Atunci când operatorii optimizează procesul de ardere la boilerele de mare capacitate, ei trebuie să controleze în primul rând viteza aerului şi densitatea cărbunelui pulverizat. Scopul optimizării este menţinerea boilerului în cea mai bună stare de funcţionare posibilă. Abaterile de la reglajul optim afectează siguranţa în exploatare, durata de viaţă a echipamentului, randamentul şi calitatea funcţionării.
În mod obişnuit, metodele de optimizare folosite la boilerele a numeroase termocentrale urmăresc în mod indirect viteza aerului primar (prin intermediul presiunii aerului) şi decid asupra cantităţii de carbune pulverizat pe baza vitezei de rotaţie a alimentatorului cu praf de cărbune.
Datorită modificărilor rezistenţei cu anumiţi factori (de exemplu, decalajul cantităţii de praf de cărbune în fluxul cu două faze al fiecărei ţevi primare de aer, şi a distanţei diferite a punctelor de măsură faţă de focar), nu se pot specifica corect cei doi parametri de mai sus pe baza presiunii statice a aerului primar. Cu alte cuvinte, presiunea statică a aerului primar NU poate juca rolul conducător în operaţia de optimizare a unei arderi. Uneori, valoarea presiunii chiar îndrumă greşit operaţia, deci face ca focul să devieze de la centru, ceea ce provoacă supraîncălziri locale. În plus, menţinerea unei viteze ridicate a aerului primar pentru a nu bloca ţevile poate afecta stabilitatea arderii, poate încetini aerul secundar, iar funcţionarea boilerului va deveni neeconomică.
De aceea este necesar să se implementeze la boilere un sistem de monitorizare in-line pentru aerul primar şi pentru praful de cărbune. Termocentrala în cauză are un boiler pe carbune de 670t pe oră.
Caracteristicile şi utilizarea sistemului
Caracteristicile sistemului includ:
Monitorizare
Monitorizarea în timp real, in-line, a parametrilor aerului primar
• Viteza fluxului amestecului aer-carbune pulverizat în ţevile primare de aer, viteza aerului primar şi debitul la nivelul injectoarelor arzătorului;
• Densitatea de cărbune pulverizat în ţeava de aer primar, cantitatea de cărbune pulverizat injectată în arzător;
• Temperatura aerului fierbinte, temperatura prafului de cărbune şi temperatura amestecului de aer cu praf de cărbune.
Alarmare
Sistemul trebuie să genereze avertizări atunci când parametrii monitorizaţi descrişi anterior se abat de la valorile lor nominale. Exemple:
• Exces de praf de cărbune la un arzător;
• Cantitate insuficientă de praf de cărbune la arzător;
• Cantitate prea redusă de aer primar la arzător;
• Cantitate excesivă de aer primar la arzător;
• Supraîncălzirea carbunelui pulverizat într-un strat sau într-un colţ la fiecare arzător;
• Fluctuaţii prea mari ale vitezei aerului într-un arzător.
Diagnoza
Prin supravegherea şi analiza parametrilor de mai sus putem să diagnosticăm posibile condiţii de eroare sau avarii în ţevile de aer primar şi să avertizăm operatorii. Funcţiile de diagnostic includ:
• Diagnostic pentru blocarea ţevilor;
• Diagnostic pentru cărbunele pulverizat;
• Diagnostic pentru fluxul gravitaţional de praf de cărbune;
• Diagnostic pentru umidificatorul primar de aer;
• Diagnostic de auto-aprindere a prafului de cărbune pe ţeavă;
• Diagnostic de defectare a componentelor din circuitul primar de alimentare.
Înregistrarea istoricului
Toate datele originale pot fi înregistrate, cu viteza de mai multe seturi de date pe minut. Datele sunt păstrate timp de 24 de ore, după care se şterg, pentru a face loc altora noi. Datele pot fi exportate, trimise către imprimantă, la ecran sau pot fi vizualizate sub formă de curbe pe ecran. Sistemul de monitorizare poate fi folosit în următoarele aplicaţii legate de funcţionarea termocentralei:
• Ajustarea arderii
Fochistul poate să regleze distribuţia sarcinii şi viteza vântului primar la fiecare din arzătoare pe baza parametrilor monitorizaţi, ceea ce îl ajută să optimizeze arderea şi să îmbunătăţească eficienţa arderii şi gradul de securitate al uzinei.
• Reducerea accidentelor
Funcţiile de avertizare, alarmă şi diagnostic pot ajuta la identificarea fermă şi la timp a anomaliilor, astfel ca operatorii să ia măsuri să împiedice apariţia şi răspândirea accidentelor.
