Технические предложения по автоматизации котла

В настоящее время тепловые станции Украины испытывают острую необходимость в модернизации технологического оборудования и особенно средств автоматического  контроля и управления. Датчики и регуляторы на многих  станциях эксплуатируются более 15-20 лет, их физический ресурс исчерпан и они морально устарели.

На городских котельных, в основном, эксплуатируются котлы типа КВГМ различной мощности, с газовыми горелками и дутьевыми вентиляторами. Отвод дымовых газов выполняется дымососом. Регулирование тепловой производительности котла осуществляется изменением числа работающих горелок и давлением газа перед горелками.

Регулирование разрежения в топке котла и давления воздуха на горелки выполняются в дистанционном режиме, при помощи заслонок (шиберов). Это не позволяет оперативному персоналу своевременно реагировать на возмущения параметров и как следствие, поддерживать работу котельной в экономичном режиме. При этом имеет место значительный перерасход электроэнергии на электродвигателях вентиляторов и дымососа, которая расходуется на заслонках, дросселирующих воздух и продукты сгорания.

Система ПАЗ котлов выполнена на релейной схеме, что является причиной 2-3 ежемесячных ложных срабатываний защиты. Нештатные остановы котла ускоряют износ и снижают эффективность работы водогрейной установки.

Современный уровень автоматизации котельных агрегатов.

Качественно новый уровень управления возможно обеспечить только на основе внедрения АСУТП взамен устаревших систем. Обычно АСУТП имеет двухуровневую структуру:

  • На нижнем уровне расположены устройства связи с объектом (УСО), обеспечивающие первичную обработку информации от датчиков, ее передачу в рабочие станции, а также выдачу управляющих сигналов на исполнительные механизмы.
  • Верхний уровень системы образует автоматизированное рабочее место оператора (АРМО), включающее две рабочие станции на основе ПЭВМ в обычном или промышленном исполнении, а также принтер для печати рапортов, которые располагаются на пульте управления котельными агрегатами. АРМО предназначены для оперативного контроля и управления котлоагрегатами, ведения архива и т.п. Станции работают в режиме резервирования, так что в случае выхода из строя одной из них управление автоматически принимает на себя вторая. 

За счет оптимизации работы котла и поддержания его технологических параметров на необходимом уровне с заданной точностью достигается большая часть экономического эффекта. Например, известно, что величина разрежения в топке влияет на потерю тепла с уходящими газами. Снижение разрежения с 3 до 1,5 - 2 мм вод.ст. обеспечивает уменьшение избытка воздуха в отходящих газах, что снижает на ~ 5% потери тепла. Использование частотных преобразователей для регулирования производительности электродвигателей вентиляторов и дымососов обеспечивает уменьшение потребления электроэнергии более чем на 20%.

Котёл Рис. 1

Цели создания АСУТП.

  • Обеспечение оператора объективной информацией о работе котельной установки
  • Повышение эффективность работы котельной установки.
  • Предотвращение аварийных ситуаций в работе оборудования.
  • Снижение  затрат на ремонт оборудования и увеличение срок его службы  за счет  соблюдения технологических режимов при эксплуатации.
  • Архивация параметров для анализа работы котла и выработки рекомендаций по улучшению его работы.
  • Уменьшение эксплуатационных затрат на поддержание средств автоматизации в работоспособном состоянии.
  • Возможность  уменьшения  численности обслуживающего персонала, за счет надёжной и информативной работы системы контроля и управления.

Функции АСУТП.

АСУТП обеспечивает выполнение следующих функций:

  • Первичный сбор, обработку и отображение текущей информации о параметрах технологического процесса.
  • Автоматический и дистанционный режимы управления ИМ котла.
  • Аварийный останов котла при срабатывании противоаварийной защиты (ПАЗ).
  • Представление на экранах рабочих станций информации о работе котла в виде фрагментов мнемосхем, с отображением числовых значений параметров и состояний исполнительных механизмов.
  • Управление производительностью дымососа для поддержания заданного разрежения.
  • Светозвуковая сигнализация отклонения технологических параметров от регламентных значений с выдачей на экран рабочих станций сообщений, с указанием кода параметра, его текущего значения и границ параметра.
  • Вывод на экран информации о параметрах и управляющих воздействиях в виде трендов и графиков, с возможностью изменения масштаба отображаемого параметра.
  • Формирование архивов сообщений и рапорта оператора о состоянии объекта управления.
  • Диагностика измерительного канала, нарушения связи с модулями УСО, неисправности источника бесперебойного питания.
  • Система должна допускать возможность расширения при установке дополнительных средств контроля и за счет программного обеспечения.

Технические средства АСУТП

Для улучшения качества контроля и регулирования технологических параметров в АСУТП используются современные датчики с выходным сигналом 4:20 мА, и классом точности не хуже 0,5.

Частотные преобразователи,  применяемые для управления дымососом и вентилятором, позволяют обеспечить более полное сгорание газа в горелках котла, снизить потребляемую электрическую мощность, уменьшить эксплуатационные расходы и увеличить срок службы оборудования.

В качестве устройств связи с объектом (УСО) используются компактные модули приёма-выдачи сигналов  с дискретных и аналоговых датчиков.

Электропитание АСУТП предусматривает использование источников бесперебойного питания (ИБП), исключающих ложные срабатывания системы защиты и обеспечивающих работу рабочих станций и модулей УСО при кратковременном исчезновении напряжения.

Экономическая эффективность АСУТП

Учитывая, что отопительный сезон продолжается ? 180 дней в году, автоматизация котла типа КВГМ-30 обеспечивает следующие показатели эффективности:

  • снижение расхода природного газа на 0,31 млн. м3 ;
  • снижение расхода электроэнергии на 0,2 млн. кВт/ч;
  • уменьшение числа нештатных остановов на 65%;
  • снижение затрат на капитальный ремонт котла на 15%;

При ценах природного газа 221 грн за 1000 м3 , электроэнергии - 0,188 грн за 1 кВт/ч,   срок окупаемости АСУТП составит не более 2 лет.