پایان نامه طراحي سيستم كنترلي ديگ بخار نيروگاه، مهندسي مکانیک | شبیه سازی، برنامه نویسی، پایان نامه

پایان نامه طراحی سیستم کنترلی دیگ بخار نیروگاه، مهندسی مکانیک

عنوان:  پایان نامه طراحی سیستم کنترلی دیگ بخار نیروگاه، مهندسی مکانیک

رشته:  پروژه پایانی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانیک گرایش حرارت و سیالات

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: ۱۲۵

چکیده:
پروژه حاضر حاصل تلاشی است که پیرامون شناخت وبررسی عملکرد سیستم کنترلی دیگ بخار در نیروگاه های حرارتی صورت گرفته است.علیرغم اهمیت صنعت تولید برق درجهان امروز واهمیت پژوهشهائی که درمراکز تحقیقاتی ودانشگاهی کشورهای صنعتی در زمینه طراحی وساخت نیروگاه های جدید با توان بیشتر وباهزینه کمتر صورت می گیرد.وعلیرغم فرسودگی بخش عمده ای از نیروگاه های موجود کشور ونیاز به بهسازی عملکرد این واحدها از طریق مراکز تحقیقاتی ودانشگاهی درکنار ایجاد نیروگاه های جدید،حلقه های ارتباط صنعت ودانشگاه دراین بخش نیزبسیار ضعیف ومیزان تحقیقاتی که دراین زمینه درمراکز علمی ودانشگاهی کشور می شود،بسیار اندک است.
اهداف مقطعی پروژه حاضر را می توان برسه محور شناسائی سیستم موجود با تکنیک های پیشرفته کنترلی(System  Identiffication) ،بررسی عملکرد سیستم کنترلی موجود واصلاح رفتار سیستم از طریق تغییر در مشخصات سیستم کنترلی به منظور بهسازی عملکرد آن،پایه گذاری کرد.
با این اهداف در این پروژه ابتدا مشخصات کلی وسیکل عملکرد نیروگاه بخاری درنیروگاه منتظرقائم مورد بررسی قرار گرفته است. سپس سیستم کنترلی این نیروگاه مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفته است.ازآنجا که کنترلرهای نیروگاه مذکور از نوع نیوماتیکی می باشد ابتدا اساس عملکرد این نوع از کنترلرها تشریح شده است وسپس طرح کلی سیستم کنترلی نیروگاه وکلیه مدارها واجزاء مربوطه مورد بررسی قرار گرفته اند.
پس ازاین مرحله مجموعه موجود به عنوان یک سیستم کنترلی مدارباز با استفاده از تکنیکهای کنترلی مورد شناسائی قرار گرفته است.دراین راستا مجموعه دریگ بخار به زیر مجموعه های کنترلی متعدد که هرکدام یک ورودی وچند خروجی دارند،تقسیم شده است.سپس با انتخاب زیر مجموعه کنترل جریان آب تغذیه دیگ بخار سیستم مذکور مورد شناسائی قرارگرفته است.از آنجا که مرکز کنترل نیروگاه مورد بررسی،به سیستم های کامپیوتری برای شناسائی همزمان(ON- LINE) مجهز نیستند،به منظور در دست داشتن اطلاعات واقعی(REAL  –  DATA) تست های متعددی درنیروگاه انجام گردیده که مجموعه وسیعی از اطلاعات عددی مورد نیاز سیستم واقعی را جمع آوری نماید.این اطلاعات مبنای شناسائی سیستم وصحت مدل مناسب انتخاب شده قرار گرفته است.
پس از تعیین مدل مناسب،رفتار مدل با رفتارسیستم واقعی مقایسه گردیده ونتایج حاصله دقت وصحت بسیار بالای آن را تائید می نماید.تکنیکی که دراین زمینه در پروژه حاضر انتخاب شده است می تواند مبنای شناسائی کلیه قسمت های نیروگاه مذکور ونیز سایر نیروگاههای بخاری کشور قرار گیرد.
پس از این مرحله، بهسازی سیستم انجام شده است. به این منظور ابتدا عملکرد سیستم واقعی مورد ارزیابی قرار گرفته است وبه دنبال آن طراحی سیستم کنترلی با هدف بهینه سازی انجام پذیرفته است.

