Помощь студентам в учебе
АСУ ТП вторичного измельчения распыленных водоугольных и органоводоугольных топливных композиций
|
Введение 11
1 Научно-исследовательская работа 14
1.1 Обзор литературы 14
1.2 Описание экспериментального комплекса 19
1.3 Результаты исследований 25
1.4 Основные заключения 33
2 Разработка АСУ ТП вторичного измельчения распыленных водоугольных и
органоводоугольных топливных композиций 34
2.1 Разработка структуры КТС автоматизированной системы управления 36
2.2 Разработка функциональной схемы 38
2.3 Выбор технических средств автоматизации 39
2.3.1 Выбор регулирующего устройства 41
2.3.2 Выбор датчиков температуры 44
2.3.3 Выбор датчиков давления 46
2.3.4 Выбор средств измерения расхода 48
2.3.5 Выбор датчика уровня 50
2.3.6 Выбор исполнительного механизма 52
2.3.7 Выбор пускателя для исполнительного механизма 52
2.3.8 Выбор контактора для насосов и компрессоров 53
2.4 Разработка монтажной схемы 53
2.5 Разработка схемы электрической соединений 54
2.6 Разработка сборочного чертежа шкафа управления 55
3 Расчет параметров настройки ПИ - регулятора 57
3.1 Идентификация объекта регулирования 57
3.2 Определение оптимальных параметров настройки регулятора 60
3.3 Расчет, построение и оценка качества переходного процесса в
замкнутой АСР по каналу регулирующего воздействия 61
3.4 Расчет, построение и оценка качества переходного процесса в
замкнутой АСР по каналу возмущения 64
4 Разработка мнемосхемы визуализации технологического процесса 68
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ... 73
5.1 Потенциальные потребители результатов исследования 74
5.2 Анализ конкурентных технических решений 75
5.3 SWOT-анализ 77
5.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 79
5.5 Инициация проекта 82
5.5.1 Цели и результат проекта 82
5.5.2 Организационная структура проекта 83
5.5.3 Ограничения и допущения проекта 84
5.6 Планирование научно-исследовательской работы 84
5.7 Бюджет научно-технического исследования 87
5.7.1 Расчет материальных затрат научно-технического исследования ... 87
5.7.2 Амортизация 88
5.7.3 Заработная плата исполнителей 88
5.7.4 Отчисления во внебюджетные фонды 91
5.7.5 Накладные расходы 91
5.7.6 Смета затрат на оборудование 92
5.7.7 Формирование затрат научно-исследовательского проекта 93
5.8 Ресурсоэффективность 94
5.9 Вывод по разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение» 95
6 Социальная ответственность 98
6.1 Введение 98
6.2 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 98
6.2.1 Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны)
правовые нормы трудового законодательства 99
6.2.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны .... 100
6.3 Производственная безопасность 101
6.3.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 103
6.3.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть
при проведении исследований 103
6.3.3 Расчет вредного производственного фактора 108
6.3.4 Обоснование мероприятий по снижению уровня воздействия
опасных и вредных факторов на работающего (исследователя) 111
6.4 Экологическая безопасность 111
6.4.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду 112
6.4.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ... 112
6.4.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды 112
6.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 113
6.5.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований 113
6.5.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при проведении
исследований 114
6.5.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС 114
6.6 Выводы по разделу 115
Заключение 116
Список использованных источников 117
Приложение А 123
1 Научно-исследовательская работа 14
1.1 Обзор литературы 14
1.2 Описание экспериментального комплекса 19
1.3 Результаты исследований 25
1.4 Основные заключения 33
2 Разработка АСУ ТП вторичного измельчения распыленных водоугольных и
органоводоугольных топливных композиций 34
2.1 Разработка структуры КТС автоматизированной системы управления 36
2.2 Разработка функциональной схемы 38
2.3 Выбор технических средств автоматизации 39
2.3.1 Выбор регулирующего устройства 41
2.3.2 Выбор датчиков температуры 44
2.3.3 Выбор датчиков давления 46
2.3.4 Выбор средств измерения расхода 48
2.3.5 Выбор датчика уровня 50
2.3.6 Выбор исполнительного механизма 52
2.3.7 Выбор пускателя для исполнительного механизма 52
2.3.8 Выбор контактора для насосов и компрессоров 53
