SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

АСУ котлоагрегатов ТЭЦ ОАО “Котласский ЦБК”, способных работать на трех видах топлива

Рассматриваются задачи автоматизации и реализация функций автоматизированного пуска и останова котлоагрегата и автоматического розжига горелок на примере котлоагрегата № 11 ТЭЦ Котласского ЦБК. Показано, что за счет внедрения АСУ повышена надежность работы котлоагрегата во всех режимах.

ООО “НПФ Ракурс”, г. Санкт-Петербург

Rakurs_site.gif

Компания НПФ “Ракурс” имеет огромный опыт автоматизации котлоагрегатов. В основном, это котлоагрегаты, работающие на природном газе и мазуте, угле и мазуте либо только на мазуте или газе. На ТЭЦ Котласского ЦБК ставилась задача автоматизации энергетических котлов, способных работать на трех видах топлива. Станция оснащена двенадцатью котлоагрегатами, одиннадцать из которых двух типов БКЗ-210-140 и БКЗ-160-100, работающих на природном газе, угле и мазуте. На сегодня природный газ является основным видом топлива этих котлов, а уголь и мазут - резервными.

Одной из предпосылок автоматизации котлов станции явилось предписание Госгортехнадзора о приведении газопроводов котлов в соответствие с требованиями новых правил безопасности систем газораспределения и газопотребления. Кроме того, другое оборудование котлоагрегатов требовало модернизации ввиду технического и морального старения.

В целом в процессе внедрения одной СКУ котла ТЭЦ были реализованы следующие задачи:
- замена существующих щитов управления котлоагрегата;
- замена КИПиА и исполнительных механизмов;
- замена газопровода на новый;
- дооснащение трактов подачи угля и мазута;
- замена части энергетической арматуры, в том числе на питательном узле;
- модернизация высоковольтных ячеек 6 кВ.

В настоящее время на ТЭЦ автоматизированы восемь котлов. Внедрение каждой автоматизированной системы контроля и управления было проведено по договору генподряда “под ключ”. На реализацию проекта отводилось 10 месяцев, включая режимную наладку. 

В статье рассматривается реализация задачи автоматизации котлоагрегатов ТЭЦ Котласского ЦБК на примере котлоагрегата ст. № 11.

В сентябре 2005 г. на ОАО “Котласский целлюлозно-бумажный комбинат” (КЦБК) специалистами НПФ “Ракурс” была введена в эксплуатацию система контроля и управления котлоагрегата ст. № 11 котельного цеха ТЭЦ БЛ “Энергетика” (СКУ КА11). СКУ КА11 стала седьмой по счету внедренной системой контроля и управления котлоагрегата на ТЭЦ Котласского ЦБК. СКУ КА11 предназначена для автоматизированного контроля технологических параметров, управления и защиты котлоагрегата БКЗ-210-140Ф.


Объект автоматизации

Паровой котел БКЗ-210-140Ф ст. № 11 является энергетическим котлом, работающим на природном газе, угле или мазуте, и рассчитан на следующие параметры:
- номинальная производительность, т/час 210;
- рабочее давление за главной паровой задвижкой, ата    140;
- температура перегретого пара,  С° 570;
- температура питательной воды на входе,  С° 230;
- водяной объем котла, м3 62;
- паровой объем котла, м3 32.
Котел оснащен следующим оборудованием:
- двумя дутьевыми вентиляторами; 
- двумя дымососами; 
- тремя мельницами типа ММА-1660/2004 со скребковыми питателями сырого угля; 
- двухступенчатым трубчатым воздухоподогревателем;
- электрифицированными исполнительными механизмами;
- датчиками и приборами контроля параметров.


Общее описание и функции системы

СКУ КА11 выполнена на базе программно-технического измерительного комплекса “Апогей” с использованием программируемых контроллеров и сетевого оборудования фирмы “Omron”. В состав СКУ КА11 входят следующие составные части:
- шкафы управления - 4 шт.;
- пульт оператора;
- пульт аварийного останова;
- шкаф источников бесперебойного питания;
- пульты розжига горелок по месту - 6 шт.;
- шкафы силовые - 12 шт.;
- шкафы автоматического включения резерва - 2 шт.


