И А Мельник - Система автоматического управления газовоздушным воздухонагревателем - страница 1

Страницы:
1 

УДК:622.62:681.3

 

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВОЗДУШНЫМ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕМ С

ТЕПЛОГЕНЕРАТОРОМ

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО КИПЯЩЕГО СЛОЯ

 

И. А. Мельник, магистрант, Б. В. Гавриленко, доцент, к.т.н.

(Донецкий национальный технический университет, Украина)

 

Угольная промышленность потребляет огромное количество энергетических ресурсов. Только на отопление, санитарно-бытовые нужды и нагрев воздуха, подаваемого в шахту, ежегодно расходуется около 10 млн. т. топлива. Поэтому очень важной и одной из первостепенных задач является экономия топлива, рас­ходуемого на собственные нужды шахты. Учитывая вышесказан­ное, весьма актуальной стала задача внедрения в эксплуатацию топочных устройств, предназначенных для сжигания низкосорт­ных высокозольных углей и отходов углеобогащения.

Прогрессивным методом сжигания низкосортных и высоко­зольных (до 80%) топлив, является сжигание в низкотемператур­ном псевдоожиженом (кипящем) слое [4]. Данный метод сжига­ния топлива отличается высоким уровнем смешения топлива и окислителя, повышенным по сравнению со слоевыми топками временем пребывания топлива в зоне горения, интенсивным теп-лоотводом к поверхностям нагрева, отсутствием движущихся частей в топочном объёме, возможностью сжигания в одном аг­регате топлив различного состава и качества, пониженным до 1­5% содержанием топлива в слое. Данный метод сжигания облег­чает воспламенение топлива, препятствует спеканию топливных частиц и шлакованию конвективных поверхностей нагрева.

Одним из крупных потребителей тепла на шахтах являются калориферные установки, осуществляющие нагрев воздуха, по­даваемого в шахту для проветривания горных выработок. При этом в технологической схеме нагрева воздуха в качестве тепло­носителя используется нагретый воздух, а не пар или горячая во­да. Применение данной системы позволяет отказаться от допол­нительного оборудования в виде установок для умягчения идеаэрации воды, устройств для продувки котлов, насосов для пе­рекачки конденсата, насосов подпиточной и сырой воды.

Необходимая производительность теплогенератора оп­ределяется из уравнения теплообмена [3], на основании данных, полученных от датчиков температуры воздуха до и после кало­риферной установки.

 

Qi ( tU - іік )П = Q2 (    - 12н ),

 

где Q1 - объем теплоносителя проходящего через калорифер; Цн - температура теплоносителя на входе в калорифер; t1 к - температура теплоносителя на выходе из калорифера; Q2 - объем нагреваемого воздуха; 12к - температура нагретого воздуха; t2н - температура холодного воздуха; П - кпд калориферной установки.

 

Регулирование производительности котлоагрегата осущест­вляется изменением подачи воздуха вентилятора подмешивания, вентилятора ожижения и подачей твердого топлива.

Регулирование подачи твердого топлива осуществляется по результатам обработки сигнала датчика температуры слоя. Алго­ритм реализует интегрирующее звено [1] совместно с однообо-ротным механизмом МЭО посредством формирования на выходе модуля управления импульсов с необходимым значением их дли­тельности в диапазоне 0.1 - 1 с. В этом случае, передаточная функция устройства имеет вид:

 

Жр(Р)=Кпр(1+1/ТиР),

 

где Кпр - коэффициент передачи регулятора, определяемый отно­шением длительности выходного импульса к величине сигнала рассогласования в системе по соответствующему контуру регу­лирования; Т - постоянная времени интегрирования.

Такой закон управления следует из вида передаточной функции объекта управления, в достаточной степени точности описывающей процесс поддержания температуры кипящего слоя. Эта функция имеет вид:

(Р)=Кпо/(1 + ТиР),

 

где Кпо - коэффициент передачи объекта регулирования по кон­туру "температура".

Целью регулирования температуры кипящего слоя является поддержание ее величины в пределах 800.. .850°C.

Аналогичный алгоритм использован для регулирования вы­соты кипящего слоя. Измерение этого параметра основано на из­мерении разности давлений в слое.

Регулирование подачи дутьевого вентилятора производится изменением угла поворота направляющего аппарата.

В камере смешения продукты горения охлаждаются до тем­пературы 500оС, это необходимо для защиты газопровода от вы­сокой температуры. Объем воздуха необходимый для охлажде­ния вычисляется по формуле:

 

 

Q   = qe (tг -tХ )

qu = t -t

 

где  tr - температура газов на входе в камеру смешения;

t}[ - температура воздуха после камеры смешения;

tu - температура подмешиваемого воздуха;

Qe - производительность вентиляторов ожижения и возвра­та уноса;

Qu - производительность вентилятора подмешивания. Регулирование производительности вентилятора подмеши­вания также осуществляется направляющим аппаратом.

 

Наряду с явными преимуществами использования теплоге­нераторов с топками низкотемпературного кипящего слоя (далее НТКС), опыт их эксплуатации показал и их недостатки. Главным недостатком является сложность регулирования производитель­ности котла, что обусловлено узким диапазоном рабочих темпе­ратур топки НТКС, так как при увеличении температуры кипяще­го слоя выше 900-950оС происходит шлакование слоя, что явля­ется аварийной ситуацией и вызывает необходимость остановки котла. При понижении температуры слоя до 750оС горение ста­новится неустойчивым и возможно его прекращение, вызывающее необходимость повторного запуска котла, что сопряжено с временными и трудовыми затратами.


