Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
бесплатно
doc

Реферат «Автоматизация системы управления индукционной печью» по Теории автоматического управления (Дулина Н. В.)

1.2 Понятия об устройстве и работе водогрейных и паровых котлов

Котельные установки промышленности предназначается для получения пара, применяемого паровых двигателях и при различных технологических процессов, а также для отопления, вентиляции и бытовых нужд.

В зависимости от назначения котельные установки бывают следующих разновидности: энергетические-вырабатывающие пар для паровых турбин; производственно-отопительные – вырабатывающие пар для потребности производства, отопления и вентиляции; отопительные-вырабатывающие пар или горячую воду для отопления и бытовых нужд предприятия или населения.

Следует также отметить и такую разновидность котельных установок, как котлы и утилизаторы, принцип работы которых основан на использовании тепла, получаемого в ходе какого либо технологического процесса.

Под котельными установками малой мощности понимают производственно- отопительные котельные с давлением пара до 2,3 МПа паропроизводительностью до 21 кг/с или отопительные котельные с температурой нагрева воды до 200оС и теплопроизводительностью до 58 МВт. Они применяются в основном, когда предприятие или населенный пункт удалены на значительное расстояние от ТЭЦ, а строительство в их составе ТЭЦ экономически нецелесообразно.

Принцип работы котельной установки заключается в передаче тепла, образовавшегося при сгорании топлива, воде и пару. В соответствии с этим основные элементы котельных установок – котельный агрегат и топочное устройство.

Топочное устройство служит для сжигания топлива наиболее экономичным способом и превращения химической энергии топлива в тепло. Котельный агрегат представляет собой теплообменное устройство, в котором происходит передача тепла от продуктов сгорания топлива воды и пару.

Наиболее распространённым видом топлива котельных установках является в настоящее время природный газ. В качестве топлива могут применяться мазут, а также твердое топливо – уголь, горючие сланцы и торф.

Паровой котел, как правило, имеет в своем составе металлический сосуд – барабан и систему кипятильных труб предназначенных для увеличения поверхности нагрева. В котел подается питательная вода, в качестве которой чаще используют возвращаемый от технологических и отопительных аппаратов конденсат. Для возмещения потерь конденсата котельную установку подпитывают химически очищенной водой.

Рассмотрим устройство и принцип работы котла на примере двухбарабанного вертикально-водотрубного котла типа ДКВР, состоит из двух горизонтально расположенных барабанов с естественной циркуляцией воды. Верхний барабан соединен с нижним пучком кипятильных труб 2, в которых происходит конвективный нагрев воды. Пучок кипятильных труб помещен в газоходы котла.

Питательная вода подается к верхнему барабану через экономайзер 1, который служит для предварительного подогрева питательной воды остаточным теплом дымовых газов.

Перед кипятильным пучком расположена топочная камера, которая состоит из собственно топки с газовыми горелками и камеры догорания. Камера догорания предназначена для предупреждения возможного затягивания пламени в конвективный пучок труб, а также для уменьшения потерь от химического недожога топлива.

Питательная вода происходит за счет опускания более холодной воды через необогреваемые трубы, расположенные вне топочного устройства. Воды подымается по кипятильным трубам, а пар отводится через штуцер в верхнем барабане котла.

Теплофикационные водогрейные котлы предназначены для нагрева горячей воды: температура воды на входе в котел 70оС, а на выходе 150оС. Отличительная особенность водогрейных котлов – труб давлением 1 – 1,3 МПа.

В качестве водогрейных котлов наибольшее распространение получили котлы типа ПТВМ. Они имеют газмазутную топку и систему труб в виде змеевиковых пакетов, предназначенных для конвективного нагрева воды.

Рис. 1.2. Функциональная схема системы контроля и автоматического регулирования котла ДКВР

Характерная особенность котлов-утилизаторов – отсутствие топки. Эти котлы используют тепло, выделяющееся в ходе некоторых технологических процессов, например при обжиге в печах «кипящего слоя» медносернистых и цинковых руд в цветной металлургии, а также колчедана в производстве серной кислоты. Газы этих печей с температурой 900 – 950оС направляются для получения пара, используемого на ТЭЦ. Котлы-утилизаторы чаще всего работают по схеме вертикально-водотрубных котлов с одним барабаном. Пучки кипятильных труб, в основном, конвективного нагрева. Однако отдельные кипятильные пучки могут быть вмонтированы непосредственно в технологический агрегат, например в рабочее пространство печи «кипящего слоя». Эти пучки являются пучками радиационного нагрева.

Паровые котлы дают насыщенный пар. Однако во время транспортировки на значительные расстояния и использования для технологических нужд, а также на ТЭЦ пар должен быть перегретым, так как в насыщенном состоянии при охлаждении он сразу начинает конденсироваться. Поэтому в котлах ДКВР, а также котлах-утилизаторах часть кипятильных труб в зоне температур газов около 700оС заменяют пароперегревателем.

