Автоматизированное управление технологическими процессами функциональной группой перегрева пара пылеугольного барабанного парогенера

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

Институт          Энергетический

Направление подготовки    Автоматизация технологических процессов и

                   производств (в теплоэнергетике)

Кафедра                    «Автоматизация теплоэнергетических процессов»

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

 

по  дисциплине __Автоматизация технологических процессов и производств промышленной

____________________________________теплоэнергетики_____________________________

(Название  дисциплины)

 

на тему _Автоматизированное управление технологическими процессами функциональной           

             _____группой перегрева пара пылеугольного барабанного парогенератора__________

 

Выполнил  студент гр._____6291___  ____________     Николенко Р.П.

(Номер группы)     (Подпись)          (Ф.И.О.)

 

Дата сдачи  пояснительной записки преподавателю   ___ _____________ 2013 г.

 

Руководитель ___________________________________________ __Глушков Д.О.__

(Ученая степень,  ученое звание, должность)            (Ф.И.О.)

 

_____________________  ________________________________

(Оценка  руководителя)        (Подпись)

 

 

_____ _____________ 2013 г.

(Дата  проверки)

 

Курсовую  работу студент _______________________________выполнил и защитил 

(Ф.И.О.)

с оценкой ______________.

 

Члены комиссии: ________________________

   ________________________

   ________________________

 

_____ _____________ 2013 г.

(дата  защиты )

 

 

 

 

 

 

 

Томск 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ФОРМУЛИРОВКА РАБОТЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 5

2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ И ЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 6

3 ТРЕБОВАНИЯ К АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ УПРАВЛЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ 9

4.1 Контроль основных параметров 11

4.2 Технологическая сигнализация 11

4.3 Определение достоверности информации 12

4.4 Регистрация аварийных положений 12

4.5 Расчет технико-экономических показателей 12

5 РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПОДСИСТЕМЫ АСУ ТП 13

5.1. Защита оборудования от аварий 13

5.2 Статическая и динамическая оптимизация систем управления 14

5.3 Стабилизация параметров технологического процесса 15

6 ДЕТАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ 15

6.1 Идентификация тоу 15

6.1.1 Возмущение расходом питательной воды 16

6.1.2 Возмущение температурой питательной воды 18

6.1.3 Возмущения нагрузкой потребителя 18

6.1.4 Возмущение расходом топлива 19

6.2 Выбор структурной схемы 20

6.3 Параметрический синтез системы управления 24

6.3.1 Расчет рабочей расходной характеристики регулирующего органа и определение его коэффициента передачи 25

6.3.2 Определение коэффициентов передачи датчиков расхода питательной воды и перегретого пара 34

6.3.3  Определение недостающих для расчета данных 36

6.3.4  Расчет демпфера 37

6.3.5  Расчет параметров передаточной функции объекта  по каналу «расход питательной воды - уровень» 37

6.3.6  Расчет параметров передаточной функции участка трубопровода от регулирующего органа до сужающего устройства 38

6.4 Расчет оптимальных параметров настройки регулятора АСР питания 38

6.4.1 Расчет ОПН стабилизирующего регулятора 38

6.4.2 Расчет параметров эквивалентного регулятора 41

7 ПОСТРОЕНИЕ ПРОЦЕССА РЕГУЛИРОВАНИЯ И ОЦЕНКА ЕГО КАЧЕСТВА 42

8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ БЫСТРОДЕИСТВИЯ УВМ, ОБЪЁМА ДЗУ И ОЗУ 43

8.1 Определение быстродействия УВМ 43

8.2 Определение разрядной сетки АУ сумматора УВМ 44

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В данном курсовом проекте проведена разработка подсистемы автоматизированного управления технологическими процессами функциональной группы питания парогенератора водой. В качестве технологического процесса рассматривается поддержание воды в барабане котельного агрегата на заданном уровне.

Основная  задача, возникающая при эксплуатации котельных агрегатов, – обеспечение  равенства между производимой и потребляемой энергии с учетом потерь. Задача регулирования технологического процесса сводится в основном к поддержанию материального и энергетического баланса, при этом должна обеспечиваться стационарность работы котлоагрегата. Автоматическому регулированию необходимо обеспечивать нормальную работу, как в постоянном, так и в переходном режиме.

