Автоматика регулирования в котельной

Обновлено: 29.09.2022

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.

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.


INCLUDEPICTURE "http://works.tarefer.ru/81/100020/pics/image002.jpg" \* MERGEFORMAT

Автоматизация котельной

Работу инженерных систем в современном загородном доме регулируют автоматические системы управления. Это обеспечивает удобство пользования отопительными приборами и, главное, эксплуатация автоматизированных котлов обходится дешевле работы обычных отопительных приборов. Автоматика, так сказать, «гармонизирует» режим работы оборудования с потребностями и комфортом домовладельцев. Регулировка мощности котла в зависимости от наружной температуры и времени суток позволяет снизить потребление энергоносителей при увеличении КПД агрегата. Требования к автоматике котла определяет его функциональная нагрузка: при нагреве воды для радиаторов автоматическое оснащение минимально, а наличие таких опций, как бассейн, теплый водяной пол или зимний сад значительно увеличит спецификацию устройств регулировки. Обязательным является автоматическое перекрывание газовой трубы при утечке газа. Вообще, вложения в высокие технологии окупятся со временем за счет экономии топлива, а бонусом станет удобство управления отоплением вашего дома.

Газовый котел BAXI LUNA-3 электронным управлением, фото компании «Байкал-Санкт-Петербург» Газовый котел BAXI LUNA-3 электронным управлением, фото компании «Байкал-Санкт-Петербург»

В идеале всем оборудованием котельной должен управлять один контроллер. Для этого лучше использовать недорогие серийные изделия, чтобы в случае поломки замена не представляла бы каких-нибудь сложностей. Таким блоком управления может быть обычный компьютер с установленной программой диспетчеризации и настроенным на получение информации от всех аварийных датчиков, снятия показаний со счетчиков и т.д. Если к отопительному котлу подключен водонагревательный контур, то в функции блока управления будут включены корректировка работы обоих контуров, оптимизация температурных режимов нагрева воды и отопления, регулирование работы насосов и циркуляции воды в системе.

Существует два типа автоматики котельной:

- Автоматика безопасности, обязательный элемент любого котла и самый важный его элемент.

- Автоматика регулирования, осуществляющая процесс управления подачей тепла, расхода топлива и остальными параметрами, которые возникают в процессе работы котельной.

Автоматика безопасности твердотопливных котлов – это простейший, как правило, тип автоматики, рассчитанный на несколько аварийных параметров: увеличение температуры (выше заданного) и увеличение/уменьшение давления в системе. Автоматика безопасности дизельных и газовых котлов намного сложнее. Здесь используются более сложные элементы, срабатывающие уже по большему количеству параметров: повышение/понижение давления теплоносителя в системе, погасание или проскок факела в топке, увеличение / уменьшение температуры и уменьшение уровня топлива. Автоматика регулирования таких котлов различна: от самой простой (ручное управление) до усложненной (дистанционный запуск и автоматическая балансировка). Функция дистанционного запуска позволяет включить (разжечь) котел на удаленном расстоянии путем GSM (сотовой связи). На специальный модем подается сигнал с Вашего мобильного телефона, и процесс розжига запускается автоматически, что позволяет включить отопление на расстоянии и приехать уже в натопленный дом.

Ручной запуск - наиболее упрощенный процесс, но также автоматизированный. Для того чтобы растопить котел, больше не нужны спички или зажигалка, весь этот процесс автоматизирован. Нужно только нажать на кнопку - режимы горения и циркуляции, а также расход топлива в зависимости от заданных параметров температуры воздуха в отапливаемых помещениях установит автоматика.

Всеми этими процессами теперь управляют современные микропроцессорные модули. Не нужно, как раньше, крутить ручки вентилей и задвижек: все автоматизированные запорно-регулирующие элементы также имеют электронный способ управления.

Современная автоматика может быть снабжена опцией «дом-улица», в которой совмещены датчики уличной температуры и температуры внутри помещений. Модуль реагирует на изменение температуры воздуха на улице и регулирует процесс отопления так, что в помещениях всегда поддерживается заданная температура, вне зависимости от изменений уличной температуры воздуха. Также современные модели автоматики обладают программами и функциями, позволяющими автоматически поддерживать тот или иной режим отопления. Допустим, что всю ночь котел работает в экономичном режиме и потребляет малое количество топлива, а к определенному времени интенсивность его работы увеличивается. То есть в ночное время топливо экономится, а ко времени пробуждения владельцев система прогревает помещение. Стоимость автоматики варьируется от 700 до 2000 (и более) евро.

Иванов Вячеслав, коммерческий директор ООО «Байкал-Санкт-Петербург»

Хотелось бы заметить, что автоматическое управление не должно решать проблемы работы только отопления или другой инженерной системы. Напротив, в идеальной схеме все системы дома интегрированы в единый комплекс с одним центром автоматического управления и мониторинга. Ведь очевидно, что отопление не может быть независимо от вентиляции, электро- и водоснабжения. Поэтому вся инженерия дома проектируется и монтируется как единая система, взаимозависимо использующая энергоресурсы. Более того, рациональным решением считается размещение всей автоматики, управляющей инженерным оборудованием, в помещении котельной.

Общие требования к системам автоматики безопасности, регулирования, контроля и управления оборудованием котельных

Общие требования к системам автоматики безопасности, регулирования, контроля и управления оборудованием котельных

Современные котельные требуют установки автоматических систем, которые контролируют, регулируют и управляют процессами, а также сообщают об аварийных ситуациях. Проект автоматизации опирается на СП 89.13330.2016 «Котельные установки», отдельные требования места эксплуатации, рекомендации изготовителя и строительные нормы.

Управляется вся автоматика с щитов, которые могут быть центральными, групповыми или местными. Их нельзя размещать под душевыми и туалетами, трубопроводами, по которыми текут агрессивные вещества, а также под вентиляционными камерами, подающими горячий воздух.

Защита оборудования

Защитные устройства для паровых котлов на жидком/газообразном топливе прекращают подачу топлива, когда:

  1. понижается или повышается давление газа перед горелками;
  2. понижается или повышается давление жидкого топлива перед горелками, кроме ротационных горелок;
  3. уменьшается разрежение в топке;
  4. понижается давление воздуха перед горелками с принудительной его подачей;
  5. гаснут факелы тех горелок, которые не должны быть погашены при работе котла;
  6. повышается давление в автоматизированных котельных, которые работают без присутствия специалистов;
  7. понижается или повышается уровень воды в барабане;
  8. исчезает напряжение или появляются другие неисправности цепей защиты, если речь идёт о котельной II категории.

Защитные устройства для водогрейных котлов на жидком/газообразном топливе прекращают подачу топлива, когда:

  1. понижается или повышается давление газа перед горелками;
  2. понижается или повышается давление жидкого топлива перед горелками, кроме ротационных горелок;
  3. уменьшается разрежение в топке;
  4. понижается давление воздуха перед горелками с принудительной его подачей;
  5. гаснут факелы тех горелок, которые не должны быть погашены при работе котла;
  6. понижается или повышается давление воды на выходе из устройства;
  7. исчезает напряжение или появляются другие неисправности цепей защиты, если речь идёт о котельной II категории.

Для котлов с максимальной температурой воды 115°С понижение давления воды и уменьшение её уровня не являются поводом для превращения подачи топлива к горелкам.

Защитные устройства для паровых котлов на твёрдом топливе прекращают подачу топлива, когда:

  1. понижается давление за дутьевыми вентиляторами;
  2. уменьшается разрежение в топке;
  3. гаснет факел;
  4. понижается или повышается уровень воды в барабане;
  5. исчезает напряжение или появляются другие неисправности цепей защиты, если речь идёт о котельной II категории.

Защитные устройства для паровых котлов с механизированными слоевыми топками на твёрдом топливе прекращают подачу топлива, когда:

  1. понижается давление под решёткой;
  2. уменьшается разрежение в топке;
  3. понижается или повышается уровень воды в барабане;
  4. исчезает напряжение или появляются другие неисправности цепей защиты, если речь идёт о котельной II категории.

Защитные устройства для водогрейных котлов с механизированными слоевыми и с камерными топками на твёрдом топливе прекращают подачу топлива, когда:

  1. повышается температура воды на выходе из котла;
  2. повышается или понижается давление воды на выходе из котла;
  3. уменьшается разрежение в топке;
  4. снижается расход воды;
  5. понижается давление воздуха за дутьевыми вентиляторами или под решёткой.

Для котлов с максимальной температурой воды 115°С понижение давления воды и уменьшение её уровня не являются поводом для превращения подачи топлива к горелкам.

Необходимость в дополнительном оборудовании выясняется индивидуально, в зависимости от параметра котла. Например, многие производители конкретно указывают на защитные требования, которые необходимо выполнить для безопасной эксплуатации оборудования.

Подогреватели высокого давления (ПВД) должны автоматически отключаться, если уровень конденсата в корпусе подогревателя поднимается выше разрешённой отметки.

Системы пылеприготовления должны располагать следующими защитными функциями:

  1. при повышении температуры сушильного агента — подача воды в шахту;
  2. при повышении температуры пылегазовой или пылевоздушной смеси за мельницей — прекращение подачи сушильного агента;
  3. при прекращении подачи топлива из-за аварии — включение вибраторов;
  4. при понижении давления в коробе — открытие клапанов присадки воздуха.

