Изобретение относится к области промышленной и коммунальной теплоэнергетики и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения промышленных зданий, жилых помещений и сооружений по децентрализованной автономной схеме, с расположением теплогенераторной установки в пределах отапливаемого здания (сооружения) и обеспечением режима эксплуатации без постоянного присутствия обслуживающего персонала, оперативный вызов которого возможен при каждом случае возникновения предпосылок аварийной ситуации с активным воздействием на причины аварии до прибытия специалистов к месту расположения установки.
Известно, что при создании экономичных систем в энергетике ориентируются на переход от больших стационарных котельных к небольшим котельным, рассчитанным на обслуживание отдельного здания, в пределах которого эти модульные котельные размещаются. Строительство малых котельных намного уменьшает потери тепла по сравнению с большими котельными, отапливающими целые кварталы города или его микрорайоны.
Известны газовые модульные проточные водонагреватели типа SD 7100 французской фирмы "Сонье Дюваль" мощностью менее 1500 кВт, которые устанавливаются как можно ближе к отапливаемому зданию (см. Жан-Клод Курган "Модульные котельные на газе" Проспект фирмы "Сонье Дюваль", 1981). Из автономных блоков SD 7100 путем наращивания ряда можно создать котельную требуемой мощности. Местоположение теплового модуля, образованного на основе блоков SD 7100, может быть различным: на нижнем этаже, в подвальном помещении, на крыше, под крышей или на техническом этаже.
Модуль SD 7100 содержит коробчатый металлический кожух, внутри которого расположен трубопроводы воды и газа с вентилями. Теплоноситель нагревается в трех нагревательных элементах, размещенных под двумя горелочными устройствами, выполненными в виде атмосферных инженкционных горелок, каждая из которых имеет 21 горелочную насадку. Каждая горелка снабжена запальником с пьезоэлектрическим зажиганием и предохранительным клапаном с термопарой. Удаление дымовых газов осуществляется при помощи дымососа и дымоходов. Дымоходы соединяются в раструб к дымоходам соседней секции. Тепловой модуль снабжен шкафом управления, в котором размещены системы управления подачей газа и работой дымососа, а также обеспечивающие надежность работы насосных агрегатов, контроль процесса горения, дымоудаления, защиту, безопасность и сигнализацию о состоянии основных систем установки.
Однако конструктивные особенности известных водонагревателей приводят к тому, что применяемый способ регулирования температуры теплоносителя не позволяет обеспечить минимальное отклонение от установленных режимов при сохранении высокой экономичности на каждом из них. Применение одной большой камеры, в которой размещаются теплообменники с работающими горелками, при переходе на режим 50% мощности, ухудшает условия процесса горения, теплообмена и соответственно регулирование температуры теплоносителя. Кроме того, из-за неравномерного распределения тепловых напряжений по площади теплообменника и перекоса температур в теплообменниках снижается эксплуатационная надежность теплового модуля. При выходе из строя любой из двух горелок водонагреватель необходимо полностью отключать из-за потери способности к регулированию температуры нагрева теплоносителя, что также снижает эксплуатационную надежность водонагревателя. Это приводит к тому, что затрудняются условия регулирования теплового режима и обеспечения требуемой температуры теплоносителя на выходе из теплообменника как при работе водонагревателя в режиме отопления, так и в режиме горячего водоснабжения здания или сооружения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является модульная огневая теплогенераторная установка (газовый водонагреватель) (см. патент РФ N 2094708, кл. F 24 H 1/12, опубл. 27.10.97, бюл. N 30), содержащая коробчатый металлический кожух, внутри которого размещены тепловой модуль, выполненный в виде совокупности идентичных блоков сотового расположения, каждый из которых имеет общую запальную горелку и собственные теплообменник, камеру горения и рабочую горелку, расположенный под дымовой коробкой с отводом продуктов сгорания в общую дымосборную камеру и дымовую трубу, подающие и обратные трубопроводы теплоносителя с арматурой, топливный трубопровод с вентилями и управляющими клапанами. При этом тепловой модуль снабжен блоком автоматики, который обеспечивает подачу или отключение газа в каждый тепловой блок по заданной программе от датчика температуры, установленного в подающем трубопроводе теплоносителя
Известен также способ регулирования температуры теплоносителя газового водонагревателя (см. там же), включающий совокупность операций автоматического пуска и остановки отдельных тепловых модулей или всей установки штатно или в случае отклонений рабочих параметров от нормы, вызванных внутренними или внешними причинами, текущего контроля и регулирования вышеупомянутых параметров, автоматического контроля неисправностей используемых средств защиты и сигнализации, размещенных в наиболее ответственных элементах установки, для обеспечения нормального функционирования эксплуатационного режима, изменение температур нагреваемого теплоносителя, осуществляемых по сигналам датчика температуры, преобразуемых в блоке управления. В известном способе измеряют температуру теплоносителя в подающем трубопроводе, сравнивают результаты измерения с заранее установленным значением температуры и, в случае несовпадения сравниваемых величин последовательно заданной программе и интервалам, отключают или включают подачу топлива в тепловые блоки, обеспечивая достижение заранее заданной температуры теплоносителя и ее стабилизацию за счет изменения расхода топлива по отдельным тепловым блокам, входящим в состав теплового модуля.
Однако переход от централизованного к децентрализованному теплоснабжению приводит к необходимости значительного увеличения численности персонала, обслуживающего в сложных условиях эксплуатации известные водонагреватели с известными способами регулирования температуры их теплоносителя. Это снижает экономичность, эксплуатационную надежность и безопасность работы установки за счет усложнения контроля и управления работой теплогенераторной установки на оптимальных режимах, так как часть операций управления может выполняться автоматически, а контроль безопасности эксплуатации должен осуществляться непрерывно.