2.4 Разработка монтажной схемы 53
2.5 Разработка схемы электрической соединений 54
2.6 Разработка сборочного чертежа шкафа управления 55
3 Расчет параметров настройки ПИ - регулятора 57
3.1 Идентификация объекта регулирования 57
3.2 Определение оптимальных параметров настройки регулятора 60
3.3 Расчет, построение и оценка качества переходного процесса в
замкнутой АСР по каналу регулирующего воздействия 61
3.4 Расчет, построение и оценка качества переходного процесса в
замкнутой АСР по каналу возмущения 64
4 Разработка мнемосхемы визуализации технологического процесса 68
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ... 73
5.1 Потенциальные потребители результатов исследования 74
5.2 Анализ конкурентных технических решений 75
5.3 SWOT-анализ 77
5.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 79
5.5 Инициация проекта 82
5.5.1 Цели и результат проекта 82
5.5.2 Организационная структура проекта 83
5.5.3 Ограничения и допущения проекта 84
5.6 Планирование научно-исследовательской работы 84
5.7 Бюджет научно-технического исследования 87
5.7.1 Расчет материальных затрат научно-технического исследования ... 87
5.7.2 Амортизация 88
5.7.3 Заработная плата исполнителей 88
5.7.4 Отчисления во внебюджетные фонды 91
5.7.5 Накладные расходы 91
5.7.6 Смета затрат на оборудование 92
5.7.7 Формирование затрат научно-исследовательского проекта 93
5.8 Ресурсоэффективность 94
5.9 Вывод по разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение» 95
6 Социальная ответственность 98
6.1 Введение 98
6.2 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 98
6.2.1 Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны)
правовые нормы трудового законодательства 99
6.2.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны .... 100
6.3 Производственная безопасность 101
6.3.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 103
6.3.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть
при проведении исследований 103
6.3.3 Расчет вредного производственного фактора 108
6.3.4 Обоснование мероприятий по снижению уровня воздействия
опасных и вредных факторов на работающего (исследователя) 111
6.4 Экологическая безопасность 111
6.4.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду 112
6.4.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ... 112
6.4.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды 112
6.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 113
6.5.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований 113
6.5.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при проведении
исследований 114
6.5.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС 114
6.6 Выводы по разделу 115
Заключение 116
Список использованных источников 117
Приложение А 123
Системы автоматизации для электростанций за последние 20 лет становились все более сложными благодаря значительным достижениям в области технического оборудования и программного обеспечения. Там, где когда-то электростанцией управлял оператор, стоящий перед рядом датчиков и органов управления, сегодня большинство станций управляется в основном программируемыми логическими контроллерами (ПЛК) и регуляторами, а оператор выполняет исполнительную роль. В дополнение к обеспечению большей степени автоматизации предприятий, эти достижения также дали возможность более тщательно контролировать все процессы электростанции. Это, в свою очередь, означает, что операции установки могут быть оптимизированы по целому ряду параметров для обеспечения более высокой эффективности или большей гибкости в зависимости от требований оператора. Мощные микропроцессорные средства и сложное программное обеспечение лежат в основе этой новой системы автоматизации. Без достижений как в оборудовании, так и в средствах связи такие системы невозможно было бы построить. Однако важны и другие факторы. Достижения в области датчиков и измерительных технологий позволили измерять и контролировать намного больше рабочих параметров электростанции, чем это было возможно в прошлом, обеспечивая гораздо более подробную картину состояния электростанции в режиме реального времени. При этом современные автоматизированные системы управления (АСУ) дают возможность точнее, чем раньше, регулировать работу предприятий. Именно интеграция всех этих элементов позволила современным технологиям оптимизации электростанций развиться до сегодняшнего уровня [1, 2].