Насосы серной кислоты в водоподготовительных установках автоматически отключаются понижении рН воды.

То, на сколько сильно параметры должны нарушиться для срабатывания защиты, определяют производители защитного оборудования. Всё есть в инструкциях.

Сигнализация

Сигнализация — это звуковые и световые сигналы, которые выводятся на диспетчерский пульт. Причины срабатывания сигнализации в котельных установках без постоянно присутствующего обслуживающего персонала следующие:

  • какое-либо оборудование неисправно;
  • сработал быстродействуюий запорный клапан топливоснабжения;
  • уровень загазованности котельной, работающий на газе, достиг 10% от минимума воспламеняемости природного газа.

В котельных с присутствующим обслуживающим персоналом сигнализация срабатывает в таких случаях:

  • сработала защита, котёл отключился;
  • снизились давление или температура в трубопроводе с жидким топливом;
  • снизилось или повысилось давление газа;
  • снизилось или повысилось давление воды в обратном трубопроводе;
  • снизилось давление воды в питательных магистралях;
  • повысился или понизился уровень воды в любых баках, в том числе деаэраторах, конденсатных, питательных и т. д.;
  • повысилась температура жидких присадок в резервуарах;
  • повысился или понизился уровень жидкого топлива в резервуарах;
  • сломались какие-либо установки, подающие в котлы жидкое топливо;
  • повысилась температура подшипников электродвигателей;
  • наблюдается разрежение в деаэраторе;
  • снизилась величина рН в обрабатываемой воде.

Автоматическое регулирование

Автоматическое управление процессами горения может быть только в котлах со слоевыми механизированными и с камерными топками, которые работают на жидком, твёрдом и газообразном топливе.

Но есть ряд случаев, когда автоматическая подача и управление сжиганием топлива не предусмотрено или может не использоваться. Например, паровые котлы с давлением пара до 1,7 кгс/см 2 можно подпитывать вручную.

Пылеприготовительные установки должны иметь автоматизированные регуляторы, которые:

  • загружают топливо в мельницы;
  • разрежают перед мельницей сушильный агент;
  • управляют температурой пылевоздушной смеси за мельницей.

В моделях с прямым вдуванием пыли в топку должен быть установлен регулятор расхода первичного воздуха, а также регулятор температуры смеси за мельницы — кроме антрацитового топлива.

В трубопроводах должны иметься автоматические поддерживатели давления.

В деаэратторах должны быть регуляторы уровней давления пара и воды. Несколько деаэраторов должны быть объединены единой автоматической системой. В вакуумных моделях также должно стоять устройство, которое будет поддерживать температуру воды на заданном уровне.

Подача воды из деаэраторов в аккумуляторные баки обычно не регулируется, но промежуточные баки должны быть оснащены регулятором уровня воды. Так же и редукционные установки должны иметь автоматические регуляторы давления или давления и температуры, если речь идёт о редукционно-охладительных установках. Охладительным достаточно приборов, которые будут контролировать температуру пара. Подогреватели необходимо оснащать регуляторами уровня конденсата.

Также в каждой котельной должна стоять автоматика, которая будет отслеживать и поддерживать предустановленную температуру поступающей и обратной воды.

В водоподготовительных установках автоматически регулируются следующие параметры:

  • уровень воды в баках — как осветлённой, так и декарбонизированной;
  • температура подогрева исходной воды;
  • расход реагентов, при этом автоматического их пополнения может не быть.

Расход реагентов автоматизируется при установке фильтров, которые в диаметре превышают 2 000 мм.

Контроль

Показывающая аппаратура помогает контролировать параметры, отслеживать которые нужно для грамотной эксплуатации котельной. Сигнализирующая показывающая аппаратура нужна для того, чтобы фиксировать гипотетически аварийные ситуации и сообщать о них оператору. И наконец, регистрирующая и суммирующая аппаратура используется для составления хозрасчётов и анализа.

Какие измерительные приборы нужны для паровых котлов с давлением более 1,7 кгс/см 2 и производительностью менее 4 т/ч:

  1. для измерения давления и температуры питательной воды в общей магистрали;
  2. для оценки давления и уровня воды в барабане;
  3. воздуха под решёткой и перед горелкой;
  4. давления топлива перед горелкой — газообразного и жидкого;
  5. разрежения в топке.

Какие измерительные приборы нужны для паровых котлов с давлением более 1,7 кгс/см 2 и производительностью от 4 до 30 т/ч:

  1. для измерения температуры воды за экономайзером;
  2. для оценки температуры пара от пароперегревателя до паровой задвижки;
  3. температуры уходящих газов;
  4. давления пара в барабане;
  5. температуры воздуха до и после воздухоподогревателя;
  6. давления пара до паровой задвижки;
  7. давления пара у мазутных форсунок;
  8. давления питательной воды на входе в экономайзер;
  9. давления топлива перед горелками — жидкого и газообразного;
  10. разрежения в топке и перед дымососом;
  11. расхода пара, для чего используется прибор-самописец;
  12. содержания кислорода в уходящих газах, для чего используется газовый анализатор;
  13. уровня воды в барабане котла;
  14. давления воздуха после дутьевого вентилятора.

Какие измерительные приборы нужны для паровых котлов с давлением более 1,7 кгс/см 2 и производительностью свыше 30 т/ч:

  1. для измерения температуры за пароперегревателем до главной паровой задвижки;
  2. для оценки температуры питательной воды за экономайзером, а также её давления на входе;
  3. температуры воздуха до и после воздухоподогревателя;
  4. температуры уходящих газов;
  5. давления пара в барабане и перегретого пара перед главной паровой задвижкой;
  6. температуры пылевоздушной смеси перед горелками, если пыль переносится горячим воздухом;
  7. давления пара у форсунок;
  8. давления топлива перед горелками — жидкого и газообразного;
  9. разрежения в топке и перед дымососом;
  10. давления воздуха после регулирующего органа и дутьевого вентилятора, а также перед пневмозабрасывателем и горелками;
  11. расхода пара, расхода топлива и питательной воды;
  12. содержания кислорода в уходящих газах — измеряется газоанализатором;
  13. уровня воды в барабане.

Какие измерительные приборы нужны для паровых котлов с давлением 1,7 кгс/см 2 и водогрейных котлов с температурой воды 115°С:

  1. для измерения температуры воды в общем трубопроводе и на выходе из каждого котла отдельно;
  2. для оценки давления воздуха после вентилятора и после регулирующего прибора;
  3. разрежения за котлом и в топке;
  4. давления газа непосредственно перед горелками;
  5. давления пара в барабане котла.

Какие измерительные приборы нужны для водогрейных котлов с температурой воды свыше 115°С:

  1. для измерения температуры/давления воды после запорной арматуры на входе и воды на выходе до запорной арматуры;
  2. температуры воздуха до и после воздухоподогревателя;
  3. давления воздуха после дутьевого вентилятора и всех регулирующих приборов;
  4. давления топлива перед горелками и после регулирующего прибора — жидкого и газообразного;
  5. разрежения в топке и перед дымососом;
  6. расходы воды и топлива;
  7. количества кислорода в уходящих газах — подсчёт ведётся с помощью газоанализаторов.

Системы пылеприготовления должны иметь следующие измерительные приборы:

  1. для оценки температуры воздуха перед подсушивающим аппаратом и мельницей, а также после них;
  2. для измерения температуры пыли в бункере, кроме котлов, работающих на антраците;
  3. сопротивления среднеходных и барабанных шаровых мельниц.

Также котельную установку в обязательном порядке нужно оснастить приборами, которые будут измерять температуру воды обратной и прямой, а также в питательной в магистралях перед котлами, температуру конденсата и жидкого топлива, давления воды и топлива.

Деаэрационные установки должны иметь следующие измерительные приборы:

  1. для оценки уровня и температуры деаэрированной воды в баках;
  2. для измерения температуры воды в деаэраторе;
  3. давления пара в деаэраторах — причём как повышенного, так и атмосферного давления;
  4. разрежения в деаэраторах, работающих по вакуумной технологии.

Насосные установки должны иметь следующие измерительные приборы:

  1. для оценки давления жидкого топлива, присадок и воды в патрубках напорных и всасывающих;
  2. для измерения давления пара после питательных насосов, если в системе используется отработанный пар;
  3. давления пара перед питательными насосами.

Установки для подогрева воды должны иметь следующие измерительные приборы:

  1. для измерения температуры конденсата, греющей воды и нагреваемой среды;
  2. оценки давления пара к подогревателям и давление нагреваемой среды.

Водоподготовительные установки — кроме тех, которые были перечислены в списках выше, — должны иметь следующие измерительные приборы:

  1. для измерения давления воды — устанавливаются до и после каждого фильтра;
  2. для измерения расходы воды, которая поступает к ионитным фильтрам, на взрыхление фильтров, водоподготовку, к осветлительным фильтрам, а также к эжекторам приготовления регенерационного раствора;
  3. уровня воды в баках, уже декарбонизированной и осветлённой.

