Системи управління та оптимізації роботи котлів
серій Е, ДЕ, ДКВР, К, КВ, КВГМ, ГМ, БКЗ, ПТВМ

 

 

 

1. Вступ

Значна кількість підприємств відчувають гостру необхідність модернізації систем контролю та управління основного технологічного устаткування. Це зумовлено, крім моральної деградації, вичерпанням фізичного ресурсу приладів КВПіА (як правило, обладнання знаходиться в експлуатації 15-20 і більше років), а також відсутністю запасних частин (більшість приладів знято з виробництва).

Завдання реконструкції тепловикористовуючого обладнання на промислових підприємствах та в енергетичній галузі набуває все більш актуального характеру. По-перше, це пов'язано з тим, що значна частина обладнання не тільки морально та фізично застаріла, а й може бути потенційним джерелом небезпеки навіть за мінімальних відхилень робочих параметрів від штатних показань. По-друге, прямі (теплові) і непрямі втрати (частий ремонт, заміна дорогих вузлів) у процесі експлуатації зношеного устаткування стають вагомими чинниками в оцінці собівартості продукції і знижують рентабельність всього підприємства. З іншого боку, якісний стрибок у підвищенні ефективності роботи підприємства, пов'язаний із заміною старого обладнання на нове, менш енерго- та теплоємне.. Важливим фактором, що впливає на ефективність функціонування будь-якого технологічного обладнання та особливо теплового, є стан та надійність його контрольно-вимірювальних та керуючих засобів. Стан та технічні можливості встановлених раніше апаратних засобів контролю та управління технологічними та тепловими процесами можуть оцінюватися як задовільні. Ремонт цих приладів проблемний через відсутність запасних частин, а заміна на аналогічні морально застарілі не рятує від проблем.

Найкращим рішенням у цій ситуації є розробка повномасштабних інтегрованих АСУ ТП замість застарілих систем, а також впровадження сучасного технологічного обладнання, що дозволяє максимально використати можливості систем керування і тим самим досягти якісно нового рівня технологій. За порівняльними оцінками такий підхід економічно виправданий і за обсягом витрат на впровадження, і за показниками ефективності (економії та енергоресурсів, зниження аварійності, більш раціонального використання обладнання). Крім того, з'являються можливості реалізовувати широке коло екологічних заходів та підвищити загальну культуру виробництва.

З урахуванням всього вищесказаного, завдання автоматизації котельного господарства підприємств стає дедалі актуальнішим. У разі зростаючої конкуренції скорочення витрат за енергоносії одна із головних чинників, визначальних успіх підприємства. Як показує практика постійного підвищення цін на енергоносії, впровадження систем автоматизації та оптимізації роботи котлів допоможе суттєво знизити річні витрати підприємства.

Особливо важливо враховувати те, що застріла котельна автоматика не завжди може захистити котел і обслуговуючий його персонал від аварійних ситуацій. Тоді, у кращому випадку, власник котла обмежується витратами на проведення його ремонту, у гіршому – багатомільйонними збитками, пов'язаними з аваріями та простоями технологічного обладнання.

Крім того, вимоги наглядових органів до влаштування та експлуатації котлів постійно посилюються, вводяться нові санкції до підприємств, які не забезпечують допустимі рівні викидів продуктів горіння в навколишнє середовище, не впроваджують енергозберігаючі технології та інше.

Вищезгадані причини зумовлюють зростаючий попит на автоматизацію котлів із застосуванням сучасних технологій.

 

2. Основні переваги впровадження системи керування та оптимізації роботи котлів (СУОРК).

Котлоагрегат є енергетичною установкою, у процесі експлуатації якої з високою динамікою змінюються пов'язані між собою технологічні параметри. СУОРК дозволяє оптимізувати ці параметри за економічними, екологічними, ергономічними та іншими показниками. Тому серед головних цілей створення системи можна виділити такі.