К числу наиболее типичных изменений режима работы теплогенераторной установки, которые могут быть управляемы автоматически, относятся следующие:
а) необходимость регулирования температуры теплоносителя в соответствии с суточными изменениями температуры наружного воздуха, что позволяет снизить расход топлива при одновременном поддержании комфортных условий в отапливаемых помещениях;
б) необходимость изменения заданной температуры теплоносителя по периодам времени суток с учетом различной потребности в тепле в ночное и дневное время, что особенно актуально не только для промышленных объектов, но и для жилых помещений;
в) необходимость изменения заданной температуры теплоносителя при резких изменениях погодных условий и соответствующего этому резкого изменения мощности, потребляемой отопительной системой, отличной от перемен, связанных с п.п. а и б, на которые они не рассчитаны;
г) случайное отклонение от нормы тяги, вызываемое погодными факторами (порывы ветра и т. п.), после которых тяга еще может возвратиться к норме через некоторое время, гарантируя восстановление рабочих функций теплогенераторной установки;
д) необходимость защиты теплообменников от перегрева в случаях отсутствия или падения давления воды (теплоносителя) ниже допустимого уровня на входе в один или в группу теплообменников теплового модуля или в группе тепловых модулей из-за загрязнения трубок или запорных кранов грязью, шламом или накипью с отключением горелок только в тех теплообменниках, в которых нарушено давление и проточность теплоносителя, и последующим автоматическим включением их в работу в случае самовосстановления нормальной проточности теплообменников.
Учет приведенных изменений и сбоев нормального режима работы необходим при диспетчеризационном контроле и управлении группой модульных теплогенераторных установок, размещенных на разных объектах и обеспечивающих теплоснабжение целого района, который становится независимым от теплоцентрали или районной крупной котельной.
Очевидно, что любое из перечисленных изменений режима работы теплогенераторной установки потребовало бы появления оператора возле оборудования, если бы сама теплогенераторная установка не обладала свойствами, позволяющими ей самостоятельно справиться с некоторыми сбоями в работе без привлечения обслуживающего персонала.
Однако существуют и такие сбои в работе установки, которые для устранения вызывающих их причин требуют обязательного вмешательства оператора.
К числу подобных сбоев относятся:
А) непредвиденное падение давления воды в теплосети ниже допустимого уровня, которое сохраняется и после соответствующего манипулирования насосами в автоматическом режиме (разрыв трубопровода в теплосети и т.п.);
Б) отсутствие тяги, невосстанавливаемое и после повторного включения через соответствующую паузу (обвал дымохода и т.п.);
В) перегрев воды в общем подающем коллекторе или в группе теплообменников (засорение теплосети шламом и т.п.);
Г) загазованность помещения (взрывоопасная ситуация в связи с утечкой газа);
Д) снижение температуры воды в подающем коллекторе ниже нормы, вызывающее необходимость включения дополнительного теплового модуля, находящегося в резервном состоянии именно на этот случай (нарушения герметизации отапливаемого помещения при производстве ремонтно-строительных работ и т.п.).
В перечисленных случаях (А, Б, В, Г, Д) речь идет уже не об устранении отклонений от нормы при сохранении условий дальнейшей безаварийной эксплуатации установки как единого целого, а о необходимости вмешательства в ее работу обслуживающего персонала для оперативного устранения причин сбоев, вызванных внешними факторами с использованием сознательного ручного управления.
Без учета приведенной классификации сбоев и изменений режима работы теплогенераторной установки численность обслуживающего персонала будет соответствовать числу этих установок, следовательно, значительно превысит численность обслуживающего персонала при централизованных системах теплоснабжения, причем основным содержанием трудового процесса этих людей будет вынужденное бездействие в ожидании какого-либо сбоя, что едва ли соответствует действительному уровню знаний персонала.
Изобретение направлено на решение технической задачи повышения экономичности, эксплуатационной надежности и безопасности работы модульной огневой теплогенераторной установки за счет целесообразного использования в системе управления программируемого автоматического воздействия как на модуль управления, так и на исполнительные органы теплогенераторной установки по предварительно заложенной программе, что гарантирует устойчивую работу теплогенераторной установки без постоянного присутствия обслуживающего персонала.
Поставленная задача решается тем, что модульная огневая теплогенераторная установка, содержащая коробчатый кожух, внутри которого расположены по крайней мере один тепловой модуль, выполненный в виде совокупности идентичных блоков сотового расположения, каждый из которых имеет общую запальную горелку и собственные теплообменник, камеру горения и рабочую горелку, расположенный под дымовой коробкой с отводом продуктов сгорания в общую дымосборную камеру и дымовую трубу, подающие и обратные трубопроводы теплоносителя с арматурой, топливный трубопровод с краном и управляющими клапанами, и блок автоматики, согласно изобретению содержит модуль управления, размещенный рядом с по крайней мере одним тепловым модулем в коробчатом кожухе, в нижней части внутри кожуха или снаружи его на обратном трубопроводе установлены циркуляционные насосы, приборы визуального контроля давления теплоносителя, газа и температуры теплоносителя, а в верхней части модуля управления размещен блок управления, содержащий систему регулирования и управления одним или несколькими тепловыми модулями, с расположением диспетчерского пульта на расстоянии от одной или группы теплогенераторных установок, размещенных в различных отапливаемых объектах при обеспечении связи со всеми установками, причем в блоке управления функциональные блоки взаимодействуют таким образом, что в случае отклонений от нормальной работы установки, устранение которых возможно без вмешательства оператора, восстанавливают работоспособность теплогенераторной установки в автоматическом режиме, а в группе отклонений, устранение которых требует вмешательства оператора, обеспечивает автоматическое включение защитных устройств и подачу сигналов по линиям связи на диспетчерский пульт в зависимости от характера отклонений работы теплогенераторной установки.
