Автоматизация многогорелочных водогрейных и паровых котлов мощностью свыше 15 МВт

Представляем программно-технический комплекс «АМАКС» нового поколения

Разработан для автоматизации управления многогорелочными водогрейными котлоагрегатами, а также паровыми многогорелочными котлами с аналогичными структурами газораспределения и регулирования.

Применение ПТК «АМАКС» позволяет:

1. Внедрить безопасную технологию розжига котла на газе.

• проводится автоматическая вентиляция топки;
• обеспечивается проверка герметичности газового оборудования перед розжигом;
• исключается вероятность заполнения топки газом;
• гарантируется быстрый и безопасный розжиг горелок с безударным воспламенением на малом расходе газа и воздуха.

2. Привести систему газоснабжения котла в полное соответствие:

• Техническому регламенту о безопасности сетей газораспределения и газопотребления;
• Правилам безопасности сетей газораспределения и газопотребления
• СНиП и ГОСТ на системы газоснабжения и горелочные устройства

3. Обеспечить безопасность эксплуатации котла при работе на газе в любом режиме управления.

• Исключается неправильная последовательность операций розжига котла при автоматическом и ручном розжиге горелок, за счет применения программируемого управляющего контроллера и встроенной, для каждой горелки, логики защитных блокировок.
• В любом режиме управления поддерживается диагностика причин останова горелок при розжиге и работе котла.

4. Повысить надёжность управления котлом.

• внедрение высокотехнологичного газового оборудования;
• централизованная или распределенная системы управления горелками или котлом, исходя из условий эксплуатации для различных типов котлоагрегатов;
• диагностика состояния всей системы;
• резервирование процессорных модулей;
• резервирование информационного обмена с использованием двух коммутаторов.

5. Повысить экономию топлива при эксплуатации котла на газе.

Применение надежного автоматического розжига горелок котла уменьшило время розжига котла до 10 минут, что позволило:

• останавливать отдельные котлы (на время нескольких часов) при избытке тепловой мощности котельной;
• разжигать отдельные котлы при нехватке тепловой мощности, избегая непроизводительной эксплуатации на малой нагрузке;
• регулировать в оптимальном режиме технологические процессы работы общекотельного оборудования.

6. Обеспечить удобное управление мощностью.

Применение регулирующих заслонок горелок позволяет поддерживать оптимальный режим горения и эффективно изменять мощность котла.

7. Обеспечить работу котла на резервном топливе.

Отсечка подачи резервного топлива к котлу – защитами по котловым параметрам и понижению давления топлива перед горелками.

Допускается ручной розжиг:

• резервного топлива на газовый факел при работающей горелке;
• газа на горелке, работающей на резервном топливе.

Состав и назначение ПТК «АМАКС»

В зависимости от поставленных задач автоматизации и финансовых возможностей заказчика ПТК «АМАКС» может быть реализован от автоматизации горелок до полномасштабной АСУ ТП котла.

На рисунке представлена принципиальная схема газопровода котла КВ-ГМ-100, выполненная согласно Федеральным Нормам и Правилам, и структурная схема управления.

I. Технологическое оборудование:

• блок газооборудования АМАКС-БГ8 для каждой горелки;
• комплект защитно-запального устройства (ЗЗУ) для каждой горелки;
• шибер воздуха для каждой горелки;
• газовое оборудование на общем газопроводе котла;
• направляющие аппараты дымососа и вентилятора.

Блок газооборудования АМАКС-БГ8 предназначен для оснащения различных схем газоснабжения, утвержден ФЕДЕРАЛЬНОЙ СЛУЖБОЙ ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОМУ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ И АТОМНОМУ НАДЗОРУ и рекомендован как техническое средство, позволяющее обеспечить безопасную технологию розжига и регулирование расхода газа через горелки от нуля до номинального значения, а также последующую безопасную эксплуатацию котлоагрегата.

Блок газооборудования АМАКС-БГ8 в комплексе с системой управления выполняет следующие функции:

• Обеспечение безопасного розжига с автоматическим контролем герметичности своих запорных устройств;
• Регулирование расхода газа;
• Отсечку газа при нарушении технологических параметров или при погасании факела горелки;
• Исключение возможности загазованности в топке котла;
• Обеспечение мягкого розжига горелки без «хлопка» в топке.

Принципиальная схема газопровода котла КВ-ГМ-100

Блок газооборудования АМАКС-БГ8:

• Клапан отсечной (ПЗК) с электроприводом (1-1), (1-2), обеспечивают подачу/ отключение газа к горелке (взвод плавный, закрытие мгновенное);
• Клапан безопасности электромагнитный (1-4) обеспечивает соединение с атмосферой межклапанного пространства (объем газопровода между клапанами (1-1) и (1-2) при закрытом состоянии клапанов;
• Регулирующая заслонка с электроприводом (1-3) обеспечивает управление расходом газа через горелку;
• Клапан запальника электромагнитный (1-6) обеспечивает управление подачей газа к запальнику;
• Клапан контроля герметичности электромагнитный (1-5) в комплекте с калиброванным дросселем (1-10) и датчиком-реле давления (1-13), обеспечивают возможность дистанционной/автоматической проверки плотности арматуры блока;
• Ручные шаровые краны (1-8), (1-9), (1-15) при работе блока всегда открыты и используются для ремонтного отключения арматуры блока;
• Ручной шаровой кран (1-7) при работе всегда закрыт и используется для продувки газопровода перед блоком;
• Ручной шаровой кран (1-11) используется для подключения баллона со сжиженным газом при розжиге на мазуте.
• Клапан для манометра (1-12) используется для установки датчика-реле давления (1-13) с возможностью визуального контроля давления газа;
• Гребенка КИПиА с клапанами для манометров (1-14) предназначена для подключения контрольно-измерительных приборов.

Комплект ЗЗУ:

• Электрозапальник с контрольным электродом (2);
• Источник высокого напряжения;
• Прибор контроля пламени запальника горелки.

ЗЗУ устанавливается перед каждой горелкой.

Газовое оборудование на общем газопроводе котла:

• Задвижка (7);
• Кольцо-заглушка (8);
• Диафрагма для измерения расхода газа (9);
• Продувочные свечи (10) и (11);
• Свеча безопасности (12);
• Регулирующая заслонка с электроприводом (15).

Направляющий аппарат вентилятора (3) с электроприводом (4) на воздуховоде к котлу и индивидуальный воздушный шибер (13) с электроприводом (14) перед горелкой необходимы для :

• Поддержания постоянного давления воздуха перед котлом;
• Обеспечения плавного розжига на малых расходах воздуха;
• Поддержания оптимального соотношения «газ-воздух» при работе горелок.

Направляющий аппарат дымососа (5) с электроприводом (6) на дымоходе котла необходим для:

• Поддержания оптимального разрежения в топке.

II. Оборудование КИП и А

Набор всех необходимых датчиков и измерительных преобразователей технологических параметров, позволяющий обеспечить дистанционное и по месту управление горелками, контроль их работы.

III. Автоматизация газовых горелок

Решается задача автоматической опрессовки и розжига горелок.

Шкаф ШБГ является локальной системой обеспечения функций защит, контроля и управления арматурой горелок.

Предназначен для дистанционного и автоматического управления электрифицированной арматурой Блоков газооборудования АМАКС-БГ. Программа шкафа обеспечивает его работу в режиме самостоятельного управляющего устройства.

Алгоритмы управления газовым оборудованием соответствуют требованиям технологических защит и блокировок согласно Федеральных Норм и Правил в области промышленной безопасности.

В части управления горелками шкаф обеспечивает:

• контроль герметичности Блока газооборудования АМАКС-БГ горелки;
• автоматический розжиг и останов горелок с соблюдением блокировок и защит;
• регулирование давления газа и воздуха перед горелками;
• возможность ручного розжига (со средств оперативного пульта или АРМ оператора).

Система управления горелками предполагает наличие всех необходимых датчиков и приборов, позволяющих дистанционно и по месту управлять горелками и контролировать их работу.

На передней панели шкафа расположены:

• технологический пульт управления;
• основные кнопки управления «Опрессовка», «Розжиг», «Стоп».

IV. Автоматизация горелок и котлоагорегата

Решается задача автоматизации управления, защит и регулирования котлоагрегата.

Для решения задачи автоматического контроля герметичности и розжига горелок используются шкаф МГБ.АМАКС.

Шкаф МГБ.АМАКС является локальной системой обеспечения функций контроля, защит и регулирования арматурой горелки и предназначен для дистанционного и автоматического управления электрифицированной арматурой блока газооборудования.

Возможна расширенная версия Шкафа совмещающего в своем составе функции управления горелкой и силовые цепи управления приводами:

• Шибера воздуха горелки;
• Регулирующей заслонки газа горелки.

Такое техническое решение позволяет:

• отказаться от внешних пускателей для регулирующей арматуры горелки;
• полностью обеспечить все средства для управления горелкой;
• существенно сократить затраты на монтажные материалы.

В части управления горелками шкаф обеспечивает:

• контроль герметичности блока газооборудования горелки;
• автоматический розжиг и контроль горелки с соблюдением блокировок и защит;
• регулирование давления газа и воздуха перед горелкой;
• возможность ручного розжига (со средств оперативного пульта или АРМ оператора), с соблюдением блокировок и защит.

На передней панели шкафа расположены:

• технологический пульт управления;
• основные кнопки управления «Опрессовка», «Розжиг», «Стоп».

Шкафы ШГУ соответствуют группе условий экспуатации в части воздействия механических факторов окружающей среды – М4 по ГОСТ 17516.1-90.

Количество шкафов определяется числом горелок и устанавливаются непосредственно около них.

Шкаф ШУК-ВПК является главным шкафом управления котлом и осуществляет:

• автоматическую вентиляцию топки перед розжигом;
• контроль плотности закрытия блоков газооборудования всех горелок;
• информационный обмен и взаимодействие между горелками;
• управление технологическим процессом работы котла;
• автоматическое регулирование давлений газа перед котлом;
• автоматическое регулирование разрежения в топке;
• защиты котла по всем параметрам согласно требованиям действующих нормативных документов;
• информационный обмен с АРМ оператора для управления, индикации и регистрации.

Система управления соответствует и обеспечивает:

• надежность управления розжигом и работой котлоагрегата за счет внедрения современной системы управления на базе промышленного ПТК, отвечающего требованиям автоматизированных систем к:
• • функциональности;
  • защищенности;
  • отказоустойчивости.
• простоту и малое время ремонтных работ на уровне контроллера, за счет модульности всех его элементов
• минимизацию ошибок управления, за счет блокировок от запрещенных действий и развитой сигнализации;
• улучшение условий работы персонала за счет:
  • удобного интерфейса системы;
  • хранения архива аварийных сообщений;
  • автоматического выполнения ответственных операций подготовки котла к розжигу и розжига горелки.

Шкаф соответствует группе условий эксплуатации в части воздействия механических факторов окружающей среды - М4 по ГОСТ 17516.1-90.

Контроллер шкафа выполнен согласно НТД для контроллера защит и управления.

Открытый и стандартный протокол информационного обмена позволяет:

• использовать систему как часть более широкой информационной сети;
• осуществлять обмен данными с другими системами.

ШУК-ВПК обеспечивает управление котлом и горелками:

• по месту с кнопок на двери шкафа;
• со стационарного пульта;
• командами с АРМ оператора, при организации верхнего уровня управления котлом, поступающими по дублированному каналу связи RS-485 (MODBUS).

На передней двери шкафа расположены:

• световые индикаторы, предназначенные для контроля наличия напряжения питания;
• индикаторы технологического состояния;
• кнопки основных команд.

Для наблюдения за состоянием котлоагрегата применен стационарный пульт, который показывает состояние:

• оборудования и параметров котла;
• вывода аварийных и предупредительных сообщений;
• ручного управления оборудованием котла (задвижками, регуляторами);
• настройки алгоритма управляющей программы котла.

Структура взаимосвязей ПТК «АМАКС»

V. Полномасштабная АСУ ТП котлоагрегата

Решается задача автоматического управления, защит и регулирования котлоагрегата с организацией автоматизированного рабочего места оператора.

АРМ оператора включает в себя (базовый вариант):

• два компьютера, с установленной фирменной SCADA-системой;
• конвертеры (USB/RS-485);
• две функциональные клавиатуры;
• принтер.

АРМ оператора (компьютерная информационно-управляющая система – КИУС) обеспечивает:

• удобную графическую форму отображения технологического процесса;
• возможность подачи команд;
• регистрацию и архивирование технологических параметров.

Информация на экранах мониторов КИУС и пультах шкафов в виде мнемосхем и текстовых сообщений непрерывно и полно отражает состояние процесса управления и ПТК.

Взаимодействие оператора с ПТК не требует специальной подготовки, т.к. он оперирует с функциональной клавиатурой и/или опциями меню, контролируя изменение цвета, появление предупредительных и аварийных сообщений, звук.

Цветовая гамма, названия клавиш функциональной клавиатуры и система подтверждения действий снижают вероятность ошибок персонала.

Визуализация технологического процесса на АРМ оператора

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ.

Расширение структуры ПТК и увеличение объема сбора информации

Поставленная задача решается путем применения универсальных шкафов ШДФ.

• Универсальность конструкции контроллера позволяет на основе единой элементной базы дополнительно решать задачи автоматизации, регулирования, сбора данных, мониторинга;
• Интеграция ШДФ с базовым составом ПТК позволяет создавать законченный функциональный комплекс станции, котельной или отдельных узлов;
• Управление шкафами осуществляется с переносного пульта или АРМ оператора;
• Обмен шкафов ШДФ данными с КИУС производится по отдельной сети RS-485 (MODBUS);
• В шкафах ШДФ используются функционально законченные комплекты сигналов регуляторов, управления задвижками, управления насосами, информационного обмена с приборами и датчиками, что упрощает проектирование и эксплуатацию.

Таким образом, при решении задач приведения системы газоснабжения котла в полное соответствие с Техническим регламентом о безопасности сетей газораспределения и га опотребления, Правилами безопасности сетей газораспределения и газопотребления и создании автоматизированной системы управления, мы предлагаем следующие варианты решения:

I вариант ПТК «АМАКС»

Автоматизация газовых горелок

Наиболее экономичный вариант создания ПТК — поставленная задача ограничена автоматическим контролем герметичности Блоков газооборудования АМАКС-БГ и розжигом горелок.

Решает задачу автоматизации процессов контроля герметичности Блоков газооборудования АМАКС-БГ и розжига горелок, на основе локальной системы обеспечения функций защит, контроля и управления арматурой горелок.

Система управления обеспечивает:

• автоматический контроль герметичности блоков газооборудования горелок;
• автоматический розжиг и останов горелок с соблюдением блокировок и защит;
• регулирование давления газа и воздуха перед горелками;
• возможность ручного розжига.

II вариант ПТК «АМАКС»

Полномасштабная АСУ ТП котлоагрегата

При создании полномасштабного ПТК «АМАКС» выполняется автоматическое, дистанционное и ручное управление котлоагрегатом, предпусковые операции, выход на полную нагрузку, работа и останов котла.

Система управления построена по многоуровневой схеме и обеспечивает:

• автоматическую вентиляцию топки перед розжигом;
• автоматический контроль герметичности Блоков газооборудования АМАКС-БГ горелок;
• автоматический розжиг и останов горелок с соблюдением блокировок и защит;
• управление технологическим процессом работы котла;
• автоматическое регулирование давлений газа и воздуха перед горелками;
• автоматическое регулирование процессов горения и главных параметров работы котла;
• защиты котла по всем параметрам согласно требованиям промышленной безопасности на объектах газоснабжения, СНиП для реконструкции и эксплуатации газопотребляющих установок и ГОСТ 21204-97;
• сбор, обработку и хранение информации о работе котла;
• удобное управление котлоагрегатом с рабочего места оператора.

Реализация полномасштабного ПТК «АМАКС» возможна в два этапа:

• Выполнение автоматизации управления горелкой и котлоагрегатом;
• Организация автоматического рабочего места оператора.

При выборе любого состава ПТК «АМАКС»:

• обеспечивается построение функционально законченных систем управления;
• комплексно решается проблема приведения системы газоснабжения в соответствие с требованиями Технического регламента о безопасности сетей газораспределения и газопотребления;
• система автоматизации остается открытой для дальнейшего расширения и наращивания.

Эффект от внедрения ПТК «АМАКС»

ПТК «АМАКС» выполняется на базе современной контроллерной техники и разработан согласно требованиям для АСУ ТП ТЭЦ, ГРЭС, котельных. Выпускается серийно. Удовлетворяет требованиям РД, имеет сертификат промышленной безопасности № С-RU. ЭПЭ.001.В.00058, а также внесен в Госреестр средств измерений.

Высокие технико-экономические показатели полномасштабных информационно-управляющих систем управления котлоагрегатами на базе ПТК «АМАКС» подтверждены их успешной эксплуатацией на многих ТЭЦ, ГРЭС, РТС и котельных, что позволяет:

• увеличить коэффициент полезного действия котлов;
• значительно снизить повреждаемость тепловых сетей за счет плавного регулирования нагрузки;
• существенно повысить надежность работы котельной, за счет:
  • внедрения высокотехнологичного газового оборудования;
  • внедрения современной системы управления котлоагрегатами;
  • езервирования процессорных модулей;
  • полного резервирования сетевого обмена с использованием двух коммутаторов.
• обеспечить контроль выполнения технологии производства обслуживающим персоналом и исключить субъективные факторы из процесса управления котлами.