Реферат: Система автоматизации на котлоагрегатах

Министерство образования инауки Республики Казахстан

Павлодарский государственныйуниверситет им. С. Торайгырова

Кафедра «Компьютерныесистемы»

КУРСОВАЯ РАБОТА

подисциплине: «Автоматизированноепроектирование»

на тему: «Системаавтоматизации на котлоагрегатах»

Выполнили:

студенты гр. АСУ-51

Абильшаихова К.Б. Окатенко Н.В.

Бещембаева М.М.

Макзымов Е.Ж.

Проверил:

Ишимцев Р.Ю.

Павлодар, 2003СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1.

Технологический участок образования пара, как объект АСУ

1.1

Технология парообразования и оборудование

1.1.1

Описание технологического процесса производства пара

1.1.2

Технологическая инструкция по эксплуатации паровых котлов

1.1.3

Описание технологического оборудования для производства пара

1.2

Электрические станции, их место в технологическом процессе парообразования

2.

Описание системы управления котлоагрегатом

 3.

Выбор принципиальных технических решений

3.1

Задача управления, ее декомпозиция.

3.1.1

Котельные установки как объект регулирования

3.2

Техническое задание на создание новой АСУ

3.2.1

Требования, предъявляемые к системе автоматизированного управления

3.2.2

Требования к контроллерам

3.2.3

Требования к информационным потокам

3.3

Выбор основных технических решений по управляющему и вычислительному комплексу, ПО системы, пульту оператора, полевой автоматики и сети.

3.3.1

Выбор средств полевой автоматики (ПА)

3.3.3

Требования к программному обеспечению (ПО)

3.3.4

Требования к сети

4.

Проект АСУ

4.1

Функциональная схема автоматизации

4.2

Структура программно-технического комплекса

4.3

Структурная схема контура управления

4.4

Схема информационных потоков

 5.

Специальный вопрос: АРМ оператора узла. Заключение Список используемой литературы

Введение

Энергетикаявляется ведущим звеном современного индустриально развитого  народного хозяйства. Понятием «энергетика»охватывается, как известно, широкий круг установок для производства, транспортаи использования электрической и тепловой энергии и всех других энергоносителей,как-то: сжатый воздух, искусственный кислород и др. В их числе особо важноезначение имеет электроэнергия в силу универсальности её применения впромышленности, на транспорте и в быту и большой транспортабельности – намногие сотни километров при минимальных потерях.

 В СССР, как в принципе и сейчас в Казахстане,примерно 85% электроэнергии производится на тепловых  электростанциях (ТЭС), важнейшим звеномкоторых являются котельные установки, вырабатывающие пар для турбогенераторов.

В дальнейшем, при учетестроительства мощных гидроэлектростанций (ГЭС) и более широкого промышленногоосвоения атомных электростанций (АЭС), процент «топливной электроэнергии»несколько снизится, но все же он составит, по- видимому, не мене 80% общего еёпроизводства. В общем, топливном балансе страны районные тепловые  электростанции занимают около 15%, а, включаянаходящиеся в  системе промышленныхпредприятий – примерно 25%. Значительно большое количество топлива, порядка35%, потребляется промышленностью для производственных целей, а оставшиеся 40%приходится на все виды транспорта и коммунальное хозяйство. Если учесть широкоераспространение на водном и железнодорожном транспорте паросиловых установок иприменение различных котлов в коммунальном хозяйстве, можно констатировать, чтоне менее 55-60% производимого в стране топлива сжигается в топках котлов тогоили иного назначения.

Нужно указать далее, чтопромышленная энергетика является наиболее сложным энергетическим комплексом.

В его состав входят, помимо обычных котельныхустановок и паросиловых установок, специальные воздуходувные и кислородныестанции, промышленные печи различного назначения, газификационные аппараты,сушильные и теплообменные устройства, тепловые и газовые сети, а такжемногообразное электрооборудование промышленных предприятий.

При выработке пара исходными рабочими веществамиявляются: топливо, окислитель — в основном кислород атмосферного воздуха ипитательная вода, из которой получается пар нужных параметров, а производственнымиотходами – охлажденные дымовые газы и шлакозоловые остатки топлива. Дымовыегазы получаются при сжигании (окислении) топлива в специальном устройстве –топке.

