Личный кабинет

+7 777 654 32 10 (Техподдержка)

+7 777 654 32 10

Перезвоните мне

Выбрать язык:

Идея
База проектов
Экспертная оценка
Описание технологического процесса
Проектное решение
Согласование технического задания
Реализация
Выбор организации-подрядчика

Ключевым новым элементом таких систем являются водородные парогенераторы. По своему назначению водородно-кислородный парогенератор, выполняет функции парового котла, снабжая паротурбинную установку рабочим телом высокой чистоты, практически любых параметров и с замечательными энергетическими свойствами, характерными для водяного пара.


Технологический процесс (сокращенно ТП) — это упорядоченная последовательность взаимосвязанных действий, выполняющихся с момента возникновения исходных данных до получения требуемого результата.

Практически любой технологический процесс можно рассматривать как часть более сложного процесса и совокупность менее сложных (в пределе — элементарных) технологических процессов.

Элементарным технологическим процессом или технологической операцией называется наименьшая часть технологического процесса, обладающая всеми его свойствами. То есть это такой ТП, дальнейшая декомпозиция которого приводит к потере признаков, характерных для метода, положенного в основу данной технологии. Как правило, каждая технологическая операция выполняется на одном рабочем месте не более, чем одним сотрудником. Примером технологических операций могут служить ввод данных с помощью сканера штрих-кодов, распечатка отчета, выполнение SQL-запроса к базе данных и т. д.

Технологические процессы состоят из «технологических (рабочих) операций», которые, в свою очередь, складываются из «технологических переходов».

ТІА Portal (Totally Integrated Automation Portal) — интегрированная среда разработки программного обеспечения систем автоматизации технологических процессов от уровня приводов и контроллеров до уровня человеко-машинного интерфейса. Является воплощением концепции комплексной автоматизации и эволюционным развитием семейства систем автоматизации Simatic компании Siemens AG.

Описание технологического процесса

На рис. 1 показана принципиальная технологическая схема водородного энергоблока. Аккумулированные в хранилищах водород и кислород с помощью дожимных компрессоров 5 направляются в два водородно-кислородных парогенератора 3 и 6. Парогенератор 3 служит для получения свежего пара.

Необходимая температура перед МВД паровой турбины получается за счет впрыска питательным насосом 12 конденсата отработавшего в турбине пара. Пар, поступивший в МВД, расширяется, совершает работу и поступает как балластный в парогенератор 6, который скорее можно назвать водородно-кислородным промежуточным пароперегревателем. В нем высокотемпературный пар, образовавшийся при сжигании водорода в кислороде, смешивается с паром, поступившим из ЧВД (часть турбины высокого давления), для того, чтобы получить необходимую температуру пара перед и за ЧНД 7. Из турбины пар направляется в обычный конденсатор, конденсируется в нем и конденсатным насосом 9 подается в бак II. Затем этот конденсат частично используется в паротурбинном цикле (питательным насосом 12 он подается на впрыск в парогенератор 3), а частично выводится из цикла, например, в электролизную установку или для других целей.


1 — источники водорода и кислорода; 2 — хранилища; 3 — водородно­кислородный парогенератор свежего пара; 4 — ЧВД паровой турбины; 5 — дожимные компрессоры; 6 — водородно-кислородный парогенератор для промежуточного пара; 7 — ЧНД паровой турбины; 8 — конденсатор; 9 — конденсатный насос; 10— генератор; 77— бак запаса конденсата; 72 — питательный насос.

Одно из наиболее перспективных направлений использования новых водородных технологий в большой энергетике - создание водородных систем аккумулирования электроэнергии.

Ключевым новым элементом таких систем являются водородные парогенераторы. По своему назначению водородно-кислородный парогенератор, выполняет функции парового котла, снабжая паротурбинную установку рабочим телом высокой чистоты, практически любых параметров и с замечательными энергетическими свойствами, характерными для водяного пара. При этом реализуются два основных преимущества водородно-кислородного парогенератора: 1) полное отсутствие возможности образования оксидов азота, диоксида углерода, оксидов серы и других вредных веществ, требующих огромных материальных затрат для их подавления и часто ограничивающих технические возможности котлов, и 2) чрезвычайная компактность, связанная с протеканием процессов горения водорода при высоком давлении, необходимом для рабочего процесса паротурбинной установки.

В водородно-кислородных парогенераторах трубная система отсутствует вообще, а зона горения ограничена экраном с тонкими стенками, не нагруженными перепадом давления. Поэтому в Н2/02-парогенераторе температура пара на выходе не ограничивается самим парогенератором, а зависит в основном от длительной прочности систем, работающих на паре из парогенератора.

Водородная энергетика имеет преимущества т.к. водород наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики).