Указанная техническая задача решается также за счет того, что в способе автоматического управления работой модульной огневой теплогенераторной установкой, включающем совокупность операций автоматического пуска и остановки отдельных тепловых модулей или всей установки штатно или в случае отклонений рабочих параметров от нормы, вызванных внутренними или внешними причинами, текущего контроля и регулирования вышеуказанных параметров, автоматического контроля неисправностей используемых средств защиты и сигнализации, размещенных в наиболее ответственных элементах установки, для обеспечения нормального функционирования эксплуатационного режима, согласно изобретению контроль параметров давления теплоносителя на входе в теплогенератор осуществляют путем подачи сигнала в блок управления, в соответствии с которым отключают работающий насос и включают резервный в качестве первой реакции на падение давления теплоносителя на входе в теплогенератор или полного отключения подачи газа в случае, если первая реакция не обеспечила восстановление давления теплоносителя на входе в теплогенератор с последующей выдачей сигнала об аварийной ситуации на пульт управления или на диспетчерский пульт, расположенный на расстоянии от одной или группы теплогенераторных установок в случае, если аварийная ситуация не устранена, при этом циркуляционные насосы поочередно в течение суток переключают с рабочего режима на резервный для обеспечения рабочей готовности и равномерности выработки ресурса каждым из насосов независимо от прохождения сигналов о необходимости первой реакции или второй реакции, вызванных условиями эксплуатации по программе суточного переключения; постоянный контроль наличия пламени горелок осуществляют по каждому тепловому модулю по запальной горелке с обеспечением отключения подачи газа на тепловой модуль в случае погасания пламени запальной горелки с последующим через паузу контрольным пуском в работу запальной и основных горелок теплового модуля или группы модулей по программе для обеспечения восстановления нормальной работы модуля или группы модулей в случае самоустранения воздействия отрицательных факторов, и с последующей выдачей сигнала об аварийной ситуации на пульт управления в случае, если аварийная ситуация не устранена и запуск теплового модуля или группы модулей в нормальную работу не состоялся; постоянный контроль наличия тяги осуществляется по каждому тепловому модулю датчиком тяги с обеспечением отключения подачи газа на все горелки модуля с последующим через паузу автоматическим контрольным пуском в работу теплового модуля или группы модулей на случай самоустранения воздействия на тягу отрицательных факторов и с последующей выдачей сигнала об аварийной ситуации на пульт управления в случае, если аварийная ситуация не устранена и запуска модуля в нормальную работу не состоялся; постоянный контроль и защита от перегрева теплообменника или группы теплообменников осуществляют по каждому теплообменнику датчиком перегрева с обеспечением отключения подачи газа в горелку соответствующего теплообменника или в группу горелок соответствующих теплообменников с последующим через паузу автоматическим контрольным пуском в работу отключенной горелки или группы горелок по программе для обеспечения восстановления нормальной работы теплообменников и модуля в случае самоустранения воздействия отрицательных факторов и с последующей выдачей сигнала об аварийной ситуации на пульт управления в случае, если аварийная ситуация не устранена и запуск модуля или группы модулей в нормальную работу не состоялся; система автоматического контроля исправности состояния средств защиты и сигнализации осуществляет непрерывный контроль датчиков и линий их коммутации с отключением отдельных тепловых модулей или всей установки в целом в случае нарушения любой из линий коммутации или выхода из строя любого из датчиков системы, сопровождаемого отклонением его параметров от значений, определяемых рабочими режимами их эксплуатации, с последующим автоматическим контрольным пуском в работу всей установки или отдельных модулей на случай возможности восстановления нормальной работы датчиков или линий их коммутаций, вызванного случайным отклонением условий эксплуатации, причем требуемое поддержание во времени текущей заданной температуры теплоносителя на выходе из теплогенераторной установки, обеспечивающей экономичность теплоснабжения потребителя, осуществляют блоком управления с исполнительными органами по заданной программе в зависимости от текущей температуры наружного воздуха, разности фактических температур теплоносителя на выходе и входе в установку и соотношения текущей заданной температуры теплоносителя на выходе из установки и его фактической температуры за счет непрерывного измерения и контроля определяющих параметров, программно-расчетного определения текущей заданной температуры теплоносителя и требуемого количества включенных в работу горелок тепловых модулей с последующим дополнительным выключением одной или группы горелок тепловых модулей при увеличении фактической температуры теплоносителя на выходе из установки выше текущей заданной температуры теплоносителя, а при уменьшении фактической температуры теплоносителя на выходе из установки ниже текущей заданной температуры теплоносителя последующего дополнительного включения одной или группы горелок тепловых модулей до достижения величины фактической температуры теплоносителя равной или близко равной величине текущей заданной температуры теплоносителя на выходе из теплогенераторной установки.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид модульной огневой теплогенераторной установки с перечислением датчиков, выдающих сигналы для их логической обработки в оперативной памяти блока управления каждого теплового модуля; на фиг. 2 - вид сбоку модульной теплогенераторной установки с изображением фланцевых соединений трубопроводов воды и газа и боковых панелей; на фиг. 3 - принципиальная схема теплового модуля установки с указанием схемы обвязки трубопроводов и арматуры, установленной на них; на фиг. 4 - функциональная схема блока управления модульной теплогенераторной установки.
Модульная огневая теплогенераторная установка, предназначенная для отопления и горячего водоснабжения отдельных зданий и сооружений, состоит из одного модуля управления 1 и одного или нескольких тепловых модулей 2, выполненных в виде совокупности блоков сотового расположения (в примере шесть штук), размещаемых в коробчатых металлических кожухах одинаковой формы (фиг. 1).
Несущая часть всех модулей выполнена в виде коробов, собираемых из уголковой стали с навешанными на него съемными плоскими панелями, обеспечивающими легкий доступ к внутреннему объему.
В нижней части всех модулей от одной стенки короба до другой расположены трубопроводы подачи газа 3, трубопроводы подводимой воды 4 и трубопроводы отводимой горячей воды 5 (фиг. 2). Трубопроводы снабжены фланцами, позволяющими соединять трубопроводы 3, 4, 5 в единую общую линию.
Модуль управления 1 содержит внешний по отношению к тепловому модулю (или нескольким подобным модулям) блок управления 6, включающий систему регулирования и управления работой всей установки в целом, обеспечивая в частности:
- автоматическое управление работой установки, безопасность и защиту от неблагоприятных внешних воздействий или в случае выхода из строя составных элементов;
- регулирование температуры теплоносителя на выходе из установки в пределах заданных границ теплового диапазона;
- поочередное зажигание горелочных блоков и поочередный ввод в действие отдельных тепловых модулей в случае возникновения необходимости в более мощном тепловом потоке;
- автоматическое включение неработающего циркуляционного (резервного) насоса в случае аварийной остановки работающего насоса;
- автоматическое попеременное переключение двух циркуляционных насосов в модуле управления (или внешних насосов) с периодом работы 12 часов;
- автоматическое регулирование температуры теплоносителя включением (выключением) горелочных блоков и отдельных тепловых модулей в зависимости от изменения температуры наружного воздуха;
- контроль температуры и давления воды на подающем и обратном трубопроводах, давления газа, состояния работающих тепловых модулей и других составных элементов оборудования с выдачей данных на соответствующие приборы, позволяющие оператору визуально контролировать ситуацию для принятия правильного решения.
