Automatizarea centralelor termice

Automatizarea centralelor termice

Functionarea in conditii optime a unei centrale termice precum si a retelei de transport a agentului termic presupune urmarirea si corectarea in timp real a principalilor parametri: puterea termica, temperaturile, debitele, presiunile etc. Nivelul actual atins de sistemele de automatizare si monitorizare permit posibilitatea particularizarii conducerii pentru orice tip de centrala termica si retea de termoficare, indiferent de lungimea retelei si de distributia geografica a centralelor termice.

Ca si in cazul punctelor termice, sistemul automat de conducere si supraveghere a proceselor din mai multe centrale termice, care debiteaza energie intr-o retea de transport, este un sistem SCADA distribuit si ierarhizat, care asigura la nivelul unei centralei termice urmatoarele doua functii automate principale:

- conducerea automata (automatizarea si secventierea cazanelor, reglarea temperaturii agentului de incalzire pe fiecare circuit care pleaca din centrala, reglarea temperaturii apei calde menajere, comanda pompelor);

- monitorizarea si conducerea operativa.

Avandu-se in vedere similitudinile dintre sistemul automat de conducere si supraveghere a proceselor din punctele termice si cel destinat centralelor termice, in continuare se va face o prezentare a automatizarii centralelor termice detaliindu-se doar aspectele particulare specifice.

1. Organizarea ierarhica a sistemului de conducere si supraveghere a centralelor termice

Organizarea ierarhica pe trei niveluri, prezentata, pentru punctele termice este valabila si pentru centralele termice. Componentele sistemului amplasate la cele trei niveluri ierarhice sunt aceleasi, deosebirile fiind la primele doua niveluri: la primul nivel mai apar cazane si arzatoare, iar la nivelul doi controlerul specializat (CS) este proiectat pentru conducerea si secventierea cazanelor si pentru reglarea temperaturii agentului de incalzire pe fiecare circuit care pleaca din centrala.

2. Functionarea sistemului de automatizare al unei centrale termice

Schema tehnologica cu aparatura de automatizare pentru o centrala termica este    prezentata in figura IV.6.3.

Centrala termica este. prevazuta cu doua cazane care functioneaza in cascada, dar numarul cazanelor poate sa se modifice in functie de puterea termica totala ceruta centralei si de puterea fiecarui cazan din cascada.

Aparatura electronica de automatizare va fi aleasa dupa specificul sarcinilor de automatizare impuse proceselor termice. Principalul aparat de automatizare din centrala termica este controlerul specializat (CS) in comanda automata a cazanelor si a arzatoarelor, comanda pompelor de circulatie, reglarea temperaturii agentului termic in functie de temperatura exterioara si reglarea temperaturii apei calde menajere.

Automatizarea centralei termice asigurata de controlerul specializat poate fi structurata in doua parti principale:

prima parte implementeaza toate functiile automate legate de cazane si de arzatoarele acestora (pornirea si oprirea arzatoarelor, secventierea cazanelor, protectiile automate, diagnosticarea defectelor);

cea de-a doua parte asigura automatizarea distributiei agentului termic pe diferitele circuite care pleaca din centrala termica (reglarea temperaturilor cu ajutorul robinetelor de reglare cu trei cai, comanda pompelor de circulatie, comutarea pompelor active si de rezerva).

Tablourile locale de automatizare ale arzatoarelor si cazanelor sunt furnizate de fabricantul cazanelor si contin automatizarea minimala pentru functionarea in siguranta a acestora: automatul de ardere, supravegherea electronica a flacarii, starterul pentru motorul ventilatorului arzatorului, reglarea bipozitiona-la a temperaturii in cazan, protectia cazanului la supratemperatura, protectia cazanului la scaderea debitului de irigare cu agent termic sub o valoare minima impusa.

Motoarele pompelor sunt comandate cu ajutorul unor startere compacte destinate motoarelor electrice, care contin contactor, releu termic, declansator electromagnetic de scurtcircuit. Contactorul starterului se comanda direct de catre controlerul specializat. Pentru motoarele electrice cu puteri mari, pornirea se face cu un starter stea-triunghi.

Cazanele din cascada sunt secventiale in functie de cererea de energie termica necesara realizarii temperaturii dorite pe turul general al cazanelor. Tehnica de secventiere a cazanelor tine seama de doua aspecte:

1. diferenta dintre temperatura pe turul general al cazanelor si temperatura prescrisa obtinuta ca rezultat al utilizarii graficelor de reglare prin masurarea temperaturii exterioare, dar si in urma analizei temperaturilor ce se doresc reglate pe circuitele de incalzire si de preparare a apei calde menajere;

2. urmarirea vitezei de variatie a temperaturii turului general al cazanelor si estimarea timpului dupa care se va atinge valoarea referintei (criteriu anticipativ realizat de un sistem automat cu predictie); chiar daca temperatura turului cazanelor se gaseste sub temperatura prescrisa, dar temperatura creste destul de rapid, nu va fi pornit urmatorul cazan deoarece se considera ca numarul de cazane aflate in functiune este suficient.

Sistemul de conducere automata trebuie sa asigure urmatoarele comenzi pentru fiecare cazan in parte:

pornirea / oprirea pompei de circulatie a apei prin cazan;

pornirea / oprirea arzatorului;

modularea flacarii.

Atunci cand strategia de conducere cere pornirea unui cazan din cascada, se porneste imediat pompa de circulatie a cazanului respectiv. Dupa un interval de timp reglat corespunzator se trimite comanda de pornire a arzatorului si dupa alt interval de timp se trimite comanda de modulare a flacarii. Atat timp cat ultimul cazan pornit nu a ajuns ia parametrii de functionare specifici puterii maxime, nu se trimite o noua comanda de pornire a altui cazan. De asemenea, dupa oprirea unui cazan, urmatorul cazan va fi oprit numai dupa un anumit timp.