Котельные установки состоят из нескольких котельных агрегатов, которые соединяются друг с другом общими трубопроводами – коллекторами. На установке имеется общий паровой коллектор, два коллектора питательной воды, а также коллекторы топлива – газо- или мазутопровода.

1.3 Основные принципы автоматизации котельных установок

Объем систем автоматизации котельной установки зависит от типа котлов, установленных в котельной, а также от наличия в ее составе конкретного вспомогательного оборудования. Требования к объему систем автоматизации установлены. Кроме того, требования к отдельным системам контроля приведены в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов».

В соответствии с СН 350-66 на котельных установках предусматривают следующие системы: автоматического регулирования, автоматики безопасности, теплотехнического контроля, сигнализации и управления электроприводами.

Автоматические системы регулирования. Основные виды АСР котельных установок: для котлов – регулирование процессов горения и питания; для деаэраторов – регулирования уровня воды давления пара.

Автоматическое регулирование процессов горения следует предусматривать для всех котлов, работающих на жидком или газообразном топливе. При применении твердого топлива АСР процессов горения предусматривают в случаях установки механизированных топочных устройств. Необходимость АСР на резервном топливе должна быть определена в результате технико-экономического обоснования, выполненного с учетом расчетного времени работы котла на резервном топливе. Для аварийного топлива АСР не предусматривают.

Регуляторы питания рекомендуют устанавливать на всех паровых котлах. Для котла паропроизводительностью более 0,55 кА.

Котлы с температурой перегрева пара 400оС и выше должны быть снабжены АСР температуры перегретого пара.

Рис.1.3. Структурные схемы АСР деаэратора

а – давления пара в головке; б – уровня воды в деаэраторе

Автоматика безопасности. Системы автоматики безопасности для котлов на газообразном и жидком топливе следует предусматривать обязательно. Эти системы обеспечивают прекращение подачи топлива в аварийных ситуациях.

Теплотехнический контроль. Объем показывающих приборов на котлах в зависимости от их типа. Кроме того, в котельных устанавливают показывающие приборы для измерения: температуры воды в подающем и обратном коллекторах; температуры жидкого топлива в общей напорной магистрали; давления пара в магистрали для распыла жидкого топлива; давления жидкого или газообразного топлива в целом по котельной.

В котельной должна быть также предусмотрена регистрация следующих параметров: температуры перегретого пара, предназначенного на технологические нужды; температуры водя в подающих трубопроводах паровой сети и горячего водоснабжения, а также в каждом обогретом трубопроводе; давление пара в подающем коллекторе; давления воды в обратном трубопроводе тепловой сети; расхода пара в подающем коллекторе расхода воды в каждом подающем трубопроводе тепловой сети и горячего водоснабжения; расхода воды, идущей на подпитку тепловой сети.

Деаэраторно-питательные установки оборудуют показывающими приборами для измерения температуры воды в аккумуляторных и питательных баках или в соответствующих трубопроводах.

Релейно-контактные системы управления и сигнализации электроприводами. Такие системы, применяемые для управления дутьевыми вентиляторами и дымососами.

1.4 Автоматические системы регулирования котельных установок

Котел ДКВР имеет АСР, представленные на функциональной схеме. В котельных установках наибольшее применение для целей регулирования получили регуляторы электронно-гидравлической системы «Кристалл». АСР процессов горения этого котла состоит из: регулятора нагрузки котла, при помощи которого регулируется подача топлива в топку; регулятора соотношения топливо – воздух; регулятора разрежения в топке котла.

Регулятор нагрузки котла состоит из датчика давления, усилителя и гидравлического исполнительного механизма. Давление в барабане котла измеряется манометром с дифференциально-трансформаторным датчиком 1а типа МЭД. Импульс от датчика поступает к электронному бесконтактному транзисторному усилителю 1б типа УТ. К усилителю подается также сигнал обратной связи от исполнительного механизма 1в. При этом реализуется П-закон регулирования. Сигнал выхода усилителя подается на обмотки электрогидравлического реле гидравлического исполнительного механизма 1в типа ГИМ-Д2И, который через систему рычагов изменяется положение регулирующей заслонки 1г на газе или регулирующего клапана 1д на мазуте. Исполнительный механизм (ИМ) данного типа имеет три датчика обратной связи, один из которых используют в качестве устройства жесткой обратной связи регулятора нагрузки, а другой – в качестве датчика для регулятора соотношения топливо – воздух при работе котла на мазутном топливе.