Блок управления 6, обеспечивающий выполнение вышеперечисленных функций, размещается в верхней части модуля управления 1 с размещением сигнализирующих приборов на уровне глаз оператора (фиг. 1).
В нижней части модуля управления 1 внутри кожуха или снаружи его на обратном трубопроводе установлены два насоса 7 и 8, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя через водяные контуры теплогенераторной установки и включаемые в работу поочередно. Прибор контроля давления воды 9 расположен рядом с насосами 7 и 8.
Тепловой модуль 2 имеет дымоход 10, расположенный на верхней плоскости несущей части короба и размещенный на его оси. В основании дымохода 10 на выходе из теплового модуля 2 в специальном коробе установлен датчик тяги 11 (фиг. 1). Отвод продуктов сгорания осуществляется в общую дымосборную камеру и дымовую трубу (не показаны).
Подробная система обвязки трубопроводов теплового модуля с идентичными блоками представлена на фиг. 3. В каждом из тепловых модулей 2 размещено, например, по четыре теплообменника 12, 13, 14, 15 одинаковой конструкции. Под каждым из теплообменников установлена газовая горелка 16, 17, 18, 19, обеспечивающая нагревание теплоносителя, поступающего под давлением в теплообменники 12, 13, 14, 15.
На трубопроводах, обеспечивающих подачу газа от трубопровода 3 к каждой из горелок 16, 17, 18, 19, установлены краны 20, 21, 22, 23 и последовательно с ними электромагнитные управляющие клапаны 24, 25, 26, 27.
Общая для всех горелок теплового модуля 2 запальная горелка 28 подключена к трубопроводу газа 3 трубопроводом 29, на котором установлен кран 30 и электромагнитный клапан 31.
Вода к теплообменникам 12, 13, 14, 15 поступает по трубопроводам 32, 33, 34, 35, на которых установлены краны 36, 37, 38, 39, а отводится по трубопроводам 40, 41, 42, 43, на которых размещены краны 44 45, 46, 47 и датчики перегрева теплоносителя 48, 49, 50, 51.
Розжиг запальной горелки 28 на каждом тепловом модуле 2 осуществляется при помощи запального электрода 52, а контроль наличия пламени на запальной горелке осуществляется при помощи электрода контроля пламени 53.
Таким образом, все узлы и элементы контроля и управления установкой объединены в единую систему автоматического управления всей установкой от блока управления 6, который обеспечивает:
- измерение температуры наружного воздуха (tвн) в заданном диапазоне, например, от -40 до +50oC с точностью ±2oC и температуры теплоносителя в заданном диапазоне, например, от 5oC до 100oC с точностью ±2oC как в подающем коллекторе (tвых) 5, так и в обратном коллекторе 4 (tвход) блока управления 6;
- автоматическое замыкание (или размыкание) цепей питания клапанов газовых горелок 24, 25, 26, 27 тепловых модулей 2 в зависимости от соотношения текущей заданной (tзадан. тек.) и фактической температур (tвых) теплоносителя в подающем коллекторе 5 (tвых) с корректировкой величины заданной температуры теплоносителя по температуре наружного воздуха (tвн).
- размыкание цепи питания клапанов теплового модуля (тепловых модулей) теплогенератора при перегреве одного теплообменника или нескольких теплообменников выше заданной температуры с одновременным замыканием цепи питания светового аварийного сигнала "ПЕРЕГРЕВ".
- размыкание цепей питания газовых клапанов теплового модуля теплогенератора при появлении аварийного сигнала "НЕТ ТЯГИ" и периодическое включение при этом внешней нагрузки сигнального прибора или исполнительного механизма;
- размыкание цепей питания газовых клапанов теплового модуля или группы модулей теплогенератора при появлении аварийного сигнала "НЕТ ПЛАМЕНИ" и периодическое выключение при этом внешней нагрузки сигнального прибора или исполнительного механизма;
- подачу сигнала на поджиг горелок включаемого теплового модуля теплогенератора в течение заданного интервала времени после предварительной вентиляции теплового модуля в течение заданного периода времени;
- размыкание цепей питания газовых клапанов тепловых модулей теплогенератора при появлении сигнала "АВАРИЯ" на одном из пяти входов цепей "АВАРИЯ" и выполнение однократного переключения циркуляционных насосов одного с резервного режима на рабочий, а другого - с рабочего на резервный через заданный интервал времени после возникновения аварии;
- автоматический пуск и ввод в работу теплогенератора или отдельного теплового модуля по мере устранения причин аварии;
- попеременное переключение циркуляционных насосов в модуле управления теплогенератора в заданное время суток с периодом работы 12 ч;
- изменение мощности теплогенератора в диапазоне от 4% до 100% по заданной программе;
- автоматическое отображение на дисплее значений задаваемых, исполняемых и текущих параметров по всем исполняемым блоками функциям.
Конструктивно блок управления 6 выполнен по блочно-модульному принципу в кожухе, предназначенном для его монтажа в модуле управления 1 огневой теплогенераторной установки (фиг. 1). Подключение блока управления 6 к тепловым модулям 2 осуществляется с помощью кабелей на штепсельных разъемах.
Функциональная схема блока управления 6 представлена на фиг. 4. Блок управления 6 состоит из восьми функциональных блоков: блока данных 54, блока измерителей 55, формирователя вычисленной температуры задания, т.е. tвыч (или температуры заданной текущей tзадтек) 56, формирователя выбора горелок 57, блока таймеров 58, усилителя ИУ 59, блока управления тепловыми модулями МТО (по числу входящих тепловых блоков) 60 и блока питания 61.
Согласно схеме (фиг. 4) работа блока управления 6 и его функциональных блоков осуществляется следующим образом.
Блок данных 54 предназначен для хранения данных, реальных значений температур времени и для связи с оператором.