Задачами  расчета являются: выбор категории  системы регулирования, её исследования, получения выводов о качестве её работы и эффективности, основания  актуальности разработки этой системы.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ФОРМУЛИРОВКА РАБОТЫ. ПОСТАНОВКА  ЗАДАЧИ

 

Основная  задача управления технологическим  процессом на ТЭС состоит в  поддержании непрерывного соответствия между количеством вырабатываемой и потребляемой энергии. Решение этой задачи может осуществляться по частям с помощью автономных АСР парового котла, турбины и электрического регулятора. При этом требуемое соответствие между паропроизводительностью котла и расхода пара на турбину поддерживается по косвенному показателю – давлению перегретого пара в соединительном паропроводе P_п.п. с помощью АСР тепловой нагрузки котла D_д (АСРК); баланс между механической энергией ротора турбины N_т  и электрической нагрузкой генератора N_г контролируется также по косвенному показателю, частоте вращения ротора, и обеспечивается с помощью АСР мощности турбины (АСРТ). В соответствии между заданным и текущим значениями напряжениями на шинах генератора регулируется посредством автоматической системы стабилизации возбуждения (АСРВГ).

Локальные АСР парового котла, турбины и  генератора выполняют непрерывное  и достаточно качественное регулирование отдельных технологических процессов, т.е. решают частные задачи оптимизации, но не предназначены для решения задач статической оптимизации по энергоблоку в целом.

В связи с переходом к блочной  компоновки оборудования и специфическими особенностями эксплуатации блочных ТЭС задачи их управления стали более сложными. Существенно усложнились процессы пуска и останова энергоблоков.

При переходе на блочную компоновку электрооборудования  и работе ТЭС в составе АСУ  энергосистем существенно изменились требования к информационным подсистемам. Резко возросло количество одновременно контролируемых параметров, усложнились  формы отчетности перед вышестоящими центрами управления, повысились роль и ответственность индивидуальных измерений по важнейшим параметрам. На блочных ТЭС появилась необходимость конкретным образом изменить управление в целом на основе единства технологического процесса в энергоблоке.

Основное  преимущество АСУ ТП ТЭС состоит  в том, что она позволяет управлять  технологическими процессами ТЭС в целом, а не по частям. Другие преимущества АСУ заключаются в надлежащем выполнении операций по останову и пуску технологического оборудования из различных тепловых состояний и в возможности оптимизации переменных режимов ТЭС по нагрузке. Кроме того, сама АСУ может использоваться как инструмент по изучению технологического оборудования и процесса. Отмеченные преимущества достигаются за счет существенного расширения состава функций АСУ ТП на современных ТЭС по сравнению с автономными системами управления блочной энергетикой.

2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА  УПРАВЛЕНИЯ И ЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  ПРОЦЕССОВ

 

На  рисунке 1 показана принципиальная тепловая  схема с разделенными отводами пара, цилиндрами высокого давления турбин  (ЦВД) и (ЦНД  ЦСД), на которых установлены  быстро включающиеся  редукционно–охладительные  установки БРОУ. БРОУ–1 на обводе ЦВД и БРОУ–2 на обводе ЦСД и ЦНД используются в качестве обратных устройств  при пусках блока и при переходе блока  на работу в режим холостого хода.

Назначение  двухбайпасной схемы – обеспечить охлаждение промежуточного перегрева пара котла при малых пропусках пара через турбину и в частности, через ее ЦВД во время холостого хода турбины и во время работы котел до пуска турбины.

  Поверхностные теплообменники предназначены  для подогрева воды. Подогрев  воды осуществляется за счет  конденсации греющего пара, омывающего  трубы перегревателя  снаружи и отдающего тепло приходящей в трубах воде.  Регенеративный подогрев высокого давления предназначен для питательной воды, находящегося под полным давлением питательного насоса, греющие отборы ЧВД и ЧСД.

Рисунок 1 - Принципиальная тепловая схема энергетического  блока ТЭС

1 – парогенератор; 2 – турбогенератор; 3 – трубопровод свежего пара;  4 – главная паровая задвижка  ГПЗ; 5 – байпас ГПЗ с запорной и регулирующей задвижкой; 6,7 – предохранительные клапана на трубоприводах свежего и вторичного перегрева пара;  8 – промышленный промперегрев; 9,10 -  трубопривод холодного и горячего промперегрева;  11 – конденсат турбины; 12 – конденсатный насос;  13 – вода на впрыск  в охладитель БРОУ – 2; 14 – ПНД; 15 – деаэратор; 16 – бустерный насос; 17 – питательный насос с электроприводом; 18 – вода на впрыск в охладитель БРОУ – 1 из промежуточной ступени питательного насоса; 19 – ПВД.

Бустерный насос рассчитывают по давлению воды за ним примерно 2 МПа и на пониженную частоту вращения,  что обеспечивает его эксплутационную  работу.             Повышение давление воды на входе питательного насоса за счет  работы бустерного насоса  надежно защищает питательный насос от процессов  коррозии. В конденсате, питательной и добавочной воды содержатся агрессивные   газы (О₂, СО₂ и другие)  вызывающие   коррозию оборудования и трубопроводов.  Они поступают в пароводяной тракт преимущественно в конденсатор турбины   втулочный  части системы    регенерации. Для защиты от коррозии применяют деаэратор воды – удаление растворенных в ней газов[8,с.147].           .          