Тепло образующихся здесь горячих дымовых газовиспользуется далее поверхностями нагрева для подогрева питательной воды, еёиспарения при определенном давлении, перегрева полученного пара, а также длянагрева воздуха, поступающего в топку для окисления горючих элементов топлива.

Дымовые газы, пройдя указанные теплоиспользующиеустройства, выбрасываются затем в атмосферу. Вместе с ними уносится часть золытоплива, а остальная её часть в виде сплавленного шлака выпадает в нижней частитопки, откуда она и выводится — непрерывно или периодически.

Сочетание топки и теплоиспользующих поверхностейименуется котельным агрегатом; котельная установка является более широкимпонятием, включающим дополнительно устройства для приготовления  и ввода в топку топлива, вентиляторы для подачивоздуха и отвода в атмосферу охлажденных дымовых газов, питательные насосы идругое, более мелкое вспомогательное оборудование.

Промышленное применение пара имеет на сегодня почтидвухвековую историю, считая со времен Ползунова (1728-1766 гг.) и Уатта(1736-1819 гг.), историю непрерывного прогресса в области паровых двигателей ипаровых котлов. Однако значительные достижения были достигнуты в этих областяхв 1930-1940 гг.  За этот сравнительновесьма ограниченный отрезок времени в котельной технике достигнуто в количественноми качественном отношениях значительно больше, нежели за все предыдущие 150 лет.

Большие сдвиги котельной техники в1930-1640 гг.,отражая общее ускорение темпов промышленно- технического прогресса,обуславливаются в основном бурным развитием за эти годы электроэнергетиковсвязи с интенсивным ростом энерговооруженности народного хозяйства, большойконцентрацией мощностей и применением транспорта электроэнергии на огромныерасстояния. Нужно указать, что до Октябрьской революции котлостроения в СССРфактически не было, как и многих других отраслей тяжелой промышленности, а всясравнительно небольшая потребность в паровых котлах покрывалась импортом их изГермании и Англии. Начиная с 1928-1930 гг. у нас создается собственная и мощнаятопочно-котельная промышленность, концентрируемая на ряде специализированныхзаводов, важнейшими из которых являются Таганрогский, Подольский, Барнаульскийи Белгородский.

1.<span Times New Roman"">    Технологическийучасток образования пара, как объект АСУ

1.1<span Times New Roman"">            Технологияпарообразования и оборудование

1.1.1 Описание технологическогопроцесса производства пара

Технологическая схемапроизводства пара на паротурбинной электрической станции с прямоточными котламии сжиганием твердо­го топлива в пылевидном состоянии показана на рис.1. Твердоетопливо в виде кусков поступает в приемно-разгрузочное помещение вжелезнодорожных вагонах. Вагоны заталки­ваются в вагоноопрокидыватели и вместес ни­ми, поворачиваясь вокруг своей оси примерно на 180°, разгружаются врасположенные ниже бункера. С помощью автоматических питате­лей топливопоступает на ленточные конвейе­ры первого подъема, передающие его в дро­билки.Отсюда поток измельченного топлива— дробленки (размеры кусочков топлива не бо­лее25 мм) конвейером второго подъема по­дается в бункера котельной. Далее дробленкапоступает в углеразмолъные мельницы, где окончательно измельчается иподсушивается. Образовавшаяся топливно-воздушная смесь поступает в топочную камеру.

<img src="/cache/referats/16586/image001.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

Рис.1 Технологическая схема производствапара

1-штабельугля; 2- ленточный транспортер; 3 и 4-бункер; 5- вагоноопрокидыватель сжелезнодорожным вагоном; 6- дробильный завод; 7- бункер дробилки; 8- углеразмольная мельница; 9- первичный воздух; 10- пылевоздушная смесь; 11- горелки;12- фронт котла; 13- паровой котел; 14- топочная камера; 15- вторичный воздух;16- НРЧ; 17- СРЧ; 18- ВРЧ; 19- перегретый пар; 20- конвективный пароперегреватель;21-  забор воздуха из помещения; 22-забор  наружного воздуха; 23- коробхолодного воздуха; 24- промежуточный паронагреватель; 25- горизонтальный газоход;26- конвективная шахта (вертикальный газоход); 27- экономайзер; 28- питательнаявода; 29- воздухоподогреватель; 30- дутьевой вентилятор; 31- золоуловитель; 32-дымосос; 33- дымовая труба; 34- шлакозоловой канал.