Электрическая схема

Центральный процессор CPU 314С-2 PN/DP ориентирован на управление промышленными установками с распределенной структурой. Большой объем рабочей памяти позволяет использовать этот процессор для решения задач автоматизации средней степени сложности. Датчики и исполнительные устройства могут подключаться непосредственно к встроенным каналам ввода-вывода центрального процессора. Наличие встроенных интерфейсов PROFIBUS DP и PROFINET 10 обеспечивают возможность использования центрального процессора в режиме ведущего или ведомого устройства системы распределенного ввода-вывода. Все сказанное позволяет использовать CPU 314С-2 PN/DP как для построения локальных узлов автоматизации, так и в режиме контроллера верхнего уровня с собственной подсистемой распределенного ввода-вывода на основе сетей PROFIBUS и PROFINET.

Вариантов основной схемы использования водорода для функционирования ТЭС бесконечно много.

Например, без больших затрат может быть организован регенеративный подогрев паром отборов турбины питательной воды, поступающей в парогенератор 6, что позволяет уменьшить расход пара в конденсатор, где теплота конденсации отдается охлаждающей воде, и повысить КПД паротурбинной установки.

Можно ввести второй промежуточный перегрев пара, установив третий водородно-кислородный пароперегреватель, и тем самым снять проблему эрозии рабочих лопаток последней ступени турбины, которые приходится менять каждые 5—7 лет.

Использование Н2/02-пароперегревателей в энергоблоках АЭС тем более целесообразно, что АЭС также относятся к относительно экологически чистым источникам электроэнергии.

Отмечая широкие возможности использования Н2/02-парогенераторов в паротурбинных технологиях, необходимо подчеркнуть, что поскольку водород является вторичным энергоносителем, т.е. довольно дорогим топливом, рабочий цикл энергоустановок должен быть организован так, чтобы использовать его энергию с максимальной эффективностью. Это означает, что среднетермодинамическая температура подвода тепла к рабочему телу за счет сжигания водорода должна быть максимально высокой. К настоящему времени опубликовано большое число работ, посвященных анализу термодинамических циклов водородных паротурбинных, газотурбинных и комбинированных энергоустановок различных типов. Для высокотемпературных энергоустановок повышение КПД связано главным образом с увеличением максимальной температуры рабочего тела в цикле. Реализация таких циклов требует создания высокотемпературных паровых и газовых турбин, решения проблемы высокотемпературных материалов и ряда других сложных технических задач.

Рассматривая перспективные технологические схемы производства электроэнергии на ТЭС с использованием водородосжигающих парогенераторов, следует отметить еще одну их важную особенность. Несмотря на высокую эффективность Н2/02-парогенераторов во всех случаях в генерируемом водяном паре будут присутствовать остаточные водород и кислород. Их концентрация мала, однако в конденсаторе по мере конденсации пара она возрастает. Поэтому необходимо проведение специальных мероприятий для их удаления (каталитическое дожигание, модернизация эжекторной системы и др.) в целях обеспечения безопасности. В водородных энергоустановках, работающих по парогазовому циклу, эти проблемы менее существенны.


Проектирование технологического процесса

Для автоматизации производства электроэнергии на тепловой электростанции с использованием водородно-кислородных парогенераторов будет использована программа ТІА Portal. TIA Portal — это интегрированная среда разработки программного обеспечения систем автоматизации технологических процессов от уровня приводов и контроллеров до уровня человеко-машинного интерфейса. Для автоматизации данного проекта используем программируемый логический промышленный контроллер CPU- 314С-2 PN/DP. Для записи программы перейдем в организационный блок 0В1 и пропишем программную часть автоматизации. В данном проекте был использован язык программирования LAD (релейно-контактная логика).

Создадим схемы для подачи газов (водорода и кислорода) в аккумулированные хранилища. Здесь используется кнопка запуска процесса, клапаны подачи газов, а также датчики давления в хранилищах газов (рисунок 3).


После того как в аккумулированное хранилище были подан газ. Клапан источника перекрывается, открывается клапан из хранилища и газы 02 и Н2 подаются в дожимные компрессоры (бустеры). Дожимные компрессоры используются для того, чтобы довести уже сжатый газ до еще большего давления. В реализованной данной задаче был использован таймер для позднего включения дожимных компрессоров (рисунок 4).