В блоке измерителей 55 сигналы от датчиков tвых, tвход, tвн поступают на коммутатор каналов платы измерения. Коммутатор подключает на вход усилителя температур один из датчиков. Усиленная величина преобразуется в частоту импульсов и, пройдя гальваническую развязку, поступает на вход фильтра низких частот. Фильтр реализован математически и имеет постоянную времени. Отфильтрованные величины температур tвых, tвход, tвн записываются в блок данных 54, а величина tвых, кроме того, поступает на сумматор Е 62.
Формирователь tвыч 56 предназначен для вычисления температуры теплоносителя (воды) на выходе из теплогенератора в зависимости от способа управления, выбранного оператором котельной. Значение величины заданной температуры tзадан (задается оператором котельной или автоматически программой блока) из блока данных 54 поступает на формирователь вычисленной температуры заданий tвыч 56. Способ формирования зависит от положения тумблера 63. Если тумблер 63 находится в положении "ГОРЯЧАЯ ВОДА", значение tзадан приравнивается значению tвых. Если тумблер 63 находится в положении "ОТОПЛЕНИЕ", то tвыч или tзадан.тек формируется с учетом значения tвн и процента понижения мощности (ключ K1).
Формирователь выбора горелок 57 предназначен для вычисления количества горелок (Y), которые должны быть включены в данный момент времени и распределены по конкретным блокам управления МТО. Количество горелок (Y) вычисляет ПИ-регулятор (пропорционально-интегральный регулятор) 64. Сигналы аварийных ситуаций и сигналы, возникающие в теплогенераторной установке (давление газа выше или ниже нормы, давление теплоносителя выше или ниже нормы, загазованность помещения и др.), посредством логического ключа K2 разрешают или запрещают прохождение сигнала Y на формирователь сигналов "ГОРЕЛКИ", "АДРЕС" 65. Последний совместно с формирователем сигналов "ВЫБОР" 66 распределяет число работающих горелок Y по блокам управления МТО в соответствии со счетчиком 67 числа работающих модулей МТО.
Блок таймеров 58 обеспечивает работу всего блока управления 6 в реальном масштабе времени, а также формирование разрешения поджига и импульса поджига запальной горелки 28. С этой целью в блоке таймеров 58 имеется формирователь сигнала разрешения поджига и импульса поджига 68, а также таймера 69 реального времени и узел синхронизации. Логические ключи K3 и K4 обеспечивают алгоритм поджига запальной горелки 28 с поджигом в короткие интервалы времени через заданную паузу, а также запрет отключения уже работающих горелок.
Усилители ИУ 59 управляют работой циркуляционных насосов 7 и 8 и внешней нагрузкой (сигнал "АВАРИЯ").
Блок управления МТО 60 имеет узел логики управления 70 горелками теплового модуля 2 и узел логики управления аварийными ситуациями 71. В блоке 60 усиливаются сигналы, поступающие с других блоков, и передаются на работающие модули МТО. Блоком 60 отключатся горелки 16-19 при перегреве теплообменников (ключ K5), контролируется наличие пламени запальной горелки 28, а также блокируется работа горелок при аварийных ситуациях и глобальных авариях.
Блок питания 61 обеспечивает все необходимые напряжения питания: +5 В (для источника), +15 В, -15 В, +9 В, а также напряжения поджига и контроля пламени запальных горелок.
Блок управления 6 может быть выполнен на другой элементной базе с объединением функциональных узлов и обеспечения выполнения всего комплекса автоматического управления установкой. Все функциональные схемы выполнены в виде печатных плат с установленными на них элементами.
В основе работы блока управления 6 огневой теплогенераторной установки лежит принцип преобразования разности вычисленной или текущей заданной и фактической температур теплоносителя на выходе из теплогенераторной установки (tзадан. тек. - tвых.) в сигналы воздействия на включение цепей питания управляющих клапанов газовых горелок теплогенератора. Измерение названных температур осуществляется следующим образом.
Сигналы от датчиков температур tвых., tвход., tвн., поступают на коммутатор каналов платы измерения. Коммутатор подключает на вход усилителя сигналов температур один из датчиков в зависимости от комбинации сигналов на его входах.
Для получения стабильной величины тока через датчики температур усилитель имеет в своем составе источник опорного напряжения. Усиленная усилителем разность сигналов между входами преобразуется в частоту, пропорциональную входному сигналу. Сигнал частоты, пропорциональной температуре, поступает в фильтр низких частот. Отфильтрованные сигналы, пропорциональные температурам tвых., tвх., tвн., запоминаются в блоке данных 54, а сигнал, пропорциональный tвых., поступает на сумматор E 62.
Перед автоматическим включением необходимого количества тепловых модулей в работу блоком управления 6 производится определение вычисленной температуры задания tвыч., т.е. текущей заданной температуры tзадан. тек.. Формирование и вычисление tвыч. осуществляется в соответствии с функциональной схемой, приведенной на фиг. 4. Функциональная схема блока управления 6 выполнена так , что после перевода работы теплогенераторной установки в режим отопления установленная оператором (или из памяти программы) величина заданной температуры теплоносителя tзадан. фиксируется (фиг. 4). Затем в соответствии с программой выбирается значение tвыч.. Далее величина вычисленной температуры задания tвыч. поступает на сумматор E 62. Туда же поступает сигнал, пропорциональный температуре теплоносителя на выходе из теплогенераторной установки tвых.. Эти величины являются исходными для вычислений ПИ-регулятора 64. ПИ-регулятор 64 проводит вычисление необходимого числа включенных газовых горелок по величине расхождения между вычисленной температурой задания tвыч., т. е. tзадан. тек., и фактической температурой теплоносителя tвых. на выходе из теплогенераторной установки в зависимости от количества работающих в данный момент тепловых модулей 2. Счетчик числа работающих тепловых модулей принимает сигнал о работе каждого теплового модуля. Таким образом, для автоматического непрерывного поддержания заданной температуры теплоносителя tзадан. включаются в работу или выводятся на время из работы группы горелок или отдельные тепловые модули, обеспечивая оптимальную температуру теплоносителя tвых. и экономичное потребление топлива.
Оптимальная температура теплоносителя tвых. и экономия топлива достигаются также и тем, что программно и логикой блока управления 6 (фиг. 1) определение и расчет текущей заданной температуры tзадан. тек. производится с учетом текущего изменения температуры наружного воздуха tвн.тек. и разности температур теплоносителя на выходе из теплогенератора tвых. и на входе в теплогенератор tвход.
