Проектирование системы управления процессом сжигания органоводоугольных композиций в котельном агрегате

Шлегель, Никита Евгеньевич Научно-образовательный центр И.Н.Бутакова (НОЦ И.Н.Бутакова)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В процессе выполнения работы проводились экспериментальные исследования, анализ объекта автоматизации, составление структурной схемы АСУ ТП топливоподачи, разработка функциональной схемы, разработка принципиальной электрической схемы и чертежа общего вида щитовой конструкции, произведен выбор технических средств автоматизации с последующим составлением заказной спецификации.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 11
1 Исследовательские изыскания ……………………………………………………………….. 16
1.1. Цель и задачи исследований ……………………………………………………………. 22
1.2. Исследуемые материалы …………………………………………………………………. 22
1.3. Характеристики зажигания и горения ……………………………………………… 23
1.4. Относительные показатели эффективности ……………………………………… 26
1.5. Характеристики зажигания ……………………………………………………………… 28
1.6. Характеристики горения …………………………………………………………………. 31
1.7. Относительные коэффициенты полезного использования………………… 34
1.8. Использование результатов исследований……………………………………….. 36
2 Проектирование АСУ топливоподачи ……………………………………………………. 39
2.1. Анализ объекта автоматизации ……………………………………………………….. 39
2.2. Выбор структуры автоматизированной системы топливоподачи ……… 42
2.3 Разработка функциональной схемы АСУ топливоподачи …………………. 46
2.4. Выбор технических средств АСУ топливоподачи ……………………………. 48
2.4.1. Выбор датчиков температуры ……………………………………………………. 48
2.4.2. Выбор управляющего устройства ………………………………………………. 51
2.4.3. Выбор технических средств измерения расхода топлива ……………. 54
2.4.4. Выбор исполнительного механизма …………………………………………… 56
2.4.5. Выбор технических средств для автоматизированного рабочего
места ………………………………………………………………………………………………….. 58
3. Схема уровней управления …………………………………………………………………… 61
4. Разработка документации АСУ топливоподачи …………………………………….. 63
4.1. Перечень входных и выходных сигналов…………………………………………. 63
4.2. Проектирование принципиальной схемы АСУ топливоподачи ………… 63
4.3. Проектирование монтажной схемы АСУ топливоподачи …………………. 65
4.4. Разработка чертежа общего вида щитовой конструкции АСУ ………….. 69
5 Расчет параметров настройки регулятора ………………………………………………. 71
5.1 Идентификация объекта управления ………………………………………………… 71
5.2 Расчет параметров настройки регулятора …………………………………………. 74
6. Разработка SCADA системы для АСУ топливоподачи ………………………….. 81
7. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение .. 86
7.1. Планирование работ и оценка времени выполнения ………………………… 86
7.2 Смета затрат на проект …………………………………………………………………….. 90
7.3 Смета затрат на оборудование и монтажные работы…………………………. 93
8.4 Определение экономической эффективности проекта ………………………. 94
Вывод по разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение» ……………………………………………………………………………… 95
8. Социальная ответственность ………………………………………………………………… 97
8.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ….. 98
8.2. Производственная безопасность ……………………………………………………… 99
8.3. Экологическая безопасность………………………………………………………….. 107
8.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………. 109
Выводы по разделу «Социальная ответственность» ……………………………… 113
Заключение ……………………………………………………………………………………………. 114
Список использованных источников ………………………………………………………. 116
Приложение A Comparative study of fuel compositions ……………………………… 125
Графический материал: на отдельных листах
ФЮРА.421000.012 С2 Схема функциональная
ФЮРА.421000.012 Э3 Схема принципиальная электрическая
ФЮРА.421000.012 С4 Схема монтажная
ФЮРА.421000.012 ВО Общий вид щита автоматизации

В последние годы уголь занимает одну из лидирующих позиций в
мировом энергетическом балансе. Сохраняющиеся на сегодняшний день
значительные запасы и доступность угля во многих регионах мира
способствовали увеличению добычи твердого топлива. Большая часть
добываемого объёма угля обогащается. К примеру, в мире в среднем
обогащается 70–90% добываемого угля, в Австралии и ЮАР обогащается весь
добываемый уголь, а в Кузбассе – более половины. В результате переработки
угля образуются отходы углеобогащения (фильтр-кеки). Ежегодно в
угледобывающих регионах формируются миллионы тонн фильтр-кеков [1–7].
Например, углеперерабатывающие предприятия Кузбасса ежегодно
производят свыше 2 млрд. тонн таких отходов. Как правило, отходы
углеобогащения складируются в бункерах, гидроотвалах и прудах-
накопителях, которые, в свою очередь, ухудшают экологическое состояние
окружающей среды и занимают значительные площади. По этим причинам
задача масштабной утилизации отходов переработки угля имеет мировое
значение.
Большой интерес отходы флотации угля, представляют для
энергетической промышленности, так как обладают конкурентоспособными
экологическими и экономическими показателями. Применение горючих
отходов в составе композиционного топлива позволяет произвести их
утилизацию с минимальными затратами. Использование таких отходов
позволит расширить ресурсную базу энергопредприятий и получить
альтернативное топливо.
Мировое научное сообщество разработало группу технологий
утилизации отходов углеобогащения (основными направлениями считаются
строительство, изготовление композитных материалов, сжигание). Главным
способом утилизации отходов углеобогащения, является их сжигание с
последующим получением тепловой энергии. Этот способ утилизации
является достаточно безопасным и ресурсоэффективным [8–22]. Для
улучшения экологических показателей и минимизации затрат на сжигание
целесообразно создавать топливные композиции на базе отходов
углеобогащения: органоводоугольное топливо (ОВУТ) и водоугольное
топливо (ВУТ). Одним из преимуществ суспензий ОВУТ является
возможность использования в их составе компонентов нефтяного
происхождения. В этой связи обоснованный интерес вызывает перспектива
вовлечения в энергетический сектор невостребованных продуктов
нефтепереработки и отработанных масел (машинных, турбинных, моторных,
трансформаторных), формирующихся ежегодно в объеме сотен миллионов
тонн.
На сегодняшний день выполнено достаточно большое число
исследований (например, [8–22]) процессов приготовления и сжигания
органоводоугольных композиций на основе фильтров-кеков. Например,
перспективные исследования особенностей использования водоугольных
топливных композиций провела группа ученых из Института теплофизики СО
РАН, ООО «ПРОТЭН», г. Новосибирск, ОАО «СКЭК», г. Кемерово (Мальцев
Л.И., Кравченко И.В., Лазарев С.И., Лапин Д.А.). В поселке Барзас
Кемеровской области работает в тестовом режиме АСУ котельного агрегата,
использующего ВУТ, активные исследования в этой области ведутся и в
Китае. Вопросами зажигания и горения ОВУТ также занимается научно-
исследовательская группа Томского политехнического университета в
лаборатории моделирования процессов тепломассопереноса.
Результаты экспериментов [8–22] дают представление о
закономерностях и характеристиках процессов зажигания ОВУТ. В работах
[8–22] экспериментально получены данные об основных характеристиках и
закономерностях процессов зажигания и горения ОВУТ, а также представлены
результаты численных исследований зажигания композиционных жидких
топлив (КЖТ). Следует, однако, отметить, что существует недостаток
экспериментальных данных о влиянии компонентного состава ОВУТ на
характеристики его горения (особенно топлив, приготовленных на основе
отходов угле- и нефтепереработки) при сравнительно низких температурах
окислителя. Получение экспериментальной базы характеристик ОВУТ в
широком диапазоне варьирования значимых факторов (температуры в камере
сгорания, вида и концентраций компонентов топлива, размеров капель и др.),
является перспективной задачей, так как такие топлива позволяют улучшить
экологические и экономические показатели работы энергетической установки.
Результаты исследования будут интересны в сфере образования для
студентов и аспирантов:
 для изучения процессов тепломассопереноса при горении группы
распыленных капель ОВУТ;
 для изучения влияния свойств угля (или отхода его обогащения)
на параметры процесса зажигания и горения топлива (пороговая температура
зажигания, время задержки зажигания и полного сгорания ОВУТ);
 для определения влияния способа и длительности приготовления
топлива на перечисленные параметры;
 для определения влияния концентрации и свойств органической
составляющей топлива на характеристики зажигания и горения ОВУТ;
 для исследования систем автоматического управления
энергоустановок по сжиганию топлива.
Экспериментальная информационная база интегральных характеристик
и условий низкотемпературного зажигания органоводоугольных топливных
композиций будет востребована в научной сфере при разработке технологий
сжигания таких топлив, создании математических моделей зажигания и
горения, получении новых знаний о процессах тепломассопереноса и фазовых
превращениях, протекающих при горении капель композиционных
суспензионных топлив. Развитие исследований в этом направлении позволит
разработать эффективные автоматизированные технологии
топливоприготовления и сжигания в энергоустановках отходов
углеобогащения и нефтепереработки.
Возможности утилизации широкой группы промышленных отходов,
сокращения площадей отвалов, расширения сырьевой энергетической базы,
получения суспензионных топлив с низкой стоимостью обуславливает
интерес промышленных предприятий (как энергетических, так и
углеперерабатывающих) в результатах исследований различных
характеристик ОВУТ и ВУТ.
В последние несколько лет выполнены экспериментальные
исследования (например, [23–28]) сжигания органоводоугольных суспензий
базирующихся на углях разных марок, отработанной масляной продукции
обеспечения производственной техники и смесях нефти с водой. Группой
авторов показано [23–28], что применение ОВУТ в котлоагрегатах в качестве
основного топлива является перспективным. Однако в качестве основных
компонентов ОВУТ в экспериментах [23–28] использованы высокосортные
угли разной степени метаморфизма. Так как большая часть таких углей
активно экспортируется развитыми государствами (например, Китаем, США,
Индией, Россией), то целесообразно при приготовлении ОВУТ использовать
отходы переработки и обогащения этих углей (например, фильтр-кеки).
Объемы последних к 2020 году могут вырасти в несколько раз [7]. Актуальна
задача создания ОВУТ на основе фильтр-кеков с добавлением отработанных
масел разного происхождения. Важно определить, как могут влиять наиболее
типичные компоненты таких топливных суспензий на их основные
характеристики (стабильность, вязкость, теплота сгорания, инерционность
зажигания, длительность горения и другие). Процессы зажигания и горения
ВУТ и ОВУТ пока мало изучены (для условий низкотемпературного (менее
900 К) [23–28] зажигания нет данных), то целесообразно для получения
соответствующей базы данных провести эксперименты с разными фильтр-
кеками и отходами нефтехимического происхождения. При этом для
расширения возможных приложений результатов исследований, условия
нагрева топлив следует рассмотреть от низкотемпературных [26–28] до
соответствующих (более 1200 К) современным энергетическим установкам,
блокам и агрегатам.
При использовании ОВУТ в котлоагрегате возникают некоторые
проблемы, одна из них – это подача топлива в котел. При непрерывной подаче
композиционного жидкого топлива с помощью форсунки необходимо
регулировать количество воздуха, смешивающегося с ОВУТ для
предотвращения выхода форсунки из строя. Кроме этого, для обеспечения
жидкого шлакоудаления необходимо поддерживать в топке котельного
агрегата высокие температуры (свыше 1300 °C).
Система управления процессом сжигания топлива называется АСУ
топливоподачи.
Цель настоящей работы – экспериментальное исследование
характеристик ОВУТ, полученных на основе фильтр-кеков каменных углей и
отработанных масел, а также проектирование автоматизированной системы
сжигания органоводоугольной топливной композиции в котлоагрегате.
1 Исследовательские изыскания

В рамках данного дипломного проекта была разработана
автоматизированная система сжигания органоводоугольной топливной
композиции.
Спроектированная система является трехуровневой. Полевой уровень
включает датчики измерения температуры и расхода, а также запорную
арматуру и исполнительные механизмы. На среднем уровне располагается
микропроцессорный контроллер, на верхнем уровне – АРМ оператора.
В ходе выполнения дипломного проекта была разработана проектная
документация: схема структурная, схема функциональная, схема
принципиальная электрическая, схема монтажная и общий вид щита.
Пояснительная записка к проекту содержит подробное описание
основного оборудования, приборов и технических средств автоматизации,
экспериментальных исследований, а также мнемосхема. При выборе приборов
руководствовались каталогами и сайтами производителей.
Также выполнены разделы «Социальная ответственность» и
«Менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение», в котором
рассчитана общая сумма затрат на реализацию проекта (173,2 тыс. руб.), а
рассчитанная эффективность проекта составила 1000000 рублей, что говорит
об эффективности реализации данного технического проекта.
Основные публикации автора работы:
1. Shlegel N.E., Kats M.D., Glushkov D.O. The Influence Of Mass Fraction Of
Dressed Coal On Ignition Conditions Of Composite Liquid Fuel Droplet // MATEC
Web of Conferences. – 2015. – V. 37, Article number 01051. – P. 157–168.
2. Nyashina G.S., Kosintsev A.G., Shlegel N.E., Strizhak P.A. The influence of
droplet sizes of coal-water slurry containing petrocemicals on integral ignition
characteristics // JP Journal of Heat and Mass Transfer. – 2016. – Vol. 13. – № 2. –
P. 265–276.
3. Glushkov D.O., Shlegel N.E., Strizhak P.A., Vershinina K.Y. Heat transfer
under ignition of droplet of composite liquid fuel made of coal, water and oil in an
oxidant flow // Advances and Applications in Fluid Mechanics. – 2016. – Vol. 19. –
№ 1. – P. 157–168.
4. Vershinina K. et al. The prospects of burning coal and oil processing waste
in slurry, gel, and solid state //Applied Thermal Engineering. – 2019. – Т. 156. – С.
51-62.
5. Vershinina K. Y., Shlegel N. E., Strizhak P. A. Relative combustion
efficiency of composite fuels based on of wood processing and oil production wastes
// Energy. – 2019. – Vol. 169. – P. 18-28.
6. Vershinina K. Y., Shlegel N. E., Strizhak P. A. Impact of environmentally
attractive additives on the ignition delay times of slurry fuels: Experimental study //
Fuel. – 2019. – Vol. 238. – P. 275-288.
7. Няшина Г.С., Шлегель Н.Е., Стрижак П.А. Анализ антропогенных
выбросов при сжигании угольных топлив и отходов углепереработки // Кокс и
химия. – 2017. – №. 4. – С. 40–46.

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

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

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

    Татьяна С. кандидат наук
    4.9 (298 отзывов)
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (поставки напрямую с издательств), доступ к библиотеке диссертаций РГБ
    #Кандидатские #Магистерские
    551 Выполненная работа
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 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
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 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
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

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