Разработка микропроцессорной системы мониторинга расхода топлива на котельной установке

Оксиды серы. Диоксид серы образуется при сжигании богатого серой горючего, такого, как уголь и мазут (содержание серы в них колеблется от 0,5 до 5-6%). При сжигании каждого миллиона тонн угля выделяется около 25 тыс. т серы в виде главным образом ее диоксида, в 4-5 раз меньше окисленной серы дает сжигание мазута.

Твердые частицы (зола). Твердые частицы, присутствующие в дымовых газах, представляют собой совокупность летучей золы и несгоревшего в топке топлива (кокса). Для улавливания твердых частиц из дымовых газов существуют сухие и мокрые золоуловители. Аппараты для сухой очистка дымовых газов основаны на использовании сил инерции, тяжести и центробежных или на образовании коронного разряда между электродами и направленного движения газа, несущего твердые частицы к положительному электроду, на котором частицы осаждаются.

Окислы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т/год. [13]

8.3 Аэрозольное загрязнение атмосферы

Основным источником искусственных аэрозольных загрязнений воздуха является котельная. Аэрозольные частицы отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена.

К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы, часто в виде аэрозольных частиц.

Аэрозоли это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для живых организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. [2]

8.4 Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ

Для объективной санитарно-гигиенической оценки состояния атмосферного воздуха разработаны критерии, основным из которых является предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества, научно устанавливаемая для каждого вида в отдельности.

ПДК концентрация загрязняющего вещества, которая при ежедневном воздействии на организм человека в течение длительного времени не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний, а также не ухудшает санитарно-бытовых условий жизни.

Нормами установлены две величины ПДК для каждого из содержащихся в воздухе вредных ингредиентов:

максимально-разовые (ПДКм.р.) определяются в пробах воздуха, отобранных в течение 20 мин;

среднесуточные (ПДКс.с.) определяются в пробах воздуха, отобранных в течение суток.

ПДКм.р. является пороговой величиной рефлекторных действий на обоняние, световую чувствительность глаз и т.п. ПДКс.с. это величина, обозначающая допустимый уровень загрязнения, при котором человек может находиться в течение длительного времени без заметных последствий для его здоровья.

Чтобы по результатам наблюдений определить значения загрязнения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК.

Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Поэтому в настоящее время в целях совершенствования санитарно-гигиенических норм ПДК предложена система ограничений выбросов абсолютных количеств вредных веществ в окружающую среду, получившая название норм предельно допустимых выбросов (ПДВ).

Такая система нормирует для всех промышленных предприятий, включая электрические станции, обязательные предельные значения количеств выбрасываемых загрязнителей. Причем количество выбросов отдельных источников (ПДВ) в районе их расположения не должно превышать ПДК.

ПДВ это норма предельного загрязнения атмосферы выбросами данного предприятия, позволяющая более четко определить ответственность каждого объекта выброса за чистоту атмосферного воздуха данного населенного пункта или региона, более обоснованно планировать природоохранные мероприятия, организовывать рациональные системы контроля и учета поступающих в атмосферу вредных веществ от всех источников.

Плата за нормативные выбросы включается в себестоимость тепловой и электрической энергии. При превышении нормативных выбросов плата за выбросы увеличивается в пять раз, и высчитывается из прибыли предприятия. [16].

8.5 Защита атмосферы от загрязнений

Проблема загрязнения воздуха в городах и общее ухудшение качества атмосферного воздуха вызывает серьезную озабоченность. Для оценки уровня загрязнения атмосферы создана сеть постов общегосударственной службы наблюдений и контроля за загрязнением атмосферы как части природной среды. На сети определяется содержание в атмосфере вредных различных веществ, поступающих от антропогенных источников выбросов. Наблюдения проводятся сотрудниками местных организаций Госкомгидромета, Госкомэкологии, Госсанэпиднадзора, санитарно-промышленных лабораторий различных предприятий.

В некоторых городах наблюдения проводятся одновременно всеми ведомствами. Контроль качества атмосферного воздуха в населенных пунктах организуется в соответствии с ГОСТом 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов», для чего устанавливают три категории постов наблюдений за загрязнением атмосферы: стационарный, маршрутный, передвижной или подфакельный.

Стационарные посты предназначены для обеспечения непрерывного контроля за содержанием загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего контроля, для этого в различных районах города устанавливаются стационарные павильоны, оснащенные оборудованием для проведения регулярных наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы.

