Автоматизация котлов КВ-ГМ-50, КВ-ГМ-100 с системой энергосбережения "Факел-2010"

Краткое описание котлов КВ-ГМ-50 (КВ-ГМ-58,2-150), КВ-ГМ-100 (КВ-ГМ-116,3-150)  Водогрейные стационарные котлы КВ-ГМ-50 (КВ-ГМ-100) теплопроизводительностью 58,2 и 116,3 МВт (50 и 100 Гкал/ч) соответственно предназначены для получения горячей воды давлением до 2,25 (22,5) МПа (кгс/см²) и номинальной температурой 150^оС используемой в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения, а также для технологических целей.

Котел КВ-ГМ-50 штатно комплектуется двумя газомазутными горелками РГМГ-20, а котел КВ-ГМ-100 тремя газомазутными горелками РГМГ-30. Горелки устанавливаются на воздушном коробе котла, который крепится на фронтовом экране к горизонтальным коллекторам. Питание горелок воздухом осуществляется от общего регулируемого заслонкой вентилятора. Каждая горелка типа РГМГ при работе на мазуте комплектуется вентилятором первичного воздуха. Разрежение в топке котла обеспечивается дымососом с шибером. Регулирование нагрузки котлов может осуществляться качественно (за счет изменения заслонкой мощности горелок) или комбинировано (за счет изменения количества включенных горелок и их мощности).

Система автоматизации существующих котлов, построенная изначально на базе аналоговых регуляторов, контактных реле и приборов, к настоящему времени физически и морально устарела и требует полной замена на новую. Кроме этого, не экономичны существующие технологии регулирования производительности турбомашин - заслонками и горелок соотношением «топливо-воздух» без учета состава дымовых газов.

Энергосберегающая автоматика для котлов серии «КВ-ГМ» от НПФ «Уран-СПб»
АО НПФ «Уран-СПб» выполняет комплекс работ по техническому перевооружению автоматики и газоснабжения котла «под ключ» (Объем услуг) от разработки проектной документации до монтажа оборудования и режимной наладки на базе оборудования КБ АГАВА, дилером которой она является и осуществляет поставки оборудования по ценам  изготовителя.

При реконструкции автоматики водогрейных котлоагрегатов КВ-ГМ использована авторская технология экономного и экологически чистого сжигания топлива «Факел» в виде системы энергосбережения «Факел-2010». Предусматривается автоматическое управление котлом: с автоматическим розжигом горелок, с коррекцией подачи воздуха на горение по анализаторам дымовых газов и частотным регулированием скорости вращения электродвигателей (ЧРП). Операторы котельной могут вмешиваться в работу автоматики, переводя ее из режима «Автомат» в режим «Ручной».

Система автоматики безопасности и регулирования котла построена на базе микропроцессорного устройства управления котлами, печами сушилками (контроллере) АГАВА 6432. Контроллер АГАВА 6432 обеспечивают требования безопасности работы котлов на газовом и жидком топливе в соответствии с руководством по эксплуатации на котел, федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности, техническими регламентами РФ и ТС в области безопасности, СП 62.13330.2011, СП 89.13330.2012, ГОСТ Р 54961-2012, ГОСТ 21204-97.

Для управления котлом может использоваться как распределенная, так и централизованная система управления. В распределенной системе используется 3(4) контроллера, из которых один контроллер является общекотловым и два (для котла КВ-ГМ-50) или три (для котла КВ-ГМ-100) контроллера используются для управления горелками котла.

Общекотловой контроллер выполняет следующие функции:

• управление задвижками воды на входе и выходе котла;
• управление общекотловой задвижкой по газу и общекотловым ПЗК (при работе на газе);
• управление общекотловой задвижкой жидкого топлива и общекотловым клапаном отсекателем жидкого топлива (при работе на жидком топливе);
• управление регулирующей заслонкой газа на общем газопроводе (при работе на газе);
• автоматическое и дистанционное регулирование разрежения в топке котла;
• управление очередностью и порядком розжига горелок котла;
• автоматическое регулирование мощности котла по температуре воды на выходе котла или по расходу газа на котел,
• автоматическое или дистанционное подключение требуемого количества горелок,
• аварийное отключение котла по общекотловым защитам:
  • повышение температуры воды на выходе котла;
  • повышения/понижения давления воды на выходе котла;
  • понижении давления газа пред котлом (при работе на газе);
  • понижении давления жидкого топлива пред котлом (при работе на жидком топливе);
  • понижения расхода воды через котел;
  • понижения разряжения в топке котла;
  • погасании факелов горелок и (или) факела в топке;
  • отключении дымососа котла;
  • отключении дутьевого вентилятора котла;
  • прекращения подачи электроэнергии или исчезновения напряжения на устройствах дистанционного и автоматического управления и средствах измерения.
     