Установки приёма и ввода жидких присадок — за исключением перечисленных выше агрегатов — должны иметь следующие измерительные приборы:

  1. для измерения температуры топлива в баках, а также давления топлива до и после фильтров;
  2. для оценки уровня топлива в приёмной ёмкости и резервуарах.

Установки приёма и ввода жидких присадок — за исключением перечисленных выше агрегатов — должны иметь прибор, который измеряет температуру присадок в резервуарах.

Редукционные, редукционно-охладительные и охладительные установки должны иметь следующие измерительные приборы:

  1. для измерения температуры перегретого и охлаждённого пара;
  2. давления пара в паропроводе;
  3. давления редуцированного пара.

Система пневмозолошлакоудаления должны иметь следующие измерительные приборы:

Системы автоматизации и диспетчеризации котельных: построение и эксплуатация

Новые технологии и оборудование заполняют рынок генерирования тепловой и электрической энергии в настоящее время все быстрее. Например, практическое применение программируемых логических контроллеров (ПЛК) в качестве управляющего элемента работой автоматизированных котельных и использование систем беспроводной передачи и приема информации по технологии GPRS с комплексами АСУ ТП и АСКУЭ (автоматизация и диспетчеризация) - это качественно новый шаг в развитии систем управления котельными и их безопасности.

ПЛК представляет собой микропроцессорное устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления, имеющий конечное количество входов и выходов, подключенных к ним датчиков, ключей, исполнительных механизмов к объекту управления, и предназначенный для работы в режимах реального времени.

Применение ПЛК выгодно и удобно как во вновь проектируемых блочно-модульных котельных (БМК), так и при реконструкции стационарных действующих, с учетом их работы без постоянно присутствующего персонала, поскольку выполняет все функции: управления, регулирования, защиты, диспетчеризации в режиме онлайн, передачи аварийных сигналов. С участием автора практически были выполнены проекты и монтаж автоматизированных БМК с водогрейными котлами мощностью 4 МВт и 5 МВт, проект БМК мощностью 6 МВт с блочными горелками, управляемыми ПЛК на основании СНиП II-35-76 «Котельные установки».

На техническом рынке ПЛК представлены широким рядом от различных производителей, в т.ч. и разработанных именно для нужд теплоснабжающих организаций.

В этом случае в основном используются датчики температуры и давления с унифицированным токовым сигналом 4-20 мА и реле протока с выходным сигналом типа «сухой контакт». Архитектура ПЛК позволяет дополнять добавочными модулями расширения уже существующий контроллер, что удобно в случае модернизации котельной. Кроме того, ПЛК имеет внутренний источник питания и интерфейс RS-485 или RS-232 (в зависимости от модификации).

При управлении работой котельной ПЛК выполняет следующие функции:

ПЛК позволяет производить передачу данных о параметрах работы котельной в режиме онлайн: температуре теплоносителя в сетевом и котловом контурах, давлении теплоносителя сетевого и котлового контура, давлении газа на входе, работе насосов в штатном режиме котлового и сетевого контуров, работе газогорелочных устройств (автоматических блочных горелок) в штатном режиме. Передача данных возможна как в проводном, так и в беспроводном вариантах с помощью GSM модема, в режиме передачи данных по технологии GPRS на удаленный пункт диспетчерской службы с помощью встроенных интерфейсов RS-485 (RS-232). В случае возникновения аварийной ситуации ПЛК в соответствии с заданным алгоритмом выполняет необходимые действия и немедленно выдает аварийный сигнал на пульт диспетчера. Имеется и возможность автоматического перезапуска котлов после устранения аварийных ситуаций.

Для отображения информации параметров работы котельной к ПЛК подключается панель оператора, которая позволяет наблюдать непосредственно в котельной параметры теплоносителя (давление, температура теплоносителя сетевых и котловых контуров, работа оборудования в текущем режиме: какие насосы и котлы работают в настоящее время). С помощью панели оператора также инженеры производят настройку параметров работы котельной: минимальные и максимальные уставки границ по температуре и давлению теплоносителя сетевого и котлового контуров, параметры ПИД регулятора температуры, управляющего работой регулирующего клапана. На рис. 1 представлен собранный готовый шкаф управления котельной.


Рис. 1. Шкаф управления котельной: а) - панель оператора, которая находится на передней дверце; б) - вид с открытой дверцей, контроллер ПЛК справа посередине.

Новые ПЛК имеют следующие особенности:

1) позволяют в полном объеме управлять котлами, насосами и другим оборудованием в автоматическом режиме, получить мгновенный доступ к текущим параметрам теплоносителя и индикации работающего оборудования в одном месте доступа (с помощью панели оператора);

2) имеют меньшие габариты, небольшую энергоемкость, позволяют осуществить ввод любого алгоритма по управлению работой котельной, быстро изменить параметры уставок и граничных значений параметров, осуществляют мгновенную передачу данных о штатной работе оборудования и аварийных ситуациях на удаленный пульт (монитор) дежурного оператора;

3) программируются с помощью ноутбука. При необходимости расширения функций управления котельной ПЛК быстро оснащается дополнительными модулями расширения.

Для обучения инженерно-технического персонала и моделирования алгоритмов работы ПЛК на нашем предприятии был собран стенд, включающий в себя сам ПЛК, панель оператора и подключенные датчики, имитирующие работу датчиков котельной (рис. 2). Создавались как штатные ситуации, так и нештатные - для корректировки и оптимизации алгоритма работы программы. Стенд показал свою практичность, поскольку осваивать новую технику и создавать несколько алгоритмов работы оборудования лучше в удобном рабочем помещении, поскольку на котельной при пусконаладочных работах есть ограничения по времени, а иногда и спартанские условия для шеф-инженерного персонала.


Рис. 2. Рабочий стенд с ПЛК (внизу) и панелью оператора.

Как показала практика, применение ПЛК эффективно в котельных, работающих без постоянно присутствующего персонала, именно из-за широкой свободной возможности построения практически любого алгоритма управления оборудованием и удобной системы диспетчеризации с мгновенным оповещением об аварии, нештатной ситуации и наблюдением с удаленного монитора диспетчера в режиме онлайн работы (по сравнению со шкафами управления, сделанными по «опросному листу» и жестко привязанными к нему). Цена ПЛК лежит в пределах от 7,5 до 30 тыс. руб.

В настоящее время нашей организацией разработан проект управления паровой котельной с использованием таких ПЛК.

Организация системы управления и диспетчеризации котельных

Автоматика для котельной выбирается на основании проектного решения, а использование ПЛК позволяет решать многие технические задачи, не привязанные жестко к котельным установкам, и реализовывать самые нестандартные технические решения. К контроллеру подключаются стандартные унифицированные датчики, используемые в различных отраслях промышленности, таким образом, автоматика для БМК полностью комплектуется из стандартного оборудования.

Сотрудниками нашего предприятия осуществлялась организация системы АСУ ТП и диспетчеризация БМК с водогрейными котлами мощностью 4-6 МВт с блочными горелками на базе специализированного программного комплекса отечественного производителя.

Технически создание АСУ ТП и АСКУЭ требовало следующих мероприятий и оборудования.

1. Наличие устойчивой связи с контроллером котельной и, соответственно, наличие в котельной устройства для устойчивой передачи информации по технологии GPRS на удаленный пункт диспетчерской службы для визуального сопровождения работающего оборудования котельной, контроля параметров теплоносителя, газа, электроэнергии, организации обратной связи (возможности дистанционного управления оборудованием котельной).

Передача данных осуществляется через GSM комплект (модем, маршрутизатор, роутер), подключенный через интерфейс:

В техническом задании на проектирование котельной обычно указывается способ передачи данных в системах диспетчеризации, и при проведении предпроектного обследования проверяется сигнал ССС (системы сотовой связи). Развитие коммуникационных технологий привело к созданию даже в отдаленных деревнях и поселках, достаточно устойчивого сигнала ССС для работ систем диспетчеризации, а современное отечественное оборудование позволило по одному каналу GPRS организовать работу и передавать информацию от двух независимых друг от друга программных комплексов АСУ ТП и АСКУЭ.

При отсутствии сотовой связи обычно используют промышленный радиомодем в диспетчеризации для контроля работы автоматизированной котельной с выделенными частотами.

2. Организация удаленного рабочего места диспетчера осуществляется на базе ПК посредством установки на ПК диспетчера специализированных программ для АСУ ТП и АСКУЭ.

Система АСУ ТП работает следующим образом: диспетчер имеет на своем экране картинку (мнемосхему) котельной: основное и вспомогательное оборудование, трубопроводы, арматура. Также выводятся параметры теплоносителя (давление, температура, расход) (рис. 3). При штатной работе АБМК на работающем оборудовании (котел, насос, клапан) загорается виртуальный индикатор работы. При возникновении аварийной ситуации изменяется цвет виртуальной кнопки с черного на красный «авария» с указанием места аварии: авария котла № 1, авария сетевого насоса № 2, пожар и т.д.; дополнительно высылается SMS на несколько номеров оперативного дежурного инженерного персонала (главный инженер, оперативный диспетчер, дежурный инженер). Расположение на одном экране такого количества доступной информации делает работу диспетчера достаточно комфортной.


Рис. 3. Мнемосхема с рабочего компьютера диспетчера.

