Разработка системы интеллектуального управления те-хнологическим процессом парообразования в коксохи-мическом производстве

МИНОБРНАУКИ РОССИИ



Федеральное государственное автономное образовательное 

учреждение высшего образования

«Южный федеральный университет»









Лантратова Татьяна Романовна









Разработка системы интеллектуального управления технологическим процессом парообразования в коксохимическом производстве





ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ

РАБОТА БАКАЛАВРА

по специальности «Системная инженерия»





Научный руководитель – 

доц. к.т.н. Шульгин Сергей Константинович











Работа допущена к защите:













Луганск – 2016












УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой ___________________

_________________ _____________

    ”___”__________________ 2015 г.



ЗАДАНИЕ

на выпускную квалификационную работу бакалавра

		студентки 	Лантратовой Татяны Романовны	



	1.  Тема   работы: Разработка системы интеллектуального управления технологическим процессом парообразования в коксохимическом производстве	 Утверждена приказом по университету от ”___”_______ 2016г. №________

2. Срок сдачи студентом выполненной работы: ______________________________

	3. Исходные данные для работы: технологический процесс образования перегретого пара, котлоагрегат, теория интеллектуалного управления технологическими процессами в производстве	_

	4. Содержание расчетно-пояснительной записки: Анализ состояния вопроса; автоматизация работы парового котла создание и исследование системы интеллектуального управления процессом парообразования;	

		5. Перечень графического материала: технологический процесс образования пара; модель поведения парогенератора; схема сбора данных для обучения нейронной сети; зависимость выходного сигнала от входного в процессе парообразования; нейронная сеть в качестве регулятора; обучение нейронной сети; моделирование процесса управления; модель динамики объекта управления; 

		

6. Консультанты по работе, с указанием разделов работы

Раздел

Консультант

Подпись, дата

Экономика





7. Дата выдачи задания______________________________________________

Руководитель  ___________________________________________________

(подпись)

Задание принял к выполнению_________________________________

 			(подпись)

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

№

Наименование этапов выпускной квалификационной работы бакалавра

Срок выполнения этапов

работы

Примечание

1

Исследование технологического процесса парообразования





2

Построение математической модели объекта управления





3

Выбор способа и разработка схемы интеллектуального управления процессом парообразования





4

Исследование функционирования интеллектуальной и классической систем управления





5

Экономическое обоснование разработки программного продукта





Студент___________________________________________________________

(подпись)

Руководитель работы____________________________________________________

(подпись)

	РЕФЕРАТ

	

	Отчет 58 с., 23 рис., 2 табл., 17 источников, 3 прил.

	Ключевые слова:

	Технологический процесс, автоматизация, управление, производство, парогенератор,  нейронная сеть, нейрорегулятор, инверсный нейрорегулятор, учебная пара, регулирование, температура.

	В работе рассмотренные вопросы разработки интеллектуального автоматизированного управления процессом производства пара. Проведено моделирование поведения системы.

	
СОДЕРЖАНИЕ

	

	ВВЕДЕНИЕ	4

	1.АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА	5

	1.1. Общие положения парогенератора	6

	1.1.1. Камера сгорания	7

	1.1.2. Горелка	8

	1.1.3. Барабан котла	8

	1.1.4. Сухопарник	11

	1.1.5. Пароперегреватель	11

	1.1.6. Водяной экономайзер	13

	1.1.7. Подогреватель воздуха	14

	1.1.8. Пароохладитель	14

	1.1.9. Горелка	15

	1.1.10. Предохранительные устройства	16

	1.1.11. Контрольно-измерительные приборы	18

	1.2. Автоматическая регулирование и тепловая защита	21

	1.3. Описание технологического процесса	23

	2. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ ПАРОВОГО КОТЛА	27

	2.1. Цель и задачи автоматического управления паровым котлом	28

	2.2. Описание элементов котла	31

	2.3. Выбор регулятора	34

	2.4. Нейронная сеть	35

	2.5. Нейрона сеть как интеллектуальный регулятор	37

	2.6. Сбор значений поведения системы для формирования обучающей выборки	43

	2.7. Изучение нейронной сети	47

	3. СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПАРООБРАЗОВАНИЯ	49

	3.1. Система управления процессом парообразования в Simulink	49

	ВЫВОД	55

	ЛИТЕРАТУРА	56

		ПРИЛОЖЕНИЕ А	58

		ПРИЛОЖЕНИЕ Б	59

		ПРИЛОЖЕНИЕ В	60

	

	

	


ВВЕДЕНИЕ

	

	На производственных предприятиях автоматизации уделяется особенное внимание.  Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, чувствительностью их к нарушению режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ и так далее.  В сложных технологических процессах отклонения параметра от нормы может привести к аварии, взрывам, пожарам, порче большого количества сырья. 

	Автоматизация в настоящее время развивается особенно быстро и динамически, она проникает во всю сферу человеческой деятельности и характеризуется широким внедрением вычислительной техники, которая открывает путь к резкому повышению производительности труда.  Автоматизация приводит к повышению основных показателей эффективности производства: увеличение количества, повышения качества и снижения себестоимости продукции, которая выпускается, повышению производительности труда.  Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращения нехватки и отходов, уменьшает расходы сырья и энергии, обеспечивает уменьшение численности основных рабочих,  удлинения сроков межремонтного пробега оборудования, а также позволяет  получить надежное и стабильное управление объектом, для получения пара с заданной качественной характеристикой. [1] 

	 Проведение некоторых современных технологических процессов возможно только при условии их полной автоматизации.  При ручном управлении такими процессами минимальное замешательство человека и несвоевременное влияние на процесс могут привести к серьезным последствиям.

	Целью данной квалификационной работы является разработка автоматической интеллектуальной системы, которая сможет поддерживать необходимые показатели пара в промышленном процессе.

	

1.АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

	

		На производстве для получения пара, используются паровые котлы.  В современности - в период широкого развития и распространения методов автоматизации, паровые котлы, как и любой другой технологический процесс нуждается в автоматизации. 

	 Контроль и управление котлоагрегатом сводятся к обеспечению в каждый данный момент необходимой паропродуктивности при заданных параметрах пара, а также к обеспечению надежности и экономичности работы котлоагрегата.  [2]  Обслуживание котлоагрегата во время работы - задание достаточно сложное, так как отдельные элементы котла очень сильно разъединены (общая высота мощного котлоагрегата равняется 30 - 40 м).  Поэтому замена ручного труда по управлению котлоагрегатом на работу автоматических устройств является очень актуальной. 

	Современный мощный котельный агрегат требует самого тщательного контроля, управления и обслуживания. Объем применения средств автоматизации определяется на основании достигнутого при этом экономического эффекта - экономия топлива, повышение производительности труда обслуживающего персонала за счет расширения зоны обслуживания, облегчение условий труда, повышение надежности работы оборудования. Кроме экономических аспектов, объем комплексной автоматизации парогенератора определяется совершенством и подготовленностью к автоматизации оборудования, а также наличием средств автоматизации. Поэтому для каждого объекта объем автоматизации должен устанавливаться отдельно.

	На котлоагрегатах, кроме автоматической регуляции непрерывных процессов: горение, температура перегрева, продува, должны применяться разнообразные виды защиты: автоматическое блокирование вспомогательного оборудования, автоматический контроль и учет работы агрегата. Основные запорные и регулирующие устройства котлоагрегата должны иметь дистанционное управление. Одним из основных этапов является автоматизация процесса горения топлива, для чего необходимо связать между собой регулирование подачи топлива и требуемые показатели пара.

	Существует достаточне количество методов автоматизации и способов управления технологическим процессом.  Но, главной составляющей любой  автоматизации является регулятор. Регуляторы следят за изменением некоторых параметров объекта управления (непосредственно, или с помощью наблюдателей) и реагируют на их смену с помощью алгоритмов управления в соответствии с заданным качеством управления. 

	Таким образом, нужно разработать систему автоматического управления парообразованием, которая бы полностью удовлетворила особенность данного процесса. А именно, генерировала импульсы управляющего действия, которые бы, влияя на систему, приводили ее к нужным параметрам, оперативно реагируя на наличие неконтролированных  внешних колебаний.

	

1.1. Общие положения парогенератора

	

	 Котел имеет П-подобную компоновку и состоит из камеры сгорания и конвективной шахты (опускной газоход), соединенных между собой поворотным (горизонтальным) газоходом. 

	 В поворотном соединительном газоходе расположен конвективный пароперегреватель и конвективный пучок, в опускном (нисходящем) газоходе расположенные водяной экономайзер и воздухоподогреватель. 

	Продукцией котельного цеха является насыщенный водяной пар с необходимыми параметрами, которой используется в технологических потребностях. 

	В состав котлового агрегата входит: камера сгорания, горелка, барабан котла, сухопарник, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель и пароохладитель. Для повышения экономичности работы,  котел поставляют с чугунным водяным экономайзером, который позволяет снизить температуру отходных газов. 

	К вспомогательному котловому оборудованию относятся тягодувные и питательные устройства,  топливоподатели, а также контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации. 

	В качестве основного топлива на производстве используется доменный или естественный газ. Насыщеный водяной пар используется для технологической потребности других основных цехов [2]. 

	

1.1.1. Камера сгорания 



	 Камера сгорания имеет призматическую форму с объемом 780 м3. Она  полностью экранирована и рассчитана на сжигание доменного и естественного газов.  Отмеченные виды топлива могут сжигаться раздельно и в смеси друг с другом. 

	 Стена топки экранирована трубой диаметром 60x3,5 мм. 

	 Выход газов из топки осуществляется через четырехрядный фестон, за которым расположен конвективный пучок, который состоит из 4-х рядов труб в глубину и 36 рядов по ширине котла.  Четырех рядный фестон образован  трубой заднего экрана с поверхностью нагрева 35 м2. 

	Каждый боковой экран разделен на три блока, каждый из которых имеет по одному нижнему коллектору и по два верхних коллектора, в нижних коллекторах фронтовой, задней и центральной части бокового экранов установлена перегородка. 

	 Камера экранов выполнена из трубы диаметром 273x24 мм.

	 

	

	

	

1.1.2. Горелка 



	 Топочная камера оборудована шестью саморегулирующимися плоскими факельными горелками, которые обеспечивают сжигание доменного и естественного газов в любых соотношениях, обеспечивая расчетные параметры пара на нагрузке 50-100% от номинальной.  Горелка расположена на боковых стенках котла (по три горелки на стенку). 

	 Максимальная затрата доменного газа на горелку - 18300 м3/ч; естественного - 500 м3/ч.  На горелку 1, 2, 5, 6 подается доменный и естественный газы, на горелку 3, 4  - только природный газ, на горелку подается только доменный газ  [2] .

	

1.1.3. Барабан котла 



	 Барабан котла являет собой горизонтальный пустой цилиндр с сферическими днищами диаметром 1600x45 мм и длиной 9500 мм  Барабан изготовлен из сварной стали. 

	 В днищах барабана есть лазы для возможности выполнения ремонтных работ. 

	 Барабан котла оборудован внутри барабанной сепарацией, которая состоит из паросборочного дырчатого потолочного листа и жалюзийного сепаратора, и 15-тью паровыми выносными циклонами диаметром 377x13 мм и высотой 3960 мм каждый. 

	Основным назначением паросепарационных устройств является гашение кинетической энергии, которая входит в барабан, и в выносные паровые циклоны пароводяных потоков. Происходит отделение мелкой капельки воды от пара и максимальное его  осушение. 

	 Паросборочный дырчатый щит предназначен для равномерного заполнения парового объема устройств сепарации перед пароотводящей трубой.  Его выполняют в виде горизонтальных листов с отверстием диаметром 6 мм.  Гидравлическое сопротивление щита не должно превышать 300-350 кгс/м2. 

	 Жалюзийный сепаратор представляет собой набор большого числа гофрированных жалюзей.  В них естественная сепарация дополняется механической за счет центробежного эффекта, который возникает в результате поворотов потока влажного пара. 

	 Выносные циклоны расположены вне барабана котла, но соединены с им.  В циклоне происходит отделение основной массы воды от пара, в паровом объеме достигается высокая осушка пара за счет естественной сепарации. 

	 При входе в циклон происходит снижение кинетической энергии пароводяной смеси.  Под воздействием центробежной силы вода отжимается к стенкам циклона и стекает по ним вниз.  В циклоне при этом образуется лейкоподобный уровень. 

	 Достоинство выносных циклонов по сравнению с циклонами в середине барабана заключается в том, что их можно выполнять со значительной высотой парового пространства.  Поэтому в них достигается хорошая осушка пара даже при котельной воде с очень высоким содержанием примеси. 

	 Выносные паровые циклоны выполнены в виде вертикальных коллекторов с диаметром 377x18 мм и высотой 3960 мм 

	 Вдоль барабана, в водяном пространстве располагается питательная распределительная труба с отверстиями диаметром 6 мм, расположенных под углом 30 °С.  Наличие большого количества отверстий в трубе позволяет равномерно распределить питательную воду по всему барабану. 

	 Вдоль барабана, под уровнем воды, размещенная труба с отверстием для введения фосфата, труба для аварийного сброса воды из барабана котла. 

	  Котел оборудован двухступенчатой схемой испарения, сущность которой заключается в том, что водяной объем и парообразующего циркуляционные контуры котельного агрегата разбиты на несколько независимых отсеков с подачей всей питательной воды лишь в первый отсек (барабан котла) и отведением воды в непрерывный продув из второго отсека. 

	 В результате значительной «внутренней продувки» в водяном объеме котельного агрегата создается химический перекос, то есть  количество примеси в котельной воде в каждом следующем отсеке устанавливается больше, чем в предыдущем. 

	 Чистота пара, которая генерируется котельным агрегатом со ступенчатым испарением, определяется главным образом солесодержанием чистого отсека, производительность которого составляет приблизительно 70-80% и больше от паропродуктивности котла.  Следовательно, эффективность работы котла зависит в основном от содержания примеси в котельной воде чистого отсека.  Чем меньше солесодержание котловой воды в чистом отсеке, тем меньше будет содержание примеси в паре, которая отводится из барабана котла. 

	Первая степень испарения включает барабан котла, к которому подключен левый и правый боковой экраны (по 46 труб диаметром 83x4 мм из каждого экрана); фронтовой экран (72 трубы диаметром 83x4 мм); котельный пучок (108 труб диаметром 83x4 мм); задний экран ( 72 трубы диаметром 83x4 мм). 

	 Вторая степень испарения включает у себя 4-е выносных циклона диаметром 426x13 мм и длиной (высотой) 4725 мм с подключенным к ним 24-мя трубами диаметром 83x4 мм с левого и правого боковых экранов. 

	 Из выносных циклонов пароводяная эмульсия поступает по 4-м трубам диаметром 108x5 мм в выносные паровые циклоны, где происходит дополнительная сепарация пароводяной эмульсии, которая поступает после элементов 1-й и П-й степени испарения. 

	 Из 15-ти паровых выносных циклонов пар поступает по трубе диаметром 133x6 мм в паровой коллектор диаметром 219x12 мм, а из его в сухопарника на пароохладитель и дальше в пароперегреватель. 

	 Из паровых выносных циклонов вода смахивает по трубе 60x5 мм в два пароводяных коллектора диаметром 159x8 мм, а дальше в барабан котла под уровень воды [2].

	

1.1.4. Сухопарник 



	 Сухопарник представляет собой горизонтальный пустой цилиндр со сферическим днищем диаметром 960x32 мм, изготовленный из сварной стали, длиной 7800 мм 

	 Сухопарник предназначен для дополнительной осушки насыщенного пара, которая выходит из барабана котла. 

	 В днищах сухопарника есть лазы для возможности выполнения ремонтной работы. 

	 Сухопарник оборудован поверхностным пароохладителем. 

	 Корпус сухопарника оборудован 4-мя предохранительными клапанами. 

	

1.1.5. Пароперегреватель 



	 Пароперегреватель - вертикальный, конвективного типа, расположенный в горизонтальном газоходе за фестонами и конвективным пучком. 

	 Пароперегреватель служит для дополнительного нагрева (перегрева) сухого насыщенного пара до необходимой температуры. 

	 Площадь поверхности нагревания пароперегревателя 781 м. 

	 Пароперегреватель котла противоточно-потокового типа, выполненный из 76-ти двойных змеевиков диаметром 38x3,5 мм.  Противоточно-потоковая схема включения пароперегревателя позволяет более рационально использовать токи пара и газов, что обеспечивает высокую экономичность и надежную его работу. 

	 Скорость пара в пароперегревателе должна быть достаточной для того, чтобы стенки змеевика охлаждались во избежание перегрева.  С другой стороны, она должна быть достаточной, чтобы не создать лишний перепад давления пара в пароперегревателе. Обычно перепад давления в пароперегревателе составляет 5-10% давления в котле. 

	 Нормальная скорость пара в змеевиках пароперегревателя с избыточным давлением до 30 кгс / см2 - 15-25 м / сек, а с избыточным давлением 35кгс/см2 - 12-18 м / сек [2]. 

	 Следует иметь в виду, что в случае неравномерного распределения пара по всем параллельным змеевикам или в случае газового перекоса температура металла отдельных змеевиков может сильно повышаться.  В результате этого металл змеевиков пароперегревателя теряет свою прочность и трубы разрываются. 

	 Основное требование, которое предъявляется к пароперегревателю, заключается в поддержке постоянного номинального перегрева пара без значительных отклонений температуры перегретого пара ± 5 °С. 

	 Причины, которые вызывают нарушения нормальной работы пароперегревателя, разные, - одна из их заключается в резком изменении нагрузки котла: с ростом нагрузки температура перегретого пара повышается, а при уменьшении снижается.  Снижение температуры питательной воды вызывает повышение температуры перегретого пара, так как для получения номинальной паропродуктивности котла придутся увеличивать количество топлива, которое сжигается, что вызывает увеличение количества газов, которые проходят через пароперегреватель, и их скорость. 

	 Особенно ярко это явление наблюдается при изменении вида топлива, которое сжигается, при переходе с доменного газа на природный газ, который содержит большое количество метана, который при сжигании образует водяной пар. 

	 Повышенный против нормы перегрев может происходить также в результате неправильного режима работы топки, когда факел затягивается в конвективный пучок, и процесс горения продолжается в области пароперегревателя. 

	 Снижение перегрева пара наблюдается при загрязнении внешней или внутренней поверхности змеевиков пароперегревателя, при влажном пари в результате плохой сепарации, при низкой нагрузке котла и так далее.

	

1.1.6. Водяной экономайзер 



	 На котле установлен стальной змеевиковый, трубчатый, горизонтальный водяной экономайзер кипящего типа, поверхностью нагрева 40м2. 

	 Водяной экономайзер расположен за пароперегревателем по поступлению топочных газов в нисходящем опускной газоходе.  Он предназначен для подогрева питательной воды перед поступлением ее в котел, при этом используется тепло дымовых газов, что способствует повышению экономичности котлоагрегата. 

	 В экономайзерах кипящего типа происходит частичное (до 15-25%) испарение воды. 

	 Экономайзер изготовлен из трубы диаметрами 3,8x3,5 мм, змеевики в пакетах установлены в шахматном порядке. 

	 Неравномерное распределение воды в отдельных змеевиках может привести к поломке и аварии.  В кипящих экономайзерах (в их исходной части) может состояться расслоение пароводяной смеси.  Это может вызывать прережигание змеевика (при высокой температуре дымовых газов).  В связи с этим экономайзеры рассчитывают так, чтобы скорость воды на выходной части кипящих экономайзеров была не менее 1 м/сек.  Во избежание перегрева воды в экономайзере во время разжигания котла нижняя входная камера его соединенные с помощью так называемой рециркуляцийних линии с водяным объемом барабана котла.  Таким образом, экономайзер включается в циркуляцию котла и котельная вода может перетекать из барабана котла в экономайзер в меру отведения горячей воды или пароводяной смеси из экономайзера в барабан.  На этой линии установлены запорные вентили, которые при нормальной работе находятся в закрытом состоянии.  [2] 

1.1.7. Подогреватель воздуха 



	 В конвективной части котла (опускной, нисходящий газоход) установлен трубчатый четырехходовой по воздуху и одноходовой по дымовым газам подогреватель воздуха с площадью поверхности нагрева 5940 м2. Подогреватель воздуха выполнен из трубы диаметром - 51x1,5 мм 

	 Дымовые газы проходять по трубе, а воздух -  межтрубному пространству. 

	 Подогреватель воздуха служит для подогрева воздуха перед поступлением его в топку. 

	 Движение газов и воздуха в подогревателе воздуха, как правило, осуществляется по принципу противотока.  Трубчатые подогреватели воздуха имеют высокий коэффициент теплопередачи (15-18 ккал/м).  Они просты в изготовлении и надежны в эксплуатации. 

	 Компоновка воздухоподогревателя сводится в основном к рациональному размещению его в газоходе и выбору оптимальной скорости газа и воздуха.  Скорость газа бывает в пределах 10-18 м/с, а воздуха - около 5-9 м/с. Соотношение скорости воздуха к газу должно быть 0,5.  Трубчатые подогреватели воздуха обычно устанавливаются с таким расчетом, чтобы  дымовые газы в их двигались сверху к низу. Расположение трубы в шахматном порядке.  Подогреватель воздуха оборудован компенсаторами. 

	

1.1.8. Пароохладитель 



	 На котле используется паровая регулирование температуры перегретого пара, которая заключается в том, что пар пропускают через пароохладитель поверхностного типа, который установлен в сухопарнике, на входе пара в пароперегреватель. 

	 При установке пароохладителя на входе в пароперегреватель температура пара регулируется на всем тракте за пароохладителем.  Поверхностный пароохладитель с охлаждением пара питательной водой являет собой трубчатый теплообменник с поверхностью охлаждения 23 м2. 

	 Охлаждающая вода двигается по трубе, а весь пар проходит в межтрубном пространстве.  Степень охлаждения пара зависит от затраты воды на пароохладитель.  При этом изменяется температурный перепад и меньшей мерой - коэффициент теплопередачи. 

	 Изменение затраты воды в пароохладителе проводится с помощью клапана.  Пароохладитель поверхностного типа снижает температуру пара на 40-50 ° С.  При этом через Пароохладитель проходит до 40-60% затраты питательной воды.  Нагретая вода в пароохладителе повышает температуру питательной воды на 20-25 °С. 

	

1.1.9. Горелка 



	 Котел оборудован 6-ю плоскофакельными горелками.  Фронтовая стенка котла топки оборудована 2-мя плоскофакельными горелками № 3,4, на которые подается только доменный газ, на горелки 1 и 6, расположенные на боковых стенках котла (боковая левая и боковая права стенки экранов) подается доменный и естественный газы, на горелки 2 и 5-расположенные на стенках боковых экранов (права, левая) подается только природный газ. 

	 В топке котла сжигается совместно или раздельно доменный и естественный газы.  Для сжигания этих топлив топка котла оборудована четырьмя саморегулирующимися плоскофакельними горелками.  Самрегулирующаяся плоскофакельная горелка представляет собой два воздушно-газовых сопла, направленных под углом 80 °С друг к другу. 

	 В верхнее сопло по периферийному и центральному каналам подается 40% от общего количества воздуха, который подается на горелку, а также доменный газ. 

	 В нижнее сопло горелки подается 60% воздуха и природный газ по трубке диаметром 28x3 мм  Дробление потоков воздуха, доменного газа в верхнем сопле и природного газа, в нижнем, обеспечивает работу котла с нормальным коэффициентом избытка воздуха в топке. 

	 При работе на доменном газе газовоздушный импульс верхнего сопла более могуче импульсу нижнего сопла, потому факел смещается в холодную лейку, восприятие тепла в нижней части топки увеличивается, что приводит к снижению температуры газов на выходе из топки.  Это позволяет обеспечить работу котла на доменном газе с нагрузкой 80-90 т/ч. 

	 При работе котла на природном газе газовоздушный импульс нижнего сопла выше, чем верхнего, факел смещается вверх, температура газов на выходе из топки повышается и увеличивается температура перегретого пара. 

	 При работе на смеси доменного и естественного газов факел в топке занимает промежуточное положение, таким образом, обеспечивается саморегулирование температуры перегретой пара.  Затрата доменного газа на горелку составляет (от 30 до 60% по теплу) - 72900 нм3/ч с давлением - 400 кгс/м; давление воздуха перед горелкой - 150 кгс/м  и температурой горячего воздуха 250 ° С.  Затрата природного газа на горелку - 2000 нм3 /ч. 

	

1.1.10. Предохранительные устройства 



	 Для защиты элементов котла от повышения давления в барабане и исходном коллекторе пароперегревателя котел оборудован предохранительными клапанами установленными: 

	 1) на сухопарнике - 3 шт; 

	 2) на исходном коллекторе пароперегревателя - 2 шт. 

	 Для предотвращения разрушения обмуровки и других элементов котла при возможных взрывах и аплодисментах в топке и газоходах котел оборудован взрывными клапанами (два в верхней части топки, два - в газоходе за пароперегревателем). 

	

	

	

	

	Таблица 1.1. Характеристика котла и его вспомогательного оборудования 

	№ п.п

	

	Наименование величины

	

	Обозначение

	

	Значение величины

	

	1

Тип котла



	ТП-150-1

	

	

	2

Паропродуктивнисть



	т/г

	

	80-90

	3

Давление пара в барабане



	кгс/см

	

	34

	4

Давление перегретого пара



	кгс/см2

	

	31

	5

Температура перегретого пара



	°С

	

	425

	6

Температура питательной воды



	°С

	

	102

	7

Объем топочной камеры



	м3

	

	780

	8

Площадь поверхности нагревания:

1) радиационная поверхность экранов;

2) фестона;

3) конвективного пучка



	

	м2

	м2

	м2

	

	

	431

	35

	285

	9

Пароперегреватель

- тип

- Диаметр трубы змеевиков



	м2

	-

	м2

	

	781

	-

	38x3,5

	

	10

Водяной экономайзер

- Поверхность нагрева

- Диаметр трубы



	

	м2

	мм

	

	

	1140

	38x3,5

	

	11

Подогреватель воздуха

- Поверхность нагрева

- Диаметр трубы



	

	м2

	мм

	

	

	5940

	51x1,5

	

	12

Пароохладитель

- Поверхность охлаждения

- Возможное снижение температуры пара



	

	м2

	°С

	

	

	23

	40-50

	13

Водяной объем котла



	м3

	

	56

	14

Горелка

- количество

Производительность по:

домен газа

природному газу



	

	шт

	

	м3/ч

	м3/ч

	

	

	6

	

	18000

	500

	

	

	

	

	

1.1.11. Контрольно-измерительные приборы 



	 Котлоагрегат оборудован тепловым щитом который показывает и регистрирует контрольно-измерительными приборами: 

	 1) показатели приборов, контролирующих все необходимые параметры для правильного ведения технологического процесса и пусковой операции; 

	 2) сигнализирующими приборами, контролирующими параметры, отклонение которых от нормы может привести к аварии; 

	 3) самопишущими приборами, контролирующими параметры, учет которых необходим для анализа работы котла и хозяйственных расчетов. 

	 Оперативные приборы размещены на щите оперативного контроля, приборы периодического контроля - за пультом. 

	 Перечень основных контролируемых параметров по котлу приведен в таблице 2: 

	Таблица 1.2. 

	Основные контролируемые параметры

	№ п.п

	

	Наименования контролируемого параметра

	

	Место установки

	

	Примечание

	

	1.

	Расход

	

	

	

	1.1

	Питательной воды на котел

	

	щит

	

	самопишущий

	

	1.2

	Перегретого пара

	

	щит

	

	самопишущий

	

	1.3

	Воды на пароохладитель

	

	щит

	

	самопишущий

	

	1.4

	Доменного газа на котел

	

	щит

	

	самопишущий

	

	1.5

	Природного газа на котел

	

	щит

	

	самопишущий

	

	1.6

	Доменного газа на водку

	

	щит

	

	самопишущий

	

	1.7

	Продувной  воды

	

	щит

	

	самопишущий

	

	2.

	Давление

	

	

	

	2.1

	Пара в котле

	

	щит

	

	самопишущий

	

	2.2

	Перегретого пара

	

	щит

	

	самопишущий

	

	2.3

	Питательной воды

	

	щит

	

	самопишущий

	

	2.4

	Доменного газа

	

	щит

	

	самопишущий

	

	2.5

	Природного газа

	

	щит

	

	самопишущий

	

	2.6

	Воздух после вентилятора

	

	щит

	

	показной

	

	2.7

	Воздух перед горелкой

	

	по месту

	

	показной

	

	2.8

	Топлива перед горелкой

	

	по месту

	

	показной

	

	

	3. Температура

	

	

	

	3.1

	Перегретого пара

	

	щит

	

	самопишущий

	

	3.2

	Питательной воды

	

	щит

	

	самопишущий

	

	3.3

	Горячего воздуха

	

	щит

	

	самопишущий

	

	3.4

	Газов по газовому тракту

	

	

	щит

	

	самопишущий

	

	

	4. Разжижение

	

	

	

	4.1

	В топке

	

	щит

	

	показной

	

	4.2

	По газовому тракту котла

	

	по месту

	

	показной

	

	

	5. Уровень

	

	

	

	5.1

	В котле

	

	щит

	

	самопишущий

	

	5.2

	В котле

	

	сниженный

	

	самопишущий

	

	

1.2. Автоматическая регулирование и тепловая защита 



	 Для поддержки номинальных параметров работы без вмешательства обслуживающего персонала котел оборудован автоматической регуляцией питания котла водой. 