Запропонована система, залежно від обраної Замовником конфігурації, забезпечує:

• часткову або повну автоматизацію роботи котла за рахунок модульної структури системи;
• економію 2 ... 5% - палива (газу, мазуту); до 10% – вугілля;
• економію 40 …70% електроенергії (зокрема майже повністю виключити споживання реактивної потужності з електромережі);
• динамічна підтримка максимального к.п.д. котла у всьому діапазоні його навантажень в автоматичному цілодобовому режимі;
• виконання вимог екологічних норм щодо викидів в атмосферу у будь-який момент часу;
• більш високу безпеку та надійність роботи котла - виключення аварійних ситуацій за рахунок суб'єктивних факторів (порушення технології розпалювання, тощо);
• технічний або комерційний облік енергоресурсів (теплової, електричної енергії, газу, теплоносія) на вході та виході котлоагрегату;
• збільшення терміну служби у 3-5 разів обладнання котла (в т.ч. – тягодуттєвих пристроів, запірної апаратури та ін.);
• різке скорочення обсягу експлуатаційних, питомих капітальних та ремонтно-відновлювальних витрат;
• Замовник отримує завершене комплексне рішення для енергооб'єкта загалом з терміном окупності – 0,5...2,0 років.

Технічні переваги впровадження системи:

• висока гнучкість виконання залежно від потреб Замовника, модульна структура побудови з нарощуваними рівнями автоматизації котельної установки – від керування окремими агрегатами та вузлами котла до повної його автоматизації з візуалізацією параметрів та зберіганням даних;
• якісно вищий рівень вирішення завдань управління, регулювання, оптимізації та контролю сучасними технічними засобами, контроль (телемеханіка) режимів роботи обладнання та його стану;
• забезпечується надійна робота зі «слабкими» мережами електропостачання та поганою якістю електроенергії; стабільна робота в широкому діапазоні напруг живильної мережі та висока стійкість при провалах напруги живлення;
• тісний зв'язок із існуючою автоматикою котла;
• швидке введення системи в експлуатацію на об'єкті.

Переваги, що дає впровадження СУОРК для працівників підприємства-замовника:

Директору з фінансів

• можливість отримання прибутку з недоступних раніше джерел (економія палива та ресурсів, розширення зон обслуговування, скорочення кількості простоїв, покращення якості тепло- водопостачання, а також готової продукції);
• найбільш ефективне використання коштів, зазвичай які йдуть у «дірку» під назвою «експлуатаційні витрати».

Головному інженеру

• отримання системи управління та моніторингу котлів сучасного рівня; перехід на якісно інший рівень управління виробництвом;
• можливість отримувати об'єктивну інформацію про події, що відбуваються, і оперативно приймати правильні рішення.
• вести технічний та комерційний облік енергоносіїв.

Начальнику ПТО

• можливість аналізу роботи технологічного обладнання за рахунок архівування вхідних та вихідних даних із заданою глибиною архіву;
• можливість побудови будь-яких залежностей;
• накопичення статистики, будь-які розрахунки за відомими або розробленими на місці алгоритмами (ефективність, к.,к.д, витрати тощо);
• ведення будь-яких заздалегідь обумовлених форм звітності.

Начальнику котельного цеху

• підвищення терміну служби технологічного устаткування;
• зниження аварійності за рахунок надійно працюючої автоматики;
• підтримання оптимальних режимів роботи котлів за рахунок автоматичного регулювання параметрів;
• ведення журналу напрацювання обладнання;
• можливість планування ремонтів та зупинок;
• аналіз роботи машиністів та обладнання;
• розбір аварійних ситуацій виходячи з архівних даних, а чи не слів і пояснювальних записок.

Оператору-технологу (машиністу) котла

• автоматичне виконання рутинних операцій; можливість перемикання між автоматичним та ручним режимами роботи
• повнота та наочність інформації про процеси, що відбуваються в котлі, з керуванням від єдиного АРМ оператора;
• система захисту, блокування, попередження та сигналізація в необхідному обсязі;
• повне інформаційне забезпечення роботи з реалізацією підтримки «інформаційного поля» (потрібна глибина деталізації за збереження контролю над процесом загалом);
• відображення інформації на екрані - українською мовою, у зручній формі;
• можливість втрутитися в роботу системи на будь-якій стадії та режимі роботи.

