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!

    Екатерина Д.
    4.8 (37 отзывов)
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два об... Читать все
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два образования: экономист-менеджер и маркетолог. Буду рада помочь и Вам.
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 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
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 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
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ

    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)