Разработка автоматизированной системы экспериментальных исследований теплового двигателя

АҢДАТПА

 

Берілген  бітіру жұмысы “мұнайды құйу терминалының араластыру түйінінде SCADA жүйесін жетілдіру” мәселесіне арналған және теоретико - қолданбалы сипаттамасы бар негізгі  бес бөлімнен тұрады.

Бірінші бөлімде технологиялық нысанның, басқарудың функционалды сұлбасының бейнелеуі және автоматтандыру жүйесінің салыстырмалы анализі келтірілген.

Екінші  бөлім макро, микро сұлбаларды құрастырудан, автоматтандырудың функционалды сұлбасын жасаудан және құрылғылар мен қондырғылардың спецификасынан тұрады және де автоматтандырудың құрылымдық сұлбасының технологиялық жүйенің кешенінің синтезі жасалған,

Үшінші  бөлімде оператордың автоматтандырылғын жұмыс орнының визуалды экраны жүзеге асырылады және жүйенің жұмыс  жасау алгоритімі қарастырылады.

Төртінші  және бесінші бөлімдерде өміртіршілік қауіпсіздігінің мәселелері: қорғанышты нөлдеудің есебі мен қондырғылырдың қызмет көрсетуінің қорғынысын қамтамасыздандыратын қорғау амалдарын таңдау және негіздеу қарастырылды, және де мұнайды араластыру түйінінде экономикалық тиімділік есептелді.

Бітіру  жұмысында мұнайды құйу терминалындағы мұнайды араластыру үдерісін автоматтандырудың  технологиялық жүйесін жобалау  қарастырылады.

 

АННОТАЦИЯ

 

Дипломная работа на тему «Разработка автоматизированной системы экспериментальных исследований теплового двигателя» имеет теоретико-прикладной характер и состоит из четырех основных разделов.

В первом разделе представлен аналитический обзор теплогенерирующих установок, описание процесса тригенерации и сравнительный анализ компонентов входящих в состав тригенерационной установки.

Второй раздел представляет собой описание лабораторного стенда; построение функциональной и структурной схемы автоматизации и спецификации приборов и оборудования. Разработка алгоритма регулирования трехходовых клапанов регулятором ПРОТАР 120, а также реализовывается визуальный экран автоматизированного рабочего места оператора и рассматривается алгоритм работы системы.

В третьем разделе производится технико-экономическое обоснование. Определяется годовой расход тепловой энергии, максимальная часовая нагрузка, а также определяется себестоимость выработки тепловой энергии.

В четвертом  разделе проводится оценка воздействия экспериментальной установки на окружающую среду, расчет системы зануления электродвигателя, разработаны меры безопасности экспериментальной установки.

 

Содержание

Введение

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ УСТАНОВОК

1.1 Основы тригенерации

1.2 Тригенерационная установка

1.3 Сравнительный анализ

1.3.1 Блок генерации электроэнергии

1.3.2 Блок утилизации теплоты

1.3.3 Тепловой насос

1.3.4 Модуль автоматического  контроля и управления

2. Разработка автоматизированной системы ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

2.1 Описание технологической схемы тригенерационной установки

2.2 Разработка двухуровневой автоматизированной системы экспериментальных исследований

1. Общая характеристика систем управления

2.2.2 Методика  построения многоуровневых автоматизированных  систем  регулирования

Построение  функциональной схемы автоматизации

2.2.4 Построение структурной  схемы автоматизации

2.3 Расчет и выбор оборудования

1. Контроллер Compact Field Point
2. Описание среды графического программирования LabVIEW

2.3.3  Описание  прибора регулирующего микропроцессорного  программируемого с автоматизированной  настройкой параметров ПРОТАР 120

2.4 Разработка  алгоритма управления регулирующими  клапанами, реализованного с помощью  регулятора ПРОТАР 120

2.5 Разработка  интерфейса оператора в среде  графического программирования  Lab View Real Time

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ  ОБОСНОВАНИЕ

3.1 Постановка задачи

3.1.1 Схема энергоснабжения  коммерческого здания

  3.1.2 Описание установки

3.2 Расчёт потребностей в тепловой энергии

3.2.1 Определение годового  расхода тепловой энергии

3.2.2  Определение максимальной  часовой нагрузки

3.3 Расчет себестоимости выработки тепловой энергии при использовании тригенерационной установки

БЕЗОПАСНОСТЬ  ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

4.1 Описание  тригенерационной установки

4.2 Оценка воздействия экспериментальной установки на окружающую среду

4.3 Разработка вопросов электробезопасности

4.4 Разработка мер безопасности экспериментальной установки

Заключение

Список Литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ  А

ПРИЛОЖЕНИЕ  Б

 

ВВЕДЕНИЕ

 

По мере развития газотурбиностроения и поршневых  ДВС появились многочисленные схемы  и конструкции установок, работающих по когенерационному и тригенерационному циклу. Помимо электроэнергии утилизируется теплота отработанных газов и охлаждения цилиндров двигателей путем надстройки силовых агрегатов всевозможными теплообменными устройствами -  парогенераторами, водо- и воздухоподогревателями, теплоаккумуляторами и т.д. охлаждение может быть двух конструкций: компрессионные или абсорбционное.

Главной особенностью большинства из предлагаемых схем является то, что в их основе лежит выработка  электрической энергии, т.е. электроэнергия является базовым продуктом, а тепловая и холод – вспомогательным, и производство вторичных энергоносителей улучшает эффективность установок. Указанных недостатков лишен подход в организации тригенерационных схем по принципу сложной когенерации, который предлагается и реализуется в данной выпускной работе. Новизна предлагаемого подхода заключается не в комбинировании выработки холода, тепловой и электрической энергии, а в независимой генерации каждого вида энергии. Указанный подход реализуется путем дооснащения существующей когенерационной установки, сжигающей органическое топливо, теплонасосной установкой, имеющей привод от силового агрегата и работающей как в режиме нагревания, так и охлаждения.

Алматинский Университет  Энергетики и Связи занимается разработкой в учебно-научной лаборатории  «Энергосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии». Данная выпускная работа выполняется в рамках этой работы на кафедрах АУЭС – «Инженерная кибернетика» и «Промышленная теплоэнергетика».

 Целью данной  выпускной работы является разработка  программного обеспечения системы  автоматизации лабораторной установки  «АСЭИ теплового двигателя» в среде графического программирования …..  На основании выше изложенного в работе необходимо решить следующие задачи:

- Изучить процесс Тригенерации;

- Разработать АСЭИ теплового двигателя;

-Разработать программное обеспечение автоматизированной системы  управления регулирующими клапанами в АСЭИ теплового двигателя;

- Технико – экономическое обоснование;

- Безопасность жизнедеятельности.

 

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ УСТАНОВОК

 

1.1 Основы тригенерации

 

С повышением экологической  культуры и необходимостью сокращения потребления ископаемых видов топлива  появляется необходимость в высокоэффективных  способах преобразования и выработки энергии. Традиционное раздельное производство электроэнергии конденсационными электростанциями и тепла котлами — малоэффективная технология, ведущая к потере энергии с теплом отходящих газов. Автономные установки комбинированного производства тепловой и электрической энергии — когенераторы и тригенераторы — оказались успешным технологическим решением проблемы.

Экономическая эффективность любой  модели теплоэнергетической установки  в итоге определяется наименьшей стоимостью суммарных издержек, связанных с выработкой полезной энергии.  Определяющими составляющими этих издержек, в первую очередь, являются стоимость топлива, а также, в силу  практического отсутствия отечественного производства, - стоимость оборудования. Удельный расход топлива на выработку полезной энергии определяется эффективностью установки. С термодинамической точки зрения современные теплоэнергетические установки работают с относительно низкой эффективностью, в полезную энергию преобразуется  порядка 40% подведенной тепловой энергии,  а остальная часть составляет тепловое загрязнение окружающей среды.

Эти потери связаны, в первую очередь, с термодинамическим несовершенством установки и, во-вторых, не  меньшей степени - с необратимыми потерями  в ее отдельных элементах.

Анализ потерь энергии в теплоэнергетических  установках, в электрических сетях  и системах, и разработка способов их снижения необходимы в современных  условиях не только с целью повышения их экономической эффективности, но и с целью распределения этих потерь по видам вырабатываемой продукции в установках с комбинированным производством полезных видов энергии, для оптимального размещения источников энергии, а также охраны окружающей среды.

Идея комбинированного производства энергии не является новой. Основные теоретические вопросы и технические решения были разработаны в прошлом веке в СССР и за рубежом (работы профессоров Зысина В.А., Михалева Н.Н., профессора Бажана П.И. и др.). Практическая реализация разработок в нашей стране задержалась в связи с особенностями государственной политики в области энергетики, основанной на идее создания энергетической системы на базе крупных энергетических объектов, главным образом, мощных ТЭЦ. Считалось, что такая система будет обеспечивать минимум себестоимости выработки электричества и теплоты, обладать очень высокой надежностью и управляемостью. В действительности в нынешних экономических условиях в необходимой мере не проявляется ни одно из указанных преимуществ. По параметру эффективности использования топлива крупные паротурбинные ТЭЦ, работающие по теплофикационному циклу, далеко не идеал.

Потери при  трансформации теплоты и передаче энергии наблюдается на каждом шаге технологической цепочки, начиная с производства работы на базе парового цикла Ренкина. Эффективный КПД этого цикла на 8-4% ниже эффективного КПД поршневых и газотрубных машин, что связано с термодинамическими особенностями циклов и параметрами процессов при современном уровне развития технологий. Кроме этого, значительными эксэргетическими потерями сопровождается нагрев сетевой воды ТЭЦ паром из промежуточных отборов турбин. Совершенно недопустимые потери сопровождают передачу теплоты к потребителям через плохо изолированные, сильно разветвленные, несбалансированные тепловые сети.

Есть и другие отрицательно сказывающиеся на работе ТЭЦ факторы:

- нарушение  температурных режимов по сетевой  воде;

- нарушение  температурных режимов выработки  тепла и электроэнергии;

- потери теплоносителей  с утечками и продувками и  др.

Но в то же время твердо констатируется – альтернативы крупным ТЭЦ как основе теплоэнергетики пока нет. Слишком велика доля их мощности, слишком сильно они интегрированы в энергетическую и экономическую системы, слишком велики их основные фонды.

Тогда для чего нужны автономные источники энергии с их системами тригенерации?

Во всех без исключения крупных городах сейчас наблюдается  бурный рост жилого и офисного строительства. Возводятся корпуса и запускаются  новые предприятия. Строительство  идет не только в свободных пригородных  зонах, но и в центре. В связи с дороговизной земли плотно встают многоэтажки вместо старых низких построек. Соответственно многократно возрастает электро - и теплопотребление. Получить технические условия на подключение к сетям чрезвычайно сложно. По некоторым данным удовлетворяются менее 30 % заявок. Увеличить генерирующие мощности на городских ТЭЦ сейчас практически невозможно. То же относится к теплосетям с той разницей, что районные котельные позволяют несколько снизить остроту ситуации, а проблема кондиционирования решается установкой квартирных кондиционеров, которые создают дополнительную электрическую нагрузку. На окраинах и за городом сложности те же, но добавляется организационная и финансовая проблема строительства протяженных тепло- и кабельных трасс.

Автономные тригенерационные мини ТЭС на базе дизельных и газопоршневых установок позволяют кардинально решить указанные проблемы. При этом владельцы или потребители энергии мини-ТЭС имеют следующие преимущества:

- автономность (отсутствие  организационной и технической  зависимости от централизованных сетей);

- пониженная в разы  стоимость выработки тепла, холода  и электроэнергии;

- малые потери при транспортировке  энергии;

- высокое качество электроэнергии, теплоснабжения и холодоснабжения; 

- возможность продажи  излишков энергии сторонним потребителям и получение дополнительной прибыли.

В полной мере все  вышеперечисленные качества проявляются  при возрождении и создании новых производств в сельской местности нашей страны. Наибольший эффект достигается в зонах с увеличенной продолжительностью отопительного периода и стабильным потреблением электроэнергии на бытовые и технологические нужды. Это могут быть поселки и предприятия в местах добычи и переработки полезных ископаемых – утилизация коксового газа при производстве кокса, утилизация попутного газа при добыче нефти, утилизация конвертерного газа в доменных производствах; отдаленные сельскохозяйственные предприятия: масло- и молокозаводы, где, кроме потребляемой электроэнергии, тепловой энергии на отопление и ГВС, требуется низкотемпературный теплоноситель (40˚С – пастеризация молока, камеры созревания сыра) и холодоснабжение для хранения готовой продукции; птицефермы, предприятия по выращиванию мясных пород скота - кондиционирование помещений; цветоводческие хозяйства и т.п.