АСР общего воздуха на основе динамических характеристик котла Е-500-13,8-560
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Мая 2015 в 16:38, дипломная работа
Краткое описание
В данном дипломном проекте рассматривается АСР общего воздуха на основе динамических характеристик котла Е-500-13,8-560 ГМН. Выбрана наиболее приемлемая схема регулирования для данного объекта и найдены оптимальные параметры регулятора. Исходя из данных в виде динамических и технических характеристик энергоблока, а так же, учитывая требования к качеству регулирования, выбраны приборы измерения, исполнительные механизмы для АСР общего воздуха и рассмотрен вариант реализации АСР в ПТК «ТЕКОН». Подсчитаны основные затраты на рассматриваемую АСР и определен примерный срок окупаемости данного проекта.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................... 9
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ ............................................................... 10
ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА .............. 11
1.1. Энергоблок............................................................................................ 11
1.1.1. Котёл Е-500-13,8-560 ГМН .......................................................... 11
1.1.2. Турбина ПТ-80 .............................................................................. 15
1.2. Организация движения воздуха в котле (система подачи и подогрева воздуха) ................................................................................................ 17
1.3. Регулирование общего воздуха .......................................................... 19
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЩЕГО ВОЗДУХА ........................................................ 22
2.1. Методы регулирования расхода общего воздуха ............................. 22
2.1.1. Схема регулирования топливо-воздух ........................................ 22
2.1.2. Схема регулирования пар - воздух .............................................. 24
2.1.3. Схема регулирования теплота–воздух ........................................ 26
2.1.4. Схема регулирования нагрузка-воздух ....................................... 28
2.2. Требования к качеству регулирования .............................................. 29
2.3. Структурная схема АСР расхода общего воздуха ............................ 30
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АСР........................................................... 34
3.1. Определение математической модели ............................................... 34
3.2. Аппроксимация объекта регулирования ........................................... 34
3.3. Статическая настройка АСР ............................................................... 40
7
3.4. Настройка АСР в среде Matlab (Определение оптимальных параметров настроек в среде Matlab) .................................................................. 41
3.4.1. Выбор типового регулятора АСР ................................................ 41
3.4.2. Расчетные методы настройки регулятора (определения ОПН) 42
3.4.3. Экспериментальные методы определения ОПН ....................... 47
ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ АСР НА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ АВТОМАТИЗАЦИИ ............................................................................................. 53
4.1. Разработка схемы автоматизации ...................................................... 53
4.2. ПТК «ТЕКОН» ..................................................................................... 55
4.3. Иизмерительные приборы и исполнительные механизмы .............. 57
4.4. Модульный контроллер средней мощности МФК1500. .................. 70
4.5. Верхний уровень ПТК ......................................................................... 75
ГЛАВА 5. ОХРАНА ОКУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ....................................... 77
5.1. Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу .............................. 77
5.2. Мероприятия по снижению вредных выбросов в атмосферу ......... 79
ГЛАВА 6. ОХРАНА ТРУДА ..................................................................... 81
ГЛАВА 7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ АСР ..................... 84
7.1. Расчет капитальных вложений в проект ............................................ 85
7.2. Экономический эффект ....................................................................... 86
7.3. Расчет показателей экономической эффективности ........................ 94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................... 98
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ................................. 99
ПРИЛОЖЕНИЕ А .................................................................................... 103
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ......................................................................................
Вложенные файлы: 1 файл
4
АННОТАЦИЯ
В данном дипломном проекте рассматривается АСР общего воздуха на
основе динамических характеристик котла Е-500-13,8-560 ГМН. Выбрана
наиболее приемлемая схема регулирования для данного объекта и найдены
оптимальные параметры регулятора. Исходя из данных в виде динамических и
технических характеристик энергоблока, а так же, учитывая требования к
качеству регулирования, выбраны приборы измерения, исполнительные
механизмы для АСР общего воздуха и рассмотрен вариант реализации АСР в
ПТК «ТЕКОН». Подсчитаны основные затраты на рассматриваемую АСР и
определен примерный срок окупаемости данного проекта.
Ключевые слова: регулирование, содержание кислорода, наладка, ПИ-
регулятор, методики настройки, ПТК «ТЕКОН», частотный преобразователь.
Библиография: 25;
Иллюстрации: 53;
Таблицы: 18;
Страниц: 108.
5
ANNOTATION
For this object selected the most useful control scheme and found the optimal
controller parameters. In this diploma project there is discussed ARS (automatic
regulation system) of total air based on dynamic characteristics of boiler «E-500-
13,8-560». There was chosen the most appropriate scheme of regulation for this
objects and was found the best optimal options of regulator. Based on dynamic and
technical performance of power block, and considered the requirements of
regulation’s quality, there were selected measuring devices, executive mechanisms
for ARS of total air and also there was reviewed version of implementation for ARS
in SHS (Software and Hardware Suite) «TECON». Also ARS’s basic costs were
counted and approximate data of project’s recoupment was defined.
Key words: regulation, oxygen content, regulator, «TECON», setting’s
methods.
Bibliography: 25;
Illustrations: 53;
Tables: 18;
Pages: 109.
6
Оглавление
АННОТАЦИЯ ...............................................................................................4
ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................9
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ...............................................................10
ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА..............11
1.1. Энергоблок............................................................................................ 11
1.1.1. Котёл Е-500-13,8-560 ГМН.......................................................... 11
1.1.2. Турбина ПТ-80 .............................................................................. 15
1.2. Организация движения воздуха в котле (система подачи и
подогрева воздуха)................................................................................................ 17
1.3. Регулирование общего воздуха.......................................................... 19
ГЛАВА
2.
ОПИСАНИЕ
АВТОМАТИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ
РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЩЕГО ВОЗДУХА ........................................................22
2.1. Методы регулирования расхода общего воздуха............................. 22
2.1.1. Схема регулирования топливо-воздух........................................ 22
2.1.2. Схема регулирования пар - воздух.............................................. 24
2.1.3. Схема регулирования теплота–воздух........................................ 26
2.1.4. Схема регулирования нагрузка-воздух....................................... 28
2.2. Требования к качеству регулирования.............................................. 29
2.3. Структурная схема АСР расхода общего воздуха............................ 30
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АСР...........................................................34
3.1. Определение математической модели............................................... 34
3.2. Аппроксимация объекта регулирования ........................................... 34
3.3. Статическая настройка АСР ............................................................... 40
7
3.4. Настройка АСР в среде Matlab (Определение оптимальных
параметров настроек в среде Matlab).................................................................. 41
3.4.1. Выбор типового регулятора АСР................................................ 41
3.4.2. Расчетные методы настройки регулятора (определения ОПН)42
3.4.3. Экспериментальные методы определения ОПН ....................... 47
ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ АСР НА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ
АВТОМАТИЗАЦИИ.............................................................................................53
4.1. Разработка схемы автоматизации ...................................................... 53
4.2. ПТК «ТЕКОН» ..................................................................................... 55
4.3. Иизмерительные приборы и исполнительные механизмы.............. 57
4.4. Модульный контроллер средней мощности МФК1500................... 70
4.5. Верхний уровень ПТК......................................................................... 75
ГЛАВА 5. ОХРАНА ОКУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ .......................................77
5.1. Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу.............................. 77
5.2. Мероприятия по снижению вредных выбросов в атмосферу......... 79
ГЛАВА 6. ОХРАНА ТРУДА .....................................................................81
ГЛАВА 7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОЦЕНКИ
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ АСР .....................84
7.1. Расчет капитальных вложений в проект............................................ 85
7.2. Экономический эффект....................................................................... 86
7.3. Расчет показателей экономической эффективности........................ 94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................98
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ .................................99
ПРИЛОЖЕНИЕ А....................................................................................103
ПРИЛОЖЕНИЕ Б......................................................................................104
8
ПРИЛОЖЕНИЕ В.....................................................................................105
ПРИЛОЖЕНИЕ Г......................................................................................106
ПРИЛОЖЕНИЕ Д.....................................................................................107
ПРИЛОЖЕНИЕ Е .....................................................................................108
9
ВВЕДЕНИЕ
Каждый год появляются всё новые технологии. Также это относится и к
энергетике. Те традиционные средства, которыми были оснащены
электростанции, уже сменились (а на некоторых станциях еще сменяются) на
новое - микропроцессорную технику, уже зарекомендованной себя с точки
зрения надежности и более расширенного функционала.
ТЭС – объекты, на которых не так легко и не экономично производить
замену основного оборудования, поэтому все исследования, разработки
направлены именно на модернизацию уже работающего оборудования. И эти
разработки и исследования дают результаты -
станции внедряют
предложенные решения и тем самым улучшают эффективность работы, что
является основным критерием в данном случае.
Под эффективностью работы понимается, прежде всего, повышение КПД
энергоблока: снижение расхода топлива при той же выработке тепловой и
электрической энергии, расходов на собственные нужды, оптимизация в целом.
Выгодность – основной критерий сегодняшней модернизации. И поэтому на
смену традиционным средствам пришли ПТК, которые облегчают работу по
модернизации во много раз.
Важный этап при проектировании АСУ ТП является разработка
эффективной системы регулирования того или иного параметра, наладка
регулятора. Именно этой части посвящён данный дипломный проект.
В дипломном проекте рассматривается АСР общего воздуха применимо
для котла Е-500-13,8-560 ГМН. Произведен расчет оптимальных параметров
регулятора, построены модели. Именно для того чтобы наглядно представить
характер изменения регулируемой величины. И для доработки результатов
разработан вариант работы данной АСР в ПТК.
10
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ
Соотношение подачи топлива и воздуха в топку определяет
эффективность работы котла. В зависимости от наличия химического недожога
или его полного отсутствия, а так же величины коэффициента избытка воздуха,
которые зависят от количества подаваемого воздуха в топку, будут ухудшаться
либо улучшаться такие параметры как КПД котлоагрегата, количество вредных
выбросов в атмосферу.
Таким образом, очень важно качественно организовать подачу воздуха в
топку. Качественное регулирование общего воздуха, прежде всего, зависит от
характеристик оборудования. С течением времени выпускают новые линейки
приборов с улучшенными параметрами. И если в интересах станции сохранить
или же повысить эффективность энергоблока, то необходимо уделять системе
регулирования общего воздуха больше внимания.
11
ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
1.1. Энергоблок
Объектом автоматизации является первый энергоблок Московской ТЭЦ-
27, мощностью 80МВт с котлом Е-500-13,8-560 ГМН (модель ТГМЕ-464) и
турбиной ПТ-80. Установленная электрическая мощность электростанции –
1060МВт, установленная тепловая мощность – 1876 Гкал/ч. В качестве
основного и резервного топлива используется природный газ. Для повышения
надежности функционирования станции имеются два независимых источника
газоснабжения: КРП-17 и Московский кольцевой газопровод, уровень давления
которого составляет 12 кгс/см
2
(1,17МПа).
1.1.1. Котёл Е-500-13,8-560 ГМН
Паровой котел типа Е-500-13,8-560 ГМН (модель ТГМЕ-464) с
естественной циркуляцией, предназначенный для выработки пара высокого
давления при сжигании природного газа (или мазута).
Котел рассчитан на работу под наддувом с низким коэффициентом
избытка воздуха. Давление наддува в топке 500мм водяного столба.
Номинальные значения основных параметров котлоагрегата согласно [1]
приведены в таблице 1.1.
Котел однобарабанный, однокорпусный с естественной циркуляцией, в
газоплотном исполнении, на высокие параметры пара. Котельный агрегат имеет
П-образную открытую или закрытую компоновку поверхностей нагрева и
12
состоит из топочной камеры и опускной конвективной шахты, которые
соединены в верхней части горизонтальным газоходом.
Таблица 1.1
Технические характеристики котла ТГМЕ-464
Топочная камера открытого типа имеет призматическую форму и в
сечении представляет собой прямоугольник размерами по осям труб
Параметр
Единица
измерения
Величина
Номинальная паропроизводительность
т/ч
500
Давление
пара
на
выходе
из
пароперегревателя
МПа (кгс/см2)
13,8 (140)
Температура
перегретого пара
питательной воды
уходящих газов (топливо – мазут)
С
С
С
560
230
151
КПД (брутто) при номинальной нагрузке
расчетный
гарантийный
%
%
93,6
93,5
Расход топлива
натурального
условного
т/ч
т/ч
32,8
43,5
Температура воздуха до калориферов
С
30
Аэродинамическое сопротивление тракта по
сторонам
газовой
воздушной
мм вод. ст.
мм вод. ст
320
437
Теплопроизводительность
Гкал/ч
300
Тепловое напряжение поперечного сечения
топки
ккал/(м
2
ч)
3,0510
3
Тепловое напряжение объема топки
ккал/(м
2
ч)
19610
3
Объем топочной камеры
м
3
610
13
7,68х13,52м. Стены топки экранированы цельносварными панелями из гладких
труб.
Топка
оборудована 8
вихревыми
газомазутными
горелками,
установленными в два яруса на задней стене. Горелки вихревые двухпоточные,
сжигающие раздельно газ и мазут и оснащены электрогазовыми запальниками.
Рис. 1.1. Продольный разрез котла Е-500-13,8-560 ГМН
14
Тракт пароперегревателя включает в себя стены и под переходного
газохода, потолок топочной камеры и опускной газоход, экранированные
цельносварными мембранными панелями из плавниковых труб диаметром 32х5
мм с шагом 46 мм (сталь 20), а также стены фронтовой стенки опускного
газохода, выполненные также как вышеуказанные поверхности нагрева, только
из стали 12Х1МФ.