Это осуществимо только автоматическим управлением по программе блоком управления 6 теплогенераторной установки и не может быть выполнено оператором при ручном управлении из-за текущего и быстрого изменения целого ряда контролируемых параметров.
Ввод в действие и пуск теплогенераторной установки после ввода в работу циркуляционных насосов теплоносителя и вентиляции дымового тракта начинается с поджига запальных и рабочих горелок одного или нескольких тепловых модулей. При поджиге блок управления 60 (фиг. 4) принимает сигнал от датчика наличия пламени. Величина тока ионизационного датчика усиливается усилителем датчика пламени и поступает на входы микросхем логики управления аварийными ситуациями 71 и на линию "ПЛАМЯ ЕСТЬ" 72.
Сигнал "ПЛАМЯ ЕСТЬ" не различается для конкретных тепловых модулей. Низкий уровень сигнала "ПЛАМЯ ЕСТЬ" (отсутствие пламени) вызывает замыкание программного ключа K3 с входом блока управления 60, замыкая через каждую минуту на 30 секунд программный ключ, обеспечивает алгоритм поджига. Формирователь импульса поджига и сигнала разрешения поджига формирует короткие импульсы поджига и сигнала разрешения поджига, который блокирует запальные горелки на время вентиляции камеры горения, если пламя в запальной горелке не горит. Импульсы поджига усиливаются усилителем импульсов поджига 73. Усиленные импульсы поджига транслируются через блок управления 60 на тепловые модули 2. На время поджига горелок включается внешняя нагрузка сигнализации 74. Если во время поджига на линии "ГЛОБАЛЬНАЯ АВАРИЯ" появится сигнал низкого уровня, формирователь импульса поджига и сигнала разрешения поджига будет блокирован. Через интервал в 1 минуту после вентиляции и продувки топочной камеры и дымового тракта поджиг будет повторен до воспламенения запальной горелки 28 и основных горелок 16 - 19. С воспламенением основных горелок 16 - 19 тепловой модуль 2 или группа тепловых модулей вводятся в работу, и теплогенераторная установка подает в систему теплоснабжения горячий теплоноситель. После поджига горелок тепловых модулей блок управления 6 автоматически регулирует температуру теплоносителя в любом из выбранных режимов работы установки.
При работе теплогенераторной установки оперативное устранение отклонения по пункту "а" осуществляется без вмешательства оператора автоматически блоком управления 6 (фиг. 1 и 4) по программе, заложенной в ОМ ЭВМ в случае возникновения события "а". Программой предусматривается автоматический выбор и поддержание во времени температуры теплоносителя на выходе их теплогенератора в зависимости от соотношения заданной и фактической температур теплоносителя на выходе из теплогенератора с коррекцией заданной температуры теплоносителя по реальной температуре наружного воздуха. В основе реализации этой программы блока управления 6 лежит механизм преобразования разности заданной (tзадан. тек.) и фактической (tвых.) температур теплоносителя на выходе из установки в сигналы воздействия на включение цепей, управляющих газовыми каналами 24, 25, 26, 27 (фиг. 3) газовых горелок 16, 17, 18, 19 тепловых модулей 1.
При работе теплогенератора в режиме отопления заданная температура на выходе из теплогенератора постоянно корректируется в зависимости от текущей температуры наружного воздуха. Например, если заданная температура tзадан. = -5oC, то при текущей температуре tвн.тек. = -15oC блоком управления 3 должна выдерживаться текущая температура tзадан. тек., равная +80oC; а при текущей температуре tвн.тек. = +5oC блок управления 56 (фиг. 4) будет поддерживать текущую заданную температуру tзадан. тек. = +40oC. Так как температура наружного воздуха постоянно изменяется, то и температура теплоносителя на выходе из теплогенератора постоянно корректируется блоком управления 6, обеспечивается работа теплогенераторной установки на оптимальном и экономичном режиме как по экономии топлива, так и по поддержанию в отапливаемом помещении комфортных условий. Регулирование и поддержание во времени температуры теплоносителя выполняется с минимальными отклонениями от оптимальных параметров, так как передаваемая теплоносителю мощность регулируется на уровне одной горелки с минимальной тепловой инерцией тепловых модулей и с работой тепловых модулей и тепловых блоков при номинальном высоком значении теплового КПД.
Оперативное устранение отклонения по событию "б", т.е. обеспечение работы установки в режиме пониженной мощности в заданные периоды в течение суток, осуществляется автоматически по заложенной в блок управления 6 программе согласно заданным параметрам по проценту снижения мощности установки и по периоду работы установки в режиме пониженной мощности от времени начала режима и времени окончания режима. В основе реализации этой программы блока управления 6 используется механизм преобразования разности заданной (tзадан.) температуры теплоносителя с учетом процента понижения мощности и фактической температуры теплоносителя на выходе из установки (tвых.) в сигналы управления газовыми клапанами 24, 25, 26, 27 (фиг. 3) и газовыми горелками 16, 17, 18, 19 (фиг. 3) тепловых модулей 1 (фиг. 1).
Параметры режима работы теплогенераторной установки на пониженной мощности вводятся в блок данных 54, а затем они поступают в блок 56 (фиг. 4). Сюда же поступают данные по значению величины заданной температуры теплоносителя tзадан. (задается оператором или автоматически программой блока). В блоке 56 программой определяется вычисленная температура задания (tвыч.) с учетом температуры наружного воздуха (tвн.) и процента понижения мощности.
Величина вычисленной температуры задания (tвыч.) и значение температуры теплоносителя на выходе из теплогенераторной установки (tвых.) из блока измерителей 55 поступают на сумматор E 62, а из сумматора E 62 в блок 57 (формирователь выбора горелок) в ПИ-регулятор 64, который проводит вычисление по заданным параметрам необходимого количества тепловых модулей 2 и горелок 16 - 19 для введения в работу из предварительного состояния.
Счетчик числа работающих тепловых модулей 2 контролирует сигналы о работе каждого теплового модуля. От ПИ-регулятора 64 управляющее воздействие Y (число работающих горелок) поступает на ключ K2, который реализован программно и управляется сигналом "ГЛОБАЛЬНАЯ АВАРИЯ". Сигнал "ГЛОБАЛЬНАЯ АВАРИЯ" формируется при возникновении любой из пяти аварийных ситуаций для всей установки и блокирует работу всех горелок и запальников во всех тепловых модулях 2.
