Глава III. Выбор и описание используемого контроллера.
При выборе контролируемых величин необходимо руководствоваться тем, что при минимальном их числе обеспечивалось наиболее полное представление о процессе. Контролю подлежат те параметры, по значениям которых осуществляется оперативное управление технологическим процессом, а также его пуск и остановка. К таким параметрам относятся все режимные и выходные параметры, а также входные параметры, при изменении которых в объект будут поступать возмущения. Обязательному контролю подлежат параметры, значения которых регламентируются технологической картой.
Контролю подлежат все регулируемые параметры:
· расход обратной воды;
· температура обратной воды;
· температура прямой воды;
· давление воздуха;
· концентрация O2 в дымовых газах;
· разряжение в топке котла;
· температура воды в коллекторе.
Кроме регулируемых параметров контролю подлежат следующие:
· давление воды на входе и выходе из котла;
· расход воды в коллекторе и расход прямой воды;
· температура дымовых газов за котлом;
· давление воздуха после дутьевого вентилятора;
· давление газа;
· разряжение перед дымососом;
· содержание CH4 в помещении.
Контроль расхода газа и расхода воды необходим для расчета технико-экономических показателей.
Контроль давления воды необходим для того, чтобы определить, есть ли расход воды через котел. При уменьшении расхода давление понижается. Температуру дымовых газов контролируют для определения энтальпии дымовых газов.
|
|
|
Контроль давления воздуха после дутьевого вентилятора необходим для определения работы вентилятора. Понижение давления воздуха происходит в случае отключения вентилятора или закрытия его направляющего аппарата при неисправности регулятора воздуха. При понижении давления воздуха может произойти отрыв факела или его погасание. Так как в момент отключения вентилятора воздух в топку не поступает, разряжение увеличивается, происходит отрыв факела.
Метан в смеси с воздухом создают взрывоопасную газовоздушную смесь, взрывающуюся от источника открытого огня. Она действует на человека удушающе и отравляюще, поэтому необходимо контролировать содержание метана CH4 в помещении.
При погасании факела, топка котла и помещение заполняются газом, и может произойти взрыв. Для предотвращения этого предусмотрен контроль по наличию пламени в топке котла.
Сигнализации подлежат все параметры, изменения которых могут привести к аварии, несчастным случаям или серьезному нарушению технологического режима. К ним относятся:
· повышение температуры воды за котлом;
|
|
|
· понижение и повышение давления газа;
· понижение давления воды в обратном трубопроводе;
· наличие пламени;
· понижение давления воздуха;
· повышение разряжения дымовых газов;
· понижение расхода газа.
Оперативный технологический персонал при оповещении его устройствами сигнализации о нежелательных событиях должен принять соответствующие меры по их ликвидации. Если эти меры окажутся не эффективными и параметр, характеризующий состояние ТОУ достигнет аварийного значения, должны сработать системы противоаварийной защиты, которые автоматически по заданной программе перераспределяют материальные и энергетические потоки, включают и отключают аппараты объекта с целью предотвращения взрыва, аварии, несчастного случая, выпуска большого количества брака.
Котел подлежит защите при отклонении следующих параметров:
· повышение температуры воды за котлом;
· повышение или понижение давления воды за котлом;
· понижение давления воздуха;
· повышение или понижение давления газа;
· уменьшение разряжения в топке котла;
· повышение давления обратной воды;
· погасание факела в топке котла.
3.1 Паровой котел ДКВР-20-13
Котел ДКВР-20-13 (первое число после наименования котла обозначает паропроизводительность, т/ч; второе число - давление пара в барабане котла, кгс/см²) - двухбарабанный, вертикально-водотрубный с естественной циркуляцией, реконструированный, бескаркасной конструкции. Он используется для производства насыщенного и перегретого (при установке пароперегревателя) пара давлением 14 и 24 кгс/см2.
|
|
|
Котел предназначен для производственно-отопительных и районных котельных. При сжигании газообразного топлива компонуется камерной топкой.
3.2 Технические характеристики
Котельный агрегат ДКВР-20-13 представляет собой два продольно-расположенных барабана, установленных друг над другом, диаметром 1000 мм и сваренных из листовой стали. Поверхность верхнего барабана должна быть хорошо изолирована огнеупорным материалом для обеспечения требуемого срока службы котла.
