УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ КОТЛОАГРЕГАТОМ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и предназначена для автоматического контроля и оперативного управления котлоагрегатом в зависимости от значения заданных параметров тепловой энергии, например параметров температурного графика.
Конструкции современных котлоагрегатов представляют собой довольно сложные технологические объекты с большим количеством контролируемых и управляемых параметров: подача и давление топлива, воздуха и воды, режимы теплотехнических процессов топки и котла, содержание продуктов сгорания в дымовом газе и пр.
Из уровня техники известны различные устройства и системы автоматического регулирования и управления параметрами котлоагрегатов, например:
- система автоматической оптимизации процесса горения топлива по а.с. №735869 от 17.12.76 г., реализующая способ управления параметрами соотношения "топливо-воздух" топки котла;
- отопительная установка по патенту №847944 от 25.11.77 г., реализующая способ управления параметрами теплоносителя в контуре горячего водоснабжения;
- система автоматического регулирования параметров процесса горения по а.с. №1474386 от 25.09.86 г., реализующая способ контроля содержания продуктов горения в дымовом газе;
Недостаток известных устройств заключается в том, что системы их автоматики реализованы на основе релейно-контактных элементов, которые морально устарели и не соответствуют требованиям СНиПов и правил безопасности.
В настоящее время на мировом рынке появилось большое разнообразие быстродействующих и высоконадежных систем автоматики, в основе которых используются последние достижения в области микроэлектроники, программного управления и регулирования процессов.
Известна система автоматического контроля и управления котлоагрегата по патенту №2300705 от 21.01.05 г., реализующая способ контроля и управления целого ряда параметров: состояния соотношения "топливо-воздух", разрежения в дымовом тракте, содержания окиси углерода и кислорода в дымовом газе. Система осуществляет измерения параметров расхода топлива и воздуха, которые вводятся в контроллер одновременно с поступающими от датчиков параметрами содержания окиси углерода и кислорода в дымовых газах и параметрами управления топливом и воздухом. Контроллер формирует полученные данные в виде сигнала, направляемого на управляющие блоки на базе преобразователей частоты для последующего управления исполнительными механизмами, в частности, плавного регулирования скорости приводных асинхронных двигателей вентилятора подачи воздуха и вентилятора дымососа, которые в свою очередь постоянно поддерживают соотношение окислов дымовых газов в контролируемом диапазоне значений.
Техническое решение по патенту №2300705 можно принять за прототип, так как оно имеет максимальное количество одинаковых с заявленной полезной моделью существенных признаков.
Недостатками данного устройства являются: отсутствие возможности автоматизированного поддержания температурного графика, описывающего зависимость температур наружного воздуха и температуры воды в трубопроводе прямой и обратной подачи котлоагрегата с учетом поправки на скорость ветра, а также отсутствие возможности ручного управления в случае отказа автоматики, отсутствие системы автоматического розжига котлоагрегата и аварийной сигнализации.
Задача полезной модели - повысить эффективность работы котлоагрегата, обеспечив оптимальные условия его функционирования, путем автоматизации процесса поддержания температурного графика, увеличить надежность его работы и исключить возможные ошибки оператора при ручном управлении, а при возникновении аварийных ситуаций производить оповещение обслуживающего персонала.
Технический результат достигается тем, что устройство автоматического контроля и управления котлоагрегатом включает контроллер и связанные с ним блок управления подачей топлива, частотные преобразователи, управляющие подачей воздуха и удалением продуктов сгорания, а также датчики тягодутьевых параметров котлоагрегата. При этом, устройство выполнено с возможностью обеспечения оптимальных условий функционирования котлоагрегата посредством автоматического управления подачей топлива, воздуха и удаления продуктов сгорания при помощи заранее заданных значений параметров температурного графика, формируемых с отдельного пульта управления, с учетом текущих контролируемых значений тягодутьевых параметров и дополнительно оборудовано блоками розжига топочного устройства котлоагрегата, аварийной сигнализации, ручного управления.
На фиг.1 представлена схема заявленного устройства. Устройство автоматического контроля и управления котлоагрегатом включает в себя:
- пульт управления;
- датчики температуры наружного воздуха и скорости ветра;
- блок аварийной сигнализации;
- контроллер;
- блок ручного управления;
- частотный преобразователь, управляющий удалением продуктов сгорания;
- блок управления подачей топлива;
- частотный преобразователь, управляющий подачей воздуха;
- блок розжига топочного устройства;
- котлоагрегат.
На фиг.2 представлена развернутая схема устройства автоматического контроля и управления котлоагрегатом.
Устройство содержит пульт управления (21), с которого задается температурный график работы, параметры которого поступают в контроллер (19). Частотные преобразователи (18), управляющие подачей воздуха и удалением продуктов сгорания, преобразуя переменный сигнал управления, поступающий от контроллера (19) в переменный сигнал изменения частоты, плавно регулируют скорости приводных асинхронных двигателей исполнительных механизмов: вентилятора подачи воздуха (12) в топку котлоагрегата (6) и вентилятора дымососа (2). Регулирование осуществляется в зависимости от значений давления воздуха и разрежения, полученных от датчиков давления (11) и разрежения (5) воздуха.
В блок подачи топлива входит регулятор подачи топлива (17) и датчик давления газа (16).
Для осуществления автоматического розжига котлоагрегата (6) в устройстве предусмотрен блок розжига, состоящий из газового запальника (13), датчика контроля пламени (14) и клапанов (23, 24, 25, 26).
Заявленное устройство дополнительно оборудовано: блоком ручного управления (4), предназначенного для управления котлоагрегатом (6) в случае отказа автоматики; блоком аварийной сигнализации (15), оповещающей обслуживающий персонал о ее возникновении.
Устройство работает следующим образом. По команде запуска устройство производит автоматический розжиг котлоагрегата (6) по определенному алгоритму розжига котла, включающему три основных этапа: вентиляцию котлоагрегата; автоматический розжиг; регулирование температуры в трубопроводе прямой и обратной подачи воды котлоагрегата согласно заданному температурному графику.
При автоматическом розжиге контроллер (19) подает сигнал на частотные преобразователи (18), управляющие подачей воздуха и удалением продуктов сгорания. Вентиляторы подачи воздуха (12) и дымососа (2) создают разрежение и давление воздуха, необходимые для осуществления вентиляции топки котлоагрегата (6). По истечении времени вентиляции, выдается сигнал на открытие отсечного клапана (23), клапана запальника (25) и включение трансформатора зажигания газового запальника (13). По истечении времени стабилизации пламени запальника, открывается клапан основной горелки (26). На этапе прогрева котлоагрегата (6) подается малое количество топлива регулятором подачи топлива (17) и воздуха вентилятором подачи воздуха (12) с помощью частотного преобразователя (18) в топку котлоагрегата (6), создается малое разрежение вентилятором дымососа (2) с помощью частотного преобразователя (18). Затем клапан запальника (25) закрывается. После прогрева котлоагрегата (6) устройство переходит в режим регулирования температуры в трубопроводе прямой и обратной подачи воды котлоагрегата согласно заданному температурному графику. В случае возникновения аварийной ситуации клапан безопасности (24) открывается, а клапан основной горелки (26) и отсечной клапан (23) - закрываются.
С пульта управления (21) задается температурный график работы, параметры которого поступают в контроллер (19). Сюда же поступают текущие контролируемые значения температуры наружного воздуха и скорости ветра с соответствующих датчиков (22, 20), а также значения с датчиков температуры воды в трубопроводе прямой (7) и обратной (8) подачи воды с датчиков температуры (9, 10), значения окислов дымовых газов с кислородного датчика (1) и газоанализатора окиси углерода (3). На основе результатов сравнения контроллер (19) обеспечивает формирование управляющих воздействий на частотные преобразователи (18). Преобразователи частоты управляют асинхронными двигателями исполнительных механизмов вентилятора подачи воздуха (12) в топку котлоагрегата (6) и вентилятора дымососа (2). При этом контроллер (19) регулирует температуру в трубопроводе прямой и обратной подачи воды котлоагрегата (6), уменьшая или увеличивая подачу топлива с помощью блока управления подачей топлива. Также он одновременно регулирует количество подаваемого в камеру сгорания воздуха с помощью частотного преобразователя, управляющего подачей воздуха, и разрежение в дымовом тракте с помощью частотного преобразователя, управляющего удалением продуктов сгорания, для обеспечения оптимальных условий горения. Таким образом, достигаются оптимальные условия функционирования котлоагрегата (6).
В случае отказа любого блока, либо в случае возникновения аварийных ситуаций контроллер выдает команду на включение блока аварийной сигнализации (15), оповещающего обслуживающий персонал. Блок ручного управления (4) предназначен для управления котлоагрегатом (6) в случае отказа автоматики, и включает в себя запорно-регулирующую арматуру (27), управляемую операторами. Операторы отключают работу контроллера (19). Вентилятор подачи воздуха (12) и вентилятор дымососа (2) работают напрямую от сети. Управление всеми технологическими процессами котлоагрегата выполняется операторами вручную.
Использование заявленной полезной модели позволяет повысить эффективность работы с котлоагрегатом путем автоматизации процесса поддержания температурного графика, увеличить надежность его работы и исключить возможные ошибки оператора при ручном управлении, а при возникновении аварийных ситуаций производить оповещение обслуживающего персонала.
В целом же устройство автоматического контроля и управления котлоагрегатом оперативно компенсирует отклонения и восстанавливает значения параметров, соответствующих нормальному течению теплоэнергетического процесса.