فهرست

عنوان
چکیده
مقدمه
فصل اول: صنعت تولید برق
۱-۱ – تولید برق در ایران وجهان
۱-۲- تاریخچه
۱-۲-۱- تولید برق در ایران
۱-۴- قدرت اسمی وعملی نیروگاه ها
۲-۴- راندمان نیروگاه ها
۳-۴- سوخت مصرفی نیروگاه ها
۱-۲-۲- تولید برق در جهان
۴-۴- مشخصات فنی نیروگاه
۵-۴-کنترل نیروگاه های بخاری
فصل دوم: مسائل کنترلی دیگ بخار در نیروگاه های بخاری
۲-۱- معرفی اجزاء یک نیروگاه بخاری
۲-۲- مسائل کنترل دیگ بخار
۲-۳-کنترل احتراق
۲-۳-۱- کنترل دمای بخار
۲-۳-۲- مقدمه
۲-۳-۳- دی سوپرهیترازنوع مبدل حرارتی
۲-۳-۳-۱- دی سوپرهیترازنوع پاششی
۲-۳-۳-۲- دوران مشعلها
۲-۳-۳-۳- گذرگاه فرعی عبور گا
۲-۳-۳-۴- بازچرخش گاز درون کوره
۲-۳-۴-کنترل آب تغذیه
۲-۳-۴-۱- مقتضیات اساسی
۲-۳-۴-۲- سیستم کنترل آب تغذیه
۲-۳-۵- کنترل های محلی
فصل سوم: سیستم کنترل دیگ بخار نیروگاه منتظرقائم
۳-۱- مقدمه
۳-۲-مشخصات عمومی نیروگاه
۳-۲-۱- سوخت مصرفی نیروگاه
۳-۲-۲- آب مصرفی نیروگاه
۳-۲-۳- تجهیزات نیروگاه
۳-۲-۳-۱-دیگ بخار
۳-۲-۳-۲- توربین
۳-۲-۳-۳- بازیاب ها
۳-۲-۳-۴- واحدهای گازی ودیزلی
۳-۳- مشخصات دیگ بخار
۳-۴- اساس کار کنترل های نیوماتیک
۳-۴-۱- مقدمه
۳-۴-۲- اساس عمل کنترل نیوماتیک
۳-۴-۳- چگونگی عملکرد کنترل های نیوماتیک
۳-۴-۳-۱- کنترل مناسب
۳-۴-۳-۲- کنترلرمتناسب به علاوه انتگرالگیر
۳-۴-۳-۳- کنترل متناسب به علاوه مشتق گیر
۳-۵- اجزاء سیستم کنترل دیگ بخار
۳-۵-۱- مقدمه
۳-۵-۲- کنترل ها
۳-۵-۲-۱- کنترلر AD
۳-۵-۲-۲- کنترلرAF
۳-۵-۲-۳- کنترلرAN
۳-۵-۳-ایستگاه های انتخاب وضعیت کنترل
۳-۵-۳-۱- ایستگاه نوعA
۳-۵-۳-۲-ایستگاه نوعB
۳-۵-۳-۳- ایستگاه نوعC
۳-۵-۴- سایر اجزاء
۳-۶- طرح سیستم کنترل.
۳-۶-۱- مقدمه
۳-۶-۲- طرح کلی
۳-۶-۲-۱- مدار کنترل جریان آب تغذیه
۳-۶-۲-۲- مدار کنترل جریان سوخت
۳-۶-۲-۳- مدار کنترل هوای اصلی
۳-۶-۲-۴- مدار کنترل فشار کوره
۳-۶-۲-۵- مدار کنترل جریان هوای سوخت
۳-۶-۲-۶- مدار کنترل جریان بخار پیش گرم کن هوا
۳-۶-۲-۷- مدار کنترل دمای بخار سوپر هیت
۳-۶-۲-۸- مدارکنترل دمای بخار ری هیت
۳-۶-۲-۹- مدارهماهنگ کننده سیستم کنترل
منابع ومراجع

