Система Умный факел

Системы «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» предназначены для автоматического управления и оптимизации режимов работы котельных установок с различными типами паровых и водогрейных котлов различной производительности.

Система «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» управляет всеми механизмами котельной установки с приводными асинхронными электродвигателями:

  • тягодутьевые машины — вентиляторы и дымососы;
  • насосные агрегаты — сетевые, подпиточные, рециркуляционные и другие насосы;
  • запорная и регулирующая арматура подачи топлива, воды, воздуха, газов , клапаны, задвижки, направляющие аппараты.

Система «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» применяется в котельных установках:

  • коммунальных (жилищно_коммунального хозяйства) котельных систем отопления и горячего водоснабжения с водогрейными котлами различной производительности от 1 до 100 Гкал/ч (мощность 1…116 МВт );
  • промышленных котельных по выработке насыщенного или перегретого пара для технологических нужд и систем отопления предприятий и организаций с паровыми котлами производительностью до 75 т/ч (мощность до 50 МВт) типов ДЕ, ДКВР, К, БКЗ, работающими под разрежением, с вентиляторами и дымососами;
  • котельных цехов тепловых паротурбинных электростанций ТПЭС, теплоэлектроцентралей ТЭЦ с паровыми и водогрейными котлами большой производительности до 400 т/ч, 200 Гкал/ч (мощностью до 300 МВт).

Система «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» применяется для управления тягодутьевыми машинами и насосами котлов малой и средней производительности осна-щаются приводными асинхронными электродвигателями мощностью от 5 до 200 кВт и напряжением 380 В.

Система «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» применяется для управления в механизмах котлов большой производительности используются преимущественно высоковольтные приводные асинхронные двигатели с напряжением 3 кВ либо 6 (10) кВ мощностью 200–1600 кВт.

Система «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» осуществляет автоматический пуск и остановку котельной по заданной программе с соблюдением технологической последовательности включения/выключения механизмов, с предельно допустимой минимизацией длительности и оптимизацией параметров переходных режимов вентиляции и розжига котла.

Управляя вышеперечисленными механизмами в замкнутых системах автоматического регулирования, «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» осуществляет поддержание на заданном уровне или изменение по заданному графику:

  • давления/разрежения воздуха и газов в топке котла;
  • соотношения «топливо—воздух» в котле;
  • температуры, давления или расхода воды в трубопроводах котла и сети;
  • положения направляющих аппаратов, задвижек, клапанов в режимах вентиляции, розжига, малой производительности котла (для отдельных типов установок).

Система «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» обеспечивает автоматическое управление котельной установкой при работе на всех предусмотренных для нее видах топлива (газ, мазут, твердое топливо) с программируемым изменением рабочих параметров при смене вида топлива. Система обеспечивает автоматическое управление механизмами во всем диапазоне изменения производительности котла, в том числе и при изменении числа действующих каналов подачи топлива (горелок, форсунок и т. п.).

Система «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» предусматривает наряду с автоматическим режимом режим ручного управления механизмами, а также дистанционное управление посредством специального пульта либо с централизованного пульта машиниста котла (оператора котельной).

Система «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» не влияет на работу штатной системы безопасности котла, а лишь безусловно выполняет ее команды и передает ей упреждающие информационные сигналы состояния и режимов работы механизмов.

Применение системы «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» оптимизирует процесс сжигания топлива, повышает эффективность теплообмена и теплопередачи, обеспечивает надежную работу и достижение максимального КПД котельной установки во всех режимах.

Устройство и принцип действия

Действие системы «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» основано на автоматическом управлении производительностью тягодутьевых машин и насосных агрегатов котельной установки путем частотного регулирования скорости приводных асинхронных электродвигателей этих механизмов.

Система «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» представляет собой совокупность специальных частотно-регулируемых асинхронных электроприводов серии Триол АТ, а также технологического контроллера ШУК-03-УФ на базе контроллера УМКА-03 (рисунок 1) с микропроцессорным управлением и автоматическим регулированием рабочих параметров. Регулирование параметров осуществляется в соответствии с требованиями режимных карт котельной установки.

УМКА-03 – микропроцессорное устройство, выполненное в виде отдельного блока, снабженное графическим дисплеем, удобным пользовательским интерфейсом, развитой системой коммуникации.

Система «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» представлена шкафом управления ШУК-03-УФ

ШУК-03-УФ – блок контроллера системы управления «УМНЫЙ ФАКЕЛ®», центральным управляющим элементом которой является программируемый УМКА-03. Контроллер координирует работу приводов вентилятора и дымососа. 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.

Каждый электропривод серии Триол АТ23, Триол АТ24 содержит силовой преобразователь частоты на основе транзисторного (IGBT) автономного инвертора напряжения с широтно_импульсным управлением (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.

Производительность вентиляторов определяет количество воздуха в топке (соотношение топливо/воздух), оптимизирующее процесс горения во всех режимах работы котла, в том числе в режиме розжига.

Производительностью дымососов поддерживается заданное разрежение газов в топке котла. Совместное управление вентилятором и дымососом обеспечивает режим вентиляции топки при пуске и останове котла.

Производительностью насосов задается количество воды, подаваемой в котел (подпитка), давление в тепловой сети (сетевой насос), температура воды на входе в котел или выходе из котла (рециркуляция) и др.

Использование частотно регулируемых электроприводов системы «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» для управления механизмами котельных установок с энергетичес-кой и с технологической точек зрения намного эффективнее традиционно используемого управления задвижками, шиберами и направляющими аппаратами в воздушных, газовых и водных магистралях котла.

Эффективность заключается в снижении расхода топлива на 3–5% и потребления электроэнергии на 30–40% при той же производительности котла (экспериментально подтвержденные данные для котлов средней производительности ПТВМ, ДЕ), обусловленном повышением точности реализации зависимости рабочих параметров при регулировании.

Система управления ШУК-УФ имеет следующие преимущества:

§ ЖКИ дисплей имеет фоновую подсветку, ручную и автоматическую регулировку контрастности

§ вся информация выводится на русском языке

§ вывод графиков изменения параметров СУ

§ одновременное отображение 13 параметров из выбранной Пользователем группы

§ Выделенный канал RS-485 Modbus RTU;

§ Светодиодную индикацию для оперативного анализа состояния станции управления;

Система обеспечивает следующие функции:

• Связь с АСУТП верхнего уровня по последовательному каналу обмена RS-485 в соответствии с протоколом обмена MODBUS TCP-IP;

• Управление высоковольтным частотным преобразователем АТ23;

• Управление низковольтным частотным преобразователем АТ24;

• Вывод на дисплей основных рабочих значений станции, таких как рабочее давление, температуры, величины разряжений, дата и время, состояние насосов, время наработки, журнал ошибок и др. технологические данные котла;

• Ведение журнала ошибок, включая код ошибки, дату и время ошибки;

• Световая сигнализация состояния системы.

• Режимы работы шкафа ШУК-03-УФ автоматический (опционально) и ручной.

Система обеспечивает защиту от аварийных и нештатных режимов:

• от несанкционированного доступа к программируемым параметрам (пароль).

• отключение АСУ по нажатию удаленной аварийной кнопки, позволяющей полностью отключить питание станции при аварийных ситуациях;

Основные преимущества системы управления:

- простота и как следствие приемлемая стоимость;

- возможность подключения системы к АСУ верхнего уровня по протоколу RS-485;

- защита электродвигателей;

- экономия электроэнергии, улучшение износостойкости и уменьшение капитальных затрат за счет применения плавного пуска.

Конструктивно ШУК-03-УФ — металлический шкаф настенного исполнения со степенью защиты IP21.

Двери шкафа имеют ограничители, фиксирующие их в открытом положении, специальные замки и уплотнения, обеспечивающие требуемую степень защиты.

Внешний вид шкафа ШУК-03-УФ и габаритные размеры представлен на рисунке 2

функциональная схема системы "умный факел"

Функциональная схема системы «УМНЫЙ ФАКЕЛ®»

Краткий алгоритм работы ШУК-03-УФ.

Все электроприводы Триол АТ23 и Триол АТ24 находятся в ручном режиме работы. Автоматическое поддержание оптимального режима работы котла производится специальным сетевым контроллером ШУК-03-УФ. Блок сетевого контроллера может быть расположен в помещении управления котлом (операторская).

На сетевой контроллер поступают все аналоговые сигналы датчиков и необходимые дискретные сигналы. С него же поступают релейные управляющие сигналы положения направляющих аппаратов. Информационная связь сетевого контроллера с электроприводами осуществляется по последовательному каналу.

Управление скоростью электроприводов может быть выполнено или по этому же последовательному каналу или (для повышения устойчивости управления) по специально проложенным линиям дискретных команд «увеличить»/»уменьшить» скорость электропривода. Возможно управление скоростью аналоговыми сигналами (как в существующей структуре управления).

Ниже представим алгоритм управления дутьевыми вентиляторами и дымососами.

Алгоритм управления дутьевыми вентиляторами

В режимах вентиляции и розжига котла вентилятор поддерживает постоянное давление воздуха перед горелками (форсунками). Работает регулятор давления с сигналом отрицательной обратной связи от датчика дав

ления воздуха. Заданное значение давления программируется в микроконтроллере электропривода.

В этих режимах предусмотрена возможность программного управления направляющими аппаратами воздуховодов, необходимого в отдельных типах котельных установок для предотвращения отрыва пламени при розжиге. Управление осуществляется по сигналам дистанционных указателей положения аппаратов.

После розжига в режиме производительной работы котла системой «УМНЫЙ ФАКЕЛ®» предусмотрены варианты управления вентилятором по нескольким различным критериям:

• Установка и поддержание заданного режимной картой соотношения «топливо—воздух». Режимная карта определяет зависимость (как правило, нелинейную) давления воздуха от давления (расхода) топлива в котле. Электропривод работает в режиме регулятора давления с изменяющимися в функции производительности котла, вида топлива, числа действующих каналов подачи топлива, заданием. Требуемая для конкретного котла зависимость программируется при настройке регулятора.

• Поддержание заданного соотношения «топливо—воздух» с учетом температуры подаваемого воздуха. Здесь в регулятор давления дополнительно вводится корректирующий сигнал датчика температуры воздуха.

• Установка и поддержание заданного в функции производительности количества (содержания) кислорода О2 в выходных газах котла у основания вытяжной трубы. В регуляторе электропривода используется сигнал датчика — кислородомера.

• Установка и поддержание заданного в функции производительности количества (содержания) окиси углерода СО в выходных газах котла у основания вытяжной трубы. В регуляторе электропривода используется сигнал датчика газоанализатора.

Все перечисленные регуляторы электропривода программно адаптируются к типу сигнала используемых датчиков (0–5 мА, 4–20 мА или 0–10 В).

В электроприводе вентилятора предусмотрен режим автоматического повторного включения с подхватом вращающегося по инерции электродвигателя и выходом в прежний рабочий режим (без торможения и повторного пуска) при кратковременных, до 10 с (время программируется), перерывах питания, например, при автоматическом вводе резерва питающей сети. Это позволяет исключить аварийные остановки и повторные пуски котла.