Strategia de secventiere realizeaza incarcarea uniforma a cazanelor aflate in functionare. Astfel, daca modularea unui cazan atinge 100% din puterea sa si este ceruta pornirea urmatorului cazan, dupa un timp cele doua cazane isi vor distribui in mod egal incarcarile, (spre exemplu, nu va ramane un cazan incarcat ia 100 % si celalalt la 20 ci vor fi incarcate amandoua la 60 %).

in momentul in care se atinge temperatura prescrisa pe conducta de ducere a cazanului, acesta se opreste. Conform actiunii de modulare a flacarii, daca temperatura pe conducta de ducere a cazanului se apropie de valoarea prescrisa, automatizarea reduce puterea treptei modulante. Daca totusi dupa reducerea puterii treptei modulante se atinge temperatura prescrisa, cazanul se opreste imediat.

Oprirea cazanului se realizeaza de asemenea secvential. Dupa oprirea arzatorului, pompa de circulatie mai functioneaza un anumit timp, pana se produce egalizarea temperaturilor conductelor de ducere si intoarcere (diferenta temperaturilor dintre conducta de ducere si cea de intoarcere mai mica de' 50 C). Corecta functionare a pompei de circulatie a apei prin cazan este esentiala pentru siguranta cazanului, altfel se pot produce avarii grave.

Reglarea temperaturii agentului pe fiecare circuit independent de incalzire reprezinta o alta sarcina importanta a controlerului specializat care trebuie sa realizeze urmatoarele:

calculeaza temperatura necesara pentru agentul de incalzire pe fiecare circuit independent in functie de temperatura exterioara (utilizatorul poate impune curbe de reglare distincte pentru fiecare circuit);

comanda pornirea si oprirea pompelor de circulatie in functie de perioadele de ocupare a cladirii;

comanda robinetele de reglare cu trei cai pentru reglarea temperaturilor pe circuitele de incalzire;

genereaza cereri de incalzire pentru cazane si comunica temperatura necesara a agentului termic pentru asigurarea confortului termic in cladiri;

opreste livrarea de caldura daca temperatura exterioara medie depaseste o anumita limita.

Prepararea apei calde menajere in regim automat se asigura cu ajutorul unui modul distinct de program, implementat in controlerul specializat, care indeplineste urmatoarele functii:

Reglarea temperaturii apei calde menajere;

Asigurarea temperaturii cerute agentului din circuitul primar de preparare a apei calde menajere pentru prepararea rapida si asigurarea debitului prevazut pentru apa calda menajera;

Prioritatea prepararii apei calde menajere fata de circuitele de incalzire;

Functia antilegionela.

Functia antilegionela previne aparitia in apa caida menajera a bacteriei legi-onela. Aceasta functie se realizeaza prin cresterea temperaturii apei calde menajere pana la 700C, o data pe zi, un timp dat de viteza de circulatie a apei calde si de lungimea traseului pe care se recircula apa calda. La centralele termice de puteri mai mici, functia automata antilegionela se asigura prin aducerea temperaturii apei calde din boiler la 800C si mentinerea la aceasta valoare timp de o ora, o data pe saptamana, in noaptea de sambata spre duminica, intre orele 3 si 4.

Controlerul specializat asigura si gestionarea pompelor duble astfel:

comanda pornirea pompei active atunci cand strategia de conducere o cere;

roteste pompa activa cu pompa de rezerva dupa un anumit numar de ore de functionare (exemplu 100 de ore), sau la' data si ora fixata, realizand astfel uzura uniforma a pompelor.

comanda functionarea uneia dintre pompe daca temperatura exterioara scade sub 60C, pentru a preveni inghetarea agentului termic.

O schema electrica de conexiuni a unui controler specializat pentru conducerea automata a centralelor termice este similara celei din figura 6.3 (schema electrica de conexiuni a unui controler specializat pentru puncte termice). Pot apare diferente in ceea ce priveste numarul intrarilor si al iesirilor din si catre proces, sau al configuratiilor hardware si software.

Un exemplu de controler specializat, care poate fi utilizat in scopurile prezentate mai inainte, poate fi EXCEL 500 al firmei HONEYWELL.

3. Functionarea sistemului de achizitie si monitorizare a datelor din centrala termica

Sistemul de achizitie si monitorizare a datelor ia nivelul unei centrale termice (CT), ca si cel destinat punctelor termice, este organizat in jurul echipamentului de achizitie a datelor (EAD), specializat pentru utilizarea in procesele termice. Acest sistem este necesar pentru colectarea parametrilor de functionare ai centralei termice si transmisia la nivelul ierarhic superior (dispecerat).

Ca si in cazul punctelor termice, datele achizitionate provin de la controlerul specializat, de la contoarele de energie termica, de la analizorul electric de putere, de la sistemul de supraveghere a conductelor. 'Specificul centralelor termice de a consuma combustibil pentru producerea energiei termice, conduce la necesitatea prevederii de contoare de combustibil si la achizitia datelor de la aceste contoare.

Schema bloc a sistemului de monitorizare in centrale termice este asemanatoare ceiei din figura 6.4 (schema bloc a sistemului de monitorizare in puncte termice).

Componenta principala a sistemului de achizitie si monitorizare a datelor din centrala termica este echipamentul de achizitie a datelor (EAD), care trebuie configurat corespunzator hardware si software. Un exemplu de EAD poate fi calculatorul de proces AR 2000, cu arhitectura tip PC, configurat de Elsaco Electronic (Romania).

Sistemul de citire automata a datelor provenite de la contoarele de energie termica montate la consumatori este acelasi cu cel pentru automatizarea punctelor termice.