مقدمه:
درآغازاین نوشتار،بی مناسبت نیست که با آمار واطلاعات موجود از صنعت تولید برق آشنا گردیم.با عنایت به این ارقام در می یابیم که نیروگاههای بخاری،جایگاه ویژه ای درتولید برق کشورها دارند.ابعاد این نیروگه هها ازحدودسال ۶۵ که دچار دگرگونی بنیادین گشته است،تابا هزینه اولیه ونیز مستمرکمتر،برق بیشتری تولید شود.این امردرکنار مسئله خطیرایمنی ونیز لزوم عملکرد منطبق برطراحی بعمل آمده،بر اهمیت مسئله کنترل دراین نیروگاهها بیش از پیش افزوده است.امید است بررسی این مطالب درفصل آغازین رساله حاضر،بتواند به خوبی از عهده ترسیم جایگاه موضوع آن درصنعت تولید برق که بی تردید از پایه ای ترین صنایع به شمار              می رود،برآید.
قبل از پرداختن به مسائل کنترلی دیگ بخار در نیروگاه های بخاری ،آشنایی با اجزاء این نیروگاه ها ضروری است. بدین لحاظ پس از این مقدمه به معرفی اجزاء یک نیروگاه بخاری خواهیم پرداخت.بدیهی است که این معرفی به صورت اجمالی صورت می گیرد وتنها ارائه ترتیب وچگونگی عملکرد هریک از بخشها درمدنظر خواهد بود.آشنایی با سطح مقادیر کمیته های مختلف رانیز به فصل آینده واگذار می کنیم که براساس این معرفی اجمالی ،مشخصات نیروگاه مورد بررسی را عرضه خواهیم کرد.
پس از معرفی اجزاء نیروگاه بخاری،به دسته بندی مسائل کنترلی دیگ بخار وبا جمع بندی به عمل آمده،به جزئیات هریک از ارکان این مسئله می پردازیم.

–۶-۲-۴ . مدار کنترل فشار کوره :
شکل (۳-۲۶) این مدار را نشان می دهد . همانطور که در شکل می بینیم ، اختلاف فشار کوره و کانال هوای تغذیه۱ با مقدار مطلوب خود مقایسه جبری می گردد . مقدار مطلوب مذکور توسط سیگنال ارسالی از مدار هماهنگ کننده سیستم کنترل و با استفاده از دو شیر فشار شکن تعیین می گردد . بعبارت دیگر اگر بار دیگ بخار کمتر از ۳۰ درصد باشد، مقدار مطلوب مورد بحث برابر خروجی یکی از این شیرها یعنی ۵/۱ اینچ آب خواهد بود . در حالیکه اگر بار دیگ بیش از ۳۰ درصد باشد مقدار مزبور برابر خروجی شیر دیگر یعنی ۴ اینچ آب خواهد گشت . در هر حال سیگنال حاصل از مقایسه جبری مورد بحث ، وارد یک کنترلر متناسب بعلاوه انتگرالگیر می شود . سیگنال خروجی از این کنترلر به محرکهای دمپرهای هوای کمکی که در چهار طبقه و در چهار گوشه کوره ، بین فضای مشعلها در امتداد قائم قرار داده شده اند و هوای تغذیه به کوره را جهت می دهند ، ارسال می گردد . این دمپرها ، وظیفه تنظیم فشار کوره نسبت به کانال باد را بر عهده دارند .
لازم به تذکر است که سیگنال عامل ، قبل از ورود به عمل کننده های فوق الذکر طبق نظر اپراتور می تواند تقویت شود .

۳-۶-۲-۵ . مدار کنترل جریان هوای سوخت :
شکل (۳-۲۷) این مدار ساده را نشان می دهد ، سیگنال فشار سوخت ، پس از عبور از یک کنترلر متناسب و تقویت سیگنال خروجی از کنترلر مزبور ، طبق  نظر اپراتور ،به محرکهای دمپرهای هوای سوخت۱ که میزان هوای ارسالی به اطراف هر مشعل را تنظیم می کنند فرمان می راند .
دمپرهای مذکور از نوع air to close    type می باشند یعنی اگر سیگنال عامل برابر Psi 3 ( که ضعیف ترین سیگنال ممکن در سیستم کنترلی مورد بررسی است ) باشد، این دمپرها کاملا باز و اگر سیگنال مزبور Psi 27 ( که قوی ترین سیگنال در این سیستم است ) بوده باشد ، این دمپرها کاملا بسته خواهند بود . لذا در مدار کنترلی نیز می بینیم که چون ضریب تقویت کنترلر منفی است ، افزایش فشار سوخت ، که با توجه به توضیحات قبلی (در شکل ۳-۲۴) معرف افزایش جریان سوخت به کوره است ، موجب کاهش سیگنال خروجی از کنترلر و در نتیجه باز شدن دمپرهای مذکور می گردد .