Наблюдения на стационарных и маршрутных постах в различных точках города позволяет следить за уровнем загрязнения атмосферы. В каждом городе проводят определения концентраций основных загрязняющих веществ, т.е. тех, которые выбрасываются в атмосферу почти всеми источниками: пыль, оксиды серы, оксиды азота, оксид углерода и др.

Кроме того, измеряются концентрации веществ, наиболее характерных для выбросов предприятий данного города. Для изучения особенностей загрязнения воздуха выбросами отдельных промышленных предприятий проводятся измерения концентраций с подветренной стороны под дымовым факелом, выходящим из труб предприятия на разном расстоянии от него. [10]

8.6 Меры по защите окружающей среды

В результате химически и физически активных веществ и аэрозольных частиц происходит изменение состава и свойств атмосферы (загрязнение, электропроводность, радиационные свойства), изменения циркуляции в атмосфере, изменение погоды и климата, нарушение озонного слоя, изменение прозрачности атмосферы, прохождение солнечного излучения.

Чтобы стимулировать предприятие к сокращению выбросов необходимы законы, которые учитывали бы не норму выбросов загрязняющих веществ, за которую нужно платить независимо от их количества, а плату в зависимости от конкретных выбросов. Иными словами, чем больше загрязняющих атмосферу и воду выбросов, тем выше плата, чем меньше ниже.

Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если будут накоплены достоверные данные о современном состоянии среды и разработаны новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого природе человеком. [5]

8.7 Общие данные для расчёта параметров влияющих на окружающую среду при работе котла на мазуте

Исходные данные для расчета выбросов вредных веществ

Источником загрязнения является вновь проектируемая производственная котельная. В настоящие время теплоснабжение осуществляется от электрокотельной. В связи с возникшими трудностями, дороговизной электроэнергии, а так же в целях экономии затрат на тепловую энергию, данным проектом предусматривается включение в существующую систему теплоснабжения водогрейного котла, мощностью 800 кВт, работающего на жидком и газообразном топливе. Для этого в проектируемом здании устанавливается водогрейный котел.

В соответствии с заданием на проектирование максимальная нагрузка - Qo=0,690 Гкал/час.

Удельная теплота сгорания Qрн=41,2 Мдж/кг.

Дымовые газы, образующиеся в результате сгорания топлива, выбрасываются через дымовую трубу Ш 400мм, высотой Н=15м, параметры газовоздушной смеси на выходе из источника: скорость - 0,577 м/с, температура 180 0 С.

При определении состава и количества вредных выбросов использованы «Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлах производительностью до 30 т/ч». [7]

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Учитываемыми загрязняющими веществами, выделяющимися при сгорании топлива, являются - взвешенные вещества, оксид углерода, оксид азота, сернистый ангидрид (диоксид серы).

Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ составляют:

NO2 (оксид азота) - 0,085 мг/мі

CO (оксид углерода) - 3,000 мг/мі

SO2 (сернистый ангидрид) - 0,500 мг/мі

Взвешенный вещества - 0,500 мг/мі [12]

Расчет выбросов загрязняющих веществ

В проектируемой котельной устанавливается водогрейный котел КВа-0.8, работающий в основном режиме. Максимальная нагрузка на производственные нужды составляет - 690000 ккал/час. Топливо - жидкое и газообразное топливо. Теплота сгорания топлива Qрн= 41,2 мдж/кг.

Определение максимальных выбросов вредных веществ производиться из расчета сжигания 1200,0 тонн топлива в год (77,1 г/сек).

1.Взвешенные вещества

а) Валовый выброс твердых частиц в дымовых газах котельной определяется по формуле при среднегодовом расходе условоного топлива В=1200т/год:

Птв=ВAr*л*(1- з)

Птв=1200*0,6*0,005* (1-0)=3,6 т/год.

б) Максимально разовый выброс определяется по формуле:

Птв=В*Ar*л* (1- з)

Птв=77,1*0,6*0,005* (1-0)=0,205 г/сек.

2. СО (оксид углерода)

а) Валовый выброс оксида углерода определяется по формуле:

Псо=0,001*Ссо*В*(1-q4/100),т/год.

