразователя частоты