Автоматизация процесса получения горячей воды на котельной тепловой станции

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 6
1.1 Устройство современного парового котла 6
1.2 Принцип действия котла 17
1.3 Блок газоснабжения (БГА) 23
2. СРЕДСТВА И СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 31
2.1 Технические средства автоматизации 31
2.2 Функциональная схема системы автоматизации 49
2.3 Принципиальная электрическая схема 54
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 55
3.1 Математическая модель системы 55
3.2 Изучение динамических свойств автоматического управления котлом 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 71
ПРИЛОЖЕНИЕ А 74
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 75
ПРИЛОЖЕНИЕ В 76
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 77

Весь текст будет доступен после покупки

В условиях современного энергетического сектора особую актуальность приобретает повышение эффективности, надежности и безопасности работы теплогенерирующего оборудования, в частности котельных установок, обеспечивающих потребителей горячей водой и паром. Котельные станции играют ключевую роль в системах централизованного теплоснабжения жилых, административных и промышленных объектов, а их стабильная работа напрямую влияет на качество жизнеобеспечения населения и бесперебойность технологических процессов на предприятиях. Однако эксплуатация котельных установок сопряжена с рядом серьезных вызовов: высокой энергоемкостью, значительной инерционностью тепловых процессов, а также повышенными требованиями к безопасности, особенно при использовании природного газа в качестве топлива. Недостаточный уровень автоматизации таких объектов может приводить к нестабильной работе, увеличению энергозатрат, снижению ресурса оборудования, а в крайних случаях – к аварийным ситуациям, включая взрывы газовоздушной смеси. В связи с этим разработка и внедрение современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) на котельных остаются одним из приоритетных направлений инженерных исследований и практических разработок.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка и обоснование автоматизированной системы управления процессом получения горячей воды на котельной тепловой станции с целью повышения её энергоэффективности, надежности и безопасности.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
– изучить устройство и принцип действия современного парового и водогрейного котла, а также особенности работы блока газоснабжения;
– проанализировать существующие технические средства и схемы автоматизации котельных установок;
– разработать функциональную и принципиальную электрическую схемы системы автоматизации на базе современного программируемого логического контроллера;
– построить математическую модель автоматической системы управления котлом с учетом основных динамических связей;
– провести моделирование и анализ динамических характеристик системы автоматического регулирования с оценкой устойчивости и качества переходных процессов.
Объектом исследования выступает технологический процесс получения горячей воды на котельной тепловой станции, а субъектом – автоматизированная система управления этим процессом, включающая её технические средства, функциональные и структурные схемы, а также динамические свойства и алгоритмы регулирования.

Весь текст будет доступен после покупки

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
1.1 Устройство современного парового котла
В настоящее время наибольшее распространение получили вертикально-водотрубные котлы с факельным способом сжигания топлива (рисунок 1). В таких котлах топливо сгорает во взвешенном состоянии в объёмной топочной камере, стенки которой полностью экранированы вертикально расположенными трубами. Эти трубы, образующие топочные экраны, подвергаются интенсивному тепловому воздействию, что обеспечивает нагрев воды и её частичное испарение под высоким давлением. Образовавшийся насыщенный пар направляется из барабана в змеевик пароперегревателя.

Рисунок 1 – Конструкция современного парового котла [6]
1 – топка; 2 – барабансепаратор; 3 – коллектор; 4 – трубы настенных
экранов; 5 – пароперереватель; 6 – экономайзер;
7 – воздухоподогреватель;8 – горелка
Подача топлива и воздуха для горения осуществляется через горелочные устройства, обеспечивающие требуемое перемешивание компонентов непосредственно в топочном пространстве – сразу за выходом из горелки. Угольное топливо перед сжиганием подвергается тонкому помолу до состояния мелкодисперсной пыли, удерживаемой в воздушном потоке. С целью повышения эффективности горения воздух предварительно нагревается в опускном газоходе котла, проходя через трубчатую поверхность воздухоподогревателя. Это не только снижает температуру уходящих газов, но и способствует более полному выгоранию топлива.
Таким образом, формирование перегретого пара из воды при докритических параметрах давления происходит в три последовательные стадии: сначала питательная вода подогревается до температуры насыщения (или близкой к ней), затем осуществляется её испарение с последующим отделением насыщенного пара в барабане, после чего пар дополнительно перегревается до заданной температуры. Эти процессы чётко разделены по функциональному назначению и реализуются в трёх типах теплообменных поверхностей: экономайзерной (подогревающей), испарительной (парообразующей) и пароперегревательной.
Конструктивно большинство паровых котлов выполняются по П-образной схеме, включающей три основных газохода:
1. Топочная камера – пространство, в котором органическое топливо сгорает во взвешенном состоянии, создавая максимальную температуру продуктов сгорания. Её стены, выложенные огнеупорными материалами, облицованы топочными экранами – вертикальными трубами, воспринимающими теплоту преимущественно за счёт излучения из объёма топки;
2. Горизонтальный газоход, где направление движения газов меняется с вертикального на горизонтальное. Здесь размещены поверхности пароперегревателя: сначала радиационно-конвективные, расположенные сразу за топкой, а далее – преимущественно конвективные, где тепло передаётся от газов к трубам за счёт конвекции;

Весь текст будет доступен после покупки

1) Алексеев, Г. В. Интеллектуальные системы автоматизации : учебник / Г. В. Алексеев, А. С. Шумский. – Москва : Академия, 2021. – 304 с.
2) Бородин, И. Ф. Автоматизация технологических процессов и систем автоматического управления : учебник / И. Ф. Бородин, С. А. Андреев. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва : Юрайт, 2024. – 377 с.
3) Воронов, М. В. Автоматическое управление. Управление организационными системами. Цифровые платформы : учебник / М. В. Воронов, В. И. Пименов, И. А. Небаев. – Москва : Юрайт, 2024. – 475 с.
4) ГОСТ 34.601–2020. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Создание автоматизированной системы. – М. : Стандартинформ, 2020. – 12 с.
5) ГОСТ Р 5542–2020. Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Общие технические требования. – Введ. 2021-07-01. – М. : Стандартинформ, 2020. – 16 с.
6) ГОСТ Р 56542–2020. Системы автоматизации в теплоэнергетике. Общие технические требования. – М. : Стандартинформ, 2020. – 24 с.
7) Гутгарц, Р. Д. Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления : учебное пособие / Р. Д. Гутгарц. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Юрайт, 2024. – 351 с.
8) Дьяконов, В. П. Современные средства автоматизации и управления : учебное пособие / В. П. Дьяконов. – 3-е изд. – Москва : СОЛОН-ПРЕСС, 2022. – 352 с.
9) Зарубин, А. Н. Системы автоматического регулирования промышленных объектов : учебник / А. Н. Зарубин, И. В. Лазарев. – СПб. : Лань, 2022. – 384 с.

Весь текст будет доступен после покупки