Если аварийных сигналов нет, этот ключ замкнут и управляющее воздействие Y поступает на формирователь сигналов 65 "ГОРЕЛКИ" и "АДРЕС" (блок 57). Сигнал состояния горелок для всех плат управления тепловыми модулями проходит по одним и тем же линиям "ГОРЕЛКА 1" ... "ГОРЕЛКА 4". Сигналы "АДРЕС", пройдя гальваническую развязку, поступают на формирователь сигналов "ВЫБОР" 66, который формирует сигналы "ВЫБОР ТЕПЛОВОГО МОДУЛЯ". По этим сигналам конкретный блок управления теплового модуля активизируется для обмена данными. Сигналы "ГОРЕЛКА 1 ... ГОРЕЛКА 4", пройдя гальванические развязки, поступают на входы регистра логики управления 70 грелками в блоках управления 60 тепловыми модулями 2. С помощью этих сигналов реализуется включение или выключение из работы необходимого числа тепловых модулей и горелок и таким образом автоматически обеспечивается работа теплогенераторной установки в режиме пониженной мощности с заданным процентом снижения мощности в заданный период времени с учетом текущего изменения наружной температуры воздуха. Таким образом, реализуется автоматическое управление теплогенераторной установкой в случае состояния "б" с обеспечением работы установки в экономичном режиме с пониженной мощностью без присутствия и вмешательства обслуживающего персонала.
Оперативное устранение отключения по событию "в", т.е. обеспечение нормальной работы теплогенераторной установки при резких изменениях мощности, потребляемой системой отопления или системой горячего водоснабжения, осуществляется автоматически по программе, заложенной в блок управления 6. В основе реализации этой программы используется механизм преобразования разности заданной (tзадан.) и фактической (tвых.) температур теплоносителя на выходе из установки, а также разности фактической температуры теплоносителя на выходе из установки (tвых.) и температуры теплоносителя на входе в установку (tвход.) в сигналы управления газовыми клапанами 24, 25, 26, 27 (фиг. 3) газовых горелок 16, 17, 18, 19 (фиг. 3) тепловых модулей 2. При работе установки в данном режиме вводится задание по температуре теплоносителя на выходе из теплогенераторной установки (tзадан.) по температуре теплоносителя на выходе из установки (tвых.) на момент задания. Вычисленная температура теплоносителя с учетом коррекции по текущей температуре наружного воздуха (tвн.) является текущей заданной температурой теплоносителя на выходе из теплогенераторной установки (tвых.). Разность температуры теплоносителя на выходе и входе из установки Δt = tвых. - tвход. определяет требуемое тепло, генерируемое установкой, а также скорость и интенсивность его передачи теплоносителю при работе всей системы отопления в резко переходном режиме, то есть при резких изменениях наружной температуры воздуха, обеспечивает вычисление необходимого количества тепловых модулей и горелок для ввода в работу или вывода из работы с учетом сигналов счетчика числа работающих тепловых модулей Y.
Таким образом обеспечивается автоматическое управление и регулирование работы теплогенераторной установки без присутствия и вмешательства обслуживающего персонала с оперативным устранением отклонения по событию "в" при резких изменениях потребляемой мощности системой из-за изменения погодных условий, при запуске и разогреве всей системы отопления или при резком снижении теплопотребления.
Оперативное устранение отклонения в нормальной работе теплогенераторной установки по событию "г", то есть в случае нарушения тяги в одном или нескольких тепловых модулях, осуществляется следующим образом. При нарушении тяги в дымовой трубе в дымоходе 10 (фиг. 1) образуется подпор, и небольшая часть дымовых газов через патрубок датчика тяги 11 (фиг. 1) выходит наружу, омывая контактную часть датчика. Контакты датчика тяги 11 замыкаются, и сигнал об отсутствии тяги по включенной цепи от теплового блока 2 передается в блок управления 6 (фиг. 1) теплогенераторной установки и далее в блок управления 60 соответствующего теплового модуля. В блоке управления 60 сигнал поступает в узел "Логики управления аварийными сигналами" 71, затем с командой блокировки в запальник и с командой по блокировке работы основных горелок - в узел "Логики управления горелками" 70. Из узла "Логики управления горелками" 70 подаются сигналы на отключение четырех рабочих горелок соответствующего теплового модуля через управляющие ключи и семисторные усилители. Электромагнитные клапаны 24, 25, 26, 27 перекрывают горелки 16, 17, 18, 19 (фиг. 1 и 3).
В случае самоустранения аварийной ситуации по тяге блок управления 6 (фиг. 1) автоматически по заложенной программе восстанавливает работу отключенных горелок и всего теплового модуля. Таким образом отклонения и нарушения в работе теплогенераторной установки по событию "е" устраняются автоматически комплексом средств автоматики без присутствия обслуживающего персонала.
В случае возникновения ситуаций "а, б, в, г, д" сигнал может поступать на дисплей диспетчерского пульта. По внешней (дистанционной) сигнализации проходит сигнал тревоги через заданные интервалы требуемой длительности.
К числу параметров, подлежащих целенаправленному определению и регулированию в процессе работы теплогенератора, относятся:
tзадан. - заданная температура теплоносителя на выходе из теплогенератора, oC;
tзадан. тек. - заданная текущая температура теплоносителя на выходе из теплогенератора, oC, или то же самое tвыч. - то есть вычисленная заданная температура теплоносителя на выходе из теплогенератора;
tвн. - наружная температура воздуха на момент задания температуры теплоносителя tзадан., oC.
tвн.тек. - текущая температура наружного воздуха, oC;
tвход. - фактическая температура теплоносителя на входе в теплогенератор, oC;
tвых. - фактическая температура теплоносителя на выходе из теплогенератора, oC.
Предлагаемый способ автоматического управления работой модульной огневой теплогенераторной установкой реализован следующим образом.