Котельный агрегат обмурован со всех сторон тяжелыми кирпичными стенами толщиной 510 мм за исключением задней стенки толщиной 380 мм. Котел устанавливается на бетонном основании выше уровня чистого пола. По боковым стенам обмуровки котельного агрегата вмонтированы люки для осмотра котла изнутри.
Штампованное днище нижнего барабана имеет специальные лазы, закрываемые люками. Таким образом, у котла имеются четыре люка для ревизии с правой и с левой сторон. Также один с фронтовой стороны между газовыми горелками. С левой и с задней сторон можно произвести тщательный наружный осмотр котельного агрегата, а также произвести качественную регулировку расхода пара, благодаря смотровым площадкам, закрепленным на металлическом каркасе, который опоясывает обмуровку котла.
|
|
|
В данном проекте запроектировано три смотровые площадки, подъем на которые можно осуществить по металлическим лестницам, приваренным к каркасу площадок. В свою очередь все смотровые площадки оборудованы перилами, установленными для предотвращения падения служебного персонала с этих площадок. В верхней части котельного агрегата установлены два взрывных клапана.
При нерасчетном режиме работы котельного агрегата - взрыве, резко возрастает объем дымовых газов. Дымовые газы свободно проходят через крупноячеистую сетку, затем разрушают асбестовую плиту и выходят по направляющей трубе наружу. На верхнем барабане запроектирована вся необходимая запорно-регулирующая, предохранительная, контрольно-пропускная арматура, а также манометр, измеряющий давление в барабане котлоагрегата.
По боковым сторонам за пределы вынесены трубы, соединенные с верхними и нижними коллекторами и обоими барабанами. Эти трубы - выносные циклоны. Выносные циклоны необходимы для разделения пароводяной смеси соответственно на пар и воду. От выносных циклонов в верхней части котла к верхнему барабану выходят две трубы, по которым движется пар. С задней стороны в обмуровке имеется отверстие, через которое из конвективной части котла выходят дымовые газы.
К этому отверстию возможно присоединение поверхностей нагрева - воздухоподогревателя или экономайзера. По заданию необходимо рассчитать и запроектировать поверхность нагрева - экономайзер, который соединен с котлом с помощью специального короба. На наружной поверхности обмуровки имеются отверстия, в которые вмонтированы трубы периодической продувки. В нижний барабан дополнительно подведены трубы для прогрева котла паром при растопке.
Котел ДКВР-20-13 состоит из двух продольно-расположенных барабанов, которые соединяются между собой пучком кипятильных (конвективных) труб. Трубы боковых экранов приварены к верхним коллекторам. Нижние концы экранных труб приварены к нижним коллекторам. В нижнем барабане расположены трубы периодической продувки и спускная линия. Перед кипятильным пучком котлов расположена топочная камера, которая для уменьшения потерь тепла с уносом и химическим недожогом делится кирпичной шамотной перегородкой на две части: собственно топку и камеру догорания.
Дымовые газы совершают в котле горизонтально-поперечное с несколькими поворотами движение. Это обеспечивается установкой между кипятильными трубами чугунных перегородок, которые делят их на первый и второй газоходы. Выход газов из камеры догорания и из котла, как правило, асимметричен. Вода в трубы боковых экранов поступает одновременно из верхнего и нижнего барабанов.
В котлах ДКВР-20-13 применено двухступенчатое испарение. Первая ступень испарения включает конвективный пучок, фронтовой и задний экраны, а также боковые экраны заднего топочного блока. Боковые экраны переднего топочного блока включены во вторую ступень испарения. Сепарационными устройствами второй ступени испарения являются выносные циклоны центробежного типа. Циркуляционные контуры второй ступени испарения замыкаются через выносные циклоны и их опускные трубы; первой ступени испарения - через опускную часть конвективного пучка.
Питание циркуляционного контура второй ступени испарения осуществляется из нижнего барабана в выносные циклоны. Газоходы разделены между собой чугунной перегородкой по всей высоте газохода котла с окном (от фронта котла) справа. Передняя часть нижнего барабана крепится неподвижно, а остальные части котла имеют скользящие опоры, а также реперы, которые контролируют удлинения элементов при температурном расширении.
Топка сформирована экранными трубами, которые образуют соответственно: передний или фронтовой экран, левый боковой экран, правый боковой экран (аналогично левому), задний экран топки. Барабаны котла, рассчитанные на давление 14 кгс/см2, имеют одинаковый внутренний диаметр (1000 мм) при толщине стенок 13 мм. Для осмотра барабанов и расположенных в них устройств, а также для очистки труб шарошками на заднем и переднем днищах имеются лазы.