Схема испарения – двухступенчатая с промывкой пара питательной
водой. Первая ступень – барабан с внутрибарабанными циклонами и
промывочными устройствами, вторая ступень испарения образована
выносными сепарационными циклонами.
Рис. 1.2. Поперечный разрез котла Е-500-13,8-560 ГМН
15
На котле установлен регенеративный воздухоподогреватель РВП-88М
диаметром 8,8 м, который осуществляет подогрев воздуха. Регенеративный
воздухоподогреватель вынесен за пределы котла и размещается за опускной
шахтой. Для предварительного подогрева воздуха используются калориферы
типа КФСО-11.
Обмуровка котла натрубная, облегченная, крепится на цельносварных
панелях, ограждающих топочную камеру, переходной газоход и конвективную
шахту.
Предусмотрена очистка ширмовых и конвективных поверхностей нагрева
в переходном газоходе поровой обдувкой глубоковыдвижными аппаратами ОГ-
8, а также очистка экономайзера дробеструйной установкой и поровая обдувка
регенеративного воздухоподогревателя.
Котел укомплектован необходимой арматурой, устройствами отбора проб
пара и воды, контрольно-измерительными приборами.
1.1.2. Турбина ПТ-80
Турбина паровая типа ПТ-80 одновальная двухцилиндровая, с
двухступенчатым регулируемым отбором пара на теплофикацию и
регулируемым отбором пара на производство, номинальной мощностью 80МВт
предназначена для непосредственного привода электрического генератора
ТВФ-120-2 с частотой вращения 3000мин
-1
и отпуска тепла для нужд
производства и отопления [2]. Номинальные значения основных параметров
турбины приведены в таблице 1.2.
16
Таблица 1.2
Технические характеристики турбины ПТ-80
Параметр
Единица
измерения
Величина
Мощность
номинальная
максимальная
МВт
МВт
80
100
Начальные параметры пара
давление
температура
МПа
С
12,8
555
Тепловая нагрузка
ГДж/ч
284
Расход
отбираемого
пара
на
производственные нужды
номинальный
максимальный
т/ч
т/ч
185
300
Давление производственного отбора
МПа абс
1,28
Управление распределением пара в турбине – сопловое. Из ЦВД часть
пара идет в регулирующий производственный отбор, остальная часть – в ЦНД.
Отопительные отборы осуществляются из соответствующих камер ЦНД.
Проточная часть ЦВД имеет одовенечную регулирующую ступень и 16
ступеней давления. Проточная часть ЦНД включает в себя 3 части: первая
(до верхнего отопительного отбора) имеет регулирующую ступень и 7 ступеней
давления, вторая (между отопительными отборами) две ступени давления и
третья – регулирующую ступень и две ступени давления.
Ротор высокого давления – цельнокованый. Ротор низкого давления
имеет первые десять дисков скованные заодно с валом и три диска насадные.
17
Турбина оснащена валоповоротным устройством, которое вращает
валопровод турбоагрегата с частотой 3,4мин
-1
.
Из отборов турбины пар поступает к подогревателям. Подогрев
питательной воды осуществляется последовательно: ПНД (4 ступени),
диаэратор и ПВД (3 ступени).
1.2. Организация движения воздуха в котле (система подачи и подогрева
воздуха)
Газовоздушный тракт котла представляет собой совокупность элементов,
по которому осуществляется движение воздуха (воздушный тракт) и дымовых
газов до выхода в атмосферу (газовый тракт), и является важной составной
частью станции. Размеры и форма определяет размеры котельного цеха и
электростанции в целом.
Котел Е-500-13,8-560
ГМН работает под наддувом, то есть
аэродинамическое сопротивление газовоздушного тракта преодолевается за
счет напора, создаваемого дутьевым вентилятором. Весь газовый тракт котла
при наддуве находится под избыточным давлением по сравнению с
атмосферным, поэтому необходимо обеспечить газоплотность котла, что бы не
допустить проникновение в котельных цех токсичных газов [3]. Это
осуществляется уплотнением сильфонами всех проходов поверхностей нагрева
и подвесок через потолок. Над потолком также установлен уплотнительный
«шатер» или «теплый ящик», в который подается горячий воздух под
давлением, превышающим давление в газоходе котла.
Организацию движения воздуха осуществляет следующее оборудование:
18
- дутьевой вентилятор ВДН-25х2 производительностью 504 тыс. м
3
/ч,
давление 7850 Па (800 кгс/м
2
), мощностью 1320 кВт и частотой вращения
750/1000 об/мин;
- дымосос рециркуляции ГД-31 производительностью 94100 м
3
/ч,
давлением 425 кгс/м
2
, мощностью 800 кВт и частотой вращения – 740 об/мин;
- основной дымосос ДОД-28,5 ГГМ производительностью 752100 м
3
/ч,
сопротивлением сети 36 кг/м
2
, мощностью электродвигателя 1600кВт и
частотой вращения 595 об/мин;
Дымосос на котле установлен для возможности работы котла с
уравновешенной тягой. Схема подачи воздуха к котлу Е-500-13,8-560
изображена на рисунке 1.3.
Воздух забирается из котельного цеха дутьевыми вентиляторами и,
предварительно нагревается в калорифере и РВП, смешиваясь с топливом,
подается в топочную камеру котла. Из топки, огибая сверху поворотный
газоплотный экран, топочные газы попадают в газоход, где часть теплоты
отдается воде, циркулирующей по пакетам секций. Из газохода дымовые газы
проходят через РВП и удаляются в атмосферу через дымовую трубу. Дымосос
рециркуляции газов предусмотрен для защиты поверхностей нагрева и
снижения вредных выбросов.
19
Рис. 1.3. Схема движения воздуха.
РВП –регенеративный воздухоподогреватель, К – калорифер, ДВ – дутьевой вентилятор,
РОВ – регулятор общего воздуха, ДС – дымосос, ДР –дымосос рециркуляции.
1.3. Регулирование общего воздуха
Экономичность работы котлоагрегата зависит от подаваемого количества
воздуха в топку. Недостаточное количество воздуха приводит к неполному
сгоранию топлива и увеличению тепловых потерь с химическим недожогом, а
избыточное количество воздуха в топке – к увеличению тепловых потерь с
уходящими в атмосферу газами и снижению температуры продуктов сгорания
топлива, что ухудшает теплообмен между дымовыми газами и теплоносителем.
Правильное соотношение воздуха и топлива позволяет добиться наиболее
экономичного режима сжигания топлива в топке, что и является главной
задачей АСР общего воздуха.
20
Требуемое количество воздуха зависит главным образом от состава и
характеристик топлива. Обычно в топку котла подается немного больше
воздуха, чем требуется для полного сгорания топлива, объясняется это тем, что
в реальных условиях работы котла вследствие несовершенства топочных
устройств добиться полного сгорания топлива при теоретически необходимом
воздухе не возможно. Отношение количества воздуха, подаваемого в топку, к
количеству воздуха, теоритически необходимого для полного сжигания
топлива, называется коэффициентом избытка воздуха [4]. По значению этого
параметра определяется оптимальный режим. Для разного вида и состава
топлива коэффициент избытка воздуха тоже разный, кроме того он зависит от
нагрузки котла, либо устанавливаются заводом-изготовителем оборудования,
либо определяются в процессе режимных испытаний.
Согласно [5] содержание СО
2
или О
2
в уходящих газах при коэффициенте
избытка воздуха > 1 определяют качество процесса горения. Но при
неполном сгорании топлива образуется также монооксид углерода СО.
Измерение СО производится газоанализаторами, которые, как правило,
являются сигнализаторами аварийного химнедожога. В последнее время сигнал
по содержанию СО в продуктах сгорания также используется для оценки
качества процесса горения. Но по концентрации CO можно судить о
завершенности процесса горения, а не о коэффициенте избытка воздуха [6], а
соответственно это искаженная оценка качества процесса горения.
Измерение СО
2
достаточно
простое, но
из-за значительной
инерционности, а также тесной зависимости от состава и свойств топлива
использование в современных автоматических систем регулирования не нашло
применение.
Таким образом, в настоящее время основным критерием качества
процесса горения является содержание кислорода в дымовых газах, которое
меньше зависит от свойств топлива.
21
Участок регулирования экономичности процесса горения по содержанию
кислорода в топочных газах согласно [7] состоит их топочной камеры и
примыкающего к ней газохода конвективного перегревателя до места
измерения содержания кислорода - за рядом поверхностей нагрева в зоне
700-800С. Такое расположение обусловлено стационарностью поля скоростей
в поперечном сечении газохода [5]. Оптимальное содержание кислорода при
номинальной нагрузке при сжигании мазута или газа составляет от 0,05% до
2%.
Измерение и контроль содержания свободного кислорода в дымовых
газах производится газоанализатором кислорода – кислородомером. Как
правило, это автоматическая аппаратура, содержащая указывающие и
регистрирующие устройства.
Таким образом, на котле осуществляется стабилизация соотношения газ-
воздух, с корректированием этого значения по содержанию кислорода, что
способствует более точному регулированию.
Рассматриваемый энергоблок является объектом для исследования АСР
общего воздуха в данной дипломной работе. Ранее были получены
экспериментально динамические характеристики и математические модели
энергоблока [8]. Исходя из технических, конструктивных характеристик котла
и энергоблока в целом будет рассмотрена схема регулирования общего воздуха,
а также разработана АСР общего воздуха для данного описанного в этой главе
объекта.
22
ГЛАВА
2.
ОПИСАНИЕ
АВТОМАТИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ
РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЩЕГО ВОЗДУХА
2.1. Методы регулирования расхода общего воздуха
АСР расхода общего воздуха является одной из основных частей
автоматической системы регулирования котлоагрегата и ее структура зависит
от вида топлива, от режима работы электростанции, и регулирование расхода
воздуха так же тесно связано с работой АСР расхода топлива.
В зависимости от этих факторов различают основные варианты
построения схем АСР расхода воздуха:
1) Топливо-воздух;
2) Пар-воздух;
3) Теплота-воздух;
4) Нагрузка-воздух.
Рассмотрим каждую из этих схем поподробнее, основываясь на [4] и [9].
2.1.1. Схема регулирования топливо-воздух
Назначение АСР расхода воздуха - поддержание расхода воздуха,
необходимого
для максимально
экономичного
сжигания топлива,
следовательно, самой простой схемой регулирования является схема АСР с
измерением расхода топлива, расхода воздуха и содержания кислорода в
дымовых газах (рисунок 2.1).
При известном составе топлива можно рассчитать теоритически
необходимое для горения количество воздуха и с учетом всех избытков
определить нужное количество воздуха. Но состав топлива, как правило,
23
меняется, поэтому в схему включен корректирующий регулятор по
содержанию кислорода в дымовых газах, которое определяет качество горения
топлива.
Рис. 2.1. Функциональная схема регулирования «топливо-воздух».
ВЗП – воздухоподогреватель; ДВ – дутьевой вентилятор; НАВ – направляющий аппарат
вентилятора; Д
О2
– датчик содержания кислорода; Д
В
– датчик расхода топлива; Д
V
– датчик
расхода воздуха; КР – корректирующий регулятор; РОВ – регулятор общего воздуха.
Схема отличается простотой
исполнения и
подходит для
рассматриваемого котла, так как основное используемое топливо – газ.
24
2.1.2. Схема регулирования пар - воздух
В случае, когда невозможно произвести точное измерение топлива или
его состав постоянно меняется, используют косвенные показатели изменения
расхода топлива, например количество тепла, выделившееся в топке.
При сжигании топлива в топке выделяется теплота, количество которой
определяет количество пара. Таким образом, по расходу пара можно судить о
тепловыделении в топке, а соответственно и о количестве подаваемого в топку
воздуха. Расход пара из котла, т/ч:
(
)
(
)
(2.1)
где D и B – расходы пара и топлива, кг/с;
Q
H
p
– теплота сгорания топлива, Дж/кг;
к
– КПД котла;
d
пр
– относительная непрерывная продувка;
i’’, i
п.в.
, i’ – энтальпия перегретого пара, питательной воды и котловой воды,
кДж/кг.
25
Рис. 2.2. Функциональная схема регулирования «пар-воздух»
Схема АСР расхода воздуха «пар-воздух» изображена на рисунке 2.2.
Регулятор общего воздуха (РОВ) получает сигнал с датчиков расхода пара (Д
D
),
расхода воздуха (Д
V
) и содержания кислорода в дымовых газах (Д
О2
) и
воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора.
Данная схема отличается более высоким качеством регулирования, чем
схема «топливо-воздух». Но такой принцип оценки тепловыделения по расходу
пара действует при стационарном режиме работы котла, поэтому данная схема
применима только для пылеугольных котлов с постоянной либо плавно
изменяющейся нагрузках.
26
2.1.3. Схема регулирования теплота–воздух
Котлоагрегат не всегда работает в установившемся режиме, так как
существуют возмущения как внешние – нагрузка котла, так и внутренние,
связанные с изменением работы оборудования котла. Динамическая
погрешность определения теплоты при переходных режимах корректируется
введением дополнительного сигнала по скорости изменения давления в
барабане. Тогда количество тепла,кДж:
(2.2)
где k
a
– постоянный коэффициент;
D – расход пара, т/ч;
Р
б
– давление в барабане, Па.
Сумма сигналов расход пара и скорость изменения давления в барабане
формирует сигнал по теплоте.
27
Рис. 2.3. Функциональная схема регулирования «теплота-воздух»
Схема «теплота-воздух» изображена на рисунке 2.3 регулятор общего
воздуха РОВ получает сигнал от датчика расхода воздуха (Д
V
), расхода пара
(Д
D
), сигнал о скорости изменения давления в барабане с дифференциатора ДФ
и о содержании кислорода в дымовых газах от корректирующего регулятора
КР, и воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора.
Учет теплоты, аккумулированной в металле и рабочей среде котла,
является главным преимуществом данной схемы. Кроме того схема «теплота-
воздух» подходит как для твердого топлива, так и для газообразного и жидкого
топлива. А также эта схема отличается высокой скоростью реакции на внешние
и внутренние возмущения.
К недостаткам схемы регулирования теплота-воздух относятся
зависимость АСР расхода общего воздуха от АСР расхода топлива. То есть при
частых и глубоких внутренних возмущениях регулирование расхода воздуха
происходит только после изменения тепловосприятия в котле, которое
28
осуществляет АСР расхода топлива. Таким образом, не обеспечивается
правильное соотношение топливо-воздух при динамическом режиме котла.
2.1.4. Схема регулирования нагрузка-воздух
В схеме регулирования нагрузка-воздух регулятор воздуха получает
сигнал по давлению пара в общей паровой магистрали одновременно с
регулятором расхода топлива (рисунок 2.4). Тем самым обеспечивается
параллельная работа регулятора расхода общего воздуха и регулятора расхода
топлива. Такая схема применима для пылеугольных котельных агрегатов,
работающих в регулировочном режиме, где преобладают возмущения
связанные с изменением нагрузки.
Регулятор общего воздуха получает скорректированный сигнал с датчика
давления в общей паровой магистрали (Д
р
), сигнал с датчика расхода воздуха
(Д
V
) и скорректированный сигнал по содержанию кислорода в дымовых газах,
и воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора.
29
Рис. 2.4. Функциональная схема регулирования «нагрузка-воздух»
Использованием сигнала по давлению в общей паровой магистрали
достигается быстродействие АСР расхода общего воздуха. Но, так же как и в
предыдущей схеме, регулятор воздуха связан с работоспособностью регулятора
топлива. При отключении АСР расхода топлива должна отключится и АСР
общего воздуха. Это является основным недостатком рассмотренной схемы.
2.2. Требования к качеству регулирования
Требования к качеству АСР сформулированы исходя из ее назначения,
регулируемого параметра и технологического процесса. АСР расхода воздуха
согласно [10] должна обеспечить:
30
- устойчивую работу автоматических регуляторов (отсутствие
автоколебаний) и ограниченную частоту их включения, которая при
постоянной заданной нагрузке не должна превышать 6 включений в минуту;
- поддержание содержания О
2
в дымовых газах при стационарной
нагрузке котла с максимально допустимым отклонением не превышающим
заданное (таблица 2.1) и при скачкообразном изменении нагрузки на 10% с
максимальным отклонением и интегральным квадратичным критерием не
превышающим заданный (таблица 2.1) для котлов сжигающих газ.
Таблица 2.1
Нормы качества технологических параметров котла
Режим нагрузки котла
Максимальное
отклонение О
2
в
дымовых газах,
макс
Интегральный
квадратичный критерий,
∫
Стационарный режим
±0,5%
-
Скачкообразное изменение
нагрузки на 10%
±1%
200(%О
2
)
2
с
2.3. Структурная схема АСР расхода общего воздуха
Регулирование общего воздуха в рассматриваемом котле будет
осуществляться по схеме топливо-воздух, так как основным топливом является
газ, расход которого не представляется сложным измерить. Данная схема
наиболее часто используется в реальных условиях, и зарекомендовала себя как
надежная, простая в исполнении схема регулирования расхода воздуха на
газомазутных котлах. На основе функциональной схемы регулирования расхода
воздуха (рисунок 2.1), составлена структурная схема АСР, представленная на
рисунке 2.5 (и в Приложении А).
31
W
об1
(р)
W
об2
(р)
W
кор
(р)
g
1
(t)
f
в
x
V
W
p
(p)
x
v
О
2
g
2
(t)
x
кор
f
v
Рис. 2.5. Структурная схема АСР расхода общего воздуха.
W
р
(р) – передаточная функция регулятора воздуха; W
об1
(р) – передаточная функция участка
воздуховода; W
об2
(р) – передаточная функция участка регулирования О
2
; W
кор
(р) –
передаточная функция корректирующего регулятора; f
B
, f
V
– внешнее и внутреннее
возмущающие воздействия; g
1
(t), g
2
(t) – задающие воздействия.
Структурная схема АСР двухконтурная каскадная с внутренним
стабилизирующим и внешним корректирующим контурами.
Внутренний контур включает в себя регулятор воздуха с передаточной
функцией W
р
(р) и участок воздуховода (участок от выхода дутьевых
вентиляторов до места измерения расхода воздуха) с передаточной функцией
W
об1
(р). Входными сигналами внутреннего контура являются
- управляющие воздействия g(t);
- внешнее возмущающее воздействие по расходу топлива f
B
;
- воздействие корректирующего регулятора х
кор
.
Выходная величина – расход воздуха x
v
. Стабилизирующий контур
поддерживает значение расхода воздуха x
v
в соответствии со значением расхода
топлива f
B
, а также в соответствии с сигналом корректирующего регулятора
х
кор
. Объект регулирования внутреннего контура (участок воздуховода)
обладает незначительной инерционностью, и переходные процессы
завершаются раньше, чем это могло бы повлиять на выходную величину
внешнего контура.
Передаточная функция внутреннего контура равна
32
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
,
(2.3)
где Х
V
(p), G(p)
– выходной и входной сигналы замкнутой системы
соответственно;
W
p
(p) – передаточная функция регулятора воздуха;
W
об1
(р) – передаточная функция участка воздуховода.
Внешний
контур
является
корректирующим
и
образован
корректирующим регулятором с передаточной функцией W
кор
(р), внутренним,
малоинерционным контуром с передаточной функцией W
К1
(р) и объектом
регулирования (участок регулирования О
2
) с передаточной функцией W
об2
(р).
Внешний контур корректирует работу внутреннего контура в установившемся
режиме, так как возможна ошибка вследствие изменения качества топлива,
погрешности датчиков и других факторов.
Динамику данного контура
определяют свойства датчика О
2
. Передаточная функция внешнего контура:
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
,
(2.4)
где O
2
(p), G(p) – выходной и входной сигналы соответственно замкнутой
системы;
W
K1
(p) – передаточная функция внутреннего контура;
W
об2
(р) – передаточная функция участка регулирования O
2
;
W
кор
(р) – передаточная функция корректирующего регулятора.
Предполагая, что
инерционность
стабилизирующего
контура
значительно
меньше
инерционности
корректирующего,
можно
рассматриваемую двухконтурную каскадную схему АСР преобразовать в
структурную схему, как предложено в [9]. Схема замкнутой одноконтурной
33
системы автоматического регулирования изображена на рисунке 2.6, где
*
1
2
( )
( )
( )
об
K
об
W p W p W
p
.
W*
об
(р)
W
кор
(p)
О
2
g
2
(t)
Рис. 2.6. Преобразованная структурная схема АСР расхода воздуха
Передаточная функция преобразованной замкнутой одноконтурной
системы имеет вид:
( )
( )
( )
( )
( )
(2.5)
Таким образом, задача исследования АСР общего воздуха сводится к
исследованию полученной замкнутой одноконтурной системы, нахождению
статических и динамических настроек регулятора исходя из значений,
полученных на объекте.
34
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АСР
3.1. Определение математической модели
Параметры динамических характеристик объекта регулирования
приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1
Коэффициенты передаточных функций объекта
Содержание кислорода в продуктах сгорания при изменении расхода воздуха
N, MBт
О
2
, %
W
О2
(р)
К
об
, (%)/(%)
τ, с
Т
а
, с
44
6,2
1,03
35
110
80
2,4
0,4
25
105
Содержание кислорода в продуктах сгорания при изменении расхода топлива
N, MBт
О
2
, %
W
О2
(р)
К
об
, (%)/(м
3
/ч)
τ, с
Т
а
, с
44
6,46
0,003
25
100
80
2,27
0,001
20
90
3.2. Аппроксимация объекта регулирования
Аппроксимация объекта регулирования осуществляется по методу
Стрейца, изложенному в [11].
Так как параметры кривых разгона были получены при разных значениях
нагрузки, можно выделить 4 модели объекта регулирования:
1 модель – возмущение наносится расходом воздуха при нагрузке 80МВт;
35
2 модель – возмущение наносится расходом воздуха при нагрузке 44МВт;
3 модель – возмущение наносится расходом топлива при нагрузке 80МВт;
4 модель – возмущение наносится расходом топлива при нагрузке 44МВт.
Все расчеты и полученные математические модели средствами MATLAB
Simulink и их переходные характеристики сведены в таблицу 3.2.
36
Таблица 3.2
Результаты аппроксимации объекта регулирования
№
Параметр
(согласно таблице [11])
Модель 1
Модель 2
Модель 3
Модель 4
1
Отношение Т
а
/ τ, с
105
4,20
25
110
3,14
35
90
4,50
20
100
4
25
2
Число звеньев n
3
3
3
3
3
Постоянная времени
Т = Т
а
/3,70, с
28,38
29,72
24,32
27,03
4
Время
чистого
запаздывания
τ
0
= τ – (0,81Т), с
2,01
10,9
0,297
3,108
5
Передаточная функция
( )
(
)
( )
(
)
( )
(
)
( )
(
)
6
Математическая модель
ОР
Рис. 3.1
Рис. 3.3
Рис. 3.5
Рис. 3.7
7
Переходная
характеристика
Рис. 3.2
Рис. 3.4
Рис. 3.6
Рис. 3.8
37
Рис. 3.1. Математическая модель № 1 объекта регулирования
Рис. 3.2. Переходная характеристика объекта регулирования при возмущении расходом
воздуха при нагрузке 80МВт τ = 17с, Т
а
= 124с
δ
τ
= 32%, δ
Т
= 18%.
Рис. 3.3. Математическая модель № 2 объекта регулирования
38
Рис. 3.4. Переходная характеристика объекта регулирования при возмущении расходом
воздуха при нагрузке 44МВт τ = 27с, Т
а
= 97с
δ
τ
= 22%, δ
Т
= 11%.
Рис. 3.5. Математическая модель № 3 объекта регулирования
39
Рис. 3.6. Переходная характеристика объекта регулирования при возмущении расходом
топлива при нагрузке 80 МВт τ = 19с, Т
а
= 111с
δ
τ
= 20%, δ
Т
= 23%.
Рис. 3.7. Математическая модель № 4 объекта регулирования
40
Рис. 3.8. Переходная характеристика объекта регулирования при возмущении расходом
топлива при нагрузке 44 МВт τ = 19с, Та = 114с
δ
τ
= 24%, δ
Т
= 14%.
Целью данного моделирования является определение оптимальных
настроек регулятора, и поэтому необходимо, чтобы было совпадение нижних
участков переходных характеристик [11], что соответствует. Данные настройки
также являются условными, а более точная наладка осуществляется на объекте.
Таким образом, данные модели могут использоваться в дальнейшем
исследовании.
3.3. Статическая настройка АСР
1)
Расчет
зоны
нечувствительности.
Точность
поддержания
регулируемого параметра при постоянной нагрузке и отсутствии
41
возмущений на объект определяется зоной нечувствительности . Для
АСР воздуха зона нечувствительности, %,
0,01...0,02
,V
(3.1)
где
V – диапазон измерения параметра,
V=0…25%;
(0,01...0,02)25 0,25...0,5%
.
2)
Настройка диапазона действия задатчика. Диапазон действия
задатчика
настраивают по известному диапазону изменения
регулируемого параметра. В современных системах, где используется
микропроцессорная техника параметры, включая диапазон задатчика,
задаются в ПТК при наладке на объекте.
Для рассматриваемой АСР примем диапазон действия задатчика от 0 до
10%.
3.4. Настройка АСР в среде Matlab (Определение оптимальных параметров
настроек в среде Matlab)
3.4.1. Выбор типового регулятора АСР
Передаточная функция ПИ-регулятора представляет собой параллельное
соединение пропорциональной и интегральной составляющей:
( )
(
),
(3.2)
где К
р
– коэффициент усиления регулятора;
Т
и
– постоянная времени интегратора.
Реализация ПИ-регулятора в Matlab Simulink изображена на рисунке 3.9.
42
Рис. 3.9. Математическая схема модели с ПИ-регулятором
Для определения ОПН как правило используются приближенные методы,
которые используют формулы и номограммы. Все методы разделяются на
расчетные и экспериментальные. Рассчитаем ОПН для рассматриваемого
регулятора некоторыми из них.
3.4.2. Расчетные методы настройки регулятора (определения ОПН)
3.4.2.1. Расчет по формулам ВТИ
Расчет осуществляется согласно [5].
Отношение
0,24
а
Т
. Расчеты сведены в таблицу 3.3.
Таблица 3.3.
δ
Т
и
Т
с
0,08
2,6
0,19
0,6
а
а
Т
К
Т
0,8
3,3
а
Т
(1...4)
(25...100)
43
Математическая модель системы и ее переходная характеристика с
полученными параметрами регулятора показаны на рисунках 3.10, 3.11.