В принципе, мнемосхема делается на основании пожеланий заказчика и технического задания, поэтому внешний вид, цветовое отображение оборудования и параметров может быть различным.

Система АСКУЭ на базе ОРС сервера функционирует так: на ПК диспетчера передаются данные от приборов учета потребленных и отпущенных энергоносителей, которые формируются в отдельные таблицы, как в режиме текущего времени, так и в формате суточных и ежемесячных архивов, но таблицы могут быть преобразованы и в графики. Это достаточно удобно для анализа работы котельной по потреблению энергоносителей и генерированию тепловой энергии.

В целом описанная система диспетчеризации на базе программ АСУ ТП и АСКУЭ позволяет спокойно, непрерывно контролировать процесс генерирования тепловой энергии и принимать необходимые оперативные меры по устранению нештатных ситуаций с помощью выездной дежурной бригады при внезапном и длительном отсутствии связи с диспетчерской.

Передача данных по технологии GPRS подразумевает непрерывную передачу данных на пункт диспетчера, тем более с использованием мнемосхем, поэтому внезапное и длительное отсутствии связи с диспетчерской уже само по себе является аварийной ситуацией, поэтому проектом предусмотрен источник бесперебойного питания в шкафу автоматики для аварийного питания ПЛК и модема с целью посылки аварийного сигнала.

Данные решения абсолютно применимы и для стационарных водогрейных котельных, разница только в количестве входных и выходных сигналов (подключенных датчиков и управляемых механизмов). А вот паровые котлы старых модификаций (типа ДКВр или Е) не предназначены для работы в полностью автоматическом режиме без постоянно присутствующего персонала, хотя современные импортные котлы работают в автоматическом режиме: другая конструкция, другие горелки.

Положительной стороной полной автоматизации котельной является сокращение персонала, в постоянном присутствии которого в котельной нет необходимости, а выездная бригада осуществляет обслуживание сразу нескольких объектов. Диспетчер также может контролировать работу сразу нескольких котельных.

Создание системы АСУ ТП с помощью отечественного программного комплекса стоило порядка 60-68 тыс. руб. (столько стоил сам программный продукт со всем необходимым набором опций).

Создание системы АСКУЭ в финансовом плане беззатратно, поскольку практически все приборы учета, выпускаемые в РФ на данный момент, поддерживают открытый протокол ОРС сервера, а программное обеспечение размещено на сайтах изготовителей в открытом доступе.

В настоящее время ряд автоматизированных котельных уже работают со шкафами управления на базе ПЛК отечественного производства.

Однако есть некоторые требования к проектно-монтажной и обслуживающей организациям: высокий уровень профессиональной подготовки проектировщиков и программистов и достаточный опыт работы в практическом создании систем АСУ ТП и АСКУЭ на котельных, поскольку только правильно написанная программа с алгоритмом работы и правильными уставками границ параметров (которые корректируются при пусконаладочных работах) позволяет работать котельным в штатных безаварийных режимах значительно долго. Так же необходимым условием является техническая возможность местного оператора связи предоставить устойчивую, бесперебойную связь с предоставлением фиксированного IP адреса, хотя это уже, как указывалось выше, не является на сегодня проблемой.

Автоматика водогрейного газового котла


Автоматика Buderus Logamatic

В свете постоянного развития отопительного оборудования особое внимание инженеров, разработчиков и конструкторов уделяется повышению безопасности оборудования при эксплуатации, а также обеспечению автономности работы котлов, то есть по возможности без вмешательства персонала. Поэтому на сегодняшний день каждый водогрейный котел комплектуется системой автоматики, которая предназначена для автоматического поддержания температуры воды на выходе из котла в заданных пределах, обеспечивает защиту и сигнализацию, а также автоматический пуск и останов котла.

Практически все фирмы-производители котельного оборудования ставят на свои отопительные котлы свою систему автоматики. Например, фирма Buderus комплектует котлы Logano автоматикой Ecomatic или Logamatic, инженеры Viessmann ставят автоматику Vitotronic или Dekamatik, котлы De Dietrich оснащены автоматикой Diematic. Но какое бы ни было название системы автоматики, принцип ее работы и входящие в нее приборы практически идентичны.

Автоматика регулирования

Предназначена для автоматического поддержания температуры на выходе из котла в заданных пределах.

  • термометр сопротивления ТСМ, который предназначен для измерения температуры воды на выходе из котла и подачи сигнала на систему управления, когда температура достигнет нижнего или верхнего заданного значения (регулирующий термостат);
  • компактный газовый блок, который служит для измерения расхода газа, поступающего на горелку по команде из системы управления (переход на большое или малое горение);
  • сервопривод воздушной заслонки, служащий для изменения количества воздуха, подаваемого на горение, в зависимости от изменения количества газа, подаваемого на горение;
  • клапан с электроприводом, предназначенный для изменения количества воды, проходящей через котел, в зависимости от установленных параметров воды в тепловой сети и в контуре горячего водоснабжения.