Примечание:парогенератор иногда называют также котлоагрегатом, или паровым котлом.

Вотечественной энергетике наиболее ши­рокое распространение получили паровые кот­лыс П-образным профилем — это две вертикальные призматиче­ские шахты, соединенныевверху горизонталь­ным газоходом. Первая шахта — большая по размерам — являетсятопочной камерой (топ­кой). В зависимости от мощности агрегата и сжигаемоготоплива ее объем колеблется в широких пределах — от 1000 до 30000 м3и более. В топочной камере по всему периметру и вдоль всей высоты стен обычнорасполага­ются трубные плоские системы — топочные экраны. Они получают теплотупрямым излучением от факела и являются радиационными поверхностями нагрева. Всовременных агрега­тах топочные экраны часто выполняют из плавниковых труб,свариваемых между собой и образующих сплошную газо-плотную (газо­непроницаемую)оболочку. Газо-плотная эк­ранная система покрыта оболочкой из тепло­изоляционногоматериала, которая уменьшает потери теплоты от наружного охлаждения стенагрегата, обеспечивает нормальные санитарно-гигиенические условия в помещении иисключает возможность ожогов персонала.

Втораявертикальная шахта и соединяю­щий ее с топочной камерой горизонтальный газоходслужат для размещения поверхно­стей нагрева, получающих теплоту конвекцией, ипотому называются конвективными газохо­дами, а сама вертикальная шахта—коллективнойшахтой. Поверхности нагрева, разме­щаемые в конвективных газоходах, получилиназвание конвективных.

После отдачитеплоты топочным экранам продукты сгорания покидают топку при тем­пературе900—1200°C (в зависимости от вида топлива) и поступают в горизонтальный газо­ход.

По мере движения в трубахтопочных экранов вода превращается в пар. Поверхно­сти нагрева, в которыхобразуется пар, явля­ются испарительными,   парообразующими.В прямоточном котле испарительная поверх­ность нагрева располагается в нижнейчасти топки и потому называется нижней радиаци­онной частью (НРЧ). При СКД вней разме­щается радиационный экономайзер. Вода, по­ступающая в паровой котел,называется пи­тательной водой.

Питательная вода  содержит примеси. В процессепарообразования увеличивается содержание пара, вода при этом упаривается, аконцентрация примесей возрастает. При достижении   определенных   концентраций в конце зоны парообразования навнутренней поверхности труб образуются отложения в ви­де накипи.Теплопроводность отложений в де­сятки раз меньше теплопроводности металла, изкоторого выполнены поверхности нагрева. Это ухудшает теплопередачу к рабочейсреде и при интенсивном обогреве в топочной каме­ре приводит к перегреву металлатруб, сни­жению прочности и разрыву под действием внутреннего давления рабочейсреды.

Поверхность нагрева, в которойзавер­шается парообразование и осуществляется переход к перегреву пара,называют переход­ной зоной. В этой зоне преимущественно и об­разуютсяотложения. Для облегчения работы металла в ранних конструкциях прямо­точныхкотлов переходную зону выносили из топоч­ной камеры в конвективный газо­ход,где ин­тенсивность обогрева примерно на порядок меньше — вынесенная переход­наязона. В на­стоящее время прямоточные котлы питаются практически чистой водойи  накипь не образуется, поэтому в современныхкотлах вынесенной переходной зоны не делают и ра­бочая среда из НРЧ поступает непосредствен­нов вышерасположенные то­почные экраны,  вкоторых пар уже перегревается — радиаци­онный пароперегреватель. Он можетсостоять либо из двух поверхностей нагрева: средней радиационной части (СРЧ) иверхней радиа­ционной части (ВРЧ), включенных между со­бой по пару после­довательно,либо только ВРЧ, включенной непосредственно за НРЧ. Из ВРЧ частично перегретыйпар поступает в последнюю по ходу пара поверхность на­грева, располо­женную вконвективном газохо­де — конвективный пароперегреватель, в кото­ром он доводитсядо необходимой температу­ры. Из конвективного пароперегревателя пере­гретый парзаданных параметров (давления и температуры) направляется в турбину. Как илюбая конвективная поверхность нагрева, конвективный пароперегревательпредставляет собой систему большого числа параллельно включенных между собойтрубчатых змееви­ков из стальных труб, объединенных на входе и выходе коллекто­рами.