Регулятор соотношения топливо – воздух при работе на газовом топливе строят на базе усилителя 2б типа УТ по двухимпульсной схеме. Один импульс поступает от дифманометра 2а типа ДМ, контролирующего давление газа, а второй – от дифманометра 3а типа ДТ2-200, изменяющего разность давлений в воздухопроводе и атмосферного воздуха. Усилитель воздействует на ИМ 2в типа ГИМ. При работе котла на мазуте с помощью переключателя 2г регулятор переводят на трехимпульсную схему. При этом импульс от расходомера газа отключается и в схему включаются импульсы от расходомера пара 4в и от датчика обратной связи ИМ регулятора нагрузки 1в.

Регулятор разряжения в топке также реализуется на базе усилителя 5б типа УТ. Импульс к нему поступает от дифманометра 5а типа ДТ2-50, измеряющего разрежение в топке. Сигнал от усилителя поступает через реверсивный контактор 5в типа СКР-0-66 на сервомотор 5г серии Р. Сервомотор работает в комплекте с блоком изодромной обратной связи типа БИОС-М, импульс от которого передается на вход усилителя УТ, что реализует ПИ-закон регулирования.

АСР питания котла (6а-6д) выполнена по одноимпульсной схеме, реализующей П-закон регулирования. Эта система аналогична регулятору нагрузки котла.

Для водогрейных котлов типа ПТВМ в зависимости от их производительности и конструктивных особенностей применяют различные системы регулирования.

Котел ПТВМ-30М теплопроизводительностью 40 Вт оборудован шестью газомазутными горелками, дымососом и двумя импульсными вентиляторами. Для этого котла предусматривают только АСР регулирования горения, состоящую из регулятора температуры воды, регулятора разрежения в топке.

Регулятор температуры воды строят на базе усилителя 1в типа УТ, импульс к которому поступает от двух термометров сопротивления 1а и 1б, один из которых измеряет температуру воды за котлом, а второй – в теплосети. Режим работы котла, при котором регулятор поддерживает температуру воды за котлом, называют базовым, а при регулировании температуры воды в теплосети – регулировочным. В первом случае регулятор работает на постоянном задании, а во втором – задание изменяется по отопительному графику. Регулятор охвачен упругой обратной связью от ИМ 1в и отрабатывает И-закон регулирования. Изменение подачи топлива осуществляется регулирующими органами 1д и 1в.

Регулятор расхода воздуха 2а – 2в поддерживает соотношение топливо воздуха и работает аналогично регулятору соотношения на котле ДКВР. При работе котла на газе импульс расхода топлива поступает от расходомера газа 5а, 5б, а при работе на мазуте – от устройства обратной связи ИМ 1г. Выбор вида топлива производится переключателем 5в. Отличие состоит в том, что расход воздуха должен изменяться на двух дутьевых вентиляторах, поэтому регулятор непосредственно воздействует только на один вентилятор. Изменение расхода воздуха через второй вентилятор осуществляет следящая АСР. Основной этой системы также является усилитель 4а типа УТ, на вход которого подаются два импульса от датчиков перемещения ИМ – на первом 2в и второй 2г вентиляторах.

Регулятор разрежения 3а – 3г выполнен аналогично регулятору разрежения котла ДКВР.

Котлы ПТВМ и ПТВМ-100 оборудованы соответственно двенадцатью и шестнадцатью горелками. Для каждой горелки предусмотрен индивидуальный вентилятор. Котлы работают на естественной тяги и у них отсутствует дымосос.

Температуру воды за котлов в этом случае регулируют включением и отключением горелок. Это выполняется или автоматически, с помощью релейной схемы осуществляющей очередность включения и отключения, либо дистанционного щита управления. Подобное регулирование приводит к изменению давления газа и изменению производительности горелок. Поэтому для указанных котлов предусматривают регулятор давления топлива, выполняемый аналогично регулятору питания котла ДКВР.

Системы регулирования на деаэраторах, устанавливаемых в котельных, также строят на аппаратуре системы «Кристалл». Они представляют собой одноимпульсные регуляторы, выполненные аналогично регулятору питания котла ДКВР. Регулятор давления пара реализует П-закон регулирования, а регулятор уровня воды в деаэраторе – И-закон регулирования.

1.5 Автоматика безопасности котельных установок

Схема автоматики безопасности выполняет функции защиты котлоагрегата, обеспечивая заданную последовательность операций при растопке котла и отключение его при возникновении аварийных режимов.

Рассмотрим в качестве примера работу схемы автоматики безопасности котла ДКВР. При установившихся режимах контакты датчиков сигнализаторов падения давления воздуха, пара, разрежения в топке, а также контакты приборов-сигнализаторов уровня воды замкнуты, катушки реле РП2-РП5 находятся под напряжением и подготовливают к работе цепи реле защиты РВ2 и пуска РВ1.