В водном пространстве верхнего барабана находится питательная труба для непрерывной продувки; в паровом объеме - сепарационные устройства также устанавливается воздушный кран и собственно паропровод, на котором установлен главный парозапорный вентиль. Следует также отметить, что в данной работе запроектирован кран для отвода пара на собственные нужды котельной.
В верхнем барабане над топкой установлены две легкоплавкие вставки (смесь олова и свинца), которые плавятся при температуре около 300°С, что приводит к выпуску воды в топку, прекращению горения топлива и предохранению барабана от перегрева. На верхнем барабане установлена арматура: водоуказательные приборы, предохранительные клапаны, термометр, манометр.
На всех котлах ДКВР над топкой и газоходом установлены взрывные и предохранительные клапаны. В нижнем барабане установлены перфорированная труба для периодической продувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для спуска воды.
Движение топочных газов осуществляется следующим образом: Топливо и воздух подаются в горелки, а в топке образуется факел горения. Теплота от топочных газов в топке, за счет радиационного и конвективного теплообмена, передается всем экранным трубам (радиационным поверхностям нагрева), где эта теплота за счет теплопроводности металлической стенки и конвективного теплообмена от внутренней поверхности труб передается воде, циркулирующей по экранам.
Затем топочные газы с температурой 900-1100 °С выходят из топки и через окно справа в кирпичной перегородке переходят в камеру догорания, огибают кирпичную перегородку с левой стороны и входят в первый газоход, где передают теплоту конвективному пучку труб. С температурой около 600 °С топочные дымовые газы, огибая чугунную перегородку с правой стороны, входят во второй газоход кипятильного пучка труб и с температурой около 200-250 °С, с левой стороны, выходят из котла и направляются в водяной экономайзер.
За котельным агрегатом устанавливается поверхность нагрева - экономайзер. Экономайзер является одной из составных частей котлоагрегата. Так как температура воды в котельном агрегате везде одинакова и растет с увеличением давления, то без установки водяного экономайзера глубокое охлаждение уходящих газов невозможно.
Котел оборудован устройствами и приборами, обеспечивающими безопасную работу котельного агрегата и позволяющими безотказно и быстро производить пуск, остановку и регулирование его работы. За нормальной эксплуатацией котельного агрегата необходимо наблюдать и контролировать происходящие в нем процессы. Для этого применяют различные контрольно-измерительные приборы.
Изменение давления в котельном агрегате или отклонение уровня воды в барабане за допустимые пределы может вызвать аварийную ситуацию, связанную с непосредственной опасностью для обслуживающего персонала. Поэтому, согласно правилам, на паровом котле для непосредственного наблюдения и контроля за давлением и уровнем воды в барабане установлены манометр, водоуказательные приборы и предохранительные устройства. Предохранительная арматура служит для ограничения движения, расхода и направления движения среды. К ней относятся: предохранительные клапаны на питательных линиях, автоматические быстрозапорные клапаны на паропроводах, обратные клапаны. Обратные клапаны пропускают среду только в одном направлении и автоматически закрываются при обратном ее движении.
Глава Ⅳ . Описание и расчет системы автоматического регулирования.
· Расчет сужающего устройства
При выборе типа сужающего устройства обычно руководствуются правилами:
· потери давления (энергетические потери) в сужающих устройствах увеличивается в определённой последовательности: труба Вентури, короткое сопло Вентури, сопло-диафрагма;
· при прочих режимных условиях и одинаковых значениях m и Ар сопла позволяют измерять большие расходы потоков и обеспечивают более высокую точность измерения по сравнению с диафрагмами, особенно при малых значениях;
· в процессе эксплуатации диафрагмы закрепляются в большей степени, чем сопла и изменяют коэффициенты расхода, а, следовательно, площади поперечного сечения измерительного трубопровода у диска и степень притупления остроты кромки.
При выполнение расчётов стандартных сужающих устройств, связанных изменением расхода потоков, решают четыре задачи.
