Курсовая работа: Расчет одноконтурной автоматической системы регулирования температуры печи котельного агрегата
В качестве регуляторов
в подавляющем большинстве систем управления в нефтехимии, нефтепереработке,
энергетике, металлургии и др. отраслях промышленности России и зарубежных стран
в основном используются так называемые типовые промышленные регуляторы П-, ПИ-
и ПИД-законы регулирования. Широкий диапазон изменения настроечных параметров
типовых регуляторов позволяет использовать их для управления процессами с
различной инерционностью, обеспечивает их взаимозаменяемость, удобство в
эксплуатации и, в конечном счете, надежность систем управления.
Несмотря на развитие
теории оптимального управления, разработку серийных регуляторов с переменной
структурой, типовые законы регулирования по-прежнему составляют значительное
большинство в системах управления промышленными процессами. В
автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП),
реализованных на основе мини- и микро-ЭВМ, доля типовых законов (алгоритмов)
все еще велика, в особенности на нижних уровнях управления. В числе алгоритмов
управления, реализуемых микропроцессорными контроллерами типа «Ремиконт», ПИ- и
ПИД-законы являются одними из основных. В современных микропроцессорных
системах Микро-Z и МОД-300
управление на нижнем уровне в значительной степени также осуществляется по
типовым законам, реализованным цифровым способом.
Указанными
обстоятельствами объясняется внимание, уделяемое проблеме расчета настроечных
параметров типовых регуляторов учебными программами вузов соответствующих
специальностей. Значительная часть существующих в настоящее время промышленных
АСР являются одноконтурными. Это объясняется целым рядом причин. Но последнюю
роль играют в этом отсутствие надежных технических средств и сложность
алгоритмов расчета, требующих большого объема информации. В то же время широко
применяемые на практике каскадные АСР, системы с дифференцированием
промежуточной переменной и другие в силу специфики их динамических свойств
приводятся к одноконтурным и рассчитываются в 2 этапа как одноконтурные.
Это же относится и к
многомерным системам, расчет настроек которых во многих случаях сводится к
многократному расчету приведенных одноконтурных. Таким образом, методы и
алгоритмы расчета настроек одноконтурных АСР, рассматриваемые в пособии,
являются основой расчета систем более сложной структуры. К настоящему времени разработано
достаточно большое число приближенных и точных методов и методик расчета настроек.
Отдельную группу
составляют приближенные методы (экспресс методы), позволяющие по минимуму
информации о динамике процесса определить параметры настройки регулятора.
Точные методы,
использующие полную информацию о динамике процесса, требуют определенных
вычислительных затрат и, как правило, обеспечивают минимум некоторых критериев
оптимальности.
Понятие о котельной
установке
Паровым котлом
называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара.
Этот комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и
служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива к воде и пару.
Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пар из
воды, служит топливо.
Основными элементами
рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке, являются:
1) процесс горения
топлива,
2) процесс теплообмена
между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой,
3) процесс
парообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и нагрева полученного
пара.
Во время работы в
котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток
рабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя. В результате этого
взаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления и температуры.
Одной из основных
задач, возникающей при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение
равенства между производимой и потребляемой энергией. В свою очередь процессы
парообразования и передачи энергии в котлоагрегате однозначно связаны с количеством
вещества в потоках рабочего тела и теплоносителя.
Горение топлива
является сплошным физико-химическим процессом. Химическая сторона горения
представляет собой процесс окисления его горючих элементов кислородом,
проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла.
Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивость процесса горения
топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами
топлива. Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии:
зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно
во времени, частично накладываются одна на другую.
Расчет процесса горения
обычно сводится к определению количества воздуха в м3, необходимого для
сгорания единицы массы или объема топлива количества и состава теплового
баланса и определению температуры горения.
Значение теплоотдачи
заключается в теплопередаче тепловой энергии, выделяющейся при сжигании
топлива, воде, из которой необходимо получить пар, или пару, если необходимо
повысить его температуру выше температуры насыщения. Процесс теплообмена в
котле идет через водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, называющиеся
поверхностью нагрева. Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри труб
происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими
топочными газами или воспринимают тепловую энергию лучеиспусканием. Таким
образом, в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность,
конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется
на конвективные и радиационные. Количество тепла, передаваемое через единицу
площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения
поверхности нагрева. Величина напряжения ограничена, во-первых, свойствами материала
поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностью
теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к
холодному теплоносителю.
Интенсивность
коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разности температур
теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем
выше чистота поверхности.
Образование пара в
котлоагрегатах протекает с определенной последовательностью. Уже в экранных
трубах начинается образование пара. Этот процесс протекает при больших
температуре и давлении. Явление испарения заключается в том, что отдельные
молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими
скоростями, а следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами
кинетической энергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул,
создающее поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С
увеличением температуры интенсивность испарения возрастает. Процесс обратный
парообразованию называют конденсацией. Жидкость, образующуюся при конденсации,
называют конденсатом. Она используется для охлаждения поверхностей металла в
пароперегревателях.
Пар, образуемый в
котлоагрегате, подразделяется на насыщенный и перегретый. Насыщенный пар в свою
очередь делится на сухой и влажный. Так как на теплоэлектростанциях требуется
перегретый пар, то для его перегрева устанавливается пароперегреватель, в
которых для перегрева пара используется тепло, полученное в результате сгорания
топлива и отходящих газов. Полученный перегретый пар идет на технологические
нужды.
Автоматическое
регулирование котельных установок
Система автоматического
регулирования котельных установок обеспечивает изменение производительности
установки при сохранении заданных параметров (давления и температуры пара) и максимального
КПД установки. Кроме того, повышает безопасность, надежность и экономичность
работы котла, сокращает количество обслуживающего персонала и облегчает условия
его труда. Автоматическое регулирование котла включает регулирование подачи
воды, температуры перегретого пара и процесса горения. При регулировании
питания котла обеспечивается соответствие между расходами воды, подаваемой в
котел, и вырабатываемого пара, что характеризуется постоянством уровня воды в
барабане.
Регулирование питания
котлов малой производительности обычно осуществляется одноимпульсными
регуляторами, управляемыми датчиками изменения уровня воды в барабане. В котлах
средней и большой паропроизводительности с малым водяным объемом применяются
двухимпульсные регуляторы питания котла по уровню воды и расходу пара, а также
трехимпульсные. Управляющие питанием котла по уровню воды, расходу пара и
перепаду давлений на регулирующем клапане.
Регулирование
температуры пара осуществляется регулятором, управляемым датчиками изменения температуры
перегретого пара на выходе из пароперегревателя, изменения температуры пара в
промежуточном коллекторе пароперегревателя и изменения температуры газов в
газоходе пароперегревателя, а иногда еще датчиком изменения давления пара.
Регулирование процесса
горения в топке котла (в соответствии с расходом пара) осуществляется
регуляторами подачи топлива II,
воздуха III и регулятором тяги IV
(см. рис 3.22). Регуляторы подачи топлива II
и воздуха III управляются датчиком
изменения давления перегретого пара I,
а регулятор тяги IV – датчиком
изменения разрежения в топке 7 котла.
Рисунок 2. Схема
автоматического регулирования котельной установки
1 —
бункер угля;
2—шаровая
мельница;
3 — сепаратор;
4 —
циклон;
5 —
бункер пыли:
6 -мельничный
вентилятор;
7 —
топка котла;
8 —
барабан котла;
9—пароперегреватель;
10 —
пароохладитель;
11 —
экономайзер;
12-воздухоподогреватель;
13 —
вентилятор;
14 —
дымосос; I —
датчик измерения давления перегретого пара:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5 |