Горелочный контроллер выполняет следующие функции:

• проверка герметичности газовых клапанов;
• автоматический розжиг горелки на газе и ручной на жидком топливе;
• автоматическое регулирование соотношения топливо-воздух на горелке;
• защитное отключение горелки при:
  • понижении/повышении давления газа перед горелкой;
  • понижении давления воздуха перед горелкой;
  • отключении вентилятора первичного воздуха или двигателя ротационной форсунки (при работе на жидком топливе);
  • отключении вентилятора горелки;
  • прекращения подачи электроэнергии или исчезновения напряжения на устройствах дистанционного и автоматического управления и средствах измерения.

При централизованной системе управления все выполняемые функции реализуются в одном контроллере

Регулирование производительности котла
В зависимости от принятой схемы газового тракта котла: с общим первым по ходу газа отсечным клапаном и запорно-регулирующим клапаном по газу перед горелкой (рис.1); или с двумя отсечными клапанами на каждую горелку (второй по ходу клапан является запорно-регулирующим для обеспечения плавного розжига горелки) (рис.2). Регулирование мощности котла выполняется заслонкой газа расположенной на общем участке газопровода котла, так и количеством подключенных горелок. Различные алгоритмы управления горелками на газе предусматривают как полностью автоматическое подключение/отключение горелок автоматикой при регулировании производительности котла, так и полуавтоматическое подключение/отключение горелок по выбору оператора в зависимости от требуемой нагрузки котла.

Полуавтоматическое подключение/отключение горелок выполняется оператором по мере необходимости. Количество работающих горелок выбирается из меню контроллера, подключение/отключение горелок на газе выполняется автоматически.

Варианты регулирования соотношения «топливо-воздух» предусматривают либо общее управление подачей воздуха на горелки, либо индивидуальное корректирование топлива по каждой горелке. Оптимальная величина соотношения устанавливается автоматически по давлению газа и давлению воздуха в горелках и корректируется по величине остаточного кислорода (О₂) и недожога (оксида углерода - СО) в дымовых газах, Последнюю функцию выполняет комбинированный анализатор-корректор качества сжигания топлива КАКГ.

При работе на жидком топливе подключение/отключение горелок выполняется оператором в ручном режиме с подтверждением операций розжига и отключения горелок в меню контроллера.

                                 Рис. 1                                                                            Рис. 2                                                                                                                                     

Комплект автоматики для управления котлом включает в себя:
Распределенная система управления

1. Общекотловой шкаф КИП и А с установленными в нем:

• контролером АГАВА 6432.20 состав контроллера может меняться в зависимости от количества необходимых каналов управления и контроля,
• сенсорной панелью оператора 10-15 дюймов для индикации сигналов от аналоговых и дискретных датчиков на мнемосхеме котла и в табличном виде, ведения архива аналоговых параметров котла;
• индикаторами положения исполнительных механизмов АДИ-01.7 и тумблеров дистанционного управления регуляторами котла;
• блоками питания, устройством защиты от импульсных перенапряжений для питания модулей контроллера и приборов автоматизации;
• клеммными соединителями для подключения внешних устройств.

2. Горелочные шкафы КИП и А с установленными в них:

• контролером АГАВА 6432.20 состав контроллера может меняться в зависимости от количества необходимых каналов управления и контроля,
• индикатором давления газа между отсечными клапанами;
• индикатором положения МЭО заслонки воздуха и газа перед горелкой АДИ-01.7 и тумблеров дистанционного управления регуляторами котла;
• блоками питания, устройством защиты от импульсных перенапряжений для питания модулей контроллера и приборов автоматизации;
• клеммными соединителями для подключения внешних устройств.

Централизованная система управления

1. Котловой шкаф КИП и А с установленными в нем:

• контролером АГАВА 6432.20 состав контроллера может меняться в зависимости от количества необходимых каналов управления и контроля,
• сенсорной панелью оператора 10-15 дюймов для индикации сигналов от аналоговых и дискретных датчиков на мнемосхеме котла и в табличном виде, ведения архива аналоговых параметров котла;
• индикаторами положения исполнительных механизмов АДИ-01.7 и тумблеров дистанционного управления регуляторами котла;
• блоками питания, устройством защиты от импульсных перенапряжений для питания модулей контроллера и приборов автоматизации;
• клеммными соединителями для подключения внешних устройств.

2. Источники бесперебойного питания оборудования КИП и А, для защиты от кратковременных просадок напряжения.
3. Комплект измерителей давления газа, воздуха, разрежения типа АДН, АДР
4. Комплект датчиков пламени АДП для контроля факелов запальников и горелок.
5. Комплект датчиков давления воды и жидкого топлива типа АДМ-100.
6. Комплект датчиков температуры (дымовые газы, вода и т.п.).
7. Комбинированный анализатор-корректор качества горения КАКГ, измеряющий содержания остаточного кислорода (О₂) и недожога (оксида углерода - СО) в дымовых газах,
8. Расходомеры по топливу и воде (поставляется при необходимости — типы оборудования в соответствии с проектной документацией).
9. Комплект исполнительных механизмов, газовых клапанов (поставляется при необходимости — типы оборудования в соответствии с проектной документацией).
10. Комплект частотных преобразователей ERMAN или станций управления двигателями АГАВА-Е для двигателей дымососа, вентилятора, насоса рециркуляции котла (при наличии в технологической схеме котла насоса).
11. Силовой шкаф управления задвижками и 3-х фазными исполнительными механизмами (поставляется при необходимости — в соответствии с проектной документацией)

АСУ ТП «Диспетчер» для котлов КВ-ГМ
В зависимости от количества котлов в котельной, система диспетчеризации котла может быть как частью общей системы диспетчеризации котельной, так и реализованной для одного котла. (Далее рассматривается диспетчеризация на примере панели оператора для котла КВГМ-100).

Краткое описание интерфейсов
Система диспетчеризации состоит из АРМ оператора котла (которая по интерфейсу подобна сенсорной панели оператора в шкафу котла) или котельной, где отображается хранимая информация в 6-ти окнах:

• мнемосхема котла, на которой показываются: состояние исполнительных механизмов котла, значение сигналов от аналоговых датчиков, режим работы котла;
• графики аналоговых значений параметров котла текущие и архивные значения;
• журнал событий работы автоматики.

Функции окон:
«Котел»: схематичное изображение установки (мнемосхема), с визуальной индикацией цифровых значений аналоговых датчиков и уставок, в двух вариантах: для работе на газе (рис. 1) и для работы на жидком топливе (рис. 2).
«Горелка 1»: (Горелки 2 и 3 аналогичны) схематичное изображение горелки (мнемосхема), с визуальной индикацией цифровых значений аналоговых датчиков и уставок, для работы на газе и жидком топливе (рис. 5).
«Параметры»: отображение в табличном виде информации с аналоговых датчиков, и уставок (рис. 3).
«Архив»: отображение информации на графике о показаниях основных аналоговых датчиков с возможностью выбора отображаемого периода (рис. 4).

Рабочий режим просмотра информации и навигации
На всех мнемосхемах в верхней части находится навигационная панель, на которой помимо наименования мнемосхемы расположены т.н. «кнопки-навигаторы», нажатие пальцем на которых активизирует связанную с навигатором мнемосхему (см. рис. ниже).

«Кнопка-навигатор» с зеленым фоном, подсказывает пользователю, какое окно сейчас открыто.

                                                 Рис. 1. Окно «Котел» (работа на газе)

                                           Рис. 2. Окно «Котел» (работа на жидком топливе)

При включении панели, отображается первое окно «Котел» (рис.1). По умолчанию именно это окно является основным.
На мнемосхеме отображены котел, режим работы котла, показания измерительных приборов:

1. Навигационная панель.

Основное поле содержит:

2. Информация о связи с контроллером, и о текущем состоянии горелок.
3.  Индикатор актуальных событий отображает текущие аварии. При нажатии на индикатор событий, открывается журнал событий, отображающий актуальные и все ранее возникающие аварии (рис. 6).
4. Мнемосхема котла, со схематично расположенными исполнительными механизмами, трубопроводами, топкой и газоходом, датчиками с единицами измерения, и кратким описанием.

Мнемосхема «Параметры котла».
Нажав на кнопку «Параметры» Вы попадете в окно «параметры котла» (рис. 2), на котором сгруппировано отображены значения всех аналоговых датчиков с единицами измерениями, а так же уставки, максимальные и минимальные допустимые значения. Цвета фонов за соответствующими значениями аналоговых датчиков близки к цветам на графике в окне «архив» и значениями в окне «котел», специально для более удобного восприятия.

                                                            Рис. 3. Окно «Параметры»

Мнемосхема «Архив»

                                                                      Рис. 4. Окно «Архив».