1. Определение диаметра d20 отверстие диафрагмы, сопла Вентури, если известны расходы потока, его физико-химические параметры и размеры цилиндрического участка трубопровода. В этом случае основанное уравнение расхода потока содержит три неизвестных а, е, d20. Возможен путь последовательных приближений, при котором произвольное значение задаётся d, соответствующим какому либо стандартному значению. Исходя из первого приближения а, находим коэффициент m и по таблице коэффициентов расхода, например, для диафрагмы с угловым отбором перепада давления, определяют соответствующее значение dy при определенном числе Рейнольдса обычно при (Re=1000000) после постановки dy в управление расхода находят, а во втором приближении. Расчёт продолжают до тех пор, пока d20 не будет отличаться более чем на 0,1% .
2. Определение диаметра d20 отверстие сужающего устройства при свободном выборе предельного перепада давление Дрпр. Выбирает так, чтобы относительная площадь устройства m была невелика. При средних скоростях потоков измерительных трубопроводах 10-25м/с значения m должны соответствовать перепадом давления, лежащем в пределах 0,016-0,063 МПа.
Применение сужающего устройства с относительной m 0,35 связью следующими преимуществами уменьшается средняя квадратическая относительная погрешность при большей области измерения измеряемых расходов потока и влияние шероховатости измерительных трубопроводов до 300 мм; сокращается длина прямых измерительных установок трубопровода.
3 Определение перепада давления Др, создаваемого диафрагмой, соплом, соплом Вентури или трубой при определённом расходе потока для выбора необходимого манометра
4.Определения расхода потока по измеряемому перепаду давления на сужающем устройстве определяемого типа при известных конструктивных параметрах сужающего устройства измерительного трубопровода с учётом физико-химических показаний потока.
Исходные данные:
вещество – вода
абсолютное давление Р=3,5 кгс/см2
внутренний диаметр трубы Дтр=50 мм
максимальный объемный расход Q0max=20м3/ч
минимальный объемный расход Q0min=10м3/ч
допустимая норма давления Рn=1 кгс/см2
имеющийся прямой участок трубы перед диафрагмой 
Температура t=100С
Расчет:
Из таблицы определяются необходимые для расчета плотность и динамическая вязкость с=999,7 кг/м3, м=1,3077 .
Выбирается сужающее устройство – диафрагма.
Выбирается тип дифманометра – мембранный.
Определяется максимальный массовый расход.
=20 · 999,7=19994 кг/ч
Из стандартного ряда чисел по максимальному расходу выбирается число большее заданного на 20-25% и принимается за максимальный расход при расчете
=25000 кг/ч
По одной из формул вычисляется число Рейнольдса, соответствующее максимальному расходу
Из графика определяется для каких модулей диафрагмы выполняется условие Remin>Reгр.
Из графика видно, что условие Remin>Reгр выполняется при m<0,31.
Определяется число mб для трех соседних ДРH взятых из стандартного ряда чисел по одной из формул.
где - кг/ч.
Дтр – мм, ДРH – кгс/см2, с – кг/м2.
· Расчет значений для различных перепадов давлений
Для вычисления значений mб по графику определяются величины m и б и заносятся в таблицу.
По значениям m из графика потеря давления от установки диафрагмы и заносятся в таблицу. Из расчетной таблицы видно, что наиболее целесообразным является период давления на дифманометре ДРH=6300 кгс/м2, т.к. при этом располагаемый прямой участок трубопровода больше требуемого, потеря давления меньше допустимой и модуль близок к оптимальному.
Вычисляется диаметр отверстия диафрагмы:
Проводится проверка расчета по формуле:
Относительная погрешность при измерении расхода будет
Расчет выполнен верно, т.к. д=2,6% и это не превышает допустимые 5%.
· Расчет регулирующего клапана
Исполнительный механизм должен отвечать требованиям, выявленным при анализе принятого закона регулирования или управления системы. А также требованиям, определяющим совместную работу с выбранным регулирующим органам, т.е. должен удовлетворять требованиям заданных динамических и статических характеристик исполнительного устройства. Выбор исполнительного механизма производится на стадии проектирования системы регулирования в соответствии с конкретными условиями его работы. При этом исполнительный механизм должен:
1) обеспечивать необходимую скорость регулирования, определяемую динамикой системы;
2) обеспечивать линейную ходовую характеристику (статическую), т.е. постоянство коэффициента передачи по мощности во всем диапазоне изменения регулируемой величины, при этом ИМ не будет искажать выбранного закона регулирования;
3) сохранять равенство между перемещением выходного элемента и рабочим ходом затвора регулирующего органа. Если это равенство не выполняется, необходимо подобрать механическую связь между исполнительным механизмом и регулирующим органом. При этом коэффициент передачи связи должен быть учтен (как и всякого звена, входящего в систему автоматического регулирования).
При выборе исполнительных механизмов, кроме требований, предъявляемых системой регулирования, необходимо учитывать следующее:
· желательно, чтобы виды энергии, создающей перестановочное усилие, и энергии командного сигнала от регулирующего блока системы были идентичны; в противном случае следует предусмотреть наличие соответствующих преобразователей;
· ИМ должны применяться с учетом окружающих условий и иметь соответствующее исполнение ( пыле-, брызго, - взрывозащищенное );
· ИМ должны отвечать требованиям по энергетическим, эксплуатационным и экономическим показателям, а также требованиям надежности, предъявляемым в зависимости от степени ответственности регулируемой величины.
Цель расчета: определение условной пропускаемой способности ..; определение диаметра условного прохода Ду; выбор конкретного клапана.
Исходные данные:
· вещество – вода
· температура – 100С
· внутренний диаметр трубы Дтр=50 мм
· максимальный объемный расход Q0max=20м3/ч
· минимальный объемный расход Q0min=10м3/ч
· давление в начале участка трубы, на котором стоит регулирующий клапан PH=3,5кгс/см2
· давление в конце участка трубы PК=2 кгс/см2
· длина трубы L=20 м
· Z=0, два вентиля, трубопровод прямой горизонтальный.
Расчет:
Находятся недостающие для расчета данные: плотность и динамическая вязкость: с=999,7 кг/м3; м=1,3077 сПз. Составляется схема трубопровода, на котором стоит регулирующий клапан.
Определяется число Рейнольдса (характеризует отношение сил инерции и сил вязкости) для максимального и минимального расходов
Определяется коэффициент трения для максимального и минимального расходов.
Определяются средние скорости потока для максимального и минимального расходов.
Определяются потери на трение при максимальном и минимальном расходах:
Определяются суммарные потери на трение и местные сопротивления
Определяется перепад давления на регулирующий орган при max и min расходах:
Определяется max и min пропускная способность регулирующего органа с учетом коэффициента запаса
Заключение
Процесс производства пара сопровождается множеством процессов, которые нужно быстро и точно регулировать, поэтому автоматизация котельной установки является приоритетным направлением в области теплоэнергетики.
Поэтому данная курсовая работа была посвящена автоматизации парокотельной установки. Ещё раз уточним, что автоматизация - это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.
В качестве технической базы спроектированной системы автоматизации был предложен паровой котел ДКВР-20-13 и разобраны его характеристики. Преимуществом модернизированной системы является более точная реализация процесса регулирования, основанная на цифровой обработке информации.
Результат применения системы управления состоит в стабилизации параметров технологического процесса, за счёт увеличения объёма и качества обработки информации, позволяющей технологическому персоналу принимать своевременные и оптимальные решения при внештатных ситуациях.
Список используемой литературы
· Герасимов С.Г. Автоматическое регулирование котельных установок. М.: Госэнергоиздат, 1950, 424 с.
· Ктоев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. Справочное пособие. М.: Энергоиздат, 1990, 464 с.
· Лохматов В.М. Автоматизация промышленных котельных. Л.: Энергия, 1970, 208 с.
· Мухин В.С., Саков И.А. Приборы контроля и средства автоматизации тепловых процессов. М.: Высшая школа. 1988, 266 с.
· Раппопорт Б.М., Седанов Л.А., Ярхо Г.С., Рудинцев Г.И. Устройства автоматического регулирования и защиты котельных горных предприятий. М.: недра, 1974, 205 с.
· Столлкер Е.Б. Справочник эксплуатации газовых котельных. Л.:Недра, 1976. 528 с.
· Фейерштейн В.С. Справочник по автоматизации котельных. М.: Энергия, 1972, 360 с.
· Фаников В.С. , Витальев В.П. Автоматизация тепловых пунктов. Справочное пособие. М.: Энергоиздат, 1989. 256 с.
· Шипетин А.И. Техника проектирования систем автоматизации технологических процессов. М.: Машиностроение, 1976, 496 с.
· Шувалов В.В., Осаджанов Л.А., Голубятников В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М.: Химия, 1991, 480 с.
Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 38; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!