Технические характеристики системы

Функции системы

СКУ КА 11 выполняет следующие функции:
- пуск и останов котла в автоматическом режиме управления;
- управление котлоагрегатом при сжигании природного газа, угля и мазута;
- аварийный останов котла при срабатывании технологических защит;
- автоматический ввод и вывод технологических защит и блокировок;
- вывод на заданные параметры котла;
- регулирование технологических параметров котла;
- циклический опрос всех технологических параметров котла;
- циклический опрос и контроль дискретных сигналов в соответствии с заданным алгоритмом;
- выдачу звуковой и световой предупредительной и аварийной сигнализации;
- выдачу предупреждений об отклонениях и неисправностях в работе оборудования котлоагрегата;
- диагностику системы управления и оборудования котлоагрегата;
- предоставление графиков и отчетов по данным из архива;
- расчет КПД котлоагрегата.

Таблица. Технические характеристики системы

tabl.jpg



Регулирование

В СКУ КА11 реализованы все необходимые для нормального функционирования котлоагрегата контуры регулирования, содержащие следующие регуляторы:
- разрежения в топке - 2 шт.;
- давления общего воздуха - 2 шт.;
- расхода газа на котел;
- скорости питателя сырого угля - 3 шт.;
- уровня воды в барабане - 3 шт.;
- непрерывной продувки;
- температуры перегретого пара - 4 шт.;
- пускового давления газа на горелку - 8 шт.;
- пускового давления воздуха на горелку - 8 шт.;
- давления пара на сажеобдувку;
- температуры воздуха за вентиляторами (клапана рециркуляции горячего воздуха) - 2 шт.;
- температуры воздуха перед ВЗП - 2 шт.;
- давления пара на разогрев барабана;
- температуры аэросмеси мельниц - 3 шт.


Функции защиты

СКУ КА11 обеспечивает следующие защиты и блокировки:
- защиты, действующие на останов котла;
- защиты, действующие на снижение нагрузки котла;
- технологические защиты, выполняющие локальные операции.


Функция розжига горелок

В СКУ КА11 реализован алгоритм местного, дистанционного и автоматического розжига горелок. Местный режим реализован с помощью шкафов розжига горелок, расположенных в непосредственной близости к горелкам. Дистанционный и автоматический режимы доступны с рабочих станций оператора котлоагрегата. 

pic_1.jpg
Рис. 1. Структурная схема системы


Структура системы

СКУ КА11 представляет собой многоуровневую распределенную систему управления и контроля (рис. 1). Котлоагрегат условно разделен на три тракта: ПВВ - пар-вода-воздух; УГМ - уголь-газ-мазут; ИС - информационные сигналы. В тракты ПВВ и УГМ входит все оборудование, участвующее в управлении, регулировании и защитах. В тракт ИС включены датчики технологических параметров, дающих вспомогательную информацию о состоянии котлоагрегата. Система реализована на трех контроллерах фирмы “Omron” серии CS1H: контроллер ПВВ, контроллер УГМ и контроллер ИС. Контроллеры обмениваются информацией между собой и с другими устройствами по сетям. В системе применяется несколько типов сетей.

Сеть Controller Link, разработанная компанией “Omron”, используется для связи контроллеров между собой и с рабочими станциями. В системе используются две сети Controller Link (CLK1 и CLK2), которые дублируют друг друга: в случае отсутствия связи по одной из сетей обмен продолжается по второй сети. Сеть Ethernet используется для связи с сервером третьей очереди, на который передаются данные для архивирования. Сеть Compobus/D, реализованная на основе сетевого протокола DeviceNet, используется для распределенного ввода аналоговых сигналов, а также для организации дублированного управления оборудованием трактов ПВВ и УГМ. Сеть Compobus/S, являющаяся также разработкой Omron, используется для выдачи управляющих сигналов в схемы управления механизмами котлоагрегата непосредственно в силовых шкафах, а также используется для приема дискретных сигналов о состоянии механизмов.

Контроллеры СКУ КА11 размещены в шкафах управления. Контроллеры трактов ПВВ и УГМ обеспечивают дублированное управление: в обоих контроллерах реализован полный алгоритм защит котла, предусмотрен ввод всех параметров, контролируемых в защитах, и управление механизмами, участвующими в защитах. В случае выхода из строя контроллера ПВВ контроллер УГМ обеспечивает останов котла при срабатывании защиты и наоборот. Контроллер ИС предназначен для приема и обработки аналоговых сигналов.

