2 Конструкторская (технологическая, исследовательская) часть

2.1. Компоновка оборудования

Котельная по надёжности отпуска теплоты потребителю относится ко II категории и работает на природном газе [4].

Предлагается оснастить котельную следующими средствами автоматизации.

Для управления процессом горения используется шкаф управления ШУК-03-УФ, центральным управляющим элементом которого является программируемый контроллер УМКА-03, и подконтрольные преобразователи частоты Триол АТ23, Триол АТ24.

Газорегуляторная установка на раме ГРУ на базе регулятора РДБК-1-50 с основной и резервной линиями редуцирования (ГРУ-50-2У1) используется для редуцирования высокого или среднего входного давления газа до требуемого и поддерживают давление газа в системе на заданном уровне вне зависимости от выходного давления и расхода газа.

Датчик давления ОВЕН ПД150 устанавливается на ГРУ с целью контроля и передачи данных о давлении на шкаф управления ШУК-03-УФ.

Датчик разрежения Метран-150CD контролирует разницу давлений подачи воздуха и выхода дымовых газов. Газоанализатор АДГ-210 определяет объёмную долю кислорода в дымовых газах выхлопа котельной установки.

Два расходомера воды Эталон-РМ, тепловычислитель ВКТ-5, два ультразвуковых преобразователя расхода УПР-600Ф-СТ20, установленных на входе и выходе теплоносителя в котел, и датчиками температуры Метран 2700 ТСП образуют теплосчётчик.

На каждый котельный агрегат устанавливаем отдельный вентилятор и дымосос.

2.2. Обоснование выбора оборудования

На котельной ООО «Энергетик» имеются в наличии четыре котла КВ-ГМ-10-150 (Рис.2.1). Рассмотрим их характеристики.

Рис.2.1. Котёл КВ-ГМ-10-150 (КВ-ГМ-11,63-150)

Основными элементами котла КВ-ГМ-10-150 (КВ-ГМ-11,63-150) являются топочный, конвективный блоки котла и газомазутная горелка.

Топочная камера имеет горизонтальную компоновку, экранирована трубами диаметром 60х3 мм, входящими в коллекторы диаметром 219х10 мм.

Конфигурация камеры в поперечном разрезе напоминает профиль железнодорожного габарита.

Таблица 2.1. Характеристики КВ-ГМ-10-150

Номер чертежа компоновки	23.8009.074; 23.8009.074-01
Тип котла	Водогрейный
Вид расчетного топлива	Газ
Теплопроизводительность, ГКал/ч	10
Теплопроизводительность, МВт	11.63
Рабочее (избыточное) давление теплоносителя на выходе, МПа (кгс/см2)	1,0-2,25 (10-22,5)
Температурный график воды, °С	70-150
Расчетный КПД , %	92
Расход расчетного топлива, м3/ч	1260
Габариты транспортабельного блока, LxBxH, мм	топочный блок 4540х3220х3820 конвективный блок 6330х3170х1410
Габариты компоновки, LxBxH, мм	9370х5000х7975
Масса котла без топки (транспортабельного блока котла), кг	топочный блок 5183; конвективный блок 8356

Конвективная поверхность нагрева, расположенная в вертикальном, полностью экранированном газоходе, состоит из U-образных ширм из труб 28х3 мм. Несущий каркас у котла КВ-ГМ-10-150 (КВ-ГМ-11,63-150) отсутствует. Каждый блок (топочный и конвективный) имеет опоры, приваренные к нижним коллекторам. Опоры, расположенные на стыке конвективного блока и топочной камеры, неподвижны.

При работе на мазуте котлы КВ-ГМ-10-150 (КВ-ГМ-11,63-150) по воде должны включаться по прямоточной схеме: вода подводится в поверхности нагрева топочного блока, отводится из конвективных поверхностей нагрева.

При работе только на газомазутном топливе включение котлов КВ-ГМ-10-150 (КВ-ГМ-11,63-150) по воде выполняется по противоточной схеме: вода подводится в конвективные поверхности нагрева, отводится из поверхностей нагрева топочного блока.

Котёл КВ-ГМ-10-150 (КВ-ГМ-11,63-150) оборудуется одной горелкой газомазутной типа РГМГ. Горелка устанавливается на воздушном коробе котла, который крепится на фронтовом экране к вертикальным коллекторам[14].

В топку котла устанавливается датчик разрежения Метран-150CD для отслеживания правильной подачи воздуха и отсоса дымовых газов (Рис.2.2).

Рис.2.2. Метран-150CD

В качестве регулятора давления подачи газа на ООО «Энергетик» используется газорегуляторная установка ГРУ-50-2У1 на базе регулятора РДБК-1-50 с основной и резервной линиями редуцирования (Рис. 2.3)[10].

Установки ГРУ на базе регуляторов давления РДБК-1-50 с основной и резервной линиями редуцирования снижают высокое или среднее давление газа до зафиксированного в настройках уровня, а затем поддерживают полученное выходное давление. В форс-мажорных ситуациях с понижением или повышением выходного давления по отношению к необходимым показателям подача газа в установки ГРУ-50-2У1 отключается автоматически. Установленный в ГРУ фильтр очищает проходящий через него газ от содержащихся в нем механических примесей [2].

Рис.2.3. ГРУ-50-2У1.

Также на ГРУ устанавливается датчик давления газа ОВЕН ПД150, который представляет собой электроконтактный манометр с двумя силовыми реле и выходным сигналом RS-485 (протокол Modbus) или 4-20 мА. (Рис.2.4)

Рис.2.4. ОВЕН ПД150

Применён сенсор с открытым кремниевым кристаллом. Присоединение к процессу - штуцер типа «елочка». Два индикатора. Различные типы корпусов. Измеряет давления неагрессивных к кремнию газов, в том числе горючих и дымовых[10].

Датчик газоанализатора АДГ-210 устанавливается на трубопроводе дымовых газов перед дымососом. Газоанализатор АДГ-210 изображен на рис.2.5.

Таблица 2.2. Характеристики АДГ-210

Характеристики	Значения
Диапазоны измерений	1...10% и 1...23%
Основная относительная погрешность	не более ± 4%
Время установления показаний	не более 20 с
Средняя наработка на отказ:  - блока измерений  - датчика	не менее 20000 ч  не менее 7500 ч
Температура дымовых газов	не более 400 °С
Линейный выходной унифицированный сигнал	0...5 или 4...20 мА
Потребляемая мощность	не более 300 Вт
Питание	220 В / 50 Гц
Пылесодержание в анализируемой среде	до 80 г/м3
Длина погружной части датчика	400 мм

Рис.2.5. Газоанализатор АДГ-210

На каждый котельный агрегат устанавливаем отдельный вентилятор и дымосос[10].

Расчетный часовой расход топлива для одного котла из таблицы 2.1.

(2.1.1)

По таблице 2.9 [14] определяем и м³/м³

Определяем производительность дымососа, м³/ч:

(2.1.2)

По таблице 14.4 [14] выбираем дымосос центробежный ДН-11,2 (Рис.2.6).

Рис.2.6. ДН-11,2

Максимальная производительность, м³/ч ………………………..…27650

Напор, кПа ………………………………………………………….…..2,76

КПД, % ……………………………………………………………………83

Двигатель ……………………………………….…...…..4А-200M6, 22кВт

Определяем производительность вентилятора, м³/ч:

(3.46)

По таблице 14.1 [14] выбираем вентилятор дутьевой ВДН-9м-1500 (Рис.2.7).

Рис.2.7. ВДН-9м-1500

Максимальная производительность, м³/ч ………………………..…14900

Напор, кПа ………………………………………………………….…....2,8

КПД, % ……………………………………………………………………83

Двигатель ………………………………………….………....160S4, 15кВт

ШУК-03-УФ – блок контроллера системы управления «УМНЫЙ ФАКЕЛ®», центральным управляющим элементом которой является программируемый УМКА-03 (Рис.2.8). Контроллер координирует работу приводов вентилятора и дымососа, а также подачу газа. С него можно вручную задавать, а так же анализировать текущие режимы работы электродвигателей вентилятора и дымососа. Для связи с внешней АСУ предусмотрен выделенный канал последовательного интерфейса RS-485 с протоколом Modbus RTU. По отдельной линии последовательной связи ШУК управляет преобразователями частоты Триол АТ23, Триол АТ24 (Рис.2.9).

Рис.2.8.Контроллер УМКА-03

Каждый электропривод серии Триол АТ23, Триол АТ24 содержит силовой преобразователь частоты на основе транзисторного (IGBT) автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), встроенный микроконтроллер с программным регулятором, датчик (датчики) соответствующих рабочих параметров котельной установки. Программируемый микроконтроллер электропривода позволяет реализовать различные зависимости параметров при регулировании, осуществлять коррекцию одних параметров по значению других.

Рис.2.9. Триол АТ23/АТ24.

Рис.2.10. Теплосчётчик Эталон-ВКТ-5.

Теплосчётчик Эталон-ВКТ-5 состоит из двух расходомеров Эталон-РМ, тепловычислителя ВКТ-5, двух ультразвуковых преобразователей расхода УПР-600Ф-СТ20, установленных в трубу теплоносителя на входе и выходе котла, и двух датчиков Метран-2700 ТСП.

Ультразвуковой расходомер ЭТАЛОН-РМ относится к широкому классу ультразвуковых расходомеров принцип действия которого основан на измерении разности времени прохождения акустических колебаний по направлению потока и против потока измеряемого вещества. Ультразвуковые расходомеры основанные на таком принципе действия называются в России "время-импульсный ультразвуковой расходомер" (Рис.2.10).

Тепловычислитель ВКТ-5 предназначен для работы в составе теплосчетчика, обеспечивающего учет и регулирование параметров теплоносителя и количества тепловой энергии воды и пара (перегретого, насыщенного) в открытых и закрытых системах теплоснабжения потребителей и производителей тепловой энергии (Рис.2.10).

Ультразвуковой преобразователь расхода УПР-600Ф-СТ20 двухлучевой устанавливается в трубу теплоносителя на входе и выходе котла и работает в составе теплосчётчика (Рис.2.10).

Подключаемые датчики:

8 каналов измерения температуры (ТСМ/ТСП -50,100,500);

8 каналов измерения тока (0-5, 4-20, 0-20 мА);

8 каналов измерения частоты (до 1000 Гц).

Интерфейс - два последовательных порта: 

- RS232: подключение компьютера, модема, принтера, пультов для считывания архивов и переноса их на компьютер; 

- RS485: для объединения приборов в сеть при подключении к компьютеру или модему.

Таблица 2.3. Метрологические характеристики

Измеряемая величина	Входной сигнал, его значение	Пределы допускаемых значений погрешностей	Примечание
Расход, объем, масса, давление, перепад давления	Ток: (0-5) мА	±0,15%; ±0,2%	Приведенная погрешность при преобразовании.
	(0(4)-20) мА	±0,1 %
Объемный расход	Частота	±0,1 %	Относительная погрешность преобразования.
Объем	Частота	± 1 ед.м.р.	Абсолютная погрешность при преобразовании. При номинальном сопротивлении 50 Ом
Температура	Сопротивление	±0,1°С; ±0,15°С
Разность температур	Сопротивление	± 0,05 °С
Массовый расход, масса	-	± 0,05 %	Относительная погрешность при вычислении
Тепловая энергия	-	± 0,05 %
Время	-	± 0,02 %	Относительная погрешность при измерении

Метран-2700 ТСП - микропроцессорные термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом 4-20 или 20-4 мА предназначены для измерения температуры различных сред в газовой, нефтяной, угольной, энергетической, металлургической, химической, нефтехимиической, машиностроительной, металлообрабатывающей, приборостроительной, пищевой, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности, а также в сфере ЖКХ и энергосбережения (Рис.2.10).