В настоящее время котельные оборудованы аппаратурой ав­томатизации «Контур-2» выполненной на базе регулятора Р25, осуществляющей контроль и управление основными параметра­ми: температура слоя, высота слоя, скорость воздушного потока через слой и разрежение в дымоходе. Регулирование осуществля­ется по четырем раздельным контурам: регулятор подачи топли­ва, регулятор подачи воздуха, регулятор разрежения и регулятор выгрузки золы. Таким образом, существующая аппаратура авто­матизации не может обеспечить оптимального регулирования ввиду отсутствия взаимосвязи между контурами, а в ручном ре­жиме качественное управление процессом сжигания угля в топке НТКС невозможно.

 

1

бцп

____ Г

пу

 

\-

ито

 

 

Рисунок 1 - Микропроцессорная система управления процесса­ми горения угля в топке НТКС

Усовершенствование аппаратуры требует изменения её структуры и элементной базы . Это позволит управлять рядом технологически необходимых процессов: розжигом твердого то­плива, подготовкой его перед заполнением бункера, а так же вы­полнять функции контроля, сигнализации, защиты и блокировок.

С этой целью разработана микропроцессорная система управления шахтной котельной с топкой НТКС (рис.1). Она представляет собой обособленные блоки, объединенные линией связи. Первичная информация поступает с выхода аналоговых датчиков расхода воздуха подаваемого вентиляторами Q, темпе­ратуры кипящего слоя t0, воздуха подаваемого в шахту и подме­шиваемого t°, тяги в дымоходе P, высоты слоя Р на входа АЦП соответствующих блоков. Сигналы аналоговых датчиков преоб­разуются в цифровой код, и уже преобразованный сигнал переда­ется на большое расстояние [2]. Электромагнитные наводки не влияют на показания датчиков, что увеличивает достоверность получаемых результатов. Передача данных осуществляется по последовательному каналу связи стандарта RS485.

Система работает следующим образом. Блок центрального процессора (БЦП) последовательно опрашивает блок контроля камеры смешения (БС-КС); блок контроля и управления вентиля­тором подмешивания (БКУ-ВП); блок контроля и упраления вен­тилятором ожижения (БКУ-ВО); блок контроля слоя (БКС); блок измерения производительности теплогенератора (БИПТ); блок управления подачей топлива (БУПТ); блок измерения температу­ры наружный (БИТН); блок измерения температуры стволовой (БИТС); блок контроля и управления обводным клапаном (БКУ-ОК); пульт управления (ПУ). На основе полученных данных и за­писанного алгоритма, БЦП передает необходимые команды на блоки управления и информационное табло оператора (ИТО). В качестве исполнительных устройств использованы однооборот-ные механизмы типа МЭО 100/63-0,25У.

Блоки контроля и управления реализованы на базе однокри­стального микроконтроллера фирмы Atmel, который представля­ет собой мощный инструмент для создания современных высоко­производительных и экономичных многоцелевых систем.

Аналого - цифровой преобразователь (АЦП) построен по схеме последовательных приближений. Каждый из аналоговых входов может быть соединен с АЦП через аналоговый мультиплексор. Устройство выборки/хранения имеет свой собствен­ный усилитель, гарантирующий, что измеряемый аналоговый сигнал будет стабильным в течение всего времени преобразова­ния. Разрядность АЦП составляет 10 бит при нормируемой по­грешности +/- 2 разряда. Время преобразования выбирается про­граммно с помощью установки коэффициента деления частоты специального предделителя, входящего в состав блока АЦП. Оно составляет 70...280 мкс для ATmega103 и 65...260 мкс для всех остальных микроконтроллеров, имеющих в своем составе АЦП. Важной особенностью аналого-цифрового преобразователя явля­ется функция подавления шума при преобразовании.

Конструктивно, блоки выполнены в модульном исполнении. Все модули располагаются непосредственно у датчиков и испол­нительных механизмов, и электрически соединены с централь­ным модулем при помощи четырехжильного кабеля (два провод­ника для питания и еще два для линии связи). Предусмотренная самодиагностика системы позволит экономить время и трудоза­траты в случае отказа одного из блоков.

Разработанная система управления позволяет регулировать объем и температуру теплоносителя поступающего на калори­ферную установку в широком диапазоне для стабилизации тем­пературы воздуха поступающего в шахту для обогрева ствола.

Экономия топлива происходит за счет оптимизации пара­метров теплогенератора и режима сгорания. При этом происхо­дит снижение эксплуатационных затрат на ремонт и обслужива­ние аппаратуры автоматизации в целом.

 

Перечень ссылок

1.       Микропроцессорные системы автоматического управле­ния/ В.А.Бессекерский и др. - Л.: Машиностроение, 1988. - 365с.

2.       Технические средства передачи информации в системах управления угольных шахт./ Н.П.Демченко - М.:Недра,1984.-

245с.

3.           Промышленные тепломассообменные процессы и уста­новки: Учебник для вузов/ А.М. Бакластов и др., М.; Энергоатом-издат, 1986. - 328с.

4.     Сжигание угля в кипящем слое и утилизация его отходов/ Ж. В. Вискин, В.И. Шелудченко и др. - Донецк: «Типография но­вый мир», 1997. - 284 с.

Страницы:
1 


Похожие статьи

И А Мельник - Система автоматического управления газовоздушным воздухонагревателем