Температурапродуктов сгорания за конвективным пароперегревателем достаточно вы­сока(800—900°С). Частично отработавший в турбине пар снова направляют в паровойкотел для вторичного (промежуточного) пере­грева до температуры, обычно равнойтемпе­ратуре пара, выдаваемого основным паропе­регревателем. Этот пароперегревательполучил название промежуточного.

На выходе изпромежуточного паропере­гревателя продукты сгорания имеют еще вы­сокую температуру(500—600°С) и поэтому содержащуюся в них теплоту утилизируют в конвективномэкономайзере. В него посту­пает питательная вода, которая подогревается до температуры,меньшей температуры насы­щения. При этой температуре вода поступает в НРЧ. Заэкономайзером температура про­дуктов сгорания составляет 300—450°C и бо­лее.Дальнейшая утилизация теплоты осу­ществляется в следующей конвективной по­верхностинагрева для подогрева воздуха – воздухоподогревателе. Воздухоподогреватель часто представляет собойсистему вертикаль­ных труб, через которые проходят продукты сгорания, а междутрубами—нагреваемый воздух. Температура воздуха на входе в воз­духоподогреватель(холодный воздух) 30— 60°C, на выходе (горячий воздух) 250—420°С в зависимостиот топлива и способа его сжи­гания.

При сжигании твердого топлива в пыле видном состоянии горячий воздухделят на два потока. Первичный воздух служит для подсушки топлива при размоле итранспорта готовой топливной пыли через горелки в топочную камеру. Температуратопливно-воздушной смеси 70—130°С. Вторичный воздух поступает через горелки втопку непосредст­венно (минуя мельничную систему) при температуре за воздухоподогревателем.

После воздухоподогревателя продукты сго­рания имеют уже достаточнонизкую темпера­туру (110—160°С). Дальнейшая утилизация теплоты этих продуктовсгорания экономиче­ски нецелесообразна, и их выбрасывают дымо­сосом черездымовую трубу в атмосферу. Они получили название уходящих газов,

В результате сжигания топлива остается зола, которая в основной массеуносится про­дуктами сгорания. Ее улавливают в золоуло­вителе, размещаемомперед дымососом. Этим предотвращается абразивный износ дымососов и загрязнениеатмосферы золой. Уловленная зола удаляется устройствами золоудаления. Часть золывыпадает в нижнюю часть топки и также непрерывно удаляется через системузолошлакоудаления.

Технологическая схема производства пара с барабанными котламиотличается лишь кон­струкцией и работой самих паровых котлов. В этом случаеобразующаяся в то­почных экранах пароводяная смесь поступает в барабан.Выделившийся в барабане прак­тически сухой пар поступает в пароперегрева­тель,а затем в турбину.

Из рассмотрения технологической схемы производства пара на рис.1следует, что в состав котельной установки входят:

-<span Times New Roman"">        

-<span Times New Roman"">        

-<span Times New Roman"">        

 (воздушная сторона), короб горячего воздуха и горелочные устройства;

-<span Times New Roman"">        

Воздушный игазовый тракты соединяются между собой последовательно. Так образуется газовоздушныйтракт. Переход от одного к другому осуществляется в объеме топочной камеры.Здесь воздух транспортируют дутьевыми вентиляторами и соответствующий воздушныйтракт на участке вентилятор — топка находится под давлением выше атмо­сферного.Продукты сгорания транспортируют дымососами, расположенными после котла, всвязи, с чем топка и все газоходы находятся под разрежением. Такую схему тяги идутья называют уравновешенной, или сбалансиро­ванной.

