Автоматизированная система управления процессом утилизации тепла дымовых газов дизельной электростанции

Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0
Ушаков, Кирилл Павлович Научно-образовательный центр И.Н.Бутакова (НОЦ И.Н.Бутакова)
Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Цель работы – оценка эффективности утилизации тепла отходящих от дизельной электростанции дымовых газов для подогрева сетевой воды, идущей к потребителю и разработка автоматизированной системы управления тепловым модулем на базе микропроцессорных средств автоматизации.
Объектом автоматизации является тепловой модуль дизельной электростанции блок-контейнерного исполнения.
В процессе выполнения работы был проведен анализ существующих методов утилизации тепла дымовых газов, выполнялись экспериментальные исследования, анализ объекта автоматизации, составление структурной схемы АСУ, разработаны функциональная схема, электрическая принципиальная схема соединений, общий вид щита АСУ, составлена заказная спецификация, разработано информационное, программное, математическое обеспечение, SCADA.

Введение ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 12
1 Системы утилизации тепла. Аналитический обзор……………………………………………………………………… 14
1.1 Анализ существующих систем утилизации тепла на водном транспорте …………………………… 14
1.2 Анализ систем утилизации тепла блок-контейнерного исполнения …………………………………… 17
1.3 Анализ тепловых модулей и теплообменных аппаратов ……………………………………………………. 20
1.4 Анализ теплотехнических характеристик оребренных поверхностей в теплообменниках ….. 24
2 Научно-исследовательская работа ……………………………………………………………………………………………… 28
2.1 Экспериментальный стенд……………………………………………………………………………………………….. 29
2.2 Проведение экспериментов ……………………………………………………………………………………………… 31
2.3 Результаты экспериментов ………………………………………………………………………………………………. 33
3 Разработка структуры АСУ ……………………………………………………………………………………………………….. 38
3.1 Формулирование технических требований АСУ ………………………………………………………………. 38
3.2 Разработка структуры комплекса технических средств …………………………………………………….. 42
4 Проектирование функциональной схемы АСУ …………………………………………………………………………… 44
5 Выбор технических средств АСУ ………………………………………………………………………………………………. 48
5.1 Выбор датчика для измерения температуры теплоносителя………………………………………………. 49
5.2 Выбор датчика для измерения расхода теплоносителя ……………………………………………………… 51
5.3 Выбор датчика для измерения давления жидких сред……………………………………………………….. 53
5.4 Выбор датчика для измерения давления продуктов сгорания ……………………………………………. 55
5.5 Выбор регулирующего устройства …………………………………………………………………………………… 56
5.6 Выбор исполнительного механизма …………………………………………………………………………………. 57
5.7 Выбор блока управления …………………………………………………………………………………………………. 58
5.8 Выбор циркуляционного насоса ………………………………………………………………………………………. 59
5.9 Выбор блока ручного управления …………………………………………………………………………………….. 60
5.10 Выбор технических средств индикации измеренных параметров …………………………………….. 61
5.11 Выбор автоматизированного рабочего места ………………………………………………………………….. 62
6 Перечень входных и выходных сигналов …………………………………………………………………………………… 64
7 Проектирование принципиальной схемы АСУ …………………………………………………………………………… 68
8 Проектирование монтажной схемы АСУ ……………………………………………………………………………………. 71
8.1 Выбор проводов, кабелей и защитных труб ……………………………………………………………………… 73
9 Проектирование щита автоматизации ………………………………………………………………………………………… 75
10 Расчет параметров настройки регулятора …………………………………………………………………………………. 77
10.1 Идентификация объекта управления ………………………………………………………………………………. 77
10.2 Расчет параметров настройки регулятора ……………………………………………………………………….. 80
11 Разработка математического, программного и информационного обеспечений …………………………. 87
11.1 Математическое обеспечение АСУ ………………………………………………………………………………… 87
11.2 Программное обеспечение АСУ …………………………………………………………………………………….. 88
11.3 Информационное обеспечение АСУ ………………………………………………………………………………. 89
12 Разработка SCADA-системы …………………………………………………………………………………………………… 91
13 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …………………………………… 93
13.1 Технико-экономическое обоснование НИР …………………………………………………………………….. 94
13.2 Планирование комплекса работ НИР ……………………………………………………………………………… 97
13.3 Бюджет научно-исследовательской работы …………………………………………………………………… 101
13.4 Определение ресурсной и финансовой эффективности исследования ……………………………. 105
Вывод по разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» ……… 109
14 Социальная ответственность ………………………………………………………………………………………………….. 111
14.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности………………………………… 112
14.2 Анализ вредных и опасных факторов……………………………………………………………………………. 114
14.3 Экологическая безопасность ………………………………………………………………………………………… 121
14.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………………………………… 122
Заключение по разделу «Социальная ответственность» ………………………………………………………………. 125
Заключение ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 127
Приложение А Systems of Heat Utilization: Analytical Review………………………………………………… 133
Приложение Б Заказная спецификация приборов и средств автоматизации ………………………….. 145
Приложение В Листинг программы автоматизированной системы управления тепловым модулем
системы утилизации тепла от ДЭС ………………………………………………………………………………………. 148
Приложение Г Мнемосхема автоматизированной системы управления тепловым модулем
системы утилизации тепла от ДЭС ………………………………………………………………………………………. 151

Графический материал: на отдельных листах
ФЮРА.421000.010 С1 Схема структурная
ФЮРА.421000.010 С2 Схема функциональная
ФЮРА.421000.010 Э3 Схема принципиальная электрическая
ФЮРА.421000.010 ВО Общий вид щита автоматизации
ФЮРА.421000.010 С4 Схема монтажная внешних электрических и трубных проводок

Россия является крупнейшей страной по площади зон
децентрализованного электроснабжения в мире. Более половины территории
России в настоящий момент не подключено к центральным сетям
электроснабжения. Основной причиной этого является малонаселенная и
болотистая местность. Большая часть децентрализованных территорий
расположена в районах неблагоприятных климатических условий: Сибирь,
Крайний Север, Дальний Восток. На таких территориях России проживает около
15 млн. человек. Надежное и качественное снабжение данных регионов является
одной из приоритетных задач отечественной энергетики.
Электроснабжение потребителей в децентрализованных зонах
осуществляется посредством малой энергетики. Под малой энергетикой
рассматриваются малые электростанции, мини- и микроэлектростанции, мини-
ТЭЦ. Основная доля энергии в малой энергетике России производится
дизельными электростанциями, примерное их количество 50 тыс., а
установленная мощность достигает порядка 15 млн. кВт [1].
Дизельные электростанции (ДЭС) обладают большим моторесурсом,
долговечностью и высокой надежностью. Принцип работы ДЭС заключается в
преобразовании тепловой энергии внутреннего сгорания дизельного топлива
электростанции в механическую энергию вращения ротора электрогенератора
установки. Электрогенератор вырабатывает электрическую энергию для
потребителей. Продукты сгорания топлива выбрасываются в атмосферу в виде
дымовых газов. С целью повышения КПД дизельной электростанции возможно
применение систем утилизации теплоты (СУТ). Такие системы предполагают
использование теплоты продуктов сгорания для подогрева жидкого
теплоносителя, который может поступать к потребителю для отопления жилых
и нежилых помещений, зданий, сооружений.
Системы утилизации теплоты выпускных газов и воды, охлаждающей
главный двигатель и дизель-генератор, давно применяются в энергоустановках
на судах морского флота [2]. Этот опыт успешно используется при создании
малых теплоэлектростанций, особенно в блочно-контейнерном исполнении, где
необходимо обеспечить высокую компактность теплообменного оборудования.
Дизельные и газопоршневые электростанции размещаются в контейнерах. Их
можно использовать как в районах Крайнего Севера, так и в условиях пустыни.
Такие электростанции готовы к эксплуатации и требуют лишь фундамента
упрощенной конструкции.
ДЭС блок-контейнерного исполнения с системами утилизации тепла
представляют собой автономные источники комбинированного производства
электрической и тепловой энергии. Установки могут быть использованы в
качестве резервного, вспомогательного или основного источника
электроэнергии на предприятиях, в административных и медицинских
учреждениях, на военных объектах, объектах строительства, в аэропортах,
гостиницах, узлах связи, в системах жизнеобеспечения. Такие ДЭС могут
работать как в автономном режиме, так и совместно с централизованными
системами электроснабжения и тепла.
Блок утилизации тепла, устанавливаемый с ДЭС позволяет использовать
теплоту контура охлаждения двигателя и выхлопных газов для нагрева воды с
последующей подачей воды в систему отопления и/или горячего водоснабжения.
Теплопроизводительность составляет около 80-110% электрической мощности
дизель-генератора. Блок утилизации тепла состоит из котла-утилизатора,
теплообменников, гидравлической и газовой системы трубопроводов и
арматуры, системы автоматического управления и контроля.
Снижение температуры дымовых газов, отходящих от ДЭС, может также
достигаться при использовании впрыска мелкодисперсного потока воды. Кроме
снижения температуры, такой впрыск может выполнять функцию фильтрации
продуктов сгорания так как мелкие капли, распыленные внутри дымохода,
сталкиваются с твердыми частицами и осаждают их в конденсатосборнике.
1 СИСТЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

В ходе магистерской диссертации выполнено экспериментальное
исследование по диагностике протекания процессов взаимодействия воздушного
потока и мелко распылённой воды, а также разработана автоматизированная
система управления процессом утилизации тепла дымовых газов дизельной
электростанции.
Перед проведением исследований, был выполнен анализ существующих
систем и способов утилизации тепла дымовых газов и способов снижения
температуры выбрасываемых в атмосферу продуктов сгорания дизельного
топлива. Для научного исследования был сконструирован экспериментальный
стенд и разработаны методики снижения температуры газового потока. На
основе полученных результатов, были найдены оптимальные параметры
распыла мелкодисперсного потока воды.
Для реализации на производстве автоматизированной системы управления
процессом утилизации тепла дымовых газов дизельной электростанции, были
разработаны функциональная и структурная схема технологического процесса,
составлена заказная спецификация приборов и средств автоматизации,
спроектированы принципиальная электрическая схема щита автоматизации,
чертеж общего вида щита автоматизации, перечень элементов щита
автоматизации и спецификация его оборудования, монтажная схема
электрических и трубных проводок.
Разработано математическое, информационное и программное
обеспечение автоматизированной системы управления утилизацией тепла
дымовых газов. Для отображения технологического процесса на
автоматизированном рабочем месте оператора выполнена мнемосхема в
программной среде Simple SCADA. Для работы системы в автоматическом
режиме был написан программный код, загружаемый с помощью программного
обеспечения Codesys 2.3 в программируемый логический контроллер. Составлен
перечень входных и выходных сигналов вводимого оборудования системы.
Автоматизированная система управления утилизацией тепла дымовых
газов соответствует сформулированным к ней требованиям и осуществляет
выполнение технологического процесса в автоматическом, ручном и
дистанционном режиме. Достоинствами такой системы является трехуровневый
принцип организации, сокращение участия оператора в процессе, оснащение
современными средствами автоматизации и оборудованием.
В разделе «Социальная ответственность» выявлены и описаны вредные и
опасные факторы, возникающие на производстве, а также описаны возможные
ЧС и меры по их предупреждению и оповещению.
В разделе «Менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»
осуществлено планирование работ на выполнения научного исследования,
рассчитан бюджет затрат на научно-исследовательскую работу, расчитана
стоимость оборудования, закупаемого при реализации проекта, а также
определена финансовая эффективность проекта, срок окупаемости составил 1
год и 6 месяцев при использовании автоматизированной системы управления
утилизацией тепла дымовых газов 3 000 часов в год.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Читать «Автоматизированная система управления процессом утилизации тепла дымовых газов дизельной электростанции»

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ
    Мария М. УГНТУ 2017, ТФ, преподаватель
    5 (14 отзывов)
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ... Читать все
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ. Большой опыт в написании курсовых, дипломов, диссертаций.
    #Кандидатские #Магистерские
    27 Выполненных работ
    Дарья Б. МГУ 2017, Журналистики, выпускник
    4.9 (35 отзывов)
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных ко... Читать все
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных компаниях, сейчас работаю редактором. Готова помогать вам с учёбой!
    #Кандидатские #Магистерские
    50 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Анна Н. Государственный университет управления 2021, Экономика и ...
    0 (13 отзывов)
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уни... Читать все
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уникальности с нуля. Все работы оформляю в соответствии с ГОСТ.
    #Кандидатские #Магистерские
    0 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Катерина М. кандидат наук, доцент
    4.9 (522 отзыва)
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    #Кандидатские #Магистерские
    836 Выполненных работ
    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету

    Проектирование ТЭЦ мощностью 360 МВт в г. Томске
    📅 2020 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка ПГУ-ТЭЦ на базе ГТУ SGT5-4000F
    📅 2021 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)