	 Регулятор питания котла водой предназначен для поддержки номинального уровня воды в барабане котла.  Регулятор – трех импульсный (затрата пара, затрата питательной воды и уровень в барабане). 

	 При отклонении уровня регулятор влияет на регулирующий клапан на блоке питания. 

	 Автоматизация котла предусматривает электродистанционное управление регулирующими клапанами и отсекающей задвижкой на трубопроводах доменного и естественного газов, а также главной паровой задвижкой, регулирующими клапанами и задвижкой, на питательных трубопроводах, задвижкой на трубопроводах аварийного слива и продувы пароперегревателя. 

	  Автоматическая защита тепломеханического оборудования предназначена для остановки котла или отключения (включение) отдельных механизмов и устройств в тех случаях, когда параметры его работы отклоняются к аварийным значениям, которые могут привести к серьезным повреждениям оборудования и травмировать обслуживающий персонал. 

	 Защиты которые действуют на отключение котла: 

	при увеличение уровня воды в котле до  +200 мм; 

	при выпуск воды из барабана котла до -200 мм; 

	при остановке двух вентиляторов; 

	при падении давления доменного газа до 50 кгс/м2 (при работе котла только на доменном газе); 

	при падении давления природного газа до 100 кгс / м2 (при работе котла только на природном газе); 

	при падении давления воздуха после вентиляторов до 20 кгс/м2; 

	при остановке двух димососов (остановка двух димососов влечет остановку двух тяговых вентиляторов); 

	при снижении температуры перегретого пара ниже 380 °С. 

	 При срабатывании любой из перечисленных выше защит происходит отсечка подачи всех видов топлива, на которых работает котел, закрытие главной паровой задвижки. 

	 При срабатывании защит по увеличению уровня воды или падению уровня,  закрывается главная водяная задвижка. 

	 Кроме защит, что действуют на полную остановку котла, предусмотренные локальные защити, не действующие на остановку котла: 

		при снижении давления одного из видов топлива к аварийному значению при работе котла на смеси; 

		при повышении уровня в барабане котла на 80 мм выше нормального; 

		при повышении температуры перегретой пара выше 425 °С; 

		при повышении давления перегретой пара выше 35 кгс/см2. 

		при остановке одного из дуттьових вентиляторов его направляющий аппарат закрывается; 

		при повышении уровня воды в барабане котла до 80 мм выше нормального, открывается вентиль на трубопроводе аварийного сброса воды из барабана.  При снижении уровня воды в барабане до 40 мм выше нормального - вентиль закрывается.

		При падении давления одного из видов топлив при работе котла на смеси происходит срабатывание отсечного клапана и закрывается задвижка на отводе к котлу и у горелки на том газопроводе, где снизилось давление газа к аварийному.  Котел при этом остается в роботе на том газе (естественном или доменном), давление которого обеспечивает стойкую работу котла   [4]. 

	

1.3. Описание технологического процесса 



	Котельная установка являет собой сложное техническое сооружение. Котел ТП-150 - однобарабанный, вертикально-водотрубный, П-подобной компоновки, с естественной циркуляцией. Котел предназначен для выработки перегретого пара при сжигании смеси газов [2]. 

	Ниже на рис. 3.1 приведена упрощенная структура производства пара. 

	

	

	Рис.3.1 - Структура производства пара

	

	 Рабочими ресурсами служат топливо, воздух, вода.  Топливо, сгорая в топке, то есть вступая в химическую реакцию с воздухом, образует горячие газы, которые с помощью  тяговых устройств, проводятся по газоходам котлоагрегату, охлаждаются и выбрасываются в окружающую среду. 

	 В барабане парового котла пар выходит насыщенным, и в случае потребности он перегре.......................