Начальнику цеху ТАІ (КІПіА)

• можливість створення привабливих робочих місць з допомогою отримання новітньої техніки;
• комп'ютеризація служби, її насичення сучасними приладами;
• розбір аварійних ситуацій виходячи з архіву;
• впровадження сучасного надійного обладнання, що забезпечує мінімальні часові витрати на встановлення та ремонт. ) ;
• повна діагностика підключеного обладнання (датчиків, механізмів);
• додатковий сервіс під час роботи з виконавчими механізмами (контроль часу руху, зняття витратних показників тощо.);
• робоча документація українсью мовою у паперовому та електронному вигляді.

Начальнику відділу постачання

• відсутність проблем з численними постачальниками, оскільки все постачається однією фірмою;
• відсутність проблем із запчастинами.

 

3. Загальні засади.

Система СУОРК (далі система) призначена для автоматичного керування, оптимізації роботи та контролю при експлуатації парових та водогрійних котлів, що працюють на природному газі, мазуті або пилоподібному паливі.

Впровадження системи дозволить підвищити ефективність виробництва теплової енергії за рахунок реалізації оптимальних режимів спалювання палива, підвищення продуктивності обладнання та оперативності управління технологічним процесом, впровадження енергоефективних технологій, а також знизити аварійність та збільшити термін служби обладнання, зменшити чисельність обслуговуючого персоналу та вплив людського фактора у виробничому процесі і, одночасно, підвищити екологічні характеристики котельні та культуру виробництва.

Система СУОРК може застосовуватись:

• в комунальних (житлово-комунального господарства) котельних системах опалення та гарячого водопостачання з водогрійними котлами різної продуктивності від 1 до 100 Гкал/год (потужність 1…116 МВт);
• в промислових котельнях з вироблення насиченої або перегрітої пари для технологічних потреб та систем опалення підприємств та організацій з паровими котлами продуктивністю до 75 т/год (потужність до 50 МВт) типів ДЕ, ДКВР, К, БКЗ, що працюють під розрідженням (з вентиляторами та димососами) ;
• в котельних цехів теплових паротурбінних електростанцій ТПЕС, теплоелектроцентралей ТЕЦ, з паровими та водогрійними котлами великої продуктивності до 400 т/год, 200 Гкал/год (потужністю до 300 МВт).

СУОРК у повній комплектації може автоматично керувати роботою всіх вузлів та агрегатів котельної установки, у тому числі - що мають приводні асинхронні електродвигуни:

• тягодуттевими пристроями - вентиляторами та димососами;
• насосними агрегатами - мережевими, підживлювальними, рециркуляційними та іншими насосами;
• запірною та регулюючою арматурою подачі палива, води, повітря, газів, що відходять (клапанами, засувками, направляючими апаратами, ін.).

 

4. Структура та конструктивні особливості системи СУОРК.

Комплекс технічних засобів СУОРК є матеріальною базою, на основі якої разом із програмою, складеною відповідно до алгоритмів функціонування котла, реалізуються завдання управління технологічним процесом та інформаційного обслуговування експлуатаційного персоналу.

Залежно від об'єкта встановлення та вимог Замовника система СУОРК може бути реалізована на базі різних технічних засобів та мати різну функціональність.

Структура СУОРК є ієрархічною та розподіленою. Така побудова системи підвищує її живучість, оскільки відмова окремих технічних засобів різних рівнях ієрархії призводить лише до відмови виконання частини функцій системи.

 

Рис.1 – Загальна трирівнева структурна схема СУОРК

 

На нижньому рівні розташовуються датчики тиску, перепаду тиску, температури, рівня, виконавчі механізми, блоки живлення, електромагнітні пускачі, проміжні реле, блоки безперебійного живлення, а також засоби дистанційного керування (місцеві пости) виконавчими механізмами (засувками, клапанами та ін.), що дозволяють оператору вести технологічний процес у разі несправності СУОРК (для ручного аварійного режиму роботи або в процесі налагодження).