Транспортвоздуха до топки и продуктов сгорания до выхода в атмосферу можно такжеобеспечить только дутьевыми  вентиляторами- без дымососов. Топка и газоходы в этом случае будут находиться под некоторымизбыточным давлением – наддувом.

1.1.2 Технологическаяинструкция по эксплуатации паровых котлов

Параметры котлов. Типы и параметры энергетических парогенераторов(котлов) стандартизированы (ГОСТ 3619-76). В соответствии с ГОСТ котлы, изготовляемыеТКЗ, имеют давление, производительность и другие характеристики, равные одномуиз указанных в таблице 1  комплектовзначений.

Таблица 1.1 Основныепараметры энергетических котлов, изготовляемых ТКЗ (по ГОСТ 3619-76)

Показатели

Барабанные котлы

Прямоточные котлы

Давление пара на выходе из котла, кгс/см2

100

115

220

-

215

540

-

140

155

420

480

500

-

230

560

-

140

155

670

200

243

545

545

140

-

1800

500

240

515

515

255

-

1000

2650

3950

300

800

1200

265

545

545

Давление пара в барабане, кгс/см2

Производительность котла, т/ч

Электрическая мощность энергоблока с одним котлом, МВт

Температура питательной воды, C0

Температура первичного пара, C0

Температура промежуточного пара, C0

Давление, температураи количество пара, возвращаемого из турбины в котел для промежуточногоперегрева, зависят от тепловых особенностей турбины и не нормируются.

Из таблицы 1.1 видно,что в наиболее крупных котлах, оборудованных промежуточным паронагревателем,температура пара меньше, чем в агрегатах производительностью от 420 до 500 т/чбез промежуточного перегрева пара. Частично это объясняется тем, что в крупныхкотлах при большой ширине газоходов труднее избежать неравномерного обогревадымовыми газами отдельных труб. Кроме того, при наличии в котле как первичного,так и промежуточного паронагревателей их выходные участки, в которых температурапара имеет наибольшее значение, приходится размещать в зоне более высокихтемператур дымовых газов, чем в котлах без промежуточного паронагревателя.Поэтому котлы с промежуточным перегревом пара работают при более значительном превышении температуры металла трубнад температурой проходящего в них пара. При одинаковой и даже при болеевысокой температуре стенок труб температура пара должна иметь у этих котловнесколько меньшее значение.

Маркировка котлов.Различают полную маркировку по ГОСТ и сокращенную заводскую маркировку котлов.Наиболее широко заводы применяют сокращенную маркировку, состоящую изнескольких букв и цифр. Первой для всех котлов ТКЗ является буква Т(«Таганрогский»). Следующие буквы указывают тип котла: буква П означаетпылеугольный, М- мазутный, Г- газовый, т.е. рассчитанный на сжигание газообразноготоплива. К этим буквам может добавляться буква П- прямоточный или Е- с естественнойциркуляцией воды.

1.1.3 Описаниетехнологического оборудования для производства пара

Котлы бывают паровыеи водогрейные.

Паровой котел — устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива ипредназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного, используемоговне самого устройства.

Водогрейный котел — устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива ипредназначенное для нагревания воды, находящейся под давлением вышеатмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне  самого устройства.

Котел- утилизатор — паровой или водогрейный котел, в котором в качестве источника тепла используютсягорячие газы технологического процесса.

Котел- бойлер -  паровой котел, в паровом пространствекоторого размещено устройство для нагревания воды, используемой вне самогокотла, а также паровой котел, в естественную циркуляцию которого включенотдельно стоящий бойлер.

Стационарный котел –котел, установленный на неподвижном фундаменте.

Передвижной котел –котел, имеющий ходовую часть или установленный на передвижном фундаменте.

Паронагреватель –устройство, предназначенное для повышения температуры пара выше температурынасыщения, соответствующей давлению в котле.

Экономайзер – обогреваемое продуктами сгорания топливаустройство, предназначенное для подогрева или частичного испарения воды,поступающей в паровой котел.

Паровой котел вместес дополнительными устройствами, представляющими собой различные аппараты,предназначенные для преобразования химической энергии топлива в тепловуюэнергию пара, называется котлоагрегатом.

Несколькокотлоагрегатов, объединенных  в общем,помещении, образуют  котельную установку.