Эффективность сжигания водоугольного топлива (ВУТ) во многом зависит от качества распыления топлива. Конструкция форсунки непременно является очень важным пунктом, оказывающим большое влияние на качество распыления и сгорания топлива. Функциональное назначение форсунки заключается в измельчении жидкого топлива и последующем образовании капель жидкости для увеличения площади контакта между жидким топливом и окружающей средой с целью достижения быстрого испарения, перемешивания и горения. В связи с этим вторичное измельчение капель водоугольных и органоводоугольных топливных композиций является перспективной технологией для внедрения во многие отрасли промышленности, поскольку применение данной технологии позволяет повысить характеристики распыла суспензионных топлив [3]. Основная идея исследования - это добавление в форсунку дополнительного коаксиального канала вторичного распылителя. Ввиду того, что поток распылителя делится на два (первичный и вторичный), выполняется поэтапное дробление, чем достигается максимальное взаимодействие топлива с распылителем. В свою очередь, это обеспечивает его качественное распыление, приближая к монодисперсному мелкому состоянию [4].
В результате получения экспериментальных и теоретических информационных данных о характеристиках распыла топливных суспензий есть возможность разработать эффективные автоматизированные технологии распыления и сжигания в условиях вторичного измельчения [5].
Целью данной работы является повышение эффективности работы форсунки путем улучшения качества распыливания жидкости: увеличение объемной доли мелких капель в потоке, увеличение скорости движения капель, уменьшение угла отклонения струи от первоначальной траектории и угла раскрытия струи, а также разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом вторичного измельчения распыленных водоугольных и органоводоугольных топливных композиций.
При увеличение объемной доли мелких капель в потоке увеличивается эффективность последующего горения. Так как чем меньше капли, тем быстрее происходит испарение, смешение с воздухом и воспламенение. Увеличение скорости движения капель приводит к уменьшению времени пребывания продуктов сгорания в топке котла. За счет этого образуется меньше термических оксидов азота. Уменьшение угла отклонения струи от первоначальной траектории исключает неравномерное распределение ВУТ в объеме топочной камеры. За счет уменьшения угла раскрытия струи снижается возможность разбрызгивания суспензионного топлива на остальные стенки камеры.
Основными задачами выпускной квалификационной работы являются:
- обзор литературных источников;
- экспериментальное исследование влияния конструкции форсунки, а именно, добавления в нее дополнительного коаксиального канала вторичного распылителя на характеристики распыла суспензионных топлив;
- системный анализ объекта автоматизации;
- выбор структуры автоматизированной системы управления;
- разработка функциональной схемы АСУ;
- выбор технических средств АСУ и составление заказной спецификации;
- разработка электрической схемы шкафа управления;
- составление перечня элементов шкафа управления;
- проектирование монтажной схемы;
- разработка сборочного чертежа шкафа управления;
- разработка мнемосхемы SCADA-системы.
Эффективность сжигания водоугольного топлива (ВУТ) во многом зависит от качества распыления топлива. Конструкция форсунки непременно является очень важным пунктом, оказывающим большое влияние на качество распыления и сгорания топлива. Функциональное назначение форсунки заключается в измельчении жидкого топлива и последующем образовании капель жидкости для увеличения площади контакта между жидким топливом и окружающей средой с целью достижения быстрого испарения, перемешивания и горения. В связи с этим вторичное измельчение капель водоугольных и органоводоугольных топливных композиций является перспективной технологией для внедрения во многие отрасли промышленности, поскольку применение данной технологии позволяет повысить характеристики распыла суспензионных топлив [3]. Основная идея исследования - это добавление в форсунку дополнительного коаксиального канала вторичного распылителя. Ввиду того, что поток распылителя делится на два (первичный и вторичный), выполняется поэтапное дробление, чем достигается максимальное взаимодействие топлива с распылителем. В свою очередь, это обеспечивает его качественное распыление, приближая к монодисперсному мелкому состоянию [4].
В результате получения экспериментальных и теоретических информационных данных о характеристиках распыла топливных суспензий есть возможность разработать эффективные автоматизированные технологии распыления и сжигания в условиях вторичного измельчения [5].
Целью данной работы является повышение эффективности работы форсунки путем улучшения качества распыливания жидкости: увеличение объемной доли мелких капель в потоке, увеличение скорости движения капель, уменьшение угла отклонения струи от первоначальной траектории и угла раскрытия струи, а также разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом вторичного измельчения распыленных водоугольных и органоводоугольных топливных композиций.
При увеличение объемной доли мелких капель в потоке увеличивается эффективность последующего горения. Так как чем меньше капли, тем быстрее происходит испарение, смешение с воздухом и воспламенение. Увеличение скорости движения капель приводит к уменьшению времени пребывания продуктов сгорания в топке котла. За счет этого образуется меньше термических оксидов азота. Уменьшение угла отклонения струи от первоначальной траектории исключает неравномерное распределение ВУТ в объеме топочной камеры. За счет уменьшения угла раскрытия струи снижается возможность разбрызгивания суспензионного топлива на остальные стенки камеры.
Основными задачами выпускной квалификационной работы являются:
- обзор литературных источников;
- экспериментальное исследование влияния конструкции форсунки, а именно, добавления в нее дополнительного коаксиального канала вторичного распылителя на характеристики распыла суспензионных топлив;
- системный анализ объекта автоматизации;
- выбор структуры автоматизированной системы управления;
- разработка функциональной схемы АСУ;
- выбор технических средств АСУ и составление заказной спецификации;
- разработка электрической схемы шкафа управления;
- составление перечня элементов шкафа управления;
- проектирование монтажной схемы;
- разработка сборочного чертежа шкафа управления;
- разработка мнемосхемы SCADA-системы.
В рамках написания магистерской диссертации были получены экспериментальные и теоретические информационные данные о характеристиках распыла ВУТ и ОВУТ разработанным форсуночным устройством. Для разработанного в рамках экспериментальных исследований форсуночного устройства получено положительное решение на выдачу патента РФ на изобретение. С помощью этих данных разработана эффективная автоматизированная система управления технологическим процессом в условиях вторичного измельчения распыленных водоугольных и органоводоугольных топливных композиций.
Спроектированная система является трехуровневой. Полевой уровень представлен различными датчиками измерения температуры, давления, расхода, уровня, а также запорно-регулирующей арматурой и исполнительными механизмами. Средний уровень системы управления выполнен на базе программируемого логического контроллера фирмы «Элеси». На верхнем уровне реализован АРМ оператора в виде SCADA- системы.
В ходе выполнения магистерской диссертации был разработан комплект схемотехнической и конструкторской документации: схема структурная, схема функциональная, схема электрическая соединений, схема монтажная и сборочный чертеж шкафа управления.
В пояснительной записке к магистерской диссертации содержится подробное описание выбора основного оборудования, этапов разработки схемной и конструкторской документации и мнемосхемы. Кроме того, выполнены разделы «Социальная ответственность» и «Менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение».
Спроектированная система является трехуровневой. Полевой уровень представлен различными датчиками измерения температуры, давления, расхода, уровня, а также запорно-регулирующей арматурой и исполнительными механизмами. Средний уровень системы управления выполнен на базе программируемого логического контроллера фирмы «Элеси». На верхнем уровне реализован АРМ оператора в виде SCADA- системы.
В ходе выполнения магистерской диссертации был разработан комплект схемотехнической и конструкторской документации: схема структурная, схема функциональная, схема электрическая соединений, схема монтажная и сборочный чертеж шкафа управления.
В пояснительной записке к магистерской диссертации содержится подробное описание выбора основного оборудования, этапов разработки схемной и конструкторской документации и мнемосхемы. Кроме того, выполнены разделы «Социальная ответственность» и «Менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение».