ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Актуальной проблемой настоящего времени является внедрение энергосберегающих технологий. Наибольший экономический эффект от энергосбережения возможно получить в особо энергозатратных отраслях, например, при производстве тепловой энергии.

В перечень мероприятий по автоматизации котельных входит внедрение частотно-регулируемых асинхронных электроприводов насосов и вентиляторов, а также локальных систем автоматизации контуров регулирования основных параметров. Следует отметить, что при внедрении частотно-регулируемого электропривода необходим системный подход, основанный на комплексной автоматизации всего технологического процесса, в котором регулируемый электропривод является последним контуром.

Предлагаемая система автоматизации производства тепловой энергии, на типовой котельной предполагает построение системы автоматического управления на основе подчиненного регулирования (рис. 1).

Рис. 1. Функциональная схема системы автоматического

управления производством тепла

Внешним контуром в данной системе является контур подачи теплоносителя (пара) на вход теплообменников в зависимости от требования поддержания заданной температуры теплоносителя (воды) на их выходе. Задание на температуру воды в системе отопления определяется по известным кривым в зависимости от температуры наружного воздуха, определяемой соответствующим датчиком. Если температура наружного воздуха повышается, то на выходе регулятора уменьшается задание на давление пара. При снижении давления пара его количество, поступающее в теплообменник в единицу времени, станет уменьшаться, и температура теплоносителя будет снижаться. Второй контур подчиненного регулирования воздействует на автоматическую заслонку в газовой магистрали. Так, при отмеченном выше снижении задания на давление пара в данном контуре снизится задание на давление в газовой магистрали.

Двухконтурная система подчиненного регулирования, обеспечивающая подачу газа в топку котла в соответствии с требованиями на температуру воды в системе отопления в функции температуры окружающего воздуха, дополнена одним параллельным контуром регулирования количества воздуха, подаваемого в котел вентилятором, и независимым контуром регулирования разрежения на выходе из топки продуктов сгорания с помощью дымососа. Система управления вентилятором построена на основе сравнения задания на давление воздуха в системе с его действительной величиной, определяемой по датчику. Задание на давление воздуха определяется в зависимости от давления газа в системе подачи его в топку котла. Если между заданием на давление воздуха и его истинным значением появляется такое рассогласование, частотно-регулируемый электропривод изменит свои обороты таким образом, чтобы такое рассогласование уменьшилось до нуля. Тем самым с достаточно высокой точностью обеспечивается оптимальное соотношение «газ-воздух» поступающих в топку котла компонентов, обеспечивая, с одной стороны, полное сгорание топлива, а с другой, не допуская избытка воздуха, что привело бы к уменьшению теплоотдачи продуктов сгорания. Второй независимый контур регулирования поддерживает заданное разрежение на выходе из котла продуктов сгорания, обеспечивая их своевременное удаление.

По такому же принципу можно строить систему управления горячим водоснабжением при питании от отдельного котла. В этом случае вместо задания на температуру теплоносителя, определяемого по температуре окружающего воздуха, формируется задание на температуру воды в системе горячего водоснабжения (в среднем + 55°С).

Структурная схема системы автоматизации (рис. 2) поясняет приведенные основные принципы построения системы автоматизации котельной, ориентированной на энергосбережение.

Рис.2. Структурная схема системы автоматизации типовой котельной

На приведенной схеме внутренний контур образован газовой магистралью с автоматической задвижкой (регуляторp_Г) и котлом, на выходе которого в зависимости от давления газаp_Гформируется соответствующее давление параp_П. Внутренний контур охвачен отрицательной обратной связью, обеспечивающей при регуляторах с пропорционально-интегральной передаточной функцией достаточно высокую степень поддержания заданного значения давления параp_П.З. Внешний контур образован теплообменником и также охвачен обратной связью, обеспечивающей стабилизацию температуры воды на выходеt_Гв соответствии с заданием на нееt_Т.З, сформированным вычислителем по температуре наружного воздухаt_в.

На котел воздействует параллельный контур подачи воздуха, работающий по сигналу давления газаp_Г, определяя с помощью вычислителя необходимое давление воздухаp_В.Зи стабилизируя его в соответствии с заданием на необходимом уровнеp_Вс помощью отрицательной обратной связи. В качестве объекта регулирования в данном случае выступает вентилятор, у которого с помощью электропривода изменяется частота вращения. Контур, в котором в качестве объекта используется электропривод дымососа и стабилизируется разрежение на его выходеp_Р, построен аналогично, но в этом случае задание на необходимое разрежениеp_Р.Зопределяется в соответствии с паспортными данными котельной установки и не изменяется при изменении режима работы.

В качестве электроприводов тягодутьевых механизмов лучше исполь­зовать объектно-ориентированные преобразователи частоты, например, корпорации «Триол» со встроенной системой программного обеспечения "Умный Факел".

Система "Умный Факел" предназначена для автоматического управления и оптимизации режимов работы котельных установок, автоматического пуска и остановки 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.

Система представляет собой совокупность специальных частотно-регулируемых асинхронных электроприводов, каждый из которых содержит силовой преобразователь частоты на основе транзисторного (igbt) автономного инвертора напряжения с широтно-импульсным управлением, 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.

Общая экономическая эффективность при применении этих электроприводов в данном случае суммируется из следующих составляющих:

·уменьшение потребления электроэнергии путем исключения потерь энергии, расходуемой на создание избыточного давления перед различными дроссельными заслонками и на преодоление их сопротивления;

·улучшение энергетических показателей котельной установки путем оптимизации режимов работы котельной установки во всём диапазоне её производительности при программном обеспечении, адаптированным непосредственно к данному специфическому объекту управления;

·увеличение срока службы приводных механизмов путем снижения динамических нагрузок на них и исключения гидравлических ударов в трубопроводах при плавном пуске электропривода:

·увеличение срока службы контактно-коммутационной аппаратуры из-за отсутствия бросков тока, связанных с прямым включением асинхронного двигателя в сеть.

Экономический эффект применения предлагаемой системы складывается из экономии электроэнергии на электропривод вентилятора и дымососа (до 35 %), а также из экономии газа на получение тепловой энергии (до 5 %).

Изложенные принципы автоматизации производства тепловой энергии были реализованы в проекте автоматизации котельной «Квартал 226-229» г. Брянска, выполненном коллективом разработчиков под руководством доцента кафедры «Автоматизированный электропривод» Брянского государственного технического университета В.А. Хвостова.