Рис. 3.10. Математическая схема модели с ПИ-регулятором
Рис. 3.11. Переходная характеристика, полученная при настройке регулятора по методу ВТИ
ψ = 0,48;
дин
= 0,25 %
/
%УП;
I = 11, 93 (%О
2
)
2
с.
44
3.4.2.2. Метод расчета по Коэну и Куну
К
об
К
р
= 0,8Т
об
/τ
(3.3)
где К
об
– коэффициент усиления объекта;
К
р
– коэффициент усиления регулятора;
Т
об
– постоянная времени объекта;
τ - время запаздывания.
Отношение
3
и
Т
;
коэффициент усиления регулятора
;
постоянная времени интегратора
Рис. 3.12. Переходная характеристика, полученная при настройке регулятора по методу
Коэна и Куна
ψ = 0,32;
дин
= 0,118 %
/
%УП;
45
I = 3,1 (%О
2
)
2
с.
3.4.2.3. Метод определения ОПН по формулам «Hartmann&Braun»
Нахождение ОПН предлагается по данному методу с помощью формул:
Х
р
= 1,25…1,4
(3.4)
где Х
р
– коэффициент усиления объекта.
Т
и
= 2,3…3,0τ
(3.5)
где Т
и
– время интегрирования, с;
τ – запаздывание.
Т
и
= 57,5…75 с.
Наиболее оптимальный переходный процесс наблюдается при параметрах
регулятора:
Х
р
= 1,3 (%)/(%);
Т
и
= 52 с.
46
Рис. 3.14. Переходная характеристика, полученная при настройке регулятора по формулам
«Hartmann&Braun»
ψ = 0;
дин
= 0,22 %
/
%УП;
I = 5,2 (%О
2
)
2
с.
3.4.2.4. Расчет ОПН по номограммам Сибтехэнерго (СибТЭ)
В данном методе нахождение ОПН производится по номограммам,
составленным наладочной организацией Сибтехэнерго.
1) Параметры объекта:
τ = 25 с, Т = 105 с, К = 0,4;
2) τ/Т
об
= 0,24;
3) По номограмме СибТЭ [5]:
(К
р
К)
опт
= 1,5
(Т
и
/Т)
опт
= 0,5;
47
4) Параметры регулятора:
(
)
3,75
р
опт
р
К К
К
К
;
(
)
52,5 .
И
и
опт
Т
Т
Т
с
Т
Рис. 3.15. Переходная характеристика, полученная при настройке регулятора по
номограммам Сибтехэнерго
ψ = 0,85;
дин
= 0,17 %
/
%УП;
I = 2,2 (%О
2
)
2
с.
3.4.3. Экспериментальные методы определения ОПН
3.4.3.1. Метод Циглера-Никольса
1) Настраиваем регулятор как П-регулятор и определяем коэффициент
устойчивости при незатухающих колебаниях (граница устойчивости).
48
Рис. 3.16. Математическая схема модели с П-регулятором
Рис. 3.17. Переходная характеристика, система на границе устойчивости
К
р кр
= 16,58, Т
кр
= 110с.
2) Оптимальная настройка ПИ-регулятора К
р опт
= 0,45К
р кр
= 7,46 и
Т
и опт
= 0,85Т
кр
= 93,5 с.
49
Рис. 3.18. Переходная характеристика, полученная при настройке регулятора по методу
Циглера-Никольса
ψ = 0,64;
дин
= 0,14 %
/
%УП;
I = 1,2 (%О
2
)
2
с.
3.4.3.2. Шаговый метод определения ОПН регулятора
ШАГ 1. За начальную точку области устойчивости принимаем большое
значение времени интегрирования Т
и
и увеличив коэффициент усиления
регулятора К
р
, наносится возмущение.
ШАГ 2. Н данном этапе примем значение коэффициента усиления
К
р
= const. Уменьшая последовательно время интегрирования Т
и
, получим
результаты.
50
ШАГ 3. Далее следует уменьшить коэффициент усиления регулятора К
р
при постоянном времени интегрирования Т
и
. Получившийся переходный
процесс показан на рис. 3.19.
Рис. 3.19. Переходная характеристика, полученная при настройке регулятора по шаговому
методу
ψ = 0,92;
дин
= 0,19 %
/
%УП.
3.4.3.3. Выбор ОПН
Полученные выше результаты исследований сведены в таблицу 3.4.
Таблица 3.4
Сводная таблица параметров переходных характеристик
Метод
ψ
дин
,
%
/
%УП
I, с
Расчет по формулам ВТИ
0,48
0,25
11, 93
К
р
= 0,19
Т
и
= 3,3
51
Продолжение таблицы 3.4
Расчет по Коэну и Куну
0,32
0,12
3,1
К
р
= 10,5
Т
и
= 75
По формулам «Hartmann&Braun»
1
0,22
5,2
К
р
= 1,3
Т
и
= 70
По номограммам Сибтехэнерго
0,85
0,17
2,2
К
р
= 3,75
Т
и
= 52,5
Циглера-Никольса
0,64
0,14
1,2
К
р
= 7,46
Т
и
= 93,5
Шаговый метод
0,92
0,19
К
р
= 3
Т
и
= 65
Выше приведенные расчеты ОПН соответствуют объекту регулирования
при номинальной нагрузке 80МВт. По тем же методам был произведен расчет
ОПН объекта регулирования для нагрузки 44МВт. Результаты этих расчетов, а
так же сравнение с параметрами для номинальной нагрузки показали, что
можно подобрать одинаковые ОПН для разных нагрузок.
Таким образом, наиболее оптимальные настройки для регулятора:
К
р
= 1;
Т
и
= 70 с.
На рисунке 3.20 (а также в Приложении Б) показаны переходные
характеристики соответствующие полученным оптимальным настройкам.
52
Рис. 3.20. Переходные характеристики при оптимальных настройках регулятора.
1 – работа регулятора при нагрузке 44МВт; 2 – работа регулятора при нагрузке 80МВт.
Уточнение настроек регулятора проводится на объекте во время наладки
АСР.
53
ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ АСР НА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ
АВТОМАТИЗАЦИИ
4.1. Разработка схемы автоматизации
Схема автоматизации необходима для наглядного представления о
местонахождении приборов учета на данном участке технологического
процесса. На работу рассматриваемой АСР большинство показанных на схеме
приборов не влияет, поэтому их число, а также число механизмов будет
ограничено лишь рассматриваемой АСР общего воздуха.
В Приложении В представлена схема автоматизации участка
газовоздушного тракта. Приборы измерения расположены согласно [12].
В таблице 4.1 перечислены все параметры, указанные на схеме
автоматизации. Обозначение функции сигнала по [13].
Таблица 4.1
Перечень измеряемых параметров
№
Код KKS
Наименование
параметра
Границы
параметра
Ед.
изм.
Тип
сигнала
Функция
сигнала
мин макс
1
10HHG00CF001
Расход газа на узле
учета газа (перепад
давлений)
0
7400 нм
3
/ч 4..20мА I,R
2
10HHG00CP001
Давление газа на узле
учета газа
0
100
кПа
4..20мА I,R,A
3
10HHG00CP002
Давление газа после
общей регулирующей
заслонки
0
25
кПа
4..20мА I,A,C
54
Продолжение таблицы 4.1
4
10HHG00CT001
Температура газа
-30
+30
°C
4..20мА I
5
10HHG00AA801
Положение
общего
регулирующего
клапана
0
100
%
4..20мА I
6
10HHG00СР501..08 Давление газа перед
каждой
горелкой
после
последнего
запорного органа
0
16
кПа
4..20мА I
7
10HBK00CP001
Давление
вверху
топки котла
0
10
кгс/м
2
4..20мА I,R,A
8
10HBK00CQ203
Содержание
О
2
в
уходящих газах
0
25
%
4..20мА I,R,A,C
9
10HBK00CQ202
Содержание СО в
уходящих газах
0
1000 ппм
4..20мА I,R,A,C
10 10HBK00CQ201
Содержание NO
x
в
уходящих газах
0
1000 г/нм
3
4..20мА I
11 10HLA00CР001
Перепад давлений на
РВП
0
65
кПа
4..20мА I,R,C
12 10HLA00CT001
Температура воздуха
после
воздухоподогревателя
0
200
°C
4..20мА I
13 10HLA00CT002
Температура воздуха
до
воздухоподогревателя
0
50
°C
4..20мА I,R,A
14 10HLA00CT003
Температура воздуха
перед калорифером
0
40
°C
4..20мА I
15 10HLA00CT004
Температура воздуха
перед дутьевым
вентилятором
0
40
°C
4..20мА I
16 10HLA00CP003
Давление воздуха
перед дутьевым
вентилятором
0
100
кПа
4..20мА I
55
Продолжение таблицы 4.1
17 10HNA00CT001
Температура
дымовых газов до
воздухоподогревателя
0
300
°C
4..20мА I
18 10HNA00CT002
Температура
дымовых газов после
воздухоподогревателя
0
150
°C
4..20мА I
19 10HNA00CP001
Давление дымовых
газов до РВП
0
-1
кПа
4..20мА I
20 10HNA00CP002
Давление дымовых
газов после РВП
0
-1
кПа
4..20мА I
21 10HLB00CE001
Ток дутьевого
вентилятора
0
50
А
4..20мА I,R,A
22 10HLB00CT101
Температура
подшипников
дутьевого
вентилятора
0
70
°С
4..20мА I
23 10HLB00CT102
24 10HLB00CT103
25 10HLB00CT104
Составленная схема автоматизации и перечень измеряемых параметров
послужит основой для выбора первичных измерительных приборов,
механизмов и другого оборудования необходимого для реализации АСР.
4.2. ПТК «ТЕКОН»
Наличие в стране большого количества объектов большой и малой
энергетики, предопределяет важность решения вопросов по повышению
показателей технико-экономической эффективности их функционирования, а
также по обеспечению требуемой эксплуатационной надежности и
безопасности. Поэтому в последние годы все больше рассматриваются
56
возможности внедрения АСУТП на базе ПТК «ТЕКОН», создающие условия
для надежной работы оборудования.
Как показывает опыт деятельности Группы компаний «ТЕКОН», в
процессе которой компанией «ТЕКОН-Инжиниринг» и сторонними
системными интеграторами были внедрены сотни АСУТП различного
масштаба, важнейшим инструментом повышения эффективности производства
объектов большой и малой энергетики является модернизация и
унификация АСУТП на базе современных, высоконадежных программно-
технических комплексов (ПТК). В процессе эксплуатации таких систем
снижаются
сверхнормативные
простои
оборудования,
устраняется
возникновение аварийных ситуаций по вине обслуживающего персонала,
повышается ресурс оборудования и обеспечивается экономия энергоресурсов..
При своей оптимальной стоимости они имеют высокую функциональность и
требуют меньших расходов на обслуживание на этапе эксплуатации [14].
Программно-технический комплекс «ТЕКОН» (ПТК «ТЕКОН»), или
системы информационно-измерительные и управляющие «ТЕКОН» (СИИУ
«ТЕКОН») предназначены для непрерывного измерения и контроля параметров
при управлении технологическими процессами.
ПТК «ТЕКОН» представляет собой многоуровневую иерархическую
информационно-измерительную и управляющую систему распределенного
типа, которая включает в себя [15]
- первичные измерительные преобразователи (датчики);
- промышленные контроллеры серии МФК3000 и МФК1500;
- интеллектуальные модули системы Теконик;
- компьютеры и программное обеспечение: модульную интегрированную
SCADA-систему «ТЕКОН» (ПО компьютеров), целевую задачу ISaGRAF (ПО
контроллеров) и прикладные программы.
57
Выбор ПТК определяет условия для выбора приборов, типовых схем
подключений. Для удобства предостовления информации об особенностях
подключения приборов к ПТК «ТЕКОН» сформированы обозначения типовых
схем подключения, называемые Connection. Это набор определенных цифр и
букв, несущие в себе конкретную информацию.
Таким образом, каждому прибору можно присвоить Connection, который
будет нести в себе информацию о сопряжении (характере сопряжения) этого
прибора к ПТК.
4.3. Иизмерительные приборы и исполнительные механизмы
Как указывалось ранее, на основе схемы автоматизации, типов
параметров и ПТК необходимо выбрать средства измерения, регулирующие
устройства и исполнительные механизмы для АСР общего воздуха. Перечень
приборов приведен в таблице 4.2.
58
Таблица 4.2
Перечень приборов, используемые в АСР общего воздуха
Код KKS
Наименование параметра
Наименование, характеристика,
тип, марка СИ (ИМ)
Завод-изготовитель
Колич
ество
Тип
сигнала
10HHG00CF001
Перепад давлений газа на котел,
кПа
Метран-150CD2 (0-63кПА)
Концерн «Метран» г.
Челябинск
1
AI
10HLA00CF001
Перепад давления на РВП, кПа
Метран-150CDR2 (0-63кПа)
Концерн «Метран» г.
Челябинск
1
AI
10HBK00CQ203
Содержание О
2
в дымовых
газах (справа и слева), 0 – 10 %
Стационарный газоанализатор АКВТ-
02
2
АI
Частота
электродвигателя
дутьевого вентилятора
Закрытый
двухскоростной
асинхронный
электродвигатель
ДАЗО2-18-59-6/8У1, 1600/685 кВт,
6000В
Частотный
преобразователь
СТА-
В9.HVI, 1600/1250кВт, 6000В
НПО
«Стройтехавтоматик
а»
1
АO
59
Измерение расхода газа и воздуха.