Котельная установкаможет состоять и из одного котлоагрегата.

Котельные установки впромышленности предназначаются для выработки пара, применяемого в паровыхдвигателях (паровых машинах и паровых турбинах) и при различных технологическихпроцессах (варка, выпаривание, сушка и т.п.), а также для отопления, вентиляциии бытовых нужд.

Поэтому в зависимостиот назначения различают следующие разновидности котельных установок:

-<span Times New Roman"">       

Энергетические — вырабатывающие пар для паровых двигателей;

-<span Times New Roman"">       

Производственно-отопительные – вырабатывающие пар для потребностей производства, отопления ивентиляции;

-<span Times New Roman"">       

Отопительные –вырабатывающие пар для отопления  производственных  и жилых помещений;

-<span Times New Roman"">       

Смешанногоназначения – вырабатывающие пар для снабжения одновременно паровых двигателей,технологических нужд и отопительно — вентиляционных установок.

Основными элементамисовременного котлоагрегата являются котел, топка, паронагреватель, экономайзер,воздухонагреватель, а также обмуровка и каркас.

Для управленияработой котельного агрегата и обеспечения нормальной и безопасной его эксплуатации он снабжается контрольно -  измерительными приборами, приспособлениями,автоматами и арматурой. Сюда  относятся:манометры, предохранительные клапаны и устройства, водоуказательные приборы,вентили и задвижки, служащие для подключения или отключения котлоагрегатов отпаровых, питательных и спускных (продувочных) трубопроводов.

Топка и газоходыкотла снабжаются гарнитурой. В её состав входят: фронтовые дверцы, гляделки,лазы и шиберы в газоходах, люки для обдувки котлоагрегата от сажи и золы, взрывныепредохранительные клапаны.

Вспомогательнымиустройствами котлоагрегата или котельной установки в целом являются: питательныетрубопроводы и паропроводы, воздухопроводы, питательные насосы и баки,оборудование водоподготовки, вентиляторы и дымососы, золоуловители, дымовая труба,склады для топлива, устройства для подачи топлива, удаление золы и шлака.   

Рабочими телами,участвующими  в процессе получениягорячей воды или пара для производственно – технических целей и отопления,служат вода, топливо и воздух.

Паровой котелявляется основным элементом котлоагрегата, он представляет собой теплообменное  устройство, через металлические стенкикоторого происходит передача тепла от горячих продуктов горения топлива к водедля получения пара.

Паропроизводительностькотельной установки или её мощность представляет собой сумму паропроизводительностей  отдельных котлоагрегатов, входящих в её состав.

Паропроизводительностькотлоагрегата определяется количеством килограммом или тонн пара, производимогоим в час, обозначается буквой D и измеряется в кг/ч или т/ч.

Топочное устройствокотлоагрегата служит  для сжиганиятоплива и превращения его в химической энергии в тепло наиболее экономичнымспособом.

Пароперегревательпредназначен для перегрева пара, полученного в котле  за счет передачи ему тепла дымовых газов.

 Водяной экономайзер служит для подогревапоступающей в котел питательной воды теплом уходящих из котла дымовых газов.

Воздухоподогревательпредназначен для подогрева поступающего в топочное устройства воздуха тепломуходящих газов.

Топливный складпредназначен для хранения топлива; его оборудуют механизмами для  разгрузки и подачи топлива в котельную или ктопливоподготовительному устройству.

Топливоподготовительноеустройство в котельных, работающих на пылевидном топливе, служит дляизмельчения топлива до пылевидного состояния; его оборудуют дробилками,сушилками, мельницами, питателями, вентиляторами, а также системой транспортерови пылегазопроводов.

Устройство дляудаления золы и шлаков состоит из механических приспособлений: вагонеток илитранспортеров или тех и других, вместе взятых.

Устройство дляподготовки питательной воды состоит из аппаратов и приспособлений, обеспечивающихочистку воды от механических примесей и растворенных в ней накипеобразующихсолей, а также удаления из неё газов.

Питательная установкасостоит из питательных насосов для подачи воды в котел под давлением, а такжесоответствующих трубопроводов.

Тяго–дутьевоеустройство с