Добавлен: 11.12.2023
Просмотров: 22
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Содержание
1.Введение……………………………………………………………......……….2
2. Актуальность темы……………………………………………………...……3
3. Технологическая характеристика и принцип работы котла – утилизатора……………………………………………………....……........….....4
4. Котел - утилизатор как объект управления………………....…….....……8
5. Разработка концепции САУ…………………………………………….….11
6. Выводы…………………………………………………………………….….15
7.Список источников…………………………………………………..………16
1.Введение
Эффективное использование вторичных энергоресурсов и значительная экономия средств на приобретение топлива для котельного оборудования – это самые актуальные факторы, которые рассматриваются крупными производственными предприятиями во всех сегментах хозяйственной деятельности. Отработанные газы промышленных установок в большинстве случаев используются вхолостую посредством очистки и последующего выброса в атмосферу. Котел утилизатор дает возможность сэкономить финансы на покупке и установке котельного оборудования, а также вырабатывать солидные объемы тепла без расходов на покупку энергоносителей.
2. Актуальность темы
Повышение эффективности использования вторичных энергоресурсов может быть достигнуто путем совершенствования эксплуатирующегося основного и вспомогательного оборудования теплоэлектростанции (ТЭС), их тепловых и пусковых схем, автоматизированных систем технологических процессов (АСУ ТП) и технологии эксплуатации, а также внедрением нового замещающего оборудования.
Технико-экономические показатели ТЭС зависят от характеристик основного оборудования и вида сжигаемого топлива, особенно при сжигании различных углей, а также от технологической схемы отпуска тепла. Важнейшее значение при этом имеет эффективность котлов и теплофикационных паротурбинных установок.
Поэтому разработки, направленные на повышение эффективности технологии использования вторичных энергоресурсов, являются актуальными. Особенно это важно для проведения реконструкции и технического перевооружения АСУТП ТЭС, оборудование которых исчерпало ресурс.
3. Технологическая характеристика и принцип работы котла – утилизатора
Котел-утилизатор - это котел, в конструкции которого нет своей топки, принцип его действия основан на использовании тепла, образующегося в каких-либо производственных процессах, например, образование отработавших газов в процессе производства электроэнергии на ТЭС.
Основными тепловыми отходами или вторичными энергоресурсами являются:
Физическая теплота отходящих газов (иногда содержащих и химическую теплоту).
Теплота технологической продукции.
Теплота шлаковых отходов.
Теплота рабочих тел систем принудительного охлаждения технологических камер.
Использование тепловых отходов в котле-утилизаторе обеспечивает получение дополнительной продукции в виде энергетического или технологического пара, горячей воды и т.п., что приводит к экономии топлива на предприятии.
Производительность пара, конструкция котла-утилизатора, напрямую зависит от объема и качества утилизируемого газа.
В ТЭС в основном применяются газотрубные горизонтальные котлы-утилизаторы.
Рисунок 1 – Конструкция газотрубного горизонтального котла-утилизатора.
1 - входная камера; 2 – выходная камера; 3 - трубы пароперегревателя; 4 - паросепарационное устройство;
5 - подвод питательной воды; 6 – паровой коллектор, 7 – испарительный барабан
Продукты сгорания (отработавшие технологические газы) проходят внутри труб, размещенных в водяном объеме барабана и через выходную камеру удаляются в атмосферу. Эти котлы характеризуются высокой газоплотностью, простотой обслуживания и пониженными требованиями к питательной воде.
К основным недостаткам котлов-утилизаторов подобного типа относятся низкий коэффициент использования теплоты отходящих от технологических агрегатов газов (50-60%), низкий паросъем с единицы поверхности нагрева.
Рисунок 3 – Котел-утилизатор (общего назначения) для утилизации тепла уходящих газов
(скорость анимации – 45.2 количество кадров – 14)
На ТЭС в основном применяется электромеханические средства автоматизации котлов-утилизаторов. Они работают также по принципу «включено – выключено». При минимальной температуре воды (минимальном давлении пара) они устанавливают заслонку в положение, при котором котел сообщается с выпускным коллектором топочных газов, а при максимальной температуре (давлении) отключают котел от выпускного коллектора.
Электродвигатель электромеханических систем управления приводит во вращение через редуктор специальный вал с винтовой нарезкой. При включении электродвигателя она перемещается вдоль винтовой нарезки вала и через рычаг открывает или закрывает газовую заслонку.
Реле минимальной температуры (давления) включает электродвигатель в сторону открытия газовой заслонки, а реле максимальной температуры (давления), наоборот, в сторону закрытия ее.
Поэтому существующая система управления котлом-утилизатором на Зуевской ТЭС является морально и технически устаревшей. Она не позволяет обеспечить поддержание заданной температуры нагреваемого теплоносителя. В реальных условиях температура пара на выходе из котла-утилизатора изменяться вследствие изменения эксплуатационных факторов: температура питательной воды; избыток воздуха в топке; шлакование экранов топки и пароперегревателя и т.п. Это приводит к нестабильности работы оборудования.