Псо=0,001*7,6*1200*1-2/100)=8,94 т/год,

где Ссо=q3*R*Qрн=1*1*7,6 = 7,6

б) Максимальный разовый выброс оксида углерода определяется по формуле:

Псо=0,001*в*Ссо* (1- q4/100)

Псо=0,001*7,6*77,1*0,98=0,563 г/сек.

3. NO2 (оксид азота)

а) Валовый выброс оксида азота определяется по формуле:

ПNO2=0,001*В*Qрн*K NO2* (1- в)

ПNO2=0,001*1200*7,6*0,06*1=0,547 т/год.

б) Максимальный разовый выброс NO2 определяется по формуле:

ПNO2=0,001*В*Qрн*K NO2* (1- в)

ПNO2=0,001*1200*77,1*7,6*0,06*1=0,042 г/сек.

4. SO2 (сернистый ангидрит).

а) Валовый выброс оксидов серы определен на основании анализов работы однотипных котлов:

ПSO2=1,148 т/год.

б) Максимально разовый выброс SO2 представлен по анализам:

ПSO2=0,053 г/сек.

Способы оценки величины выделения загрязняющих веществ

Котельная, работающая на жидком и газообразном топливе, обеспечивает теплом сам цех, снабжая его горячей водой и отоплением. После установки водогрейного котла КВа-0.8 работающего на жидком и газообразном топливе вредные выбросы веществ в атмосферу составят допустимые значения. (см. анализ результатов расчета).

В теплогенераторе работа горелки и котла выверяется системой автоматики до мельчайших деталей, что сокращает величину выделения вредных выбросов, понижает уровень шума, повышает надежность в эксплуатации и обеспечивает долговременную работу котельной.

Опыт эксплуатации данных котельных установок показал, что фактические выбросы вредных веществ будут ниже расчетных. При аварийных остановках котлоагрегата, а также при переходе на отопление от существующей дизельной котельной (после пуска в эксплуатацию котельной с котлоагрегатом существующая сохраняется как резервная).

В конструкции котлоагрегата и в системе водонагревателя, не применяются цветные металлы и их сплавы, вода в системе отопления циркулирует по замкнутому контуру, поэтому вода из системы отопления считается условно чистой и дважды в год выпускается в существующую ливневую канализацию при проведении профилактических работ по графику.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанная микропроцессорная система мониторинга расхода топлива на котельной установке обеспечивает изменение и контроль производительности установки при сохранении заданных параметров (давления и температуры пара) и максимального КПД установки.

Кроме того, разработанная система мониторингаповышает безопасность, надежность и экономичность работы котла, сокращает количество обслуживающего персонала и облегчает условия его труда.

Автоматическое регулирование котла включает регулирование подачи воды, температуры перегретого пара и процесса горения.

Существенную роль в работе микропроцессорных устройств играет непосредственна выбор и работа микропроцессора.

В дипломной работе для реализации микропроцессорной системы мониторинга расхода топлива на котельной установке был выбран микропроцессор ATmega16. Он обладает рядом преимуществ для реализации поставленной цели дипломной работы.

В результате выполнения дипломной работы был создан комплект конструкторской документации на электронный блок микропроцессорной системы мониторинга расхода топлива на котельной установке.

Выполнены две схемы электрические принципиальные, два перечня элементов, сборочный чертеж платы печатной, спецификация, чертеж платы печатной, общий алгоритм работы системы, структурная схема устройства, плакат экономических показателей.

Для разработки схем была выбрана программа Компас3D-V15.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кириллин В.А. и др. Техническая термодинамика: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

2. Поршаков Б.П., Романов Б.А. Основы термодинамики и теплотехники. - М.: Недра, 1988.

3. Тепловые схемы котлов / А.А,Паршин, В.В.Митор, А.Н. Безгрешников и др.- М.: Недра, 1987.

4. Теплотехника /под ред. В.И. Крутова. - М.: Машиностроение, 1986.

5. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы (справочник). - М.: Энергия, 1980.

6. Петров В. Н., Петров М. Н. Макромоделирование цифровых схем. -- М., 1994. -- 8 с. -- Деп. в ВИНИТИ 25.10.94, № 2419-В94.

7. Петров В. Н., Петров М. Н. Автоматизация определения функциональных параметров цифровых микросхем. -- М., 1994. -- 7 с. -- Деп. в ВИНИТИ 25.10.94, № 2418-В94.

8. Разевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования и