способ автоматизированного управления газомазутной горелкой

Формула изобретения

СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОМАЗУТНОЙ ГОРЕЛКОЙ путем проверки готовности технологических систем и исполнительных механизмов и исправности датчиков, проверки плотности главного и рабочего клапанов-отсекателей, включения исполнительных механизмов и контроля за их работой, розжига горелки, нормальной ее работы в заданном режиме и останова в заданной последовательности, а также останова при наступлении аварийных ситуаций, отличающийся тем, что проверку плотности закрытия клапанов-отсекателей проводят при их полном одновременном закрытии путем подачи газа в трубопровод между главным и рабочим клапанами-отсекателями через обводной дополнительный трубопровод с дросселем расчетного сечения, определяют время достижения заданного значения давления газа в этом трубопроводе и по величине этого времени судят о наличии утечек, а в процессе подготовки горелки к работе и в процессе нормальной ее работы в заданном режиме также определяют величину времени исполнения технологических операций и при ее отклонениях от заданной величины дают команду на останов, при этом аварийные ситуации для останова ранжируют по степени тяжести возможных последствий, продолжают контролировать все технологические параметры работы горелки после выполнения команды на останов и в случае наступления дополнительной аварийной ситуации выше рангом по тяжести возможных последствий, выполняют технологические операции останова, соответствующие наиболее тяжелой аварийной ситуации, кроме того, во время всех технологических пауз непрерывно опрашивают все датчики горелки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматизации теплоэнергетических процессов, в частности к автоматизированному регулированию и управлению работой газомазутных горелок небольшой мощности, нашедших массовое применение в производстве тепла и энергии, металлургическом, термическом и других производствах.

Известен способ автоматизированного управления газомазутной горелкой [1] , предназначенной, например, для котлов типа ДКВр производительностью 2,5 - 20 т пара в час. В основе способа лежит автоматизированная последовательность осуществления технологических операций, задаваемых через АСУ ТП котла. Эти операции включают проверку готовности технологических систем и исполнительных механизмов, проверку исправности датчиков, проверку плотности закрытия главного и рабочего клапанов-отсекателей, включение исполнительных механизмов и контроль за их работой, розжиг горелки, нормальную ее работу в заданном режиме и останов в заданной последовательности технологических операций, в том числе от наступления аварийных ситуаций.

Недостатком известного способа автоматизированного управления газомазутной горелкой является то, что проверку плотности закрытия клапанов-отсекателей проводят путем их поочередного открытия и проверки наличия газа в топке, что является весьма трудоемкой операцией, проводимой практически вручную (операция опрессовки). Кроме того, время исполнения технологических операций хотя и измеряется, но оно используется только как статическая величина, после достижения которой дается команда на выполнение следующей операции, т.е. время не используется как фактор безопасности. Средством реализации известного способа является система жесткого программирования и управления всеми процессами от единой централизованной ЭВМ. При этом отсутствует постоянный контроль и диагностика состояния как исполнительных механизмов, так и датчиков, а любой сбой системы приводит к аварийному останову с выполнением полного технологического цикла останова, что является не всегда оправданным из-за большой трудоемкости.

Цель изобретения - разработка способа автоматизированного управления газомазутной горелкой, который бы обеспечил универсальность и приспосабливаемость системы управления к меняющимся условиям работы горелки, позволил бы упростить и автоматизировать трудоемкую ручную операцию опрессовки клапанов, а также обеспечил высокую степень безопасности работы горелки, а следовательно, и всего котлоагрегата.

Цель достигается тем, что проверку плотности закрытия клапанов-отсекателей проводят при их полном одновременном закрытии. Газ подают в трубопровод между главным и рабочим клапанами-отсекателями через обводной дополнительный трубопровод с дросселем расчетного сечения и определяют время достижения заданного значения давления газа в этом трубопроводе. По величине этого времени судят о наличии утечек. В процессе подготовки горелки к работе и в процессе нормальной ее работы в заданном режиме также определяют величину времени исполнения технологических операций и при ее отклонениях от заданной величины дают команду на останов. Аварийные ситуации для останова ранжируют по степени тяжести возможных последствий. После выполнения команды на останов продолжают контролировать все технологические параметры работы горелки и в случае наступления дополнительной аварийной ситуации выше рангом по тяжести возможных последствий выполняют технологические операции останова, соответствующие наиболее тяжелой аварийной ситуации. Кроме того, во время всех технологических пауз непрерывно опрашивают все датчики горелки. Реализуется указанный способ через гибкую свободно программируемую микропроцессорную систему, которая содержит устройства микропроцессорного управления в виде локальной распределенной сети микроЭВМ с блочным построением программ.

На фиг. 1 показана схема подвода газа при опрессовке клапанов; на фиг. 2 - график "давление-время" при опрессовке клапанов; на фиг. 3-5 - алгоритм способа автоматического управления газомазутной горелкой; на фиг. 6 - функциональная схема уровней автоматизации горелки.

Способ автоматизированного управления газомазутной горелкой осуществляют следующим образом.

Перед первым пуском горелки, пуском из холодного резерва или пуском после аварийного останова (после производства всех необходимых подготовительных мероприятий, предусмотренных инструкцией по пуску горелки в работу) нажать кнопку 1.1 (фиг. 2) "Сброс" на шкафу АСУ ТП и установить переключатель 1.2 "Газ-мазут" в положение "Газ". При этом формируются команды на полное закрытие направляющего аппарата дымососа, направляющего аппарата вентилятора, регулирующего органа газа, включается табло "Плановый останов" (на схеме не показано); начинается отсчет времени t_o, необходимого для закрытия перечисленных выше управляемых объектов. При этом время исполнения операции сравнивается с заданным контрольным временем: оно не должно быть меньше его и не должно его превышать. Начинается шаг 1.3 - проверка готовности объекта к работе и диагностика исправности датчиков. По истечении 1.4 времени t_o, если объект окажется готов и датчики исправны, переходят к шагу 1.5; иначе переходят к шагу 3.1 для осуществления подпрограммы останова N 1.

При выполнении шага 1.5 вся арматура приводится в исходное состояние. Во время этой технологической паузы 1.6 - t₁ осуществляется повторное диагностирование исправности всех механизмов и датчиков посредством связи "а", начиная с шага 1.3. Если все сигналы положительные, то переходят к шагу 1.7 - проверяют выполнение команды 1.5 (приведение арматуры в исходное положение), проверяется наличие разрешающих сигналов от конечных выключателей (КЗ) в закрытом состоянии всех управляемых объектов (УО).

Если по истечении времени t₁ и в дальнейшем до отключения КЗ любого из разрешающих сигналов КЗ или любой из сигналов датчиков имеет аварийное значение, то формируется общий сигнал аварии и сигнал, расшифровывающий первопричину аварии и выдающий рекомендации по выполнению последовательности технологических операций останова; происходит аварийный останов горелки 3.1 по подпрограмме останова 1.

При отсутствии аварийной ситуации, автоматизированная горелка переходит в режим ожидания непосредственного пуска 1.8, что соответствует пуску горелки из горячего резерва или пуску ее после планового останова.

Пуск осуществляется нажатием кнопки 1.9 "Пуск" на шкафу АСУ ТП или при поступлении соответствующего сигнала с диспетчерского пульта или из общекотельного управляющего устройства.

При отсутствии аварийной ситуации формируется команда 1.10 на включение дымососа; начинается 1.11 - отсчет времени t₂; эта технологическая пауза используется для диагностирования исправности механизмов и датчиков, начиная с шага 1.3 (проверка готовности горелки к работе). Затем переходят к шагу 1.12 - проверке исполнения команды шага 1.10 на включение дымососа. Если команда 1.10 не выполнена, то переходят к шагу 7.1 для осуществления подпрограммы останова N 7. Если дымосос включен, переходят к шагу 1.13 - включение вентилятора; начинается 1.14 - отсчет времени t₃ на исполнение данной команды, в процессе которого диагностируются исполнительные механизмы и датчики через связь "а", начиная с шага 1.3.

При отсутствии аварийной ситуации осуществляется шаг 1.15 - проверка исполнения команды 1.13 на включение вентилятора. Если команда 1.13 не выполнена, то переходят к шагу 3.1 для осуществления подпрограммы останова N 1. То же происходит, если команда выполнена с отклонением от заданного временного срока.

При отсутствии аварийных сигналов переходят к шагу 1.16 - перевод технологических механизмов в режим предпусковой вентиляции топки; начинается 1.17 - отсчет времени t₄, необходимого для выполнения этой операции. В течение этой технологической паузы осуществляется диагностирование исправности механизмов и датчиков через связь "а" по всей технологической цепочке, начиная с шага 1.3. Затем переходят к шагу 1.18 - проверке выполнения 1.16 в соответствии с заданной нормой. Если программа по шагу 1.16 не выполнена или выполнена не в полном объеме, или выполнена с отклонениями от заданного времени в ту или другую сторону, то переходят к шагу 4.1 для осуществления подпрограммы останова N 2.

При отсутствии аварийной ситуации переходят к шагу 1.19 - непосредственно вентиляции топки перед пуском горелки; начинается 1.20 - отсчет времени t₅, необходимого для осуществления этой операции. Эта технологическая пауза также используется для диагностирования исправности механизмов и датчиков через связь "а", начиная от шага 1.3.

При отсутствии аварийной ситуации переходят к осуществлению автоматизированных циклов опрессовки, то есть проверке на герметичность закрытия главного и рабочего клапанов-отсекателей на линии подачи газа к горелке и запальнику, шаги 1.21, 1.24 и 1.27. В процессе осуществления всех трех циклов опрессовки во время технических пауз 1.22 (t₆), 1.25 (t₇), 1.28 (t₈) осуществляется диагностирование исполнительных механизмов и датчиков через связь "а", начиная с шага 1.3. В случае обнаружения неисправности или отклонений от нормы в шагах 1.23, 1.26 и 1.29 предусмотрен переход к шагу 4.1 для осуществления подпрограммы останова N 2.

При отсутствии аварийной ситуации после проведения операции опрессовки переходят к шагу 1.30 - подготовка к розжигу. Формируются команды на закрытие направляющего аппарата вентилятора, открытие главного клапана-отсекателя газа и закрытие клапана опрессовки, начинается 1.31 - отсчет времени t₉, необходимого для выполнения указанных операций. Во время этой технологической паузы в последний раз осуществляется диагностирование всех исполнительных механизмов и датчиков через связь "а", начиная с шага 1.3.

При отсутствии аварийной ситуации переходят последовательно к шагам 1.32 - отмене управляющих сигналов, 1.33 - проверке условий розжига. Включается контроль открытого состояния главного клапана-отсекателя газа, снимается контроль исправности прибора пламени. Если условия розжига не выполнены, переходят к шагу 5.1 для осуществления подпрограммы останова N 3.

При отсутствии аварийных сообщений переходят к шагу 1.34 - включение трансформатора зажигания и подача искры. Начинается 1.35 - отсчет времени t₁₀ для осуществления этой операции. Если команда не выполняется, операция повторяется. Через t₁₀ секунд переходят к шагу 1.36 - формируется команда на открытие клапана запальника, начинается 1.37 - отсчет времени t₁₁. В случае не срабатывания операция по включению запальника повторяется. Через t₁₁ секунд переходят к шагу 1.38 - опросу датчиков. Если показания датчиков не соответствуют уставкам, переходят к шагу 5.1 для осуществления подпрограммы останова N 3.

При отсутствии аварийной ситуации переходят к 1.40 - формируется команда на открытие рабочего клапана-отсекателя газа, начинается шаг 1.41 - отсчет времени t₁₂, отключается трансформатор зажигания, отключается регулятор разряжения, отключается контроль закрытого состояния рабочего клапана-отсекателя газа, включается контроль факела. Во время этой технологической паузы осуществляется диагностирование механизмов и датчиков через связь "б", начиная с шага 1.38, т.е. тех, которые обслуживают непосредственно процесс работы горелки. Если появляются неисправности, то переходят к шагу 5.1 для осуществления подпрограммы останова N 3.

При отсутствии аварийных сообщений переходят к шагу 1.43 - отключается клапан запальника, включается регулятор разряжения, начинается шаг 1.44 - отсчет времени t₁₃, в течение которого проводят диагностирование механизмов и датчиков через связь "б", начиная с шага 1.38.

При отсутствии аварийных сообщений переходят к шагу 1.45 - регулирующий орган газа перемещается (ступенчато) в положение, соответствующее 5% его полного открытия, отключается контроль закрытого состояния регулирующего органа газа, направляющего аппарата вентилятора, включается регулятор соотношения топливо-воздух, начинается шаг 1.46 - отсчет времени t₁₄. Во время этой технологической паузы проводят диагностирование механизмов и датчиков через связь "б", начиная с шага 1.38.

При отсутствии аварийных сообщений через t₁₄ секунд переходят к шагам 1.47 и 1.48 - включается вентилятор нагрузки и табло "Нормальная работа", начинается контроль минимального давления газа и давление воздуха, начинается отсчет времени t₁₅ = , соответствующие нормальной работе горелки.

При нормальной работе горелки работают: дымосос, вентилятор, регуляторы: нагрузки, соотношения топливо-воздух, разряжения; табло "Нормальная работа" и дисплей с текущей информацией; открыты: главный клапан-отсекатель газа, рабочий клапан-отсекатель газа; контролируются: готовность горелки, давление воздуха, разряжение в топке, погасание факела, пожар в газоходах, работа дымососа, работа вентилятора, наличие давления газа, минимальное давление газа перед горелкой, открытие главного клапана-отсекателя газа, открытие рабочего клапана-отсекателя газа, открытие (от кнопки) электрозадвижки.

Предлагаемый способ автоматизированного управления газомазутной горелкой включает автоматическую операцию опрессовки клапанов-отсекателей. Операция опрессовки является весьма ответственной технологической операцией в процессе подготовки горелки к работе, поскольку она направлена на предотвращение взрывоопасной ситуации в связи с возможными утечками газа и предусмотрена в качестве обязательной Правилами Госгортехнадзора. Ее осуществляют в соответствии с предлагаемой схемой подвода газа к горелке (фиг. 1), которая включает газопровод 1 подвода газа к горелке с отключающим устройством 2 и расходомером 3. На газопроводе 1 установлен главный клапан-отсекатель 4 газа и рабочий клапан-отсекатель 5 газа. Между клапанами 4 и 5 в точке 6 газопровода 1 установлен дополнительный обводной трубопровод 7 небольшого сечения с дросселем 8 и клапаном 9 опрессовки, второй конец которого соединен в точке 10 с основным газопроводом 1 перед главным клапаном-отсекателем 4 газа. По обе стороны от точки 6 на газопроводе 1 установлены манометры 11. Обводной трубопровод 7 служит также для розжига запальника, к которому газ поступает через газопровод 12 запальника, на котором установлены клапан 13 запальника и клапан 14 безопасности.

Операцию опрессовки проводят в автоматическом режиме через АСУ ТП горелки следующим образом. Закрывают главный клапан-отсекатель 4 газа, рабочий клапан-отсекатель 5 газа и клапаны 13 и 14 на газопроводе 12 запальника. Открывают отключающее устройство 2 на газопроводе 1 и клапан 9 опрессовки на дополнительном обводном трубопроводе 7. Газ начинает поступать через обводной трубопровод 7 и дроссель 8 в точку 6 соединения трубопроводов, откуда через манометры 11 - к закрытым клапанам 4 и 5. Зная точное расчетное сечение дросселя и расход газа через него, устанавливают номинальное время t_н, через которое манометры 11 покажут номинальное давление газа в трубопроводе Р_н. Если за установленное время t_н будет достигнуто давление Р₁ < Р_н, то, следовательно, в клапанах 4 или 5 имеются утечки газа. В этом случае будет подана команда на аварийный останов горелки. Если давление Р_н будет достигнуто за время t₁ < t_н, то также будет подана команда на аварийный останов горелки, поскольку наличие избыточного давления в газопроводе 1 также может быть причиной будущей аварии.