Пуск котла осуществляется ключом ПК, рукоятка которого имеет два фиксированных положения и два положения, из которых она возвращается в фиксированные. Для пуска котла рукоятку поворачивают в оперативное положение «включит». При этом замыкаются контакты 9-8, 13-16 и 17-19. Контакты 13-16 и 17-19 остаются замкнутыми при возврате рукоятки ключа в фиксированное положение, а контакты 9-8 размыкаются. Таким образом, в момент поворота ключа в положение 6 через его контакты 9-8 включается реле РВ1, которое самоблокируется через свой замыкающий контакт и остается под напряжением при возврате рукоятки ключа в положение 5. Второй замыкающий контакт РВ1 включает реле РП9, которое своими контактами отрывает клапаны запальников 1КЗУ, 2КЗУ и включает запальное устройство 1ЗУ, 2ЗУ. Для их питания предусмотрена выпрямительная схема из диодов Д. Фотодатчики 1Ф, 2Ф контролируют пламя запальников и управляющий прибор ЗЗУ запально-защитного устройства своим контактом включает реле РП6, которое в свое очередь замыкающим контактом включает реле защиты РВ2 и реле блокировки РЗ1 и РЗ2. Реле РВ2 своим замыкающим контактом подготавливает цепь электромагнитной защелки СГ клапана-отсекателя на газопровод. После того как вручную будет открыт клапан-отсекатель и блокирование газа замкнет контакт сигнализаторв падения давления СПДГ, включится реле РП1, которое замыкающим контактом замкнет цепь электромагнита клапана-отсекателя, а размыкающим контактом разорвет цепь РВ1.

Реле РВ1 с выдержкой времени обеспечит реле РП9, а оно в свою очередь обеспечит соленоидные клапаны запальников, которые закроются.

При нарушении какого-либо параметра разрываются цепи реле защиты РП1-РП6, реле РВ2 обеспечится и клапан-отсекатель прирекроет газ с установленной выдержкой времени. При падении давления воздух и пара контакты реле РП2 и РП4 обеспечат катушку клапана-отсекателя СГ и подача топлива прекратится мгновенно.

Центральным узлом схемы безопасности является клапан-отсекатель. В зависимости от давления отопительного газа применяют клапаны низкого или высокого давления. Клапаны поставляет промышленность с мембранной головкой, которую настраивают на срабатывание при понижении давления топлива. Для работы в системах автоматики этот клапан переоборудуют при монтаже – вместо мембраны в него устанавливают электромагнит типа МИС-4100Е, катушка которого СГ включается в схему автоматики, описанную ранее.

При работе котла на мазуте вместо клапана-отсекателя применяется вентиль с электромагнитным приводом СМ. Выбор вида топлива осуществляется переключателем ПТ. Аварийная отсечка топлива может быть также осуществлена вручную кнопками КО1 и КО2.

Системы автоматического регулирования и автоматики безопасности котельных установок поставляют комплектно, смонтированными в щитах Щ-К2, Щ-К2У.

3.1 Основные требования к пневматическим средством измерения автоматизаций и линиям связи

Общие технические требования и методы проверки пневматических регуляторов определяется типом регуляторов. Тип регулятора определяется его законом регулирования: ПЗ-1 – позиционное регулирование, ПЗ-2 – позиционное регулирование с зоной возврата, П – пропорциональное регулирование, ПД-1 – пропорционально-дифференциальное регулирование, ПД-2 – прямое предварение, ПД-3 – обратное предварение, ПИ – пропорционально-интегральное регулирование, ПИ-пропорциональное регулирование.

Регуляторы должны быть основной погрешности в процентах от нормирующего знаяения входного сигнала выбирают из ряда.

За основную погрешность следует принимать:

а) для регуляторов типа ПЗ-1 – наибольшее значение входного сигнала, при котором выходной сигнал изменяется от нижнего до верхнего или от верхнего до нижнего предельного значения и которое выражено в процентах от нормирующего значения входного сигнала;

б) для регуляторов типа ПЗ-2 наибольшую разность установленного предельного х±0,5∆н и действительного значений регулируемой величины, при которой выходной сигнал изменяется от нижнего до верхнего или от верхнего до нижнего значения и которая выражена в процентах от нормирующего значения входного сигнала.

в) для регуляторов типа П и ПД с пропорциональности δ 100% изменяют значение регулируемой величины от 20 до 100 кПа и определяют ∆у при ∆х = 80 кПа.

Действительное значение зоны пропорциональности определяют в процентах по формуле

где хн – нормирующее значение регулируемой величины, равное разности его граничных значений; ун – нормирующее значение выходного сигнала, равное 80 кПа.

Для регуляторов типов ПИ и ПИД при проверке зоны пропорциональности емкость узла интегрирования может быть соединена с источником постоянного давления 60 кПа при установке указателя постоянной времени интегрирования на отметку шкалы ∞.

Показать полностью…
Похожие документы в приложении