۳-۶-۲-۶ . مدار کنترل جریان بخار پیش گرم کن هوا :
به منظور بهبود راندمان احتراق ، هوای تغذیه قبل از ورود به پیش گرم کن دوار ، توسط کویلهای بخار گرم می شود . بدین لحاظ ، بمنظور کنترل دمای هوای ورودی ، کافیست که جریان بخار گرم کننده این کویلها تحت کنترل قرار گیرد . ( شکل ۳-۲۸ ) مدار کنترل مورد نظر را نشان می دهد . در این مدار که عملکرد مستقل آن از سایر مدارها منحصر به فرد است ، ابتدا میانگین دمای هوای ورودی به پیش گرم کن دوار و گاز خروجی از آن که به نام میانگین طرف سردشناخته می شود ، اخذ می گردد . سیگنال حاصله به یک کنترلر متناسب بعلاوه انتگرالگیر وارد می شود و در خروج از آن به شیر تنظیم جریان بخار فرمان می راند .
با این توضیحات ، بخشهای مختلف سیستم کنترل احتراق بررسی شده است و در قسمت بعد به کنترل دمای بخار خواهیم پرداخت .
۳-۶-۲-۷ . مدار کنترل دمای بخار سوپرهیت :
دمای بخار خروجی از دیگ بخار که آن را به نام بخار سوپر هیت می شناسیم ، توسط پا شش آب در ۲ واحد دی سوپرهیتر که بین سوپرهیترهای اولیه و ثانویه قرار دارند ، کنترل می شود . شکل (۳-۲۹) مدار کنترل مزبور را نشان می دهد .
همانطور که در شکل دیده می شود ، سیگنال دمای بخار سوپرهیت از عنصر حس کننده برای یک کنترلر متناسب بعلاوه انتگرالگیر ارسال می شود . سیگنال خروجی از این کنترلر با سیگنالی که از مدار کنترل جریان هوا آمده است و پیش بینی شرایط را برای مدار کنترل دمای بخار سوپرهیت آسان می کند ، جمع جبری می شود و حاصل این جمع وارد یک کنترلر متناسب می گردد .
لازم به تذکر است که هوای منبع کنترلر متناسب بعلاوه انتگرالگیر فوق الذکر نیز از سیگنال ارسالی از مدار کنترل جریان هوا تغذیه می شود و بدین ترتیب سیگنال خروجی از این کنترلر هیچگاه از سیگنال مزبور بزرگتر نخواهد بود
از طرف دیگر سیگنال دمای بخار خروجی از دی سوپرهیترها ی بخار اصلی ، پس از ورود به کنترلرهای متناسب با سیگنال حاصله از روند فوق جمع گشته و سپس به شیرهای پاشش آب دی سوپرهیتر فرمان می راند . همانطور که در شکل دیده می شود ، سیگنال نهائی ، قبل از ورود به یکی از شیرها به دلخواه اپراتور مقداری تقویت اضافی     می گردد .

در اینجا تذکر این نکته را لازم می دانم که هر چند در نقشه های کنترلی پیش بینی سیگنال نقطه مطلوب در این مدار بعمل نیامده است ، ولی منطق کار حکم می کند که وجود چنین سیگنالی در این مدار الزامی باشد . در تبادل نظر با کارشناسان نیروگاه ، معلوم شد که تنظیم سیگنال نقطه مطلوب در پوشش ثبات مربوطه پیش بینی شده است، که از آوردن آن در نقشه فوق با این توضیح چشم پوشی نموده ایم .
۳-۶-۲-۸ . مدار کنترل دمای بخار ری هیت :
دمای بخار خروجی از بازتاب که آن را به نام بخار ری هیت می شناسیم توسط دوران مشعل ها و نیز بازچرخش گازهای داغ به داخل کوره صورت می گیرد . البته در طراحی اولیه پیش بینی دی سوپرهیتر پاششی نیز به عمل آمده است ولی چون در عمل ، به آن نیازی نبوده است آن را از مدار خارج نموده اند . شکل (۳-۳۰) مدار کنترل دمای بخار ری هیت را بطور کامل نشان می دهد .

همانطور که در شکل دیده می شود ، سیگنال دمای بخار خروجی از بازتاب به یک کنترلر متناسب بعلاوه انتگرالگیر ارسال می گردد . سیگنال خروجی از این کنترلر پس از جمع جبری با سیگنال ارسالی از مدار کنترل جریان هوا ، به یک کنترلر متناسب وارد می شود .خاصیت سیگنال اخیر در قسمت قبل توضیح داده شد . سیگنال خروجی از کنترلر اخیر ، به کنترلرهای متناسب بخشهای موازی مشعل ها ، بازچرخش گاز وپاشش آب داخل دی سوپرهیتر بازتاب ارسال می گردد . پس از دخالت ضریب تقویت این کنترلرها ، سیگنال مزبور به عمل کننده های مربوطه فرستاده می شود . همانطور که در شکل دیده می شود ، سیگنال ورودی به دمپر بازچرخشش گاز و شیرپاشش آب ، طبق نظر اپراتور اندکی تقویت اضافی می گردد . توجه داریم که در عمل به پاشش آب دی سوپ ری هیت نیازی نیست .
لازم به تذکر است که توضیحی که در قسمت قبل در مورد هوای منبع تغذیه کنترلر متناسب بعلاوه انتگرالگیر و نیز تنظیم نقطه مطلوب دمای بخار سوپرهیت آمده است در اینجا نیز عینا در هر دو مورد باید ادعا گردد .

۳-۶-۲-۹ .مدار هماهنگ کننده سیستم کنترل۱ :
مسئولیت ایجاد هماهنگی بین احتراق و کنترل آب تغذیه خصوصا و نیز بین این دو و کنترل دمای بخار با حساسیت کمتر که می تواند غیر مستقیم صورت پذیرد ، بر عهده چنین مداری است که در واقع مغز حاکم سیستم کنترل است . شکل (۳-۳۱) عهده دار ترسیم این مدار می باشد . همانطور که در شکل می بینیم سیگنالهای اصلی عبارتند از : دمای بخار خروجی از دیگ بخار ، فشار بخار خروجی از دیگ و فشار بخار طبقه اول توربین . شاخه ای از سیگنال اخیر که معرف شرایط کاری است جهت هماهنگی جریان هوای تغذیه کوره به مدار کنترل آن ارسال می شود تا درتعیین مقدار مطلوب درصد اکسیژن اضافی مشارکت نماید . همچنین سیگنال مزبور با توجه به دمای بخار خروجی از دیگ بخار تصحیح می گردد تا به منزله جریان بخار ورودی به توربین در مدار کنترل آب تغذیه عمل نماید .
سیگنال فشار بخار خروجی از دیگ پس از مقایسه با مقدار مطلوب ، وارد یک کنترلر متناسب بعلاوه انتگرالگیر می گردد ، این سیگنال پس از خروج از کنترلر مزبور و عبور از یک کنترلر متناسب با سیگنال فشار بخار طبقه اول – توربین جمع می شود . شاخه ای از سیگنال حاصل که به عنوان سیگنال نافذ کنترل دیگ بخار قلمداد می شود ، روانه مدار کنترل فشار کوره می گردد تا به منزله سیگنال مقدار مطلوب در آن مدار مشارکت نماید . غیر از این شاخه ، سیگنال مورد نظر وارد دو رله انتخاب سیگنال ضعیف تر و قوی تر می گردد . در یکی از این رله ها ، در مقایسه با تقاضای هوای تغذیه ، سیگنال ضعیف تر به منزله سیگنال مقدار مطلوب جریان سوخت انتخاب و ارسال می گردد .

منابع ومراجع:
۱) کارنامه شرکت برق منطقه ای ترهان،۶۱-۱۳۵۸
۲)صنعت برق ایران،۱۳۶۷
۳)آمار تفصیلی صنعت برق ایران،۱۳۶۷
۴)آمار تفصیلی صنعت برق ایران،۱۳۸۵
۵)ترازنامه انرژی سال۱۳۸۵
۶)Modern power station practice, vol 1,pergamon press,1971.
۷) Electric power industry in japan,1977.
۸) Electric power  asia and the pacific,1983 & 1984.
۹)power and process engineering,proceedings of the institution of mechanical engineers,part a vol197,jan.1983.p 1-27.
۱۰)optimal control of thermal power pla, journal of dynamic systems, meadurement and control, asme,sept.1989,p 511-520
۱۱)جزوه مشخصات نیروگاه منتظرقائم،دفتر بهره برداری نیروگاه.
۱۲)آمار تفصیلی صنعت برق ایران،۱۳۶۷
۱۳)Combustion  Engineering.
۱۴)Power and process engineering. Proceedings  of the institution  of mechanical  engineers  ,part a,vol 197 jan.1983,p   ۱-۲۷٫
۱۵)Modern power station  practice,vol6,pergamon  press,1971.
۱۶)Bailey  product  instru ctions,  section p 92-1-1. .controller   type ad.
۱۷) Bailey  product  instru ctions,  section  p 92-7.controller   type af.
۱۸) Bailey  product  instru ctions,  section  p 92-2. controller   type  an.
۱۹) Bailey  product  instru ctions,  section  p 91-3, Hand/automatic  station  with  adjustable   set point.
۲۰) Bailey  product  instru ctions,  section  p 91-4,Hand/ automatic  station  with  adjustable   set point.
۲۱) Bailey  product  instru ctions,  section  p 91-5,Hand/ automatic  station  with  adjustable   bias.
۲۲) Bailey  product  instru ctions,  section  p 91-6,Hand/ automatic  station  with  adjustable   tie-back.