Контроль параметров давления теплоносителя на входе в теплогенератор осуществляют путем подачи сигнала в блок управления 6, в соответствии с которым отключают работающий насос и включают резервный в качестве первой реакции на падение давления теплоносителя на входе в теплогенератор или полного отключения подачи газа в случае, если первая реакция не обеспечила восстановление давления теплоносителя на входе в теплогенератор с последующей выдачей сигнала об аварийной ситуации на пульт управления или на диспетчерский пульт, расположенный на расстоянии от одной или группы теплогенераторных установок, в случае, если аварийная ситуация не устранена, при этом циркуляционные насосы 7 и 8 (фиг. 1) поочередно в течение суток переключают с рабочего режима на резервный для обеспечения рабочей готовности и равномерности выработки ресурса каждым из насосов независимо от прохождения сигналов о необходимости первой реакции или второй реакции, вызванных условиями эксплуатации по программе суточного переключения.
Постоянный контроль наличия пламени горелок 16 - 19 (фиг. 1) осуществляют по каждому модулю по запальной горелке 28 с обеспечением отключения подачи газа на тепловой модуль в случае погасания пламени запальной горелки 28 с последующим через паузу контрольным пуском в работу запальной 28 и основных горелок 16 - 19 теплового модуля 2 или группы модулей по программе для обеспечения восстановления нормальной работы модуля или группы модулей в случае самоустранения воздействия отрицательных факторов и с последующей выдачей сигнала об аварийной ситуации на пульт управления в случае, если аварийная ситуация не устранена и запуск теплового модуля 2 или группы модулей в нормальную работу не состоялся.
Постоянный контроль наличия тяги осуществляется по каждому тепловому модулю датчиком тяги 11 (фиг. 1), установленном в основании дымохода 10 на выходе из теплового модуля с последующим через паузу автоматическим контрольным пуском в работу теплового модуля 2 или группы модулей на случай самоустранения воздействия на тягу отрицательных факторов и с последующей выдачей сигнала об аварийной ситуации на пульт управления в случае, если аварийная ситуация не устранена и запуск модуля в нормальную работу не состоялся.
Постоянный контроль и защита от перегрева теплообменника или группы теплообменников осуществляют по каждому теплообменнику датчиками перегрева 48 - 51 (фиг. 3), установленными на выходе из теплообменника с обеспечением отключения подачи газа в горелку соответствующего теплообменника или в группу горелок соответствующих теплообменников с последующим через паузу автоматическим контрольным пуском в работу отключенной горелки или группы горелок по программе для обеспечения восстановления нормальной работы теплообменников и модуля в случае самоустранения воздействия отрицательных факторов и с последующей выдачей сигнала об аварийной ситуации на пульт управления в случае, если аварийная ситуация не устранена и запуск модуля или группы модулей в нормальную работу не состоялся.
Система автоматического контроля исправности состояния средств защиты и сигнализации осуществляет непрерывный контроль датчиков и линий их коммутации с откючением отдельных тепловых модулей или всей установки в целом в случае нарушения любой из линий коммутации или выхода из строя любого из датчиков системы, сопровождаемого отклонением его параметров от значений, определяемых рабочими режимами их эксплуатации, с последующим автоматическим контрольным пуском в работу вей установки или отдельных модулей на случай возможности восстановления нормальной работы датчиков или линий их коммутаций, вызванного случайным отклонением условий эксплуатации.
Требуемое поддержание во времени текущей заданной температуры теплоносителя на выходе из теплогенераторной установки, обеспечивающей экономичность теплоснабжения потребителя, осуществляют блоком управления 6 с исполнительными органами по заданной программе в зависимости от текущей температуры наружного воздуха, разности фактических температур теплоносителя на выходе и входе в установку и соотношения текущей заданной температуры теплоносителя на выходе из установки и его фактической температуры за чет непрерывного изменения и контроля определяющих параметров, программно-расчетного определения текущей заданной температуры теплоносителя и требуемого количества включенных в работу горелок 16 - 19 (фиг. 3) тепловых модулей 2 с последующим дополнительным выключением одной или группы горелок тепловых модулей при увеличении фактической температуры теплоносителя на выходе из установки выше текущей заданной температуры теплоносителя, а при уменьшении фактической температуры теплоносителя на выходе из установки ниже текущей заданной температуры теплоносителя последующего дополнительного включения одной или группы горелок тепловых модулей до достижения величины фактической температуры теплоносителя равной или близко равной величине текущей заданной температуры теплоносителя на выходе из теплогенераторной установки.
Изобретение относится к области промышленной и коммунальной теплоэнергетики и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения зданий и сооружений по децентрализованной автономной схеме с возможностью расположения теплогенераторной установки в пределах отапливаемого здания или расположения группы установок для отопления различных объектов с обеспечением автоматического управления работой установки (установок) без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Блоком управления и исполнительными органами поддерживается заданная текущая температура теплоносителя на выходе из теплогенераторной установки по заданной программе в зависимости от текущей температуры наружного воздуха, разности фактических температур теплоносителя на выходе и входе в установку и соотношения на выходе из установки и его фактической температуры путем автоматического включения или выключения необходимого количества горелок тепловых модулей или количества самих тепловых модулей. Модульная огневая теплогенераторная установка состоит из одного или нескольких тепловых модулей по требуемой тепловой мощности и модуля управления, выполненных в виде металлических шкафов. Тепловой модуль содержит тепловые блоки, каждый состоящий из горелки, камеры горения и теплообменника, коллекторов холодного и горячего теплоносителя, газопроводов, дымовой коробки с дымовым патрубком, исполнительных и запорных органов. Модуль управления содержит насосную установку из двух циркуляционных насосов, приборы визуального контроля параметров теплоносителя и газа и блок автоматического управления и контроля всей установки, расположенный в верхней части модуля. Такое выполнение модульной установки и такой способ позволяют повысить ее экономичность и эксплуатационную надежность. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.
| ГАЗОВЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЕГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ | 1995 |
|
RU2094708C1 |
| УСТРОЙСТВО для КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ РУДНИЧНЫХ ПАРОВЫХ КАЛОРИФЕРНЫХ УСТАНОВОК | 0 |
|
SU203181A1 |
| 0 |
|
SU402723A1 | |
| Устройство для управления режимом работы электрического водогрейного котла | 1980 |
|
SU951023A1 |
| Пароварочный аппарат | 1978 |
|
SU724122A1 |
| Экономайзер | 0 |
|
SU94A1 |