Далее из дожимного компрессора 1 газа Н2 и дожимного компрессора 1 газа 02 при открытии клапана сжатый газ подается в водородно-кислородный парогенератор свежего пара. В парогенераторе происходит сжигание водорода в кислороде, в результате которого образуется высокотемпературный пар. Также здесь был использован датчик температуры, т.к. далее пар подается в паровую турбину. За счет впрыска питательным насосом конденсата отработавшего в турбине пара получается необходимая температура перед частью высокого давления паровой турбины. При недостаточной температуре в части высокого давления паровой турбины будет недостаточное давление, что приведет к неправильной работе паровой турбины. Датчик был реализован при помощи функции чтения аналогового сигнала SCALE - функция FC105. Функция представляет собой аналого- цифровой преобразователь. Часть высокого давления запускается при достаточной температуре в водородно-кислородном парогенераторе свежего пара (рисунок 5)


Паровая турбина состоит из двух основных частей. Ротор с лопатками — подвижная часть турбины. Статор с соплами — неподвижная часть. Пар, поступивший в часть высокого давления паровой турбины, расширяется, что заставляет двигаться ротор за счет лопаток, и поступает в как балластный в водородно-кислородный парогенератор промежуточного пара. Из дожимного компрессора 2 газа Н2 и дожимного компрессора 2 газа 02 при открытии клапанов сжатые газы подаются в водородно-кислородный парогенератор промежуточного пара. В нем, высокотемпературный пар образовавшийся при сжигании водорода в кислороде, смешивается с паром поступившим из части высокого давления паровой турбины, для того чтобы получить необходимую температуру пара перед частью низкого давления и после него. Для контроля температуры в парогенераторе установлен датчик температуры, который реализован при помощи функции чтения аналогового сигнала SCALE - функция FC105. При достаточной температуре в парогенераторе промежуточного пара запускается часть низкого давления паровой турбины (рисунок 6).


Т.к. запускаются часть высокого давления и част низкого давления, начинает работать сама паровая турбина. Паровая турбина за счет механической работы заставляет работать генератор электрической энергии. Так на ТЭС и получается электрическая энергия (рисунок 7).


Далее отработанный пар из турбины направляется в обычный конденсатор, конденсируется в нем и с помощью конденсатного насоса подается в бак Н20. И именно этот конденсат частично используется в паротурбинном цикле. Но также частично выводится в электролизную установку (для повторного получения водорода) или же для других целей. В баке установлен датчик уровня, также реализованный при помощи функции чтения аналогового сигнала SCALE - функция FC105 (рисунки 8,9).



Также была добавлена кнопка аварийного отключения, которая отключает все работающую аппаратуру на тепловой электрической станции (рисунок 10).


Визуализация технологического процесса

Для управления всем технологическим процессом используем НМІ- панель. Будет использоваться ТР1500, т.к. у него большое разрешение экрана и его удобно использовать в данной работе. Создаем первый Screen 1 - визуализация технологического процесса. Разместим обозначения аппаратуры, а также рядом сделаем указатели их работы. То есть для визуализации их работы. Ко всем клапанам поставим кнопки для управления ими. Также добавим кнопки запуска системы и аварийного отключения (рисунок 11). Для удобства управления создадим еще один Screen, для перехода в него добавим кнопку перехода.


Рисунок 11 - Screen 1 - визуализация технологического процесса

Screen 2 будет являться панелью управления. Поэтому разместим все кнопки для управления клапанами и датчиками. А также добавим сюда лампочки с обозначением работы всей аппаратуры (рисунок 12).


Функциональная схема технологического процесса

В ходе выполнения данного курсового проекта были получены знания в области разработки технологических процессов для ТЕС, а также в области созданий визуализаций на НМІ, функциональной схемы на AutoCAD.

Рассматривая перспективные технологические схемы производства электроэнергии на ТЭС с использованием водородосжигающих парогенераторов, следует отметить еще одну их важную особенность. Несмотря на высокую эффективность Н2О, парогенераторов во всех случаях в генерируемом водяном паре будут присутствовать остаточные водород и кислород. Их концентрация мала, однако в конденсаторе по мере конденсации пара она возрастает. Поэтому необходимо проведение специальных мероприятий для их удаления (каталитическое дожигание, модернизация эжекторной системы и др.) в целях обеспечения безопасности. В водородных энергоустановках, работающих по парогазовому циклу, эти проблемы менее существенны.

Список литературы

  1. Ауэзова А.М. Программно-технические комплексы управления. Методическое указание к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 5В070200 - Автоматизация и управление.- Алматы: АУЭС, 2014.-22с.
  2. Копесбаева А.А. Микропроцессорные комплексы в системах управления. Учебное пособие для всех форм обучения специальности 5В070200 - Автоматизация и управление.- Алматы: АИЭС, 2010.-124с.
  3. Петров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования -: СОЛОМОН - Пресс,2004. - 256 с.
  4. Парр Э. Программируемые контроллеры: руководство для инженера / Парр Э.; - М : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. 516 с.


Карта сайта

© Единый Центр Компетенции