В процессе подготовки горелки к работе и в процессе нормальной ее работы в заданном режиме тоже определяют величину времени исполнения технологических операций (пуск и останов агрегатов, открытие и закрытие клапанов, задвижек т. п. ) и сравнивают ее с заданными номинальными величинами. При отклонениях величины времени исполнения от заданного значения в любую сторону подается команда на останов горелки.

Таким образом, по всем операциям управления работой горелки в автоматическом режиме контролируют не только технологические параметры, но и осуществляют точный просчет времени исполнения технологических операций, величину которого постоянно сравнивают с заданным номинальным (контрольным) временем, установленным для данной операции. Отклонение в любую сторону считается основанием для аварийного останова горелки (котла). Такой способ управления газомазутной горелкой позволяет судить о состоянии исполнительного органа накануне события, а не констатировать его наступление, как это делается в известных способах. Время исполнения используется как фактор безопасности работы горелки.

Существенным моментом в предлагаемом способе автоматизированного управления газомазутной горелкой является то, что все аварийные события, являющиеся причиной для останова котельного агрегата, которые могут произойти в процессе его запуска, работы и планового останова, ранжируют по степени тяжести возможных последствий такой аварии и для каждого из них применяют свой набор технологических операций. Это сделано для того, чтобы осуществить останов с наименьшими потерями и разрушениями для скорейшего пуска его в работу после устранения причины аварии.

В приведенном примере реализации способа управления газомазутной горелкой реализованы следующие виды автоматизированного останова (подпрограммы), на которые имеются ссылки в тексте описания: плановый останов при пуске горелки; плановый останов до розжига горелки; плановый останов после розжига горелки; плановый останов из режима нормальной работы; N 1, аварийный останов при пуске горелки; N 2, аварийный останов до розжига горелки; N 3, аварийный останов после розжига горелки; N 4, аварийный останов из режима нормальной работы; N 5, аварийный останов при пожаре в газоходах; N 6, аварийный останов при нарушении разряжения; N 7, аварийный останов при останове дымососа.

Для примера рассмотрим алгоритм аварийного останова при пуске котла по подпрограмме N 1. Этот вид останова происходит с начала работы программы управления и контроля до начала вентиляции и опрессовки. Останов начинается, если: нажата кнопка "Аварийный останов"; поступила соответствующая команда с верхнего уровня управления; по сигналам аварии, поступившим от любого из аварийных датчиков; от конечных выключателей исполнительных органов, сигнализирующих о невыполнении команды при пуске горелки; от блока контроля времени в случае его отклонения от заданного номинального в ту или иную сторону.

Останов происходит следующим образом: включается табло "Аварийный останов"; отключается дымосос и вентилятор; формируется команда на закрытие электрозадвижки на спуске газопровода; включается звуковая сигнализация и на дисплее появляется описание причины нарушения операций пуска и рекомендации по их устранению.

После поступления команды на останов и в ходе выполнения технологических операций останова продолжают контролировать все технологические параметры работы включенных агрегатов. В случае наступления дополнительной аварийной ситуации выше рангом по тяжести возможных последствий выполняют технологические операции останова, соответствующие наиболее тяжелой аварийной ситуации.

Особенностью предлагаемого способа автоматизированного управления газомазутной горелкой является непрерывный опрос датчиков горелки с целью установления их исправности и готовности к работе. Такой опрос осуществляется во время всех технологических пауз, необходимых для исполнения той или иной команды исполнительными органами.

Предлагаемый способ совокупностью новых признаков обеспечивает повышенную надежность и полностью автоматизированный процесс управления газомазутной горелкой.

Способ реализуется через гибкую свободно программируемую микропроцессорную систему в виде локальной распределенной программно и аппаратно на дискретные уровни сети микроЭВМ с блочным построением программ.