Разработка системы автоматического управления котельным агрегатом

Энергосберегающая система авторизованного управления тягодутьевым трактором котла САУ ТДТК

Топливо и электроэнергия, потребляемые различными котлоагрегатами расходуются не оптимально, что связано с суточными (технологическими) колебаниями потребления теплоносителя (пар, горячая вода). Около 60% электроэнергии собственных нужд котельных потребляют тягодутьевые машины — вентилятор и дымосос. В настоящее время на всех котлах применяется нерегулируемый асинхронный электропривод, а регулирование расхода воздуха и разрежения в топке осуществляется изменением положения заслонок направляющих аппаратов с центрального пульта управления (рисунок 5.1). При таком способе регулирования потери на дросселирование доходят до 70%.

Кроме того при эксплуатации котла (в связи с изменением параметров тягодутьевых трактов, топки котла и свойств топлива) устанавливаемые по наладочным технологическим картам режимы отличаются от оптимальных, имеет место перерасход топлива.

Еще одним источником энергопотерь на котлоагрегатах является отсутствие оперативного контроля содержания О2 в отходящих газах, вследствие чего процесс сжигания топлива ведется с избытком воздуха. При этом содержание О2 в отходящих газах находится в пределах 8−10%, хотя в большинстве случаев достаточно 2−3%.

Предлагаемая энергосберегающая система управления тягодутьевым трактом котла САУ ТДТК (рисунок 4.2) позволяет существенно снизить потребление электрической энергии асинхронными двигателями вентиляторов и дымососов, а также обеспечивает рациональный расход используемого топлива.

САУ ТДТК построена на базе современной электрической и микропроцессорной техники ведущих зарубежных и отечественных производителей, а также собственных разработок. Унифицированные комплектующие и гибкое программное обеспечение позволяют легко адаптировать систему для управления различными типами котлов.

САУ ТДТК предназначена для:

• — автоматического контроля давления (расхода) газа и воздуха, подаваемых в котлоагрегат, разрежения в топке и содержания кислорода в отходящих газах;
• — автоматического регулирования давления (расхода) воздуха, подаваемого вентилятором в котлоагрегат в соответствии с заданным соотношением «газ/воздух» и с учетом содержания кислорода в отходящих газах (за счет частотного управления скоростью приводного двигателя вентилятора при полностью открытых заслонках);
• — автоматической стабилизации разрежения в топке котла в соответствии с заданием оператора (за счет частотного управления скоростью приводного двигателя дымососа при полностью открытых заслонках);

Рисунок 4.1 Структурная схема существующей системы управления.

— представления информации оперативному персоналу о технологических параметрах тягодутьевого тракта котла.

Основу САУ ТДТК составляют частотные преобразователи на базе IGBTтранзисторов с ШИМ управлением и система контроля содержания кислорода в дымовых газах СКСК и программируемый контроллер.

Рисунок 4.2 Структурная схема энергосберегающей системы автоматизированного управления (САУ ТДТК).

Внедрение системы позволяет:

• — экономить от 30 до 60% электроэнергии;
• — экономить от 2 до 6% топлива;
• — улучшить экологические показатели котлоагрегата.

Срок окупаемости затрат от 6 до 12 месяцев.

В зависимости от уровня автоматизации котлоагрегата САУ ТДТК может внедряться:

• — в составе существующих систем автоматизации с использованием имеющихся датчиков и локальных регуляторов;
• — автономно с поставкой всего комплекса технических средств и программного обеспечения;
• — в составе АСУ ТП котла, в том числе с разработкой этой АСУТП.

Экономичность работы котельных также может быть существенно повышена при внедрении системы управления электроприводами насосов. Применение частотного регулирования позволяет работать при полностью открытом вентиле, исходя из фактической потребности в теплоносителе. В этом случае расход электроэнергии минимален, существенно увеличивается срок службы насосов.

Таблица 4.1 Основные технические характеристики частотных преобразователей.

Характеристика.	Значение параметра.
Диапазон мощностей подключаемых двигателей.	0,4 — 132 кВт (3 фазы, 380−460 ±10%, 50−60 Гц ±5%)
Выходная частота.	0,1 — 400 Гц.
Шаг изменения частоты.	Цифровое управление: ± 0.01% от макс. частоты; Аналоговое управление: ±0.2% (при 25±10 °С) от макс. частоты.
Время ускорения и замедления.	0,01~3600,0 сек (линейной и нелинейной характеристиках разгона).
Функции защиты.	— Защита от перегрузки по току, — От повышенного и пониженного напряжения, — От работы двигателя на 2-х фазах, — Электронная термозащита двигателя, — От короткого замыкания на выходе и т. д.

Система контроля содержания кислорода (СКСК) Содержание кислорода в продуктах сгорания различных видов топлива (природный газ, мазут, пылеугольное топливо и др.) является основным показателем качества процесса горения, определяющим эффективность работы теплоэнергетических установок.

Рисунок 4.3 Система контроля содержания кислорода (СКСК).

Система контроля содержания кислорода предназначена для автоматического непрерывного измерения объёмного процентного содержания кислорода в отходящих (дымовых) газах котлов различного типа, нагревательных и плавильных печей, других теплотехнических агрегатов с целью поддержания оптимального режима сгорания топлива, его экономии и обеспечения экологической безопасности.

Газоаналитическая система состоит из датчика-зонда, введенного в дымоход, электронного функционального преобразователя и блока стабилизации температуры. Принцип действия системы основан на термодинамических свойствах твердоэлектролитной электрохимической ячейки, используемой в качестве чувствительного элемента датчика.

Система выполнена на современной элементной базе с использованием оригинальных технических решений, что позволило значительно повысить точность измерения содержания кислорода, показания которого отображаются на цифровом индикаторе в трехразрядном десятичном коде.

Для обеспечения оптимального режима работы датчика и увеличения срока его службы, в системе предусмотрен блок стабилизации температуры. Установка необходимой температуры и ее контроль производится регулировочным резистором по отдельному цифровому индикатору. Благодаря наличию аналогового выхода газоанализатор может подключаться к существующим приборам и системам автоматики.