Відповідно до вимог Замовника, система СУОРК може функціонувати з уже існуючими технологічними датчиками та виконавчими пристроями, частина яких з причин морального та фізичного зносу може замінюватися новими або модернізуватися відповідно до вимог управління. Датчики, первинні перетворювачі та виконавчі пристрої можуть не мати уніфікованих вхідних та вихідних сигналів. При цьому, рішення про їх модернізацію та доопрацювання обумовлюються у ТЗ.

Датчики та первинні перетворювачі розміщуються за місцем, безпосередньо біля технологічного та електротехнічного обладнання котла.

Логіка управління реалізується на середньому рівні системи, де розташований основний модуль системи, що базується на промисловому програмованому контролері виробництва Siemens (Німеччина) або Unitronics (Ізраїль), оснащеному необхідними пристроями введення/виведення інформації. Вибір основного контролера узгоджується із Замовником та залежить від типу котла, кількості та типу сигналів датчиків, а також від вимог до функціональності та надійності роботи всієї системи СУОРК та її підсистем.

Можуть застосовуватися такі серії контролерів ( Siemens / Unitronics ):

• Simatic S7-200/V120 - для котлів невисокої продуктивності та функціональності системи;
• Simatic S7-300/V230, V280 - для котлів середньої та великої продуктивності з підвищеною функціональністю системи;
• Simatic S7-400 - для котлів великої продуктивності (понад 100 Гкал/год) з підвищеною функціональністю системи, а також у випадках, де потрібна підвищена надійність роботи із забезпеченням «гарячого» резервування контролерів.

Всі вказані контролери Unitronics мають вбудовані засоби відображення (текстовий або РКІ-дисплей) та управління, тому потреба додаткової операторської панелі практично відпадає. Як подібна альтернатива при установці контролера Siemens може служити інтегрована система Simatic С7 з вбудованим дисплеєм і кнопковою клавіатурою.

На вимогу Замовника можуть бути застосовані контролери виробництва OMRON (Японія) або Schneider (Франція).

Основний модуль є комплексом технічних і програмних засобів. Контролер виконує функції збору, обробки інформації, управління, регулювання та захисту котла від позаштатних ситуацій, подачі попереджувальної та аварійної сигналізації, блокувань, видачі сигналів у штатну котельну автоматику та ін.

Конструктивно основний модуль контролера виконаний у вигляді окремої шафи зі своїм пультом керування і панеллю для відображення параметрів.

Для систем середньої та високої функціональності релейно-контакторна апаратура розміщується в окремих шафах автоматики, що розміщуються поруч із існуючим щитом котельної автоматики. Шафи автоматики призначені для безпосереднього управління виконавчими та регулюючими пристроями. В одній шафі може бути розташоване обладнання силової автоматики для управління 15-25 виконавчими пристроями. Як компоненти силової автоматики використовуються в основному автоматичні вимикачі, контактори, реле, безконтактні напівпровідникові комутуючі елементи виробництва фірм Siemens, Rade Koncar (Македонія) та ін.

При побудові систем СУОРК середньої та високої функціональності (у тому числі – при управлінні групою котлів за схемою «головного регулятора») як підсистеми збору інформації з датчиків і первинних перетворювачів можуть використовуватися станції розподіленого вводу-виводу серії ЕТ200 пр-ва Siemens або модулі віддаленого введення інформації серій ADAM пр-ва Advantech, що встановлюються в безпосередній близькості до датчиків.

У кожному конкретному випадку реалізації системи конструкція та наповнення шаф може змінюватися.

До верхнього рівня системи входять засоби, що реалізують функції відображення інформації в різній формі, її архівування та запис, а також функції дистанційного керування основним модулем контролера (середній рівень) шляхом прямого регулювання процессу або зміни параметрів та уставок регулювання процессу.

Технічним засобом реалізації верхнього рівня є автоматизоване робоче місце (АРМ) оператора на базі персонального комп'ютера (робочої станції) або промислового комп'ютера (для підвищення надійності у відповідальних застосуваннях).