В данном курсовом проекте стоит задача автоматизации  котлоагрегата типа Е – 270 – 13.8 – 510 с естественной циркуляцией воды. Вода из барабана опускается по опускным трубам (необогреваемым), затем проходит через нижний коллектор и поднимается по подъемным трубам (обогреваемым) опять в барабан. В барабане с помощью сепарационных устройств пар отделяется от воды и снова подается в опускные трубы. Барабан представляет собой горизонтальный цилиндр диаметром с1=1,бм и длиной Е=11,6м. Выходящий из экранных труб пар проходит через сепаратор, который расположен внутри барабана.

В горизонтальной части газохода расположены пароперегреватели. На выходе из топки ширмовые, а за ними конвективные пароперегреватели. В пароперегревателе происходит перегрев пара до температуры 510⁰С за счет радиации факела и конвективного обогрева топочными газами. При этом температура перегрева пара регулируется в пароохладителе с помощью впрыска воды. Поверхности нагрева пароперегревателя состоят из змеевиков.

Сжигаемое топливо - каменный уголь марки Бугачинское Г, который подается в котел в виде пыли. Пылевоздушная смесь подается в топку через горелки. Тепло от сжигаемого топлива передается экранным трубам, расположенным в топочной камере. Экранные трубы покрывают все стенки топочной камеры. Ниже горелок топочная камера образует воронку, которая называется холодной воронкой. В ней происходит охлаждение и затвердевание выпадающих из факела частиц слипшейся золы, образующей шлак, подающих в шлаковый бункер. В холодную воронку выпадает примерно 10-15% содержащейся в топливе золы.

Основными регулируемыми величинами котла  являются расход перегретого пара, его давление и температура. Расход пара является переменной величиной, а  его давление и температура поддерживаются в пределах допустимых отклонений, что обуславливается требованиями заданного режима работы турбины или иного потребителя тепловой энергии.

Кроме того, следует поддерживать в пределах допускаемых отклонений значения следующих величин: уровень воды в барабане; разряжение в верхней части топки, которое регулируется изменением производительности дымососов, отсасывающих дымовые газы из топки; оптимального избытка воздуха за пароперегревателем - регулируется изменением расхода воды, выпускаемой из барабана в расширитель непрерывной продувки.

Перечисленные величины изменяются в  результате воздействий и под  действием внешних и внутренних возмущений, носящих детерминированный или случайный характер.

Паровой котел как объект управления представляет собой сложную динамическую систему с несколькими взаимосвязанными входными и выходными величинами.

Задачи  автоматизации котлоагрегата как объекта управления оказывают взаимное влияние друг на друга внутри объекта. Особенно тесно связаны между собой контуры автоматического регулирования тепловой нагрузки котла, разряжения в топке и соотношение « тепло - воздух». В связи с этим целесообразно рассматривать эти контуры как единую систему автоматического регулирования тепловой нагрузки и процесса горения.

 

Технические характеристики котла Е-270-13.8-510:

Номинальная паропроизводительность D = 270 т/ч.            

Рабочее давление в барабане котла Р_б = 15.6МПа.

Давление  перегретого пара Р_пп = 13.8МПа.

Температура перегретого пара     T_п = 510°€.

Удельный  расход топлива        В_р = 7.22 кг/с.

Избыток воздуха необходимый для полного  сгорания топлива в топке α_т=1.2.

КПД котлоагрегата    η_ka = 94.72 %.

Температура питательной воды     tп.в = 215°С.

Температура уходящих дымовых газов t=110 °С.

Температура горячего воздуха      t_гв=350°С.

Схема пылеприготовления - разомкнутая с промбункером, воздушная сушка.

Тип мельницы - барабанная.

Тип топочной камеры — прямоугольная, открытая.         

Способ  шлакоудаления - твердое.

Горелки прямоточные — улиточные, шесть штук. Компоновка горелок встречная (на

боковых стенках), расположена в два яруса.

Задачи  регулирования технологического процесса котлоагрегата сводят в основном к необходимости поддержания материального и  энергетического  баланса  в нем. При наличии материального и энергетического баланса, котлоагрегат будет работать в постоянном режиме (стационарном). Стационарный режим характеризуется постоянством во времени давления, температур, уровней, расходов и других  показателей работы  котлоагрегата. Переменные или переходные режимы возникают при различных нарушениях стационарного режима. В этом случае материальный и энергетический баланс нарушается.