4. Котел - утилизатор как объект управления
На эффективность утилизации выходящих газов оказывает влияние тепловая мощность котла-утилизатора, режим подачи в него отработавших технологических газов и их температура. Объем и температура отработавших газов зависит от количества сжигаемого топлива в котлах ТЭС.
В результате протекания процесса теплообмена в котле-утилизаторе температура отработавших газов снижается от t1 до t2. Питательная вода поступает в котел-утилизатор с блока водоподготовки, пройдя необходимую очистку от солей жесткости и деарацию. На выходе из котла-утилизатора образуется водяной пар. Температура воды t3 на входе в печь; пара t4 на выходе из печи (рис. 3).
Рисунок 3 –Схема основных тепловых потоков
Основной задачей управления котлом-утилизатором является Температура пара на выходе из котла-утилизатора зависит от (рис. 4):
— нагрузки котла-утилизатора;
— температуры питательной воды;
— чистоты поверхностей нагрева котла-утилизатора и пароперегревателя;
— от величины отбора пара от котла-утилизатора.
Рисунок 4 –Котел-утилизатор как объект управления
4. Цель, функции и задачи исследования
Цель - повышение эффективности использования вторичных энергоресурсов за счет разработки системы автоматического управления котлом-утилизатором, что позволит улучшить теплопроизводительность котла-утилизатора отработавших газов тепловой электростанции.
Для реализации поставленной цели необходимо, чтобы САУ котлом-утилизатором в условиях Зуевской ТЭС выполняла:
Информационные функции:
— централизованный контроль и измерение параметров процесса теплообмена в котле-утилизаторе;
— обмен информацией между вычислительными средствами АСУТП ТЭС;
— формирование и выдача сигналов сигнализации, а так же визуализация информации в удобном для оперативного персонала виде на АРМ.
Управляющие функции:
— автоматическое управление температурой пара на выходе из котла-утилизатора;
— аварийное отключение котла-утилизатора.
Для реализации выбранных функций, необходимо решить такие задачи:
Выполнить анализ процесса тепло- и массо- переноса в котле-утилизаторе отработанных газов на ТЭС.
Получить математическую модель системы автоматического управления котлом-утилизатором, которая позволит поддерживать требуемую температуру пара.
Разработать функциональную схему автоматизации и выбрать современные средства автоматизации обеспечивавшие выполнения функций САУ, а также обеспечить непрерывную двустороннюю связь с верхним уровнем АСУТП ТЭС.
Реализовать алгоритмы управления на базе выбранного технического обеспечения САУ.
5. Разработка концепции САУ
Частные принципы построения систем управления должны учитывать специфику конкретного объекта автоматизации, а также, главные особенности технической реализации, которые отражаются в технических спецификациях на проектируемую систему.
Рассмотрим возможные концепции построения САУ котлом-утилизатором, применяющиеся на практике: каскадно-связанное регулирование; регулирование байпасированием продукта; регулирование изменением расхода конденсата греющего пара; регулирование изменением температуры горячего теплоносителя; регулирование изменением расхода продукта.
Использование двухконтурных САУ значительно улучшает качество регулирования конечной температуры паро-водяной смеси, если вспомогательной регулируемой величиной выбрать параметр, изменение которого будет сильным возмущением для процесса теплообмена. Часто в качестве вспомогательного параметра выбирают расход отработанных газов (рис. 5).
Рисунок 5 –Двухконтурные САУ процесса нагревания с использованием в качестве вспомогательной регулируемой величины:
а) расхода теплоносителя; б) давления; в) давления в межтрубном пространстве
Для регулирования систем, в которых изменение расхода отработанных газов недопустимо, используют метод байпасирования. Регулирующее воздействие в этом случае осуществляется изменением расхода байпасируемого продукта (рис. 6, а). Поскольку перемещение регулирующего органа на байпасной линии все же приводит к некоторому изменению расхода продукта, при высоких требованиях к постоянству этого расхода устанавливают два мембранных исполнительных механизма разного типа.
Аналогичный эффект достигается при установке трехходового смесительного клапана (рис. 6, в).
Рисунок 6 –Схема регулирования температуры изменением расхода продукта в байпасном трубопроводе:
а) с помощью одного клапана; б) с помощью двух клапанов; в) с помощью трехходового клапана
Регулирование методом байпасирования улучшает динамическую характеристику системы, так как при этом из цепи регулирования исключается теплообменник.
В зависимости от возможных возмущающих воздействий, может быть принят один из вариантов схем регулирования, показанных на рис. 7. Стабилизирующие регуляторы расхода отработанных газов и расхода продукта ликвидируют возмущения до поступления их в систему.