• Analiza accidentelor
După ce au apărut accidente sau anormalităţi în funcţionarea boilerului, operatorii pot derula din nou parametrii din momentul accidentului, folosind funcţia de “accident review”, ceea ce-i ajută la depistarea cauzelor accidentului.
Principii de măsură
Măsurarea corectă a vitezei aerului primar
Metoda se numeşte a presiunii dinamice, ceea ce înseamnă că determină viteza aerului măsurând presiunea dinamică a aerului primar.
Conform legii conservării energiei, densitatea cărbunelui pulverizat se determină prin măsurători de temperatură. Suma cantităţilor de căldură ale aerului fierbinte şi cărbunelui pulverizat ce intră în mixerul de cărbune pulverizat este egală cu cantitatea totală de căldură a amestecului de aer + praf de cărbune ce iese din mixer. Deci densitatea şi cantitatea cărbunelui pulverizat se pot determina pe baza ecuaţiilor de echilibru termic, folosind temperaturile măsurate.
Pentru măsurarea presiunii dinamice se folosesc tuburi de măsurare a vitezei ce pot fi demontate pentru examinare uşoară şi înlocuire. Ţeava de măsură este în formă de pană (wedge). Deoarece preîncălzitorul de aer se foloseşte la măsurarea debitului de aer fierbinte, ţeava este calibrată. Trebuie verificat periodic pentru abraziune şi curăţat de funingine, manual dacă este necesar, ca să se menţină o precizie ridicată a determinărilor. Pentru măsurarea temperaturilor se folosesc termocuple tip E obişnuite.
Transmitatorul de presiune
Se foloseşte un transmiţător diferenţial de presiune, care transformă semnalul de presiune diferenţială al aerului primar într-un semnal electric. Este un sistem nou, cu difuzie în siliciu, pe două fire. Construcţia solid-state asigură dimensiuni reduse, precizie bună şi funcţionare fiabilă. După încercările în tunelul aerodinamic şi calibrările de laborator s-a constatat că transmiţătorul de presiune pe siliciu îndeplineşte pe deplin cerinţele aplicaţiei. Gama de măsură este de la zero la 1.7KPa, cu o precizie de 0,2%, pentru temperaturi ambiante cuprinse între zero şi 65OC.
Arhitectura sistemului
Sistemul supervizor online pentru amestecul cărbune aer al boilerului monitorizează viteza aerului la ieşirea arzătorului şi densitatea prafului pentru a calcula starea de operare şi eficienţă. În afara arhitecturii senzorilor mentionaţi, mai cuprinde un instrument de măsurare a cenuşii de cărbune, senzori de oxigen, termocuple pentru măsurarea temperaturii gazelor arse şi un dispozitiv de măsurare a conţinutului de cenuşă. Sistemul foloseşte modulele din seria I7000 şi un calculator industrial pentru a realiza staţia de lucru pentru achiziţie de date şi monitorizare.
Hardul sistemului
Calculatorul de proces este un 586 industrial cu monitor CRT color cu diagonala de 21inci şi imprimantă (Microprocesor Pentium la 133MHz, 20MB memorie RAM, HDD de 1GB). Reţeaua distribuită 485 cu convertor de interfaţă inteligentă este racordată la PC printr-un cablu serial.
Grupul de componente pentru inspectarea vitezei aerului include 16 măsurători de viteză şi 16 detectoare de presiune diferenţială, 36 termocuple pentru aerul fierbinte, cărbunele pulverizat şi amestecul aer-cărbune, în total 50 de termocuple.
Un instrument de măsură a cenuşii de carbon şi patru instrumente de măsură a cantităţii de oxigen, pentru sistemul de ardere.
4 cutii a câte 15 canale de achiziţie pe modul.
Software
Windows 95
Soft pentru accelerarea comunicaţiei cu DCS.
Softul de aplicaţie este modular, include diferite module de program pentru:
• Achiziţie de date şi conversie gradaţii;
• Calcule de date;
• Simulare viteză aer primar;
• Debit pulbere primară;
• Trending curbe în timp real;
• Revederea curbelor de istoric;
• Introducerea cantităţilor de intrare de amestec aer-cărbune în fiecare colţ pe ecran;
• Afişare în timp real stare de operare module;
• Module auxiliare pt. analiză defecte;
• Module asistent pt. calibrarea senzorilor;
• Modul de alarmă;
• Modul de imprimare;
• Modul autoverificare canale intrare;
• Modul opţional de afişare şi reglare a vitezei de rotaţie a alimentatorului cu praf de carbune.
Ing. Cristian Malide
IMPERIAL ELECTRIC S.A.
Tel: 211 37 82