Принцип работы автоматики регулирования

Когда температура на выходе из котла повысится до верхнего заданного значения, это почувствует термометр сопротивления, который подаст сигнал на систему управления. Система управления обрабатывает полученный сигнал и подает команду на переход на малое горение или на останов котла. Когда температура воды на выходе из котла понизится до нижнего заданного значения, это также почувствует термометр сопротивления, который подаст сигнал на систему управления. Система управления обрабатывает полученный сигнал и подает команду на включение котла или переход на большое горение.

Автоматика безопасности

Предназначена для отключения котла или для запрета на пуск котла в предаварийных ситуациях.

Глава 12. Автоматическое регулирование паровых котлов

Особенности котельных агрегатов как объектов регулирования. Котельные агрегаты являются сложными объектами автоматического регулирования с большим числом регулируемых параметров и регулирующих воздействий. Котлы обладают значительной аккумулирующей способностью тепловой энергии в воде, паре и металле пароводяного тракта. Наконец, котельные агрегаты характеризуются значительными скоростями протекания процессов в пароводяном тракте. Так, снижение уровня воды в барабане котла на 100 мм при полной паропроизводительности котельного агрегата с прекращением подачи питательной воды происходит за 20 с.

Показателями течения тепловых процессов на котельном агрегате являются регулируемые параметры. В их числе внешние: расход пара, давление пара при выходе из котла, температура перегрева пара и внутренние: уровень воды в барабане котельного агрегата, коэффициент избытка воздуха, разрежение в топке и др.

Характер течения процессов в котельном агрегате определяется видом и величиной воздействий: внешних – со стороны потребителя, внутренних – изменение состава и качества топлива, избытка воздуха, подаваемого в топку котла, разрежения в топке, изменение расхода питательной воды.

Задачи регулирования котельных агрегатов. К задачам регулирования котельных агрегатов, которые диктуются как требования потребителей пара, так и необходимостью обеспечения надежного и экономичного режима работы самих котлов, относятся следующие:

- приведение нагрузки котельного агрегата в соответствие с заданием;

- поддержание заданных значений давления и температуры пара, поступающего потребителю;

- поддержание такого соотношения между подачами топлива и воздуха, а для котлов с шахтно-мельничными топками такого распределение первичного и вторичного воздуха, которое отвечает наивысшей экономичности топочного процесса;

- стабилизация разрежения в топке;

- поддержание в барабанных котельных агрегатах постоянного уровня воды в барабане в установленных пределах, а также солесодержания котловой воды;

Для котлов прямоточного типа, кроме перечисленных выше:

- поддержание заданных значений влажности и температуры пара по водопаровому тракту и в первую очередь в районе переходной зоны, где должно происходить отложение солей, во избежание перемещения этой зоны в область радиационного обогрева;

- поддержание в котельных агрегатах с промывочно-сепарационной схемой определенной влажности пара перед сепаратором;

Перечисленные задачи решаются путем воздействия на регулировочные органы котельного агрегата, управляющие подачами питательной воды, топлива, общего, а при шахтно-мельничных топках и первичного воздуха, отсосом дымовых газов, подачей охлаждающей воды на пароохладители или другими средствами регулирования температуры пара, величиной непрерывной продувки воды из барабана котлоагрегата.

Паровой котел как объект регулирования.Паровой котел представляет сложную динамическую систему с несколькими взаимосвязанными входными и выходными величинами. Однако выраженная направленность участков регулирования по основным каналам регулирующих воздействий позволяет осуществлять стабилизацию и изменение регулируемых параметров с помощью независимых одноконтурных систем, связанных через объект регулирования – котельный агрегат.

Автоматическая система регулирования (АСР) барабанного парового котла в целом состоит из отдельных замкнутых контуров:

- давления перегретого пара и тепловой нагрузки;

- экономичности процесса горения топлива;

- разрежения в верхней части топки;

- температуры перегретого пара;

- питания котловой водой;

- качества котловой воды.

Требования высокой точности регулирования параметров для обеспечения надежной и экономичной работы котельного агрегата обуславливает необходимость применения быстродействующих автоматических регулирующих устройств. В регулировании котлоагрегатов широко применяются электрические схемы с электронными регуляторами. В качестве исполнительных механизмов используются электромеханические сервоприводы с редукторами и колонки дистанционного управления.

Читайте также: