Введение 10
1 Исследовательские изыскания 15
2 Проектирование САУ топливоподачи 28
2.1 Выбор структуры автоматизированной системы управления
топливоподачи 31
2.2 Разработка функциональной схемы САУ топливоподачи 34
2.3 Выбор технических средств САУ топливоподачи 36
2.3.1 Выбор датчиков температуры 36
2.3.2 Выбор регулирующего устройства 39
2.3.3 Выбор технических средств измерения расхода топлива 43
2.3.4 Выбор исполнительного механизма 45
2.3.5 Выбор блока управления исполнительным механизмом 46
3 Схема взаимосвязи оборудования верхнего уровня и полевого 48
4 Разработка щита управления САУ топливоподачи 50
4.1 Проектирование принципиальной схемы САУ топливоподачи 50
4.2 Проектирование монтажной схемы САУ топливоподачи 52
4.3 Разработка чертежа общего вида щитовой конструкции АСУ 56
5 Расчет параметров настройки регулятора 58
5.1 Идентификация объекта управления 58
5.1 Расчет параметров настройки регулятора 60
6 Мнемосхема проекта 68
7 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение... 72
7.1 Планирование работ и оценка времени выполнения 72
7.2 Смета затрат на проект 75
7.2.1 Материальные затраты 75
7.2.2 Затраты на амортизацию 75
7.2.3 Затраты на заработную плату 75
7.2.4 Затраты на социальные нужды 76
7.2.5 Прочие затраты 77
7.2.6 Накладные расходы! 77
7.3 Смета затрат на оборудование и монтажные работы 78
7.4 Определение экономической эффективности проекта 79
Объектом автоматизации является система топливоподачи котла НР -18.
Цель работы - модернизация АСУ ТП топливоподачи котла типа НР -18 на основе микропроцессорных средств автоматизации.
В процессе выполнения работы проводились экспериментальные исследования, анализ объекта автоматизации, составление структурной схемы АСУ ТП топливоподачи, разработка функциональной схемы, разработка принципиальной электрической схем и общего вида щита управления, выбор приборов и технических средств автоматизации с последующим составлением заказной спецификации.
В результате исследования разработана автоматизированная система управления топливоподачи водогрейного котла на основе современных микропроцессорных средств автоматизации.
Основным преимуществом разработанной АСУ ТП является наличие программно-оперативного комплекса на базе SCADA-системы, который осуществляет разделение функций между автоматической системой и оперативным персоналом для повышения качества регулирования и быстродействия системы, а также позволяет вовремя отреагировать на любую сложную ситуацию в процессе эксплуатации системы.
В последние годы уголь занимает одну из лидирующих позиций в мировом энергетическом балансе. Сохраняющиеся на сегодняшний день значительные запасы и доступность угля во многих регионах мира способствовали увеличению добычи твердого топлива. Большая часть добываемого объёма угля обогащается. К примеру, в мире в среднем обогащается 70-90% добываемого угля, в Австралии и ЮАР обогащается весь добываемый уголь, а в Кузбассе - более половины. В результате переработки угля образуются отходы углеобогащения (фильтр-кеки). Ежегодно в угледобывающих регионах формируются миллионы тонн фильтр-кеков [1-7]. Например, углеперерабатывающие предприятия Кузбасса ежегодно производят свыше 2 млрд. тонн таких отходов. Как правило, отходы углеобогащения складируются в бункерах, гидроотвалах и прудах- накопителях, которые, в свою очередь, ухудшают экологическое состояние окружающей среды и занимают значительные площади. По этим причинам задача масштабной утилизации отходов переработки угля имеет мировое значение.
С точки зрения экономического, экологического и энергетического потенциала сжигание отходов углеобогащения представляет значительный интерес. Использование горючих отходов позволяет осуществлять их масштабную утилизацию. С другой стороны, для энергогенерирующих компаний вовлечение компонентов с низкой стоимостью (минимальной для отходов) позволяет расширять собственную ресурсную энергетическую базу, получать альтернативные традиционным топлива. Мировое научное сообщество разработало группу технологий утилизации отходов углеобогащения (основными направлениями считаются строительство, изготовление композитных материалов, сжигание). Одним из способов довольно масштабной, безопасной и ресурсоэффективной утилизации отходов углеобогащения, а также низкокачественных энергоресурсов (например,
бурых углей) является их сжигание в составе органоводоугольных (ОВУТ) и водоугольных (ВУТ) топлив [8-22]. Одним из преимуществ суспензий ОВУТ является возможность использования в их составе компонентов нефтяного происхождения. В этой связи обоснованный интерес вызывает перспектива вовлечения в энергетический сектор невостребованных продуктов нефтепереработки и отработанных масел (машинных, турбинных, моторных, трансформаторных), формирующихся ежегодно в объеме сотен миллионов тонн.
На сегодняшний день выполнено достаточно большое число исследований (например, [8-22]) процессов приготовления и сжигания органоводоугольных композиций на основе фильтров-кеков. Например, перспективные исследования особенностей использования водоугольных топливных композиций провела группа ученых из Института теплофизики СО РАН, ООО «ПРОТЭН», г. Новосибирск, ОАО «СКЭК», г. Кемерово (Мальцев Л.И., Кравченко И.В., Лазарев С.И., Лапин Д.А.). В поселке Барзас Кемеровской области работает в тестовом режиме АСУ котельного агрегата, использующего ВУТ, активные исследования в этой области ведутся и в Китае. Вопросами зажигания и горения ОВУТ также занимается научно - исследовательская группа Томского политехнического университета на кафедре автоматизации теплоэнергетических процессов.
Результаты экспериментов [8-22] дают представление о закономерностях и характеристиках процессов зажигания ОВУТ. В работах [8-22] экспериментально получены данные об основных характеристиках и закономерностях процессов зажигания и горения ОВУТ, а также представлены результаты численных исследований зажигания композиционных жидких топлив (КЖТ). Следует, однако, отметить, что существует недостаток результатов экспериментальных исследований влияния компонентного состава ОВУТ на характеристики его горения (особенно топлив, приготовленных на основе отходов угле- и нефтепереработки) при сравнительно низких температурах окислителя. Представляет интерес
получение экспериментальной базы данных энергетических (теплота сгорания, инерционность и пороговые температуры зажигания, температуры горения), экологических, реологических (стабильность, вязкость) характеристик ОВУТ в широком диапазоне варьирования значимых факторов (температуры в камере сгорания, вида и концентраций компонентов топлива, размеров капель и др.)
Результаты исследования будут интересны в сфере образования для изучения студентами и аспирантами:
• процессов тепломассопереноса при горении распыленной группы капель ОВУТ;
• изучения влияния свойств угля (или отхода его обогащения) на параметры процесса зажигания и горения (пороговая температура зажигания, время задержки зажигания и полного сгорания ОВУТ);
• влияния способа и длительности приготовления топлива на вышеупомянутые параметры;
• влияния концентрации и свойств органической составляющей топлива на характеристики ОВУТ;
• систем автоматического управления энергоустановок по сжиганию топлива.
Экспериментальная информационная база интегральных характеристик и условий низкотемпературного зажигания органоводоугольных топливных композиций будет востребована в научной сфере при разработке технологий сжигания таких топлив, создании математических моделей зажигания и горения, получения новых знаний о процессах тепломассопереноса и фазовых превращений, протекающих при горении капель композиционных суспензионных топлив. Развитие исследований в этом направлении позволит разработать эффективные автоматизированные технологии
Возможности утилизации широкой группы промышленных отходов, сокращения площадей отвалов, расширения сырьевой энергетической базы, получения суспензионных топлив с низкой стоимостью обуславливает интерес промышленных предприятий (как энергетических, так и углеперерабатывающих) в результатах исследований различных характеристик ОВУТ и ВУТ.
В последние несколько лет выполнены экспериментальные исследования (например, [23-28]) процессов зажигания и горения капель органоводоугольных топливных суспензий на основе углей, отработанных масел и водонефтяных эмульсий. Показано [23-28], что суспензии ОВУТ могут быть использованы в качестве основного топлива для многих энергетических установок. Однако в качестве основных компонентов ОВУТ в экспериментах [23-28] использованы высокосортные угли разной степени метаморфизма. Так как большая часть таких углей активно экспортируется развитыми государствами (например, Китаем, США, Индией, Россией), то целесообразно при приготовлении ОВУТ использовать отходы переработки и обогащения этих углей (например, фильтр -кеки). Объемы последних к 2020 году могут вырасти в несколько раз [7]. Актуальна задача создания ОВУТ на основе фильтр-кеков с добавлением отработанных масел разного происхождения. Важно определить, как могут влиять наиболее типичные компоненты таких топливных суспензий на их основные характеристики (стабильность, вязкость, теплота сгорания, инерционность зажигания, длительность горения и другие). Так как достоверных экспериментальных данных о процессах зажигания и горения ОВУТ с разными компонентными составами пока опубликовано очень мало (для условий низкотемпературного (менее 900 К) [23-28] зажигания нет данных), то целесообразно для получения соответствующей базы данных провести эксперименты с разными фильтр - кеками и отходами нефтехимического происхождения. При этом для расширения возможных приложений результатов исследований условия нагрева топлив следует рассмотреть от низкотемпературных [26-28] до соответствующих (более 1200 К) современным энергетическим установкам, блокам и агрегатам.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