Комп'ютер має всі необхідні модулі для реалізації зазначених Замовником функцій. Операторська станція встановлюється на центральному посту керування котлом і пов'язана з основним контролерним модулем мережі Ethernet.

Для підвищення надійності функціонування верхнього рівня системи може встановлюватись додаткова операторська станція для дублювання функцій та «гарячого» резервування.

Система СУОРК надійно інтегрується із існуючою автоматикою безпеки котла. При цьому встановлена автоматика керування (регулювання) на котлі за погодженням із Замовником виводиться в «холодний» резерв або демонтується.

 

5. Опис функцій та роботи підсистем СУОРК.

5.1 Функції основного модуля.

До основних функцій відносяться:

• збір даних від встановлених датчиків та первинних перетворювачів; контроль стану та справності датчиків;
• обробка інформації, автоматичне регулювання та управління загальнокотельними виконавчими механізмами (перелік погоджується із Замовником) у реальному режимі часу за заданими алгоритмами у всіх режимах роботи;
• безперервна діагностика підключеного обладнання та самодіагностика;
• організація попереджувальної та аварійної сигналізації;
• обмін інформацією із верхнім рівнем системи.

Кожен контрольований параметр на стадії його визначення (вимірювання або обчислення) піддається стандартній математичній обробці, яка включає:

• масштабування виміряних сигналів;
• контроль достовірності шляхом порівняння зі уставками «більше/менше», «гранична швидкість», а також шляхом логічного аналізу значень взаємопов'язаних між собою параметрів;
• контроль порушень регламентних кордонів; для кожного параметра можуть бути задані попереджувальні та аварійні уставки на нижній та верхній межах.

До функцій управління належать (за погодженням із Замовником):

• автоматичний, напівавтоматичний пуск котла в роботу (з можливістю автоматичної підготовки та розпалювання з переходом у режим мінімальної потужності);
• автоматичне (автоматизоване) керування обладнанням котлоагрегату при тривалій роботі з підтримкою заданих параметрів, штатному чи аварійному зупиненні;
• автоматична підтримка в заданих межах:
  • витрати води через котел;
  • розрідження у топці на заданому рівні;
  • температури та тиску мережної води;
  • рівня води та тиску пари в барабані котла;
  • температури та тиску повітря на вході котла;
  • температури гарячої води;
  • рівня води у котлі;
  • та ін. загальнокотельні параметри, кількість яких визначається проектом автоматизації;
• можливість завдання параметрів та уставок автоматичного режиму та дистанційне керування окремими механізмами;
• автоматичне регулювання співвідношення між кількістю газу та кількістю повітря, що подаються на пальники із забезпеченням оптимального процесу горіння (управління направляючими апаратами тягодуттєвих пристроїв); контроль вмісту СО у газах;
• можливість перепрограмування характеристик керування технологічним процесом відповідно до режимної карти котла;
• автоматичне керування напрямними апаратами (засувками) вентилятора та димососа;
• автоматичне керування рециркуляцією; підтримання параметрів теплоносія (температури, тиску та ін.) на виході котла згідно з введеним режимом;
• роботу котла на кількох видах палива (з автоматичною зміною уставок під час переходу);
• автоматичне введення резерву при виході одного з агрегатів з ладу (за наявності резервних агрегатів), без зупинки котла – насосів, вентиляторів;
• реалізація захисту від несанкціонованого доступу до устав та даних;
• забезпечення дії всіх необхідних Замовнику захисту та блокування (за погодженням) з узагальненою (звуковою) аварійно-попереджувальною сигналізацією:
  • аварія чи неприпустимий стан виконавчого пристрою;
  • зникнення полум'я на пальниках (у т.ч. - несправність датчика полум'я);
  • мала витрата води через котел (відсутність циркуляції);
  • критична температура та тиск води на вході котла;
  • низький/високий тиск газу перед пальниками та регулюючим клапаном;
  • високий/низький рівень води в барабані (для парових котлів);
  • низький тиск нафти перед відсічним клапаном; низька температура нафти на вході до котельні; низький/високий рівень нафти у резервуарах;
  • підвищення та зниження тиску води (для водогрійного котла);
  • зниження тиску пари (для парових котлів)
  • високий тиск води за котлом; висока температура води за котлом (для водогрійного котла);
  • низьке розрядження у топці;
  • висока температура за економайзером;
  • низький/високий тиск зворотної води;
  • при аварії дуттєвого вентилятора (або неприпустимих відхилень у подачі повітря для спалювання газу);
  • при аварії димососа (або неприпустиме зниження розрідження в топковому просторі);
  • та ін;
• запам'ятовування причин виникнення аварійної ситуації; блокування роботи та зупинка котла при аварійних ситуаціях.

На окреме замовлення реалізуються спеціальні режими роботи: розпалювання котла з виходом у «холодну» або «гарячу» магістраль, робота котлоагрегату під керуванням «головного регулятора», який керує одночасно кількома котлами, що працюють на одну магістраль, режим зняття характеристик регулюючих органів.

До функцій відображення та передачі інформації відносяться (за погодженням із Замовником):

• інформаційне забезпечення роботи оператора - відображення на панелі інформації про контрольовані та регульовані параметри у вигляді текстових повідомлень або мнемосхем;
• забезпечення оперативно-технологічного персоналу інформацією про параметри теплового режиму та стан технологічного обладнання з відображенням аварій;
• підтримка протоколів обміну інформацією з верхнім рівнем (за допомогою Ethernet) та зовнішнім середовищем (за допомогою GSM- або проводового зв'язку).

5.2 Функції підсистеми верхнього рівня:

• дистанційне керування параметрами роботи котла (для автоматичного режиму), дитанційне керування виконавчими пристроями (в автоматичному та ручному режимах);
• реєстрація (протоколювання) параметрів роботи котла та їх індикація у вигляді мнемосхем, таблиць, графіків та трендів;
• технологічна сигналізація на екрані аварійних режимів, параметрів та вузлів;
• друк рапортів та звітів у формі, погодженій із Замовником;
• архівація основних параметрів та режимів роботи котла для подальшого економічного аналізу та подальшої оптимізації технологічних процесів; перегляд архівної інформації за вказаний проміжок часу; реалізація та підтримка окремого архіву за принципом «аварійного зрізу»; окремий архів тривог; розрахунок та архівування валових викидів СО в атмосферу.

На екрані комп'ютера оператора котельні забезпечується подання інформації про поточний стан котла та всіх об'єктів керування, значення контрольованих параметрів, а також про спрацювання захистів. Виведення інформації на екран виконано у зручній для сприйняття інтуїтивно-зрозумілій формі. Ескізи відеокадрів будуть узгоджені із Замовником у процесі виготовлення системи.

Під час роботи системи на жорсткому диску комп'ютера формуються бази даних значень контрольованих параметрів котла та фактів спрацьовування захисту. Зміст зазначених баз даних може бути переглянутий оператором та виведений на друк. Для вибраних Замовником параметрів будуть сформовані відеокадри із графіками зміни цих параметрів за вказаний часовий діапазон.

 

5.3. Надійність системи.

Надійність системи забезпечується:

• високою надійністю окремих застосовуваних елементів системи (контролерів, релейно-контакторної апаратури, датчиків);
• компонуванням системи та її підсистем, спрямованої на підвищення її «живучості»;
• застосуванням засобів захисту від промислових перешкод;
• застосуванням відповідного програмного забезпечення;
• самодіагностикою системи у всіх режимах роботи.

 

5.4. Електроживлення системи.

Основним джерелом електроживлення компонентів системи СУОРК є трифазна силова мережа змінного струму 3*380 В, 50 Гц.

Блоки безперебійного живлення не є пристроями, обов'язковими до встановлення, проте їх наявність гарантує роботу основних функціональних блоків системи під час обриву або стрибків напруги живлення. Застосування цих блоків дозволить знизити кількість аварійних зупинок самої системи СУОРК та, відповідно, простоїв обладнання.

 

6. Оптимізація процесу спалювання за допомогою СУОРК.

У цьому розділі докладніше описується види регулювання співвідношення «паливо-повітря» та його технічна реалізація у системі.

Контроль якості горіння забезпечується тиском газу і повітря, що подаються на згоряння відповідно до режимної карти котла. Більш точне регулювання співвідношення «газ-повітря» здійснюється за спеціальними алгоритмами відповідно до показань датчика кисню О2 (або датчика СО) у газах, що відходять.

Система управління дозволяє підтримувати коефіцієнт надлишку повітря в газах, що відходять, на рівні 1,07-1,2 (або навіть нижче) в залежності від ступеня досконалості пальників і стану котла.

Оптимізація процесу спалювання може бути реалізована керуванням напрямними апаратами (засувками). Більш точним і ефективним застосування перетворювачів частоти для плавного управління приводними електродвигунами вентилятора і димососа. Це дозволяє збільшити ефект економії палива та отримати економію електроенергії до 40-70%.

6.1 Опис роботи модуля оптимізації при встановленні перетворювачів частоти.

Застосування перетворювачів частоти дозволяє отримати комплексне рішення щодо автоматизації та оптимізації процесу горіння на будь-яких установках (котли, печі), де має місце спалювання палива (газу, мазуту, вугілля) та існують тягодуттєві пристрої на базі електродвигунів змінного струму для управління продуктивністю.

При встановленні перетворювачів частоти пристрої, що регулюють подачу повітря (напрямні апарати, засувки), повністю відкриваються.

 

Рис. 2 – Схема оптимізації процесу спалювання із застосуванням перетворювачів частоти

 

Під час роботи котла з природним, доменним чи коксовим газом модуль системи СУОРК, керуючий вентилятором, безперервно відстежує два сигнали від встановлених датчиків тиску газу та газоаналізатора. Контролер системи за заданим алгоритмом у кожен момент часу обчислює точну кількість повітря, необхідну для повного спалювання палива, що подається.

Система СУОРК дозволяє оптимізувати режимну карту (бо зазвичай вона будується з запасом надлишку повітря), а також автоматично врахувати такі фактори, що впливають на процес спалювання палива, як калорійність газу, різна теплотворна здатність палива (газу), небажані підсмоктування повітря в топку, зміна тиску навколишнього повітря, його температури та вологості протягом доби, при цьому коефіцієнт надлишку повітря a = 1,07…1,2 в усіх режимах роботи котельної установки (крім перехідних).

Для автоматичного режиму роботи модуль оптимізації налаштовується за допомогою зміни параметрів (уставок) з вбудованого пульта управління або АРМа оператора - коефіцієнт надлишку повітря a , крива співвідношення "газ-повітря" - проводиться підприємством-виробником під час налагодження обладнання на об'єкті з можливістю втручання персоналу в процесі експлуатації.

Система автоматично підтримує задане значення розрідження в топці шляхом управління продуктивністю димососа від датчика розрідження, що встановлюється в топці котла.

Крім того, модуль оптимізації забезпечує:

• швидку реакцію на зміну зовнішніх факторів та енергетичних показників котла (реакція на зміну тиску < 1 сек, на зміну складу відхідних газів < 10 сек);
• можливість роботи на малих тисках палива (газу) на вході без зупинки або відключення автоматики із забезпеченням повної функціональності котла;
• можливість автопідхоплення частоти обертових тягодутьєвих механізмів без аварійного вимикання котельної установки при короткочасних зникненнях і провалах напруги мережі живлення;
• захист від неприпустимо малих та неприпустимо великих значень коефіцієнта надлишку повітря внаслідок несправностей у системі управління;
• цілодобову автодіагностику стану системи оптимізації з незалежним запам'ятовуванням причин несправностей та видачею команд в основний модуль при виході її з ладу.

6.2 Загальні технічні характеристики оптимізації модуля.

Точність підтримання заданих параметрів:

• тиску повітря - 1 мм.вод.ст.;
• розрідження в топці - 1 мм.вод.ст.;
• тиску води - 0,1 атм.;
• газоаналізатора - 0,1%.

Реакція на зміну:

• тиску (газу, води та ін.) - менше 1 сек.;
• складу газів, що відходять - менше 10 сек.

Коефіцієнт збільшення потужності котла (печі) – до 1,5 номіналу.
Збільшення к.п.д. казана – на 2…5%.

6.3 Основні характеристики перетворювачів частоти, що входять до системи СУОРК:

6.4 Номінальна вхідна напруга мережі: ~3 * 380В, 48 ... 63 Гц.
6.5 Допустимі відхилення вхідної напруги: +10% * Uн, -15% * Uн.
6.6 Вихідна напруга: регульована ~3*(0…380)В.
6.7 Вихідна частота – регульована, 2,5…50 Гц.
6.8 Допустима кратність перевантаження вихідним струмом: 120%*I ном протягом однієї хвилини (або ін. - за погодженням).
6.9 Форма вихідного струму – синусоїдальна.
6.10 Вхідний коефіцієнт потужності - не гірший від 0,97.
6.11 К.п.д. - Не нижче 0,97.
6.12 Вхідні сигнали – 1…2 аналогових, 5 дискретних.
6.13 Вихідні сигнали – 3…5 дискретних типу “сухий контакт”.
6.14 Режим гальмування – самовибіг або плавне частотне із заданим темпом.

7. Керування перетворювачами частоти.

• управління пуском - плавне з швидкістю, що задається програмно; зміна вихідної частоти і напруги без кидка пускового струму (з можливістю автопідхоплення частоти обертання механізму при відновленні параметрів напруги живлення);
• управління гальмуванням - плавна зупинка механізму чи самовибіг;
• ручне, із вбудованого пульта управління перетворювача;
• за зовнішніми контактними сигналами;
• зміною параметрів та режимів роботи електроприводу за допомогою уставок із вбудованого пульта управління;
• захист електроприводу вентилятора, що забезпечується перетворювачами частоти;
• струмове від перевантаження двигуна;
• від короткого замикання у навантаженні;
• від короткого замикання у силовій частині ПЧ;
• від неприпустимого зниження або перевищення напруги мережі живлення (з можливістю автоматичного підхоплення частоти обертового механізму після відновлення параметрів мережі живлення);
• від перегріву силової частини ПЧ;
• від перегріву електродвигуна (за сигналом від датчика температури двигуна);
• від несправностей у системі управління та силовій частині;
• від обривів датчиків технологічних параметрів.

Сигналізація та індикація у перетворювачах частоти:

• безперервна індикація за допомогою вбудованого пульта управління перетворювачів частоти основних параметрів роботи приводу (вихідна частота, струм у навантаженні, напруга, потужність, поточне значення технологічного параметра і т.д.), на вибір оператора;
• індикація стану приводу;
• контактний сигнал про аварійне відключення електроприводу;
• діагностика аварійного відключення електроприводу з індикацією та енергонезалежним запам'ятовуванням причин останніх 5 відключень.

Перетворювач частоти, який пропонується встановити на живильному насосі для більш повної автоматизації котла, управляється в автоматичному режимі сигналу від датчика рівня води в барабані котла (або сигналу від датчика температури води на вході в циркуляційний насос).

 

8. Обсяг робіт зі створення та впровадження системи

8.1 Для впровадження системи контролю та управління котлом силами та засобами Виконавця виконуються такі роботи:

8.1.1 Обстеження котла та обладнання, що його обслуговує.
8.1.2 Упорядкування техніко-економічного обґрунтування модернізації автоматики котла.
8.1.3 Розробка та погодження із Замовником вимог на створення системи.
8.1.4 Розробка та погодження з наглядовими органами проекту модернізації та теплотехнічного контролю котла.
8.1.5 Розробка необхідної робочої конструкторської та експлуатаційної документації системи.
8.1.6 Виготовлення, програмування, налагодження та випробування на стенді виконавця апаратури системи.
8.1.7 Шеф-монтажні та пуско-налагоджувальні роботи.

 

Рис. 3 –Схема оптимізації роботи водного режиму котла із застосуванням перетворювача частоти