Пульт оператора состоит из терминалов трактов ПВВ и УГМ и рабочих станций. В качестве терминалов используются цветные терминалы Omron серии NT631C с экраном, выполненным по технологии touch-screen. Терминалы позволяют вводить информацию посредством нажатия на виртуальные клавиши на экране. Терминалы связаны с контроллерами ПВВ и УГМ по сети RS-422 и обеспечивают оперативное управление механизмами котла. Рабочие станции представляют собой промышленные компьютеры с ЖК мониторами 19”. На рабочих станциях оператору системы управления предоставляется полная информация о котлоагрегате в виде мнемосхем, графиков и текстовых сообщений.

В случае полного отказа системы управления предусмотрен пульт аварийного останова (ПАО), в котором размещены ключи управления механизмами, участвующими в останове котла.

Для управления розжигом по месту у каждой горелки котла установлены шкафы розжига горелок (ШРГ).

Схемы управления механизмами котлоагрегата размещены в силовых шкафах. Сигналы управления от контроллеров поступают по сети Compobus/S в силовые шкафы, где установлены удаленные сетевые модули ввода/вывода.


Организация питания в системе

В СКУ КА11 приняты все меры по обеспечению оборудования системы бесперебойным питанием. В системе предусмотрено два ввода питания от двух независимых источников 380 В, 50 Гц. Питание контроллеров и пульта оператора осуществляется через источник бесперебойного питания (ИБП) 220 В, 50 Гц, обеспечивающего непрерывное питание от собственных батарей при сбоях в сети электроснабжения станции. Контролеры и их модули ввода/вывода питаются от источников питания 24 В постоянного тока. Источники питания 24 В установлены в шкафах управления и силовых шкафах.


Модернизация приводов питателей сырого угля

В объем работ по внедрению СКУ КА11 входила замена приводов питателей сырого угля (ПСУ). Впервые такая работа была проведена для ПСУ котлоагрегата ст. № 9 ТЭЦ. До внедрения СКУ ПСУ приводились в движение от приводов постоянного тока, для которых отводилась целая комната на каждый котел в котельном цеху станции. В СКУ КА11 используется частотно-регулируемый преобразователь фирмы “Yaskawa”, управляющий асинхронным двигателем. Производительность ПСУ регулируется за счет изменения частоты трехфазного питания, подаваемого на двигатель. На каждом ПСУ был заменен электродвигатель и установлен частотно-регулируемый преобразователь.


Модернизация газопровода котлоагрегата

Замена существующего газопровода проводилась от вводной газовой задвижки на котел до горелок. Котлоагрегат БКЗ-210-140Ф оборудован шестью горелками. На каждую горелку был смонтирован горелочный блок, оснащенный двумя по ходу газа ПЗК, регулирующим шибером, клапанами опрессовки и запальника и датчиками. Для автоматического розжига на горелках установили запальники и датчики факела горелок. На новом газопроводе и горелках установлены датчики и исполнительные механизмы, обеспечивающие оператора котлоагрегата полной информацией о состоянии газопровода и факела в топке.


Автоматизация котлоагрегатов третьей очереди ТЭЦ

СКУ КА11 является системой управления четвертого по счету котлоагрегата третьей очереди ТЭЦ Котласского ЦБК, в которую входят однотипные котлоагрегаты ст. №№ 9-12. Все четыре СКУ также однотипны и связаны в одну информационную сеть Ethernet третьей очереди. Вся информация о ходе работы котлоагрегатов и систем поступает на общий сервер, на котором организовано хранение в базе данных параметров. Кроме рабочих мест оператора в каждой СКУ предусмотрена общая групповая рабочая станция, с которой можно управлять и контролировать все четыре котлоагрегата третьей очереди. С сервера третьей очереди данные о ходе работы оборудования передаются в общестанционную автоматизированную систему оперативно-диспетчерского управления - АСОДУ.


Заключение

В результате внедрения СКУ КА11 удалось решить следующие задачи:
- реализацию функций автоматизированного пуска и останова котлоагрегата;
- реализацию функций автоматического розжига горелок;
- сбор и архивацию данных о состоянии котлоагрегата;
- замену силовых сборок новыми силовыми шкафами с надежными и качественными элементами силовых схем управления механизмами котлоагрегата;
- повышение надежности работы котлоагрегата во всех режимах работы.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(14)_2007

Н.Ш. Ахмедов, 
ООО “НПФ Ракурс”, г. Санкт-Петербург,
E-mail: market@rakurs.com