Расход – это количество вещества, проходящее в сечении трубопровода в
единицу времени. Прибор для измерения количества вещества называется
расходомером. Расход различают объемный, который выражается в единицах
объема (м
3
, л) и массовый – в единицах массы (кг, т). Так как расход газа
зависит от температуры и давления его приводят к нормальным условиям
(t = 20C; p = 0,1Мпа; = 0) и обозначают G
н.о.
(нм
3
/ч; нм
3
/с).
Наиболее широко в настоящее время в промышленности применяются
расходомеры переменного перепада давления, кориолисовые расходомеры и
вихревые.
Метод переменного перепада давления основан на измерении давления
до и после сужающегося устройства, установленного в потоке среды.
Достоинствами данного метода измерения является высокая точность,
универсальность метода, а также большой выбор датчиков на рынке. К
недостаткам можно отнести: малый диапазон измерения, потеря энергии
потока.
Кориолисовые расходомеры обеспечивают прямой способ измерений
массового расхода вещества. Принцип действия такого датчика основан на
действии силы Кориолиса. Внутри каждого расходомера установлена одна
(или две) равномерно колеблющаяся трубка, на входе и выходе которой
установлены датчики, регистрирующие колебания. При прохождении среды
через эту трубку возникают дополнительные продольные колебания, возникает
сдвиг по фазе, который прямо пропорционален массовому расходу вещества.
Достоинства данного прибора – высокая точность, нет движущихся деталей, не
требуют дополнительного оборудования для формирования потока. К
недостаткам можно отнести зависимость от вибраций, потеря давления в
потоке.
60
Действие вихревых расходомеров заключается в измерении количества
вихрей среды, образованных в результате помещения в среду тела.
Для измерения расхода газа к котлу выбран датчик переменного давления
Метран-150СD2 с диапазоном измерения 0-63кПа.
Таблица 4.3
Технические характеристики Метран-150СD2
Наименование параметра
Значение
Предел измерений, кПа
Рmin
Рmax
1, 25(0,63)
63
Приделы
допускаемой
основной
приведенной
погрешности
±0,075%
Температура окружающей среды, °С
от -40 до +85
Выходные сигналы
4-20мА с HART
протоколом; 0-5мА
Расход воздуха может быть измерен косвенно по перепаду давления на
воздухоподогревателе или на сужающем устройстве, установленном на
трубопроводе. В данной работе измеряется перепад давлений на РВП.
Для измерения перепада давления на РВП выбран датчик переменного
давления Метран-150CDR. Интеллектуальный датчик давления предназначен
для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной
сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART входную
измеряемую величину разности давлений. Датчик состоит из сенсорного
модуля и электронного преобразователя. Сенсор состоит из измерительного
блока и платы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Давление подается в
камеру измерительного блока, преобразуется в деформацию чувствительного
элемента и изменение электрического сигнала [16].
61
Рис. 4.1. Датчик давления Метран-150
Таблица 4.4
Технические характеристики Метран-150CDR2
Наименование параметра
Значение
Предел измерений, кПа
Рmin
Рmax
1, 25(0,63)
63
Приделы
допускаемой
основной
приведенной
погрешности
±0,075%
Температура окружающей среды, °С
от -40 до +85
Выходные сигналы
4-20мА с HART
протоколом; 0-5мА
Рис. 4.2. Схема внешних электрических подключений датчика Метран-150
62
Измерение содержания кислорода в дымовых газах. Измерение
содержания кислорода в дымовых газах осуществляется газоанализатором. По
принципу действия газоанализаторы различают на:
- термомагнитный, принцип работы данного газоанализатор основан на
измерении магнитной восприимчивости газовой смеси от кислорода;
- вольтамперный, принцип работы основан на явлении деполяризации
электрода анализируемым газом, при этом электрический ток в растворе
пропорционален концентрации газа;
- химический, содержание О
2
в котором определяется по изменению
объема или давления газовой смеси в результате ее сжигания, избирательного
поглощения или химической реакции, т. е. содержание О
2
определяется по
поглощению его щелочным раствором пирогаллола.
Для измерения содержания кислорода в дымовых газах выбран
стационарный газоанализатор АКВТ-02, принцип действия которого основан на
электрохимическом методе с использованием твердотельного чувствительного
элемента на основе ZrO
2
. Газоанализатор АКВТ-02 предназначен для измерения
объемной доли кислорода и выдачи сигнализации о достижении установленных
пороговых значениях. Прибор состоит из моноблока с зондом, погружаемым в
газовый поток [17].
Рис. 4.3. Газоанализатор АКВТ-02
63
Таблица 4.5
Технические характеристики АКВТ-02
Наименование параметра
Значение
Измеряемый компонент
О
2
Единицы измерения
%об
Диапазон измерения
0-21
Диапазон показаний
0-25
Основная абсолютная погрешность
На участке 0-2
На участке 2-25
±0,04
±(0,04+0,02(А
О
-2))
Порог 1
Порог 2
4,3
8,1
Температура анализируемой среды, °С
0-850
Температура окружающей среды, °С
От -35 до +70
Время установки показаний, с
не более
5
Номинальная мощность, ВА
не более
200
64
Рис. 4.4. Функциональная схема АКВТ-02
Изменение
расхода
воздуха. Изменение
расхода воздуха
осуществляется следующими способами:
1.
Создание препятствия поворотом лопаток направляющего
аппарата в зависимости от отклонения, тем самым сокращая поток воздуха
через дутьевой вентилятор.
Два осевых направляющих аппарата (левый и правый) для центробежного
дутьевого вентилятора двухстороннего всасывания типа ВДН-25х2 определяют
режим работы вентилятора и поставляются в комплекте. Осевые направляющие
аппараты состоят из сварного цилиндрического корпуса с направляющей
полосой, по которой перемещается на роликах поворотное кольцо, и 12
профильных лопаток, соединенных с поворотным кольцом рычажной системой.
Лопатки установлены в корпусе консольно. Направляющие аппараты
изготовлены разъемными и соединены между собой промежуточным валом с
рычагами и тягами, что обеспечивает синхронный поворот лопаток обоих
65
аппаратов от одного электродвигателя. Лопатки направляющих аппаратов
могут поворачиваться от 0 (всасывающее отверстие открыто полностью) до 90°.
При промежуточных углах от 0 до 90° поток газов воздуха откланяется по
направлению вращения рабочего колеса, что приводит к плавному уменьшению
производительности
и
давления,
развиваемого
машиной. Привод
направляющих аппаратов осуществляется от электроисполнительного
механизма типа МЭО-160. Привод вентиляторов осуществляется от закрытого
двухскоростного асинхронного электродвигателя типа ДАЗО2-18-59-6/8У1.
2.
Изменение скорости вращения дутьевого вентилятора (частоты
вращения электродвигателя).
Для регулирования скорости дутьевого вентилятора устанавливается
дополнительное оборудование – преобразователь частоты. Преобразователь
частоты (ПЧ) с широтно-импульсным управлением обеспечивает плавный пуск
асинхронного двигателя и осуществляет управление электроприводом по
заданной формуле соотношения напряжение/частота, так называемый
скалярный режим управления, когда ПЧ управляет амплитудой и частотой.
Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме
двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена
постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного
инвертора и системы управления.
Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и
фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в
напряжение постоянного тока – это первый этап преобразования.
Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести
транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через
соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам
выпрямителя. В качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По
сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения,
66
что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с
минимальными искажениями.
Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в
трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое
прикладывается к обмоткам статора электродвигателя – это второй этап
преобразования [18].
Для регулирования электродвигателя ДАЗО2-18-59-6/8У1 номинальной
мощностью 685кВ и напряжением 6кВ выберем преобразователь частоты типа
СТА-В9.HVI.
Высоковольтные частотные преобразователи прямого включения серий
СТА-B9.HVI предназначены для управления высоковольтными асинхронными
двигателями с уровнями питающего напряжения 3000В, 6000В или 10000В и
номинальной мощностью от 315 до 8000кВт (полные технические
характеристики приведены в [19]).
Таблица 4.6
Перечень входных и выходных сигналов
Наименование параметра
Тип
сигнала
Схема
подключения
к ПТК
Входные сигналы
Расход газа к котлу, нм
3
/ч
4..20мА
AI00
Расход воздуха на котел, нм
3
/ч
4..20мА
AI00
Содержание О
2
в дымовых газах слева, %
4..20мА
AI00
Содержание О
2
в дымовых газах справа, %
4..20мА
AI00
Частота электродвигателя, об/мин
4..20мА
AI02
Ток электродвигателя, А
4..20мА
AI02
Сигнал «Осуществлен пуск электродвигателя»
250B
DI04
Сигнал «Неисправность»
250B
DI04
Сигнал «Остановка электродвигателя»
250B
DI04
67
Продолжение таблицы 4.6
Сигнал «Местное / дистанционное управление»
250B
DI04
Выходные сигналы
Задание частоты электродвигателя, об/мин
4..20мА
AO00
Команда «ПУСК» на ЧП
+24В
DO03
Команда «СТОП» на ЧП
+24В
DO03
Команда «СБРОС» на ЧП
+24В
DO03
Переключение на управление от токового задающего
сигнала 4-20 мА
+24В
DO03
Режим убывания / возрастания частоты (+ / -)
+24В
DO03
Схемы подключения приборов к ПТК «ТЕКОН»:
1. Типовая схема подключения AI02
Схема применяется для подключения датчика с унифицированным
токовым сигналом 0(4) до 20мА; от 20 до 0(4)мА; от 0 до 5мА; от 5 до 0мА к
ПТК. Питание датчика осуществляется по цепи измерения напряжением
24VDC. Выходной ток измерительных преобразователей датчиков – не более
25мА.
Рис. 4.5. Типовая схема подключения AI02
2. Типовая схема подключения АI00
68
Схема применяется для подключения датчика с унифицированным
токовым сигналом 0(4) до 20мА; от 20 до 0(4)мА; от 0 до 5мА; от 5 до 0мА к
ПТК. Питание датчика осуществляется от внешнего источника.
Модуль AI
I+
I-
+
-
Питание
датчика
ПТК ТЕКОН
Кабель связи с
объектом
Кабель связи с
УСО ПТК
Кроссовый
модуль
T
_
I
n
p
0
1
Рис. 4.6. Типовая схема подключения АI00
3. Типовая схема подключения DI04
Схема
применяется для подключения замыкающего
контакта
потенциального (220V AC) дискретного датчика.
Модуль
DI-220
ПТК ТЕКОН
Кабель связи с
УСО ПТК
A3
A1
N
Кабель связи с
объектом
T
_
I
n
p
0
1
Кроссовый
модуль
Рис. 4.7. Типовая схема подключения DI04
4. Типовая схема подключения АO00
Схема
применяется
для
подключения
выходного
сигнала
унифицированного токового сигнала, сформированного в ПТК, к приемнику
информации.
69
Модуль
AO
Кабель связи с
объектом
Кроссовый
модуль
Кабель связи с
УСО ПТК
T
_
O
u
t
0
1
ПТК ТЕКОН
I+
I-
+
-
Рис. 4.8. Типовая схема подключения АО00
5. Типовая схема подключения DO03
Схема применяется для подключения выходного дискретного сигнала
(замыкающий контакт), сформированного в ПТК, к приемнику информации.
Питание сигнала осуществляется напряжением 220В переменного тока от
внешнего источника питания. Максимальный коммутируемый ток – 2A при
напряжении 220В переменного тока. Маркировка цепей сигналов уточняется в
ходе рабочего проектирования.
Модуль
DO
A1
ПТК ТЕКОН
Кабель связи с
объектом
A3
T
_
O
u
t
0
1
Кроссовый
модуль
Кабель связи с
УСО ПТК
Рис. 4.9. Типовая схема подключения DO03
На основании приведенных типовых схем составлена обобщенная схема
подключения приборов измерения и исполнительных механизмов к ПТК (см.
Приложение Г).
70
4.4. Модульный контроллер средней мощности МФК1500.
Многофункциональный
программируемый
контроллер
МФК1500
предназначен [20]:
- для построения информационных систем объема от 100 до 1000
измерительных каналов в одном контроллере;
- для построения управляющих и информационных систем автоматизации
технологических процессов среднего уровня сложности;
- для систем блокировок и противоаварийной защиты (ПАЗ).
Контроллер МФК1500 состоит из:
- блок сопряжения входов и выходов модулей УСО с датчиками и
исполнительными устройствами МКС (модуль клеммных соединений) – для
аналоговых сигналов и УДС (умощнитель дискретных сигналов) – для
дискретных. Подключение цепей питания, цепей датчиков и исполнительных
устройств к МКС и УДС производится через клеммные соединители проводом
сечением 0,5…2,5 мм
2
;
Рис. 4.10. Внешний вид типовых МКС и УДС
71
- модули УСО (модули ввода-вывода) предназначенные для работы с
различными типами сигналов: ввода сигналов термопар и термометров
сопротивления; ввода и вывода унифицированных аналоговых сигналов
среднего уровня; ввода и вывода дискретных сигналов. Подключение модулей
ввода-вывода аналоговых сигналов к соответствующим МКС осуществляется с
помощью
20-жильного
плоского
кабеля,
дискретных сигналов
к
соответствующим МКС и УДС – с помощью 10-жильного плоского кабеля;
Рис. 4.11. Внешний вид типового модуля УСО
- одного или двух ЦП CPU715, в котором загружается и выполняется
прикладная (технологическая) программа пользователя. ЦП осуществляет
обмен данными по внутренней шине контроллера с модулями УСО, а по
интерфейсу Ethernet через ЛВС АСУ ТП. Модуль CPU715 имеет также
72
интерфейсы RS-485 и RS-232, через которые идет обмен данными с
терминалами, GSM-модемами и другими устройствами, оснащенными
аналогичными интерфейсами;
Рис. 4.12. Внешний вид типового модуля ЦП CPU715
- одного или нескольких шасси, которые обеспечивают подключение
модулей к внутренней дублированной шине контроллера. Шасси выпускаются
в трех модификациях в зависимости от количества посадочных мест: CR1504 (4
посадочных места), CR1508 (8 посадочных мест), CR1516 (16 посадочных
мест).
73
Рис. 4.13. Внешний вид шасси CR1504
Таблица 4.8
Таблица сигналов объекта и перечень модулей УСО контроллера
Тип сигнала
Количество
каналов
Тип МКС
или УДС
Тип
модуля
УСО
Количество
модулей
Количество
МКС
или
УДС
Аналоговый ввод 4-20
мА
6
ТСС4А
АI4
1
2
Дискретный ввод
220В
5
ТСС8_220
AC
DI16
1
1
Аналоговый вывод 4-
20 мА
1
ТСС4А
AOC2
1
1
Дискретный вывод
+24В
6
TCB08RT
DO16
1
1
Модули ввода и вывода:
Модуль AI4. Обозначение ДАРЦ.426431.022. Модуль ввода аналоговых
сигналов среднего уровня. Содержит 4 канала ввода сигналов тока в диапазонах
0...5 мА, 0...20 мА и 4...20 мА или напряжения постоянного тока в диапазоне
74
0...10 В. Модуль AI4 содержит: управляющий микроконтроллер с внутренней
памятью программ и данных, преобразователь питания 24/5 В, 4
измерительных канала.
Модуль DI16. Обозначение ДАРЦ.426436.043. Модуль ввода дискретных
сигналов. Содержит 16 каналов вывода дискретных сигналов 24В с групповой
гальванической развязкой, объединенных по схеме с «общим минусом».
Модуль DO16. Обозначение ДАРЦ.426436.043. Модуль вывода
дискретных сигналов предназначены для коммутации электрических цепей
постоянного тока с номинальным напряжением 24 В. Модули служат для
управления нагрузками через промежуточные умощнители дискретных
сигналов соответствующего типа. Содержит 16 каналов с групповой
гальванической развязкой 2 группы по 8 каналов дискретного вывода.
Модуль АОС2. Обозначение ДАРЦ.426435.004. Модуль вывода
аналоговых сигналов. Содержит 4 канала вывода токовых сигналов 4..20мА с
индивидуальной гальванической развязкой.
Модуль клеммных соединений TCC4A. Модуль предназначен для
подключения модуля AI4 к источникам сигнала (датчикам). Модуль имеет 4
канала с индивидуальной гальванической развязкой, применим для ввода и
вывода сигналов тока и напряжения среднего уровня, не поддерживает
подключение датчиков с пассивным токовым выходом, поддерживает
возможность применения в дублированных и резервированных системах (кроме
ввода сигналов тока). МКС ТСС4А содержит восьмиконтактный разъем типа
WAGO для подключения объектовых проводов (XS1), два двадцатиконтактных
разъема типа IDC для подключения объектовых разъемов модулей аналогового
ввода или вывода (XP1, XP2). TCC4A представляет собой печатную плату,
закрепляемую на 35-мм DIN-рейке двумя пластмассовыми кронштейнами,
входящими в состав изделия.
75
Модуль
клеммных
соединений
TCС8_220AC.
Обозначение
ДАРЦ.434400.037. Предназначен для ввода дискретных сигналов 220 В.
Содержит 8 каналов.
Умощнитель дискретных сигналов (УДС) TCB08RT. Обозначение
ДАРЦ.426436.036. УДС постоянного и переменного напряжения 24..220 В
предназначен для управления исполнительными устройствами и коммутации
электрического оборудования с активным и реактивным характером нагрузок.
Содержит 8 каналов с индивидуальной гальванической развязкой.
Шасси CR1508. Обозначение ДАРЦ.301241.000. Предназначен для
объединения всех модулей в контроллер. Содержит 8 посадочных места.
Программное обеспечение. Контроллер представляет разработчику АСУ
ТП возможность создания, загрузки и отладки прикладных проектов, используя
языки технологического программирования.
Среда технологического
программирования, установленная на инженерной станции разработчика АСУ
ТП, взаимодействует с БПО контроллера.
Базовой системой программирования контроллера является система
ISaGRAF. Загрузка подготовленных прикладных программ в память
контроллера для отладки и выполнения производится по сети Ethernet,
используя протокол TCP/IP. В составе ПТК ТЕКОН разработка и отладка
прикладных программ контроллера ведется в пакете «Agraf».
4.5. Верхний уровень ПТК
Важным звеном АСУ ТП является оператор (машинист, диспетчер и т.п),
рабочее место которого – автоматизированное рабочее место (АРМ). Для
предоставления
информации,
дистанционного
управления
или
диспетчеризации рабочего процесса в реальном времени, а также контроля
76
протекания технологического процесса и состояния технологических
параметров и оборудования предусмотрены компоненты ПО (состав которых
представлен в таблице 4.3).
Верхний уровень ПТК
представлен SCADA-системой, которая
представляет собой программный пакет, позволяющий разрабатывать, а также
обеспечивать работу в реальном времени систем контроля, управления, защит,
блокировок, регулирования и обеспечивает связь между оперативным
эксплуатационным персоналом.
Полное представление оператору о функционировании технологических
процессов, а также быстрое реагирование системы на реально изменяющиеся
параметры обеспечивает надежность работы станции в совокупности.
Оператору предоставляется видеокадры технологических процессов, на
которых представлен реальный объект с изменяющимися параметрами в
реальном времени.
Рассматриваемая АСР общего воздуха является одной из АСР
газовоздушного тракта. В соответствии со схемой автоматизации разработан
видеокадр газовоздушного тракта котла Е-500-13,8-560 ГМН
(см.
Приложение Е)
77
ГЛАВА 5. ОХРАНА ОКУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
5.1. Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу
Расчет проводятся по методическим указаниям [21]
Характеристика топлива:
низшая рабочая теплота сгорания
;
теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания
V
0
/V
Г
0
= 9,52/10,68 м
3
/кг.
5.1.1. Расход натурального топлива, кг/с:
(
)
( )
где n – количество энергоблоков ( расчет для одного энергоблока);
низшая теплота сгорания топлива, МДж/м
3
;
N – номинальная электрическая мощность, N = 80МВт;
Q
T
– номинальная тепловая мощность, Q
T
= 300Гкал/ч = 348,9МВт;
b
э
, b
q
– удельный расход топлива н отпускаемую электроэнергию и тепло
соответственно, кг у.т./(кВт ч), b
э
= 0,134 кг/кВтч; b
q
= 0,319 кг/кВтч.
(
)
( )
5.1.2.
Определение
суммарного
количества
окислов
азота,
выбрасываемого в атмосферу с дымовыми газами, г/с:
(
)(
)
( )
где β
1
– поправочный коэффициент, β
1
= 0,85;
78
β
2
– коэффициент, учитывающий вид топлива, для газа β
2
= 0,02;
η
NOx
– КПД систем подавления окислов азота, η
NOx
= 0,8;
К - параметр, который учитывает паропроизводительность котлоагрегата
(D
пе
= 500т/ч) и равен
(
) (
)
( )
5.1.3. Определение максимального количества выбросов оксида углерода
с дымовыми газами, г/с:
(
)
( )
где q
4
– потери с механическим недожогом, при сжигании газа отсутствуют;
С
со
– выход оксидов углерода при сжигании жидкого, газообразного или
твердого топлива и определяется по формуле, кг/т:
( )
где q
3
– потери с химическим недожогом, примем 1,5% для газа;
q
4
– потери с механическим недожогом, при сжигании газа отсутствуют;
R - коэффициент, учитывающий долю потери теплоты из-за химической
неполноты сгорания топлива, обусловленного содержанием в дымовых
газах продуктов неполного сгорания окиси углерода, R = 0,5;
- удельный вес оксида углерода при нормальных условиях, кг/м
3
,
равный 1,25;
Q
co
- теплота сгорания оксида углерода, кДж/м
3
, равная 12650.
79
5.1.4. Определение концентраций вредных веществ в дымовых газах (в
порядке оценки), выбрасываемых в атмосферу на уровне устья источника
рассеивания, мг/м
3
:
( )
где – выброс i-ого вещества, г/с;
B – расход натурального топлива, кг/с;
- теоретический объем продуктов сгорания, м
3
/м
3
, равный 10,68.
5.2. Мероприятия по снижению вредных выбросов в атмосферу
Состоянию окружающей среды, а, следовательно, контролю выбросов
вредных веществ уделяется большое внимание в настоящее время. Проводится
все больше исследований и мероприятий по снижению выбросов
технологических отходов в окружающую среду. Они направлены на
минимизацию загрязнений, без потери эффективности технологических
процессов.
При сжигании природного газа на ТЭС в атмосферу попадают различные
по токсичности и составу вещества, но наибольший вред окружающей среде
наносят оксиды азота. По сравнению с ними, урон который наносят
монооксиды углерода СО незначителен.
В настоящий момент в РФ действуют нормативы удельных выбросов
загрязняющих веществ для котельных установок, регламентированные [22],
80
где указаны нормативы удельных выбросов для вновь вводимых котельных
установок.
Сокращение выбросов оксидов азота с продуктами сгорания топлива на
тепловых электростанциях обеспечивается главным образом технологией
сжигания топлива.
В [23] предлагается снижение выбросов окиси азота за счет
контролируемого химического недожога. Исследования проводились для
нескольких котлов и результаты показали, что основным показателем
эффективности данного метода является наличие химической неполноты
сгорания топлива, характеризующаяся наличием СО. А так же рассмотрена
зависимость потерь (q
2
+q
3
) и содержания NO
x
, которые показали, что
количество окислов азота значительно уменьшаются с увеличением потерь
(q
2
+q
3
). А также снижение NO
x
характеризуется уменьшением коэффициента
избытка воздуха. В итоге достигнуто оптимальное значение коэффициента
избытка воздуха при котором монооксид углерода СО, характеризующий
потери с хим. недожогом, не превышает регламентированного в [22].
С учетом того, что данный дипломный проект посвящен АСР общего
воздуха данный метод можно рассмотреть более подробно и применить как
мероприятие по снижению выбросов окислов азота на электростанции.
81
ГЛАВА 6. ОХРАНА ТРУДА
В данной главе дипломного проекта рассмотрены основные вопросы
охраны и экологии труда при работе на ТЭЦ.
Рассматриваемая в дипломном проекте АСР предположительно будет
располагаться в котельном цехе.
Основные вредные и опасные факторы, которые могут воздействовать на
работника котельного цеха:
1. Не соответствующие нормам параметры микроклимата: из-за высоких
температур, выделяемых оборудованием цеха.
2. Повышенный уровень шума, создаваемый непрерывной работой
котельного оборудования.
3. Повышенный
уровень
загазованности
воздуха:
вследствие
несовершенства вентиляции, а также изоляции котла и газовоздушного
тракта.
4. Опасность получения травм, ожогов от «свичей».
Все выше перечисленные факторы являются лишь основными,
вероятность возникновения которых наибольшая. Для предотвращения
возможности возникновения разработаны определенные нормы, правила
безопасности, правила технической эксплуатации оборудования и т.п. для
работников цеха и ТЭЦ в целом, основные из них:
Правила
техники
безопасности
при
эксплуатации
тепломеханического оборудования электростанций и тепловых
сетей;
Правила технической эксплуатации электрических станций и
сетей;
82
Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов
горячей воды и пара;
Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов,
работающих под давлением;
Правила безопасности в газовом хозяйстве;
Правила пожарной безопасности.
Для обеспечения безопасной работы персонала котельного цеха должны
быть организованы мероприятия по обучению и подготовке к работе в цехе. В
число таких мероприятий обязательно входит: первичный и очередные
инструктажи, проведение противопожарных и противоаварийных тренировок.
Кроме того, для комфортной и безопасной работы в цехе должны быть
проведены следующие мероприятия:
1. По снижению шума в цехах:
вибрирующие при работе агрегаты устанавливаются на отдельных
фундаментах, чтобы вибрация не передавалась на другое
оборудование, согласно ГОСТ 12.4.046-85 "Вибрация, методы и
средства защиты, классификация";
балансировка роторов вращающихся механизмов;
в помещении
вентиляционных
камер
предусматривается
звукоизоляционная штукатурка стен и потолков, согласно ГОСТ
12.4.021-75 «Система стандартов безопасности труда. Системы
вентиляционные. Общие требования»;
применение специальных звукопоглощающих материалов, согласно
ГОСТ 12.1.029-80 "Средства и методы защиты от шума"
2. Для обеспечения нормальных условий труда и чистого воздуха
организуется естественных воздухообмен-аэрация. Согласно СНиП
2.04.05-95
«Отопление, вентиляция и
кондиционирование»,
воздухообмен регулируется фрамугами, через которые поступает
83
снаружи более холодный воздух, а нагретый выходит через
рефлекторы на крыше здания.
