Автоматическое регулирование водогрейных котлов


Проектом автоматизации и диспетчеризации предусматривается работа котельной без постоянного присутствия обслуживающего персонала с передачей аварийных сигналов посредством мобильной связи ответственным лицам и передачу рабочих и аварийных параметров работы котельной на диспетчерский пульт.

Система автоматизации-диспетчеризации газовой котельной выполняет следующие функции:

  1. Каскадное управление в автоматическом режиме тремя водогрейными котлами посредством программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК110-60).
  2. Автоматическое управление котловыми насосами от ПЛК110-60.
  3. Автоматическое управление сетевыми насосами от частотных регуляторов.
  4. Регулирование уровнем и поддержание необходимой температуры в баке аварийного запаса холодной воды.
  5. Управление клапаном безопасности от ПЛК110-60.
  6. Рассылку аварийных СМС сообщений на сотовые телефоны ответственных лиц при возникновении аварийных ситуаций на котельной.
  7. Передачу информации о параметрах работы газовой котельной (состояние насосов, клапанов, котлов; сигналы пожарно-охранной системы, сигнализаторов загазованности; значения температуры, давления и т.п.) на компьютер в диспетчерский пункт.
  8. Контроль и управление уровнем воды емкости запаса сырой воды.

В процессе проектирования была выполнена:


  • разработка программного обеспечения программируемого логического контроллера системы автоматизации-диспетчеризации газовой котельной;
  • разработка программного обеспечения диспетчерского компьютера на SCADA системе SimpleSCADA.

Система автоматизации газовой котельной

Каскадной работой 3-х котлов управляет контроллер ОВЕН ПЛК110-60. В параметрах конфигурации ПЛК110-60 устанавливается максимальная и минимальная границы температуры котлов (Tmax, Tmin), в пределах которых будет меняться вычисляемая температура. ПЛК110-60 автоматически не позволит превышать эти значения, отключая котлы. В данном режиме ведущим котлом является котел №1. Котлы №2 и №3 являются ведомыми.

Для контроля загазованности в помещении котельной установлен сигнализатор опасных газов по угарному газу (CO) и метану (CH4). При срабатывании сигнализатора загазованности (СН4 и 2 порог по СО) автоматически закрывается газовый клапан безопасности и формируется авария загазованности на приборе ПЛК110-60, сенсорной панели в щите ЩУ и на компьютере в диспетчерском пункте. Сброс аварии возможен только кнопкой «Сброс/Тест» на приборе загазованности. При аварии загазованности (СН4 и 2 порог СО) котельная останавливается и запуск котельной не возможен. При срабатывании порога 1 по СО срабатывает светозвуковая сигнализация на приборе и сигнал аварии передается на ПЛК110-60, а также на сенсорную панель щита ЩУ, газовый клапан безопасности при этом не закрывается. Сброс сигнала происходит после снижения концентрации СО автоматически.


В автоматическом режиме управление сетевыми насосами осуществляется посредством частотных преобразователей, установленных для каждого из 4-х сетевых насосов, которые осуществляют их регулирование (две линии по 2 насоса — основной и резервный). Регулирование работы насосов (поддержание заданного давления воды) происходит частотными преобразователями от аналоговых датчиков ПД100. Работа насосов контролируется по электроконтактному манометру. При падении давления на сетевом насосе формируется авария и включается резервный насос. Аварийный сигнал при падении давления на любом из 4-х сетевых насосов передается на ПЛК110-60, а от него на сенсорную панель щита ЩУ и на компьютер в диспетчерский пульт.

Аварийные сигналы от электроконтактных манометров от 3-х котловых насосов также передаются на ПЛК110-60, а затем на сенсорную панель щита ЩУ и на компьютер в диспетчерский пульт. Котловыми насосами в автоматическом режиме управляет ПЛК110-60 по температуре воды на входе и выходе из котла.

Аварийные сигналы от датчиков: «Пон.


пьютер в диспетчерский пункт. В автоматическом режиме работы котельной уставка температуры отопления отопительного контура (зимой -110/70 ⁰С, летом — 95/70 ⁰С) изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха в соответствие с графиком линейной зависимости. Точки графика климат-зависимого регулирования задаются в контроллере ПЛК110-60. Регулирование температуры отопления осуществляется с помощью изменения температуры котловой воды.

Регулирование уровнем и поддержание необходимой температуры в баке аварийного запаса холодной воды осуществляется контроллером ПЛК110-60 путем управления им повысительными насосами по сигналу от электродов — уровня, установленного в баке, и датчику давления воды, установленному на вводном трубопроводе холодной воды.

Система диспетчеризации газовой котельной

При возникновении любого аварийного сигнала на котельной система СМС оповещения рассылает информационные СМС сообщения на сотовые телефоны ответственных лиц.


Контроллер ПЛК110-60 по Ethernet подключен к 3G-роутеру, который автоматически подключается к сети Internet и обеспечивает удаленный доступ к регистрам контроллера. SIM-карта, установленная в роутере, имеет статический IP-адрес. OPC-сервер диспетчерского компьютера непрерывно опрашивает регистры ПЛК110-60 по протоколу Modbus-TCP. Диспетчерская программа на SimpleSCADA принимает данные с OPC-сервера, производит визуализацию полученной информации на мнемосхеме котельной, в виде графиков параметров и журнала событий, а также архивирует основные параметры газовой котельной.

В котельной установлены датчики пожарной безопасности (3 шт.), подключенные к прибору «Гранит-4». При срабатывании любого из датчиков формируются аварийный сигнал, срабатывает светозвуковая сигнализация на приборе «Гранит-4», далее этот аварийный сигнал поступает на ПЛК110-60, а затем на сенсорную панель щита ЩУ и компьютер диспетчерского пункта. На входной двери котельной установлен датчик-геркон от несанкционированного проникновения в помещение котельной, подключенный к прибору «Гранит-4». Снятие и установка контроля доступа в котельную осуществляется кнопкой «Выход», установленной и подключенной к прибору «Гранит-4». У входной двери в котельной установлен ручной пожарный извещатель, подключенный к прибору «ГРАНИТ-4».

Настроечные параметры системы автоматизации-диспетчеризации газовой котельной (временные интервалы, телефонные номера операторов и т.п.) задаются с панели оператора.


Система диспетчеризации осуществляет контроль рабочих диапазонов следующих параметров газовой котельной: температура контура котла (прямая, обратная), температура внешнего контура теплоснабжения (прямая, обратная), давление контура (прямая, обратная), давление ХВС на вводе, сигналы о работе: 3-х горелок, котловых и сетевых насосов, наличии напряжения на вводе, аварийные сигналы: загазованность по СН4, 1 и 2 порог, загазованность по СО, 1 и 2 порог, пожар в котельной, несанкционированное проникновение в котельную, авария 3-х горелок, авария котловых и сетевых насосов.

На диспетчерский компьютер передаются сигналы об авариях, сигналы состояния оборудования (работа насосов, горелок и т.п.), параметры газовой котельной (давление, температура и т.д.).

Передача данных параметров теплоносителя и количество тепла, вырабатываемого от котельной к потребителю осуществляется посредством теплосчетчика-регистратора «ВЗЛЕТ».

Аварийная сеть освещения подключается к контактам (+12В, ЛМП) прибора «Гранит-4». Аварийное освещение включается автоматически после пропадания основного питания. Категория надежности электроснабжения аварийного освещения -I.

В котельной установлена приточная установка АО-2-4. Управление смесительным краном подачи воды для приточной установки осуществляется от ПЛК110-60 по сигналу от температурных датчиков. Аварийный сигнал подпиточных насосов приточной установки от электроконтактных манометров поступает на ПЛК110-60, далее на сенсорную панель щита ЩУ и компьютер диспетчерского пункта.


Отопительные и отопительно-производственные котельные занимают одно из ведущих мест среди потребителей топливных ресурсов, причем их доля в общем энергетическом балансе страны составляет около 50%.

В настоящее время в городах эксплуатируются более 120 тыс. котельных, и в перспективе они будут иметь немаловажное значение. Индустриализация сельского строительства также требует значительного количества котельных малой мощности.

Техническая эксплуатация котельных «малой энергетики» связана с трудоемкими процессами. Для ее совершенствования требуется автоматизация и механизация основных технологических процессов. Важнейшей задачей автоматизации и механизации является обеспечение энергетического и материального баланса установки при оптимальном КПД, минимальных потреблении топливно-энергетических ресурсов, загрязнении окружающей среды, при экономичной и безопасной работе на любых нагрузках.

История автоматизации началась именно с регулирования паровых котлов. Ее современное состояние позволяет, увеличив экономичность котлоагрегатов, повысить безопасность, надежность и точность работы оборудования, обеспечить снижение численности обслуживающего персонала, облегчение его труда.

Наибольшая эффективность автоматической эксплуатации котельных предполагается при полной и комплексной автоматизации устройств основного и вспомогательного оборудования. Как известно, к первому относится сам котлоагрегат, дымососы и вентиляторы, ко второму – насосно-деаэраторная установка, химводоочистка, теплофикационная установка, станция перекачки конденсата, ГРС, склад мазута (угля) и топливоподача.


Уровень автоматизации котельных зависит от следующих основных технических факторов:

– назначения котла. По виду и параметрам энергоносителя котлы делятся на паровые, водогрейные, с высокотемпературным органическим теплоносителем (ВОТ). В качестве ВОТ применяются дифенильная смесь (ДФС), дитолилметан (ДТН) и дикулилметан (ДКМ) с температурой не более 310…380°С. Сюда входят стационарные и передвижные котлы, котлы-боилеры и котлы-утилизаторы;

– конструкции котла и его оборудования (барабанный, прямоточный, чугунный секционный с наддувом, микрокотел), вида тяги и т.п.;

– вида топлива (твердое, жидкое, газообразное, пылевидное, комбинированное (газомазутное)) и типа топливосжигающего устройства (ТСУ);

– вида потребителя (производственный, отопительный, индивидуальный и т.п.);

– числа котлов в котельной.

При составлении схемы автоматизации предусматривают основные подсистемы автоматического регулирования, технологической защиты, дистанционного управления, теплотехнического контроля, технологической блокировки и сигнализации.

Автоматическое регулирование обеспечивает нормальный режим работы котла (материальный и энергетический баланс) независимо от нагрузки.


станционно управляют вспомогательными механизмами, а также розжигом котла (иногда на расстоянии до 20 км и более). Технологические защиты предотвращают возникновение аварийных режимов котлоагрегата и вспомогательного оборудования. С помощью приборов теплотехнического контроля ведут непрерывное наблюдение за процессами, протекающими в котельной. Технологические блокировки обеспечивают заданную последовательность операций управления, исключая возможность неправильных операций, взаимодействуют с технологической защитой. Звуковая и световая сигнализация информирует обслуживающий персонал о состоянии оборудования, предупреждает о возникновении аварийной ситуации. Объем автоматизации зависит от вида котлоагрегата, схемы котельной и определяется СНиП II-35–76.

3. Автоматизация парогенераторов

Технологический процесс получения пара в барабанном парогенераторе (паровом котле) общего назначения обеспечивается АСР питания (регулирования уровня воды в барабане), АСР горения и нагрузки (регулирования давления пара, воздуха и разрежения в. топке) и АСР перегрева пара и продувки. Каждая АСР имеет свои особенности.

Уровень воды в барабане котла относится к числу главных регулируемых величин, определяющих безопасность и надежность работы самого агрегата и связанных с ним установок. Изменение уровня происходит вследствие увеличения или уменьшения расхода пара, изменения тепловой нагрузки топки и давления пара. Уровень должен поддерживаться в пределах допустимого, выход за эти пределы (перепитка и спуск воды) приводит к забросу воды в экономайзер, пароперегреватель и другие части котла или к обнажению и пережогу экранных трубок – к выходу котла из строя.


При плавных нагрузках, почти статических режимах задачу регулирования успешно решала «автоматика по Ползунову» – поплавковый датчик изменял подачу питательной воды перемещением клапана или воздействием на питательный насос. С увеличением мощности котлов, появлением большого числа потребителей с переменными, резко изменяющимися нагрузками обнаружилась одна особенность эксплуатации барабанных котлов, заставившая изменить принцип регулирования.

При резком отборе пара, т.е. при D^>D0, падает давление в барабане р<§Сро, что приводит при той же тепловой нагрузке к вскипанию пароводяной смеси, явлению «набухания». Это вызывает подъем уровня Н> >#о, на что поплавковый регулятор реагирует уменьшением притока воды GnB<G0, причем в момент большого потребления пара, когда необходимо подпитывать котел. Происходит реверс обратной связи: вместо отрицательной образуется положительная, и «набухание» становится тем больше, чем сильнее экранирован котел и меньше давление пара. К тому же объект не обладает самовыравниванием и имеет емкостное запаздывание. Динамическая характеристика с кривыми: астатической Hx(t) – от разности расходов пара и воды, статической – от «набухания» и результирующей H(t) представлена на рис. 18.1, а. На рис. 18.1, б показан трех- импульсный (есть и двухимпульсный) регулятор питания LC с сигналом по уровню и дополнительными – расходу пара и поступлению (давлению) питательной воды в котел. Регуляторы этого типа широко распространены в автоматике современных котлов благодаря стабильному поддержанию уровня.


Автоматическое регулирование водогрейных котлов

Таким образом, импульс по давлению пара определяет теплопроизводительность котла и используется для изменения подачи топлива.

Вместе с топливом должен быть подан необходимый для горения воздух, соотношение между ними показывает коэффициент избытка воздуха.

Соотношение «топливо–воздух» можно регулировать ло двум схемам: изменять расход топлива, соответственно меняя расход воздуха, и наоборот. Опыт подтверждает большую экономичность второго способа. При сжигании газа в инжекционных горелках используется первая схема. Существует и схема «пар–воздух», при которой на регулятор воздуха подается импульс по расходу пара. Ее применяют для котлов, работающих с постоянной нагрузкой, и при частой смене топлива, например в газомазутных котлах. По такой схеме может использоваться корректирующий импульс по расходу топлива, что повышает эффективность процесса его сгорания.

Материальный баланс «топливо + воздух = дымовой газ» обеспечивается соответствующим разрежением в топке, которое регулируется изменением направляющим аппаратом подачи дымососов или их частотой вращения. Таким образом, в автоматику горения включают три основных регулятора: топлива (нагрузки), воздуха (соотношения) и тяги. Иногда в роли регулятора нагрузки выступает регулятор воздуха.

При параллельной работе блока котлов на общую магистраль заданное давление в ней поддерживает главный, или ведущий, регулятор, который управляет нагрузкой всех котлов.

Автоматическое регулирование перегрева пара производится из условий надежности совместной работы котла и турбины одним из трех способов – паровым, газовым и парогазовым. Чаще используется паровой способ, когда в поверхностном переохладителе пар охлаждается питательной водой. Газовый способ основан на изменении теплоотдачи пароперегревателя перепуском дымовых газов, минуя его, парогазовый – на комбинации указанных способов.

Развернутая схема автоматизации парогенератора с большим количеством коммуникаций и линий связи достаточно сложна, поэтому на рис. 18.2 приведена упрощенная схема автоматизации газомазугного котла с нанесением блоков регулирования основными процессами.

Ведущий регулятор VII по импульсу рк давления пара в общекотельном коллекторе передает команду регулятору тепловой мощности III, изменяющему подачу топлива. Одновременно регулятор топлива получает информацию о расходе пара от датчика FT(1) и от дифференциатора PC – сведения о давлении в самом котле, которое может быть отличным от рк.

Регулятор воздуха IV получает сигнал от ведущего регулятора вместе с сигналами FT(3) по расходу воздуха Вз, топлива Т и по содержанию кислорода 02 в дымовых газах. При изменении режима регулятор приводит в действие направляющий аппарат дутьевого вентилятора ДВ. Регулятор питания VI изменяет подачу питательной воды в зависимости от ее расхода Gn.B, расхода пара D и уровня в барабане Н.

Регулятор тяги V увеличивает подачу дымососа ДС воздействием на его направляющий аппарат при изменении разрежения (–р) и синхронизирующего импульса от регулятора воздуха. Регулятор перегрева пара VIII изменяет температуру пара 6П. п впрыском питательной воды в пароперегреватель ПП по суммарному сигналу о температурах пара 6Пц и 6К.

Регуляторы давления топлива I и его температуры II управляют байпасным клапаном топливного насоса ТН и подачей теплоносителя в топливоподогреватель ТП, обеспечивая параметры рт и 6Т, необходимые для нормальной работы топливосжигающих устройств.

Автоматическое регулирование водогрейных котлов

Для котлов, работающих на твердом топливе, регулятор подачи топлива действует на плунжер пневмозабрасывателя (топки ПМЗ–ЛЦР, ПМЗ–РПК и др.), кроме топок с цепными решетками типа ЧЦР, не позволяющими плавно изменять подачу.

Автоматическое регулирование прямоточных котлов практически не отличается от барабанных. Исключением является отсутствие регулятора уровня в барабане. Однако предусматриваются обязательная синхронизация между подачей топлива и питательной воды и регулятор температуры пара. Ввиду высокой напряженности тепловых и гидроаэродинамических процессов большое внимание уделяется технологическим защитам, сигнализации и блокировке.

В аварийных ситуациях устройства технологической защиты должны либо остановить котел, либо перевести его на режим пониженной нагрузки или осуществить некоторые локальные операции. Затем выявляется и ликвидируется причина нарушения, повторный пуск в действие осуществляется дежурным персоналом.

Останов котла необходимо производить в следующих случаях: снижения температуры пара, падения давления топлива, погасания факела в топке, перепитки котла выше 2-го предела, упуска воды, останова обоих дымососов или вентиляторов. Управляющее воздействие – останов дутьевых вентиляторов и прекращение подачи топлива, дымососы работают для вентиляции газоходов.

Переводить котел на долевой режим (около 50% нагрузки) необходимо при повышении давления и температуры пара, останове одного дымососа или вентилятора. Управляющее воздействие – отключение половины ТСУ и блокировка регулятора топлива в сторону увеличения подачи. Локальными операциями могут быть: включение средств пожаротушения при загорании сажи, открытие рабочих и контрольных предохранительных клапанов при повышении давления пара на выходе и в барабане и ряд других воздействий.

При остановке регенеративных воздухоподогревателей котел останавливают или переводят на долевой режим. Останов прямоточных котлов производится также автоматической защитой при прекращении подачи питательной воды. Особое внимание уделяется предельному регулированию давления.

В настоящее время в промышленной энергетике широко применяются следующие типы водогрейных котлов: КВ-ГМ и ПТВМ-ЗОм — для сжигания газа и мазута, ТВГ — для сжигания газа и КВ-ТС — для слоевого сжигания твердого топлива.

Регулятор нагрузки котла получает импульс по температуре воды за котлом и воздействует на изменение подачи топлива к кот­лу (рис. 16.8).

Автоматическое регулирование водогрейных котлов

Рис. 16.8. Принципиальная схема регу­лирования нагрузки водогрейного кот­ла.

— температура воды за котлом ; Р — регулятор нагрузки; 3д — задатчик; ИМ — исполнительный ме­ханизм; РО — регу­лировочный орган.

Для котлов КВ-ТС исполнительный механизм регу­лятора нагрузки воздействует на плунжер пневмозабрасывателя. Регулятор соотношения топлива и воздуха включается по схеме топливо — воздух и получает два импульса: по расходу топлива и давлению воздуха.

Для котлов производительностью до 20 Гкал/ч импульс по рас­ходу топлива может быть заменен: при сжигании газа — импульсом по давлению газа перед горелками, при сжигании жидкого и твердого топлива — импульсом от датчика положения регулировочного органа исполнительного механизма регулятора нагрузки. Регулятор нагрузки воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора (при однозонных горелках) или на заслонку, установленную в воздухо­воде вторичного воздуха к горелкам (при двухзонных горелках). Для котлов ПТВМ-30 и КВ-ГМ-100, комплектуемых двумя дутьевы­ми вентиляторами, в схему включаются дополнительно следящий прибор и отдельные исполнительные механизмы для каждого на­правляющего аппарата вентиляторов (рис. 16.9).

Автоматическое регулирование водогрейных котлов

Рис. 16.9. Структурная схема ре­гулирования воздуха (топливо — воздух).

Dг – расход газа к котлу; Рв – давление воздуха перед котлом; DТ – расход топлива к котлу; Р — регулятор воздуха; 3д — задатчик; Сл — следящий прибор; ИМ1, ИМ2— исполнительные механиз­мы; РО1, РО2 — регулировочные органы.

Работа регулятора разрежения не отличается от работы анало­гичного регулятора для паровых котлов.


Использованные источники

  1. owen.ru/project/avtomatizaciya_vodogreynoy_tranportabelnoy_kotelnoy
  2. studopedia.ru/21_82531_avtomatizatsiya-kotelnih-ustanovok.html
  3. helpiks.org/5-103941.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.