Данная мнемосхема предназначена для просмотра значений аналоговых датчиков за определенный период времени. На мнемосхеме находятся:

1. Кнопки перемотки графика в течение одного дня.
2. Информация о значениях аналоговых датчиков в момент времени, отмеченный линией наблюдения. Линия наблюдения – вертикаль, которая проводится вдоль всей оси абсцисс при нажатии пользователем на график, в точке прикосновения. Цвета на графике соответствуют цветам соответствующих аналоговых индикаторов в окнах «архив» и «котел».
3. Индикатор времени данных, отображенных на графике. 0 - соответствует текущему календарному дню, 1 – предыдущему, 2 – соответственно второй день назад.
Примечание: если в какой-либо день панель не была включена, и не велась запись данных, то на следующий день, при открытии данных «1» откроется последний день, в который велась запись данных перед текущим днем. Так же установлена кнопка быстрой помощи «?» по средствам работы с архивными данными. Кнопка «Scrn.» фотографирует экран («скриншот»), и сохраняет фотографию на SD карту.
4. Ось абсцисс с координатами. Координаты едины для всех значений аналоговых датчиков, поэтому ось можно масштабировать, задавая максимальное и минимальное значение. Сделать это можно просто нажав на верхнее или нижнее значение, и указав то, которое Вам требуется.
5. График. При нажатии на график отображается линия наблюдения (см. п. 2).

Мнемосхема  «Горелка»

                                                                  Рис. 5. Окно «Горелка 1»

На мнемосхеме подробно отображены данные по горелке:

1.Навигационная панель. Основное поле содержит:
2. Информация о связи с контроллером горелки, и о текущем состоянии горелки.
3. Мнемосхема горелки, со схематично расположенными исполнительными механизмами,
    трубопроводами, топкой и газоходом, датчиками с единицами измерения, и кратким описанием.
4. Индикатор актуальных событий.

Журнал событий

                                                                    Рис. 6. Журнал событий

Журнал событий – всплывающее окно, отображающее все прошедшие аварии.
Журнал содержит:
1. Список аварий с датой и временем соответствующего события.
2. Панель управления журналом: Индикатор времени данных, отображенных на графике.
0 - соответствует текущему календарному дню,
1 – предыдущему,
2 – соответственно второй день назад.
Примечание: если в какой-либо день панель не была включена, и не велась запись данных, то на следующий день, при открытии данных «1» откроется последний день, в который велась запись данных перед текущим днем. Так же установлена кнопка быстрой помощи «?» по средствам работы с архивными данными. Кнопка «Scrn.» фотографирует экран («скриншот»), и сохраняет фотографию на SD карту накопитель.

Система диспетчеризации позволяет оператору:

• наблюдать за режимами работы котла;
• создавать отчеты о работе котла за определенный период с распечаткой их на бумажные носители;
• выполнять удаленный пуск/останов котла;
• изменять уставку регулирования производительности котла;
• выводить в дистанционный режим и управлять по командам от ПК регуляторами котла (опция, предоставляется при необходимости);
• управлять: задвижками воды на входе и выходе котла, задвижкой по газу (опция, предоставляется при необходимости)

Комплект поставки АСУ ТП:

• SCADA-система,
• Программное обеспечение АСУ ТП,
• ОРС-сервер Agava-OPC,
• Преобразователь интерфейса RS-485/USB,
• АРМ оператора (персональный компьютер, принтер) – поставляется при необходимости.

Референц-лист поставок автоматики
За время разработки и изготовления котловой автоматики в период с 2011 по 2015 год предприятием КБ «АГАВА» выполнена поставка автоматики для 7-ми котлов:

Порядок заказа автоматики или полного комплекса работ по техническому перевооружению котлов КВ-ГМ-50(100)
АО НПФ «Уран-СПб» может выполнять полный комплекс работ «под ключ» по техническому перевооружению автоматики и газоснабжения котла от разработки проектной документации до монтажа оборудования и режимной наладки на базе оборудования АГАВА. По договоренности с Заказчиком, может быть выполнена только часть работ (проектных и наладочных), но при этом не нарушены авторские права НПФ «Уран-СПб» на систему «Факел» и не раскрыты секреты «Ноу-Хау».

Для заказа:

• комплекта автоматики на котел КВ-ГМ-50(100), заполняется и высылается в наш адрес опросный лист;
• АСУ ТП диспетчер на котел КВ-ГМ-50(100), заполняется и высылается в наш адрес опросный лист;
• проекта технического перевооружения котла КВ-ГМ-50(100) направляется нам задание на проектирование или официальное письмо с указанием типа котла, количества котлов на объекте подлежащих техперевооружению, виды топлива (Возможен выезд специалиста на предпроектное обследование для составления задания на проектирование);
• монтажа и наладки оформить заявку в произвольной форме.