3. Для безопасного обслуживания оборудования котельного цеха должны
быть установлены площадки и лестницы обслуживания с перилами
высотой 1м. и бортовой обшивкой понизу 100мм. Передние площадки
должны иметь перила с обеих сторон. Площадки длиной более 5
метров, должны иметь не менее двух лестниц (выходов)
расположенных противоположно.
4. Для обеспечения комфортного освещения в цехах должно быть
предусмотрено
комбинированное
рабочее,
естественное
и
искусственное освещение. Согласно СНиП 23-05-95 "Искусственное и
естественное освещение", естественное освещение осуществляется
боковым светом через световые проемы в наружных стенах. При
отключении искусственного освещения должно быть предусмотрено
аварийное освещение от постороннего источника – аккумуляторных
батарей.
А также, в соответствии со статьей 221 Трудового кодекса Российской
Федерации на работах с вредными и (или) опасными условиями труда, а также
на работах, выполняемых в особых температурных условиях или связанных с
загрязнением, выдаются сертифицированные средства индивидуальной защиты
в соответствии с нормами, утвержденными в порядке, установленном
Правительством Российской Федерации: "Правила обеспечения работников
специальной одеждой, специальной обувью и другими средствами
индивидуальной защиты".
84
ГЛАВА 7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОЦЕНКИ
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ АСР
Энергоблок №1 Московской ТЭЦ-27 был выбран как объект для
внедрения АСР общего воздуха. В его состав входят котел Е-500-13,8-560 ГМН
и турбина ПТ-80.
Котел
паровой,
барабанный
с
естественной
циркуляцией
паропроизводительностью 500т/ч имеет П-образную компоновку и рассчитан
на высокие параметры пара. Основное, используемое для сжигания топливо –
природный газ. Согласно техническим характеристикам, приведенным в [1],
гарантированный КПД брутто котла составляет 93,5%. Коэффициент избытка
воздуха α = 1,03.
В данном дипломном проекте рассматриваются модернизация АСР
общего воздуха, подразумевающая работы по замене оборудования для
системы регулирования, которая была установлена вместе с котлом.
Энергоблок был введен в эксплуатацию в 1996 году.
Современное, более точное оборудование позволит эффективнее
осуществлять регулирование общего воздуха в котле, что впоследствии
увеличит КПД энергоблока.
В данной главе приводится экономическое обоснование проекта:
находится экономический эффект от АСР общего воздуха и подсчитывается
срок окупаемости.
85
7.1. Расчет капитальных вложений в проект
В таблице 7.1 приведен список оборудования для АСР общего воздуха с
соответствующими стоимостями.
Таблица 7.1
Смета расходов на АСР общего воздуха
№
Наименование источника
расхода
Количество Цена, тыс.
руб.
1
Датчик перепада давления
Метран-150CD-2
1
20
2
Датчик перепада давления
Метран-150CDR-2
1
20
3
Газоанализатор кислорода
АКВТ-02
2
120
4
Частотный преобразователь
СТА-В9.HVI
макс
мин
1
10000
3000
5
Оборудование для АРМ
50
Цена частотного преобразователя может варьироваться от 3 млн.руб. до
10 млн.руб. Посчитаем капитальные вложения учитывая, что закупка
частотного преобразователя по максимальной цене.
Затраты на оборудование, тыс. руб.,
( )
Так же в капитальные вложения входят монтажные работы, наладка,
стоимость материалов и прочие расходы.
Монтаж осуществляется подрядной организацией, и стоимость
составляет около 40% от стоимости оборудования. Затраты на монтаж, тыс.
руб.,
( )
86
Наладка оборудования длится около 14 дней. Заработная плата рабочего
составляет 2000руб./день, с учетом налогов и надбавок конечная сумма
составит 5000 руб./день. Таким образом затраты на наладку составят, тыс. руб.,
,
(7.3)
Стоимость проектной документации составляют около 7% от стоимости
монтажа и оборудования. Тогда затраты на проектные работы, тыс. руб.,
(
)
(
)
( )
В итоге общие капитальные вложения будут определяться по формуле,
руб.,
(7.5)
где З
об
– затраты на оборудование, тыс. руб;
З
н
– затраты на наладку, тыс. руб;
З
м
– затраты на монтаж, тыс. руб;
З
п.р.
– затраты на проектные работы, тыс. руб;
Капитальные вложения, тыс. руб.,
(7.6)
7.2. Экономический эффект
7.2.1. Экономия топлива
Расход топлива, подаваемый в топку, м
3
/с,
( )
где
– тепло полезно используемое в котлоагрегате, кДж/с;
87
– КПД котла,
;
–
теплота
сгорания
топлива,
ккал/м
3
,
Полезно используемое тепло определяется по формуле, кДж/с,
(
)
(7.8)
где – паропроизводительность котла, кг/с,
кг/с;
– энтальпия перегретого пара, кДж/кг,
;
– энтальпия питательной воды, кДж/кг,
.
(
)
Расход топлива при нулевых потерях с хим. недожогом, м
3
/с,
( )
Данное значение расхода топлива рассчитано для максимальной нагрузки
котла с отсутствием потерь q
3
, что считается идеальным случаем, который не
достигается при реальных условиях эксплуатации котла.
Считая значение расхода топлива при нулевых потерях с хим. недожогом
за эталон, рассчитан перерасход топлива и составлена зависимость перерасхода
топлива от потерь с химическим недожогом топлива (рисунок 7.1).
88
Рис. 7.1. График зависимости перерасхода топлива от потерь с химическим недожогом
топлива
Согласно технической документации, котла потери тепла с химическим
недожогом q
3
равны нулю. Основываясь на опыты эксплуатации
энергетических котлов, а также на техническую литературу, при работе котла
на пониженной нагрузке ухудшаются условия для полного перемешивания
топлива с кислородом, что ведет к росту химического недожога топлива. Таким
образом, с уменьшением нагрузки потери с хим. недожогом будут расти.
Согласно технической литературе нормативная величина потерь при сжигании
газа может достигать 1%.
Модернизация АСР общего воздуха позволит снизить этот порог
максимума потерь с хим. недожогом равный 1%. Экспертные оценки
специалистов в данной области гарантируют снижение этого максимума в 1,5
раза, что означает сдвиг вниз кривой на рисунке 7.2.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
1
ΔВ,
м3/час
q3, %
89
Рис. 7.2. Графики изменения величины потерь с химическим недожогом в зависимости от
нагрузки котла до и после улучшения.
1 – график до улучшения: максимум потерь при минимальной нагрузке 1%;
2 – график после улучшения с уменьшением потерь в 1,5 раза: максимум потерь при
минимальной нагрузке равен 0,67%.
В реальных условиях работа котла при максимальной нагрузке достигает
25% от всего времени работы. С учетом всех выводов оборудования на
ремонтные работы полное время работы энергоблока 8720 часов в год. На
основании данных об изменении нагрузки в году для подобных котлов,
получены значения, сколько в среднем часов работает котел в разные нагрузки.
Анализируя эти данные и сопоставляя с вышеприведенными
зависимостями можно наглядно увидеть характер изменения перерасхода
топлива, потерь с химическим недожогом топлива при изменении нагрузки.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
40
50
60
70
80
90
100
q3, %
D, %
1
2
90
Рис. 7.3. Значения перерасхода топлива в год до (В1) и после (В2) снижения потерь с
химическим недожогом.
На рисунке 7.3. наглядно показано изменение перерасхода топлива при
больших значениях потерь и сниженных в 1,5 раза за счет улучшения системы
регулирования. В расчете за год экономия топлива после улучшения достигнет
175,6тыс. м
3
.
В денежном эквиваленте экономия в год составит, руб./год,
(
)
где Э – экономический эффект от снижения расхода топлива, руб./год;
ΔВ – экономия топлива, м
3
/год;
Ц – цена за 1000 м
3
топлива, руб.
По данным ОАО Мосэнерго за 2013 год оптовая цена для промышленных
предприятий оставляет 4065 руб. за 100 м
3
газа. Тогда экономический эффект
будет равен, руб./год:
(
)
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
1710 ч
3310 ч
2690 ч
1010 ч
B1
0
159151,33
194368,95
163361,32
B2
0
106044,17
129440,53
105785,22
П
е
р
е
р
ас
хо
д
топлива,
м3
/
ч
91
Следует также учесть, что экспертная оценка, как правило, имеет
некоторую погрешность. Таким образом, для более широкого представления
ситуации рассмотрим так же более оптимистичный вариант, где потери с
химическим недожогом q
3
при минимальной нагрузке не будут превышать
0,25%. Графическая представление такого варианта представлен на рисунке 7.4.
Рис. 7.4. Графики изменения величины потерь с химическим недожогом в зависимости от
нагрузки котла до и после улучшения.
1 – график до улучшения: максимум потерь при минимальной нагрузке 1%;
2 – график после улучшения с уменьшением потерь в 1,5 раза: максимум потерь при
минимальной нагрузке равен 0,67%;
3 - график после улучшения (оптимистический вариант): максимум потерь при минимальной
нагрузке равен 0,25%;
При оптимистическом варианте экономия в год составит 1425 тыс. руб.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
40
50
60
70
80
90
100
q3, %
D, %
1
2
3
92
7.2.2. Экономия электроэнергии на собственные нужды
Экономия электроэнергии на собственные нужды достигается за счет
внедрения на электростанции частотного преобразователя для электропривода
дутьевого вентилятора. Частотный преобразователь воздействует на расход
через дутьевой вентилятор путем снижения скорости электродвигателя
вентилятора, тем самым снижая потребление электроэнергии.
Произведем расчёт экономии электроэнергии при управлении частотным
преобразователем по сравнению с управлением направляющим аппаратом
согласно [24].
Расход воздуха через дутьевой вентилятор при максимальной нагрузке
100%, и соответственно при 80% нагрузке – 80%, при 60% нагрузке – 60% и
при минимальной нагрузке – 40%. Число часов использования в год
принимаются в зависимости от усредненных графиков нагрузки котлоагрегата
в год. По приведенным характеристикам изменения мощности вентилятора в
зависимости от метода управления в [24] найдены примерный процент
мощности потребляемый в каждом из периоде нагрузки для варианта
управления направляющим аппаратом. Для варианта управления методом
переменной частоты используются формулы подобия:
( )
( )
(
)
где , - расходы в двух точках, тыс. м
3
/ч;
, – частота вращения, об/мин;
, – давление, Па;
, – мощность, кВт;
На основании этих формул получены мощности для разных режимов
нагрузки (загрузки вентилятора). После подсчета затраченной энергии в год
93
при двух вариантах управления составлен график характеризующий изменение
потребленной мощности в год (Рис. 7.5).
Рис. 7.5. Изменение потребляемой мощности в зависимости от расхода дутьевого вентилятор
для двух вариантов управления.
Расчеты
показали,
что
экономия
электроэнергии
составит
5221,75МВт/год.
Таким образом, в пересчете в денежный эквивалент, с учетом цены за
1кВт/ч = 1,07 руб. (по данным ОАО Мосэнергосбыт для промышленных
предприятий), экономия электроэнергии на собственные нужды составит, тыс.
руб./год:
(
)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
40
50
60
70
80
90
100
По
тр
еб
л
я
е
ма
я
мо
щ
н
о
с
ть
,
МВт/г
о
д
Расход ДВ, %
Управление поворотом лопаток НА
Управление переменной скоростью
94
7.3. Расчет показателей экономической эффективности
Оценка экономической эффективности производится по следующим
показателям согласно [25]:
Срок окупаемости системы (Т
ОК
);
Чистый дисконтированный доход (ЧДД);
Индекс доходности (ИД);
Под сроком окупаемости понимают время, в течение которого доход
станет равным инвестированному капиталу.
Дисконтирование позволяет учитывать изменение стоимости денег с
течением времени. Процесс дисконтирования производится по различным
нормам дисконта, которые определяются в зависимости от особенностей
инвестиционных проектов. В данном дипломном проекте примем норму
дисконта Е = 14% годовых.
В качестве расчетного периода проекта можно использовать как срок
службы объекта, так и временной период, на который разрабатывается проект.
Чистый дисконтированный доход (ЧДД или NPV) находится как
разность
между
дисконтированным
системным
эффектом
и
дисконтированными затратами (сюда относятся капитальные вложения и
дополнительные затраты связанные с эксплуатацией новшества):
∑ {
(
)}(
)
(7.14)
где t - годы строительства и эксплуатации объекта (примем 15 лет, начиная с
первого);
E – норма дисконта (14%);
Э – суммарный экономический эффект от сэкономленного топлива и
электроэнергии на собственные нужды, тыс. руб./год;
95
К – капитальные вложения, тыс. руб.;
ΔU
t
– затраты, связанные с эксплуатацией новшества, руб.
Затраты на обслуживание системы примем 3% от стоимости
оборудования, тыс. руб.
Произведем расчет чистого дохода и чистого дисконтированного дохода
для худшего варианта (малая экономия топлива и максимальная цена
частотного преобразователя). Расчет сведен в таблицу 7.2.
Таблица 7.2
Расчет чистого дисконтированного дохода
t,
год
К, тыс.
руб.
Э, тыс.
руб.
ΔU
t
,
тыс.
руб.
(1+Е)
-
t
Э(1+Е)
-t
,
тыс. руб.
(К+ ΔU
t
)
(1+Е)
-t
,
тыс. руб.
ЧД, тыс.
руб.
ЧДД, тыс.
руб.
0 15364,58
0
0
1,00
0,0
15364,6 -15364,58
-15364,58
1
0 6301,17
306,3
0,88
5527,3
268,7
5994,87
-10105,92
2
0 6301,17
306,3
0,77
4848,5
235,7
5994,87
-5493,06
3
0 6301,17
306,3
0,67
4253,1
206,7
5994,87
-1446,70
4
0 6301,17
306,3
0,59
3730,8
181,4
5994,87
2102,75
5
0 6301,17
306,3
0,52
3272,6
159,1
5994,87
5216,29
6
0 6301,17
306,3
0,46
2870,7
139,5
5994,87
7947,48
7
0 6301,17
306,3
0,40
2518,2
122,4
5994,87
10343,25
8
0 6301,17
306,3
0,35
2208,9
107,4
5994,87
12444,81
9
0 6301,17
306,3
0,31
1937,7
94,2
5994,87
14288,28
10
0 6301,17
306,3
0,27
1699,7
82,6
5994,87
15905,36
11
0 6301,17
306,3
0,24
1491,0
72,5
5994,87
17323,85
12
0 6301,17
306,3
0,21
1307,9
63,6
5994,87
18568,14
13
0 6301,17
306,3
0,18
1147,3
55,8
5994,87
19659,62
14
0 6301,17
306,3
0,16
1006,4
48,9
5994,87
20617,06
15
0 6301,17
306,3
0,14
882,8
42,9
5994,87
21456,92
96
Рис. 7.6. Графическая интерпретация срока окупаемости инвестиций
с учетом дисконтирования.
1- оптимистический вариант; 2 – пессимистичный вариант
Следует так же учесть, что цена оборудование может. Таким образом,
рассмотрим так же оптимистический вариант, который подразумевает
минимальную цену за частотный преобразователь и большую экономию
топлива.
На рисунке 7.6. изображены два варианта интерпретации срока
окупаемости: оптимистический (1) и пессимистический (2) с учетом того, что
реализация проекта (установка, наладка и т.п.) будет длиться 1 год. И согласно
графикам срок окупаемости проекта Т
ОК
составляет от 1 до 3,5 лет.
Индекс доходности (рентабельность)
(Id) представляет собой
отношение дисконтированного экономического эффекта к
суммарным
дисконтированным затратам.
∑
(
)
∑
(
)
(
)
где – дисконтированный экономический эффект, руб.;
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
ЧДД, тыс. руб
t, год
1
2
97
– дисконтированные затраты, руб.;
– норма дисконта (14%);
t – годы строительства и эксплуатации объекта, год.
Индекс доходности (или рентабельность)
I
d
= 7,8 – оптимистический вариант;
I
d
= 2,2 – пессимистический вариант.
Значение индекса доходности, большее единицы, считается приемлемым
с точки зрения финансовой перспективы инвестиционного проекта.
Сведем полученные показатели эффективности в единую таблицу.
Таблица 7.3
Показатели экономической эффективности проекта
Т
ОК,
год
ЧДД, тыс. руб.
I
d
К, тыс. руб.
Оптимист. вар.
1
37601,7
7,8
4878,6
Пессимистич. вар.
3,5
21456,92
2,2
15364,58
Анализ результатов показал, что в обоих вариантах наблюдается
превышение чистого дисконтированного дохода над капитальными
вложениями и срок окупаемости не превышает 4-х лет, из этого согласно [25]
можно утверждать, что проект является эффективным.
98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В дипломном проекте рассматривалась АСР общего воздуха применимо
для энергоблока №1 Московской ТЭЦ-27. Выбрана схема регулирования
«топливо-воздух», составлена функциональная, а так же структурная схема
регулирования. Используя различные методики, найдены оптимальные
настройки регулятора.
Выбрано оборудование для АСР с соотношением цена-качество и
разработана схема подключения датчиков, исполнительных механизмов к ПТК.
Полученные технико-экономические показатели говорят о том, что
внедрение выбранного оборудования, в частности, частотного преобразователя
для регулирования скорости электродвигателя дутьевого вентилятора
целесообразно.
99
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Бойко Е.А., Шпиков А.А. Котельные установки и парогенераторы
(конструкционные характеристики энергетических котельных агрегатов):
Справочное пособие для курсового и дипломного проектирования студентов
специальностей 1005 – «Тепловые электрические станции», 1007 –
«Промышленная теплоэнергетика» / Сост. Е. А. Бойко, А. А. Шпиков; КГТУ.
Красноярск, 2003. - 230 с.
2. Доброумов Л. А. Паротурбинные установки для ТЭС и АЭС. Отраслевой
каталог. - М.: Москва, 1994 - 96 с.
3. Рихтер Л.А., Елизаров Д.П., Лавыгин В.М. Вспомогательное
оборудование тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов. М.:
Энергоатомиздат, 1987. 216 с.
4. Клюев А.С., Лебедев А.Т., Новиков С.И.
Наладка систем
автоматического
регулирования барабанных
паровых
котлов.
М.:
Энергоатомиздат, 1985. 280 с.
5. Новиков, С. И. Оптимизация систем автоматизации теплоэнергетических
процессов. Ч. 1. Автоматические системы регулирования теплоэнергетических
процессов с аналоговыми регуляторами: учебник. Новосибирск: Изд-во НГТУ,
2011. 284 с.
6. Новиков О. Н., Окатьев А.Н., Шкаровский А.Л. Автоматическое
управление качеством сжигания топлива – ключ к энергосбережению и
энергоэкологической безопасности предприятия [Электронный ресурс] // ООО
Конструкторское
Бюро
«АГАВА».
URL:
http://www.kb-
agava.ru/article_burning_auto_control.html. (Дата обращения 13.03.2014).
7. Плетнев Г. П. Автоматизация технологических процессов и производств в
теплоэнергетике: учебник для студентов вузов. М.: Издательский дом МЭИ,
2007. 352 с.
100
8. Экспериментальное
определение
динамических
характеристик
энергоблока 80 МВт по каналам регулирующих и возмущающих воздействий /
Г. П. Плетнев, А. С. Горбачев, А. Н. Лесничук и др. // Тр. междунар. научн.
конф. Control 2003. - М.: Издательство МЭИ, 2003. – С 74-79.
9. Клюев А.С., Товарнов А.Г. Наладка систем автоматического
регулирования котлоагрегатов. М.: Энергия, 1970. 280 с.
10. ГОСТ 28269-89. Котлы паровые стационарные большой мощности.
Общие технические требования. М.: Издательство стандартов, 1989. 23с.
11. Новиков,
С. И. Практическая
идентификация
динамических
характеристик объектов управления теплоэнергетического оборудования. –
Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. 64 с.
12. СО 34.35.101-2003. Методические указания по объему технологических
измерений, сигнализаций, автоматического регулирования на тепловых
электростанциях. – Взамен РД 34.35.101-88 : введ. 01.09.2004. 2003. 92 с.
13. ГОСТ 21.404-84. Система проектной документации для строительства.
Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и
средств автоматизации в схемах. М.: Издательство стандартов, 1989. 12 с.
14. Сережкин, В. С. Высоконадежные АСУТП на базе ПТК «ТЕКОН» для
объектов большой и малой энергетики // Автоматизация и IT в энергетике.
2009. №12.
15. Системы информационно-измерительные и управляющие «ТЕКОН».
Руководство по эксплуатации / ЗАО ПК «Промконтроллер». Москва. 2010. 96 с.
16. Датчик давления
Метран-150.
Руководство
по
эксплуатации.
СПГК.5225.000.00 РЭ / ЗАО «ПГ «Метран». Челябинск. 2009. 127 с.
17. Газоанализатор
АКВТ-02.
Руководство
по
эксплуатации.
ИБЯЛ.413415.003 РЭ / ФГУП СПО «Аналитприбор». 38 с.
18. Основные сведенья о
частотно-регулируемом электроприводе
[Электронный ресурс]
/ ООО Новые электронные технологии. URL:
http://www.technowell.ru/main-about-invertor/ (дата обращения 25.05.2014).
101
19. Высоковольтные частотные преобразователи СТА прямого включения
серий СТА-В9.HVI (3кВ, 6кВ, 10кВ). Краткое техническое описание
устройства. А148.672XXX.010 ТО / ЗАО Стройтехавтоматика. 26 с.
20. Многофункциональный
контроллер
МФК1500. Руководство
по
эксплуатации. Ч. 1,2. Москва. 2013. 234 с.
21. Щинников, П. А. Оценка воздействия вредных выбросов в атмосферу.
Методические указания к расчетно-графическому заданию. Новосибирск: Изд-
во НГТУ, 2002. 20 с.
22. ГОСТ
Р 50831-95. Установки
котельные. Тепломеханическое
оборудование. Общие технические требования.; введ. 01.01.1997г. М.: Изд-во
стандартов, 1995. 14 с.
23.
Росляков П. В., Ионкин И. Л., Егорова Е. Л. Контролируемый химический
недожог – эффективный метод снижения выбросов оксида азота // Материалы
Научно-технических советов. Секция «Энергосберегающие и экологические
проблемы энергетики» НТС РАО «ЕЭС России»: доклад. URL:
http://www.combienergy.ru/nts15.html (дата обращения 11.06.2014).
24. Частотно-регулируемые
приводы
переменного
тока (Экономия
электроэнергии) // ЗАО Стройтехавтоматика. Воронеж. 2006. 16 с.
25. Путилова, Н. Н. Экономика и управление на энергетическом
предприятии. Методические указания по выполнению практических занятий и
контрольных работ для студентов по специальности 140101 «Теплоэнергетика».
Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. 37 с.
102
ПРИЛОЖЕНИЕ
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДП
ПРИЛОЖЕНИЕ А
W
об1
(р)
W
об2
(р)
W
кор
(р)
g
1
(t)
f
в
x
V
W
p
(p)
x
v
О
2
g
2
(t)
x
кор
f
v
Л
и
с
т
По
д
п.
№ д
о
к
у
м
.
Да
т
а
XX
Л
и
с
т
И
зм
.
104
П
ер
ехо
д
н
ы
е
хар
ак
т
ер
истик
ипри
О
П
Н
ре
г
у
ля
т
ор
а
Дата
№ докум.
Подп.
Лист
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
1 – работа регулятора при нагрузке 44МВт; 2 – работа регулятора при нагрузке 80МВт.
ПРИЛОЖЕНИЕ В
И
н
в
.
№
п
о
д
л
.
В
з
а
м
.
и
н
в
.
№
Изм.
Лист № док. Подп.
Дата
Лист
Кол.уч.
П
о
д
п
.
и
д
а
т
а
Взам.инв.№
Схема электрическая
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
TCC4A
АКВТ-02
АКВТ-02
Метран-150CD2
1 +
2 -
3
4
+
-
Метран-150CDR2
1 +
2 -
3
4
+
-
CPU
O
2
CPU
O
2
БП
БП
1+
2-
3
4
1+
2-
3
4
M
AO1+
AO1-
AI +
AI -
TCB08RT
TCC4A
TCC8_220AC
TCC4A
БП1
БП2
CP AI4 DI16 AOC2 DO16
CR1508
CTA-B9.HVI-6000
AO2+
AO2-
+
-
«220В, 50Гц»
«=220В»
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
БП
БП
XP1
XP2
1-XS1
2-XS1
3-XS1
4-XS1
5-XS1
6-XS1
7-XS1
8-XS1
1-XS1
2-XS1
3-XS1
4-XS1
5-XS1
6-XS1
7-XS1
8-XS1
XP1
XP2
1-XS1
2-XS1
3-XS1
4-XS1
5-XS1
6-XS1
7-XS1
8-XS1
XP1
XP2
+
-
ИП
24В
XP5
XP6
COM
IN2
IN3
IN4
IN5
XP1
XP2
A-XS1
C-XS2
A-XS3
A-XS4
A-XS5
B-XS6
XS7
XS8
XP3
XP4
IN3
IN4
IN5
XP1
XP2
GND
«Задание»
P24
DI1
DI2
DI3
DI4
DI5
Общаяклемма
«ПУСК»
«СТОП»
«СБРОС»
Сигнал внешней
ошибки
Режим возрастания/
убывания частоты
DI6
Перекл на управл
от «Задание»
Ток ЭД
Скорость,
об/мин
4..20мА
+24В
-24В
4..20мА
U
V
W
DO1
DO2
DO3
COM
DO4
Сигнал «Осуществлен
пуск ЭД»
«Неисправность»
Сигнал «Остнановка
ЭД»
Сигнал «Местное/
дист. управление»
106
Л
и
с
т
П
о
д
п
.
№ д
о
к
у
м
.
Да
т
а
И
з
м
.
Л
и
с
т
107
График с
рок
а о
ку
паемост
и
Инв № подл
Взам. инв. №
Инв. № дубл.
Подп. и дата
Подп. и дата
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
1- оптимистический вариант; 2 – пессимистичный вариант
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
ЧДД, тыс. руб
t, год
1
2
Л
и
с
т
П
о
д
п
.
№ д
о
к
у
м
.
Да
т
а
И
з
м
.
Л
и
с
т
108
Вид
еокад
р г
азовозд
у
шн
ог
о т
р
акт
а
кот
ла
Инв № подл
Взам. инв. №
Инв. № дубл.
Подп. и дата
Подп. и дата
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
Информация о работе АСР общего воздуха на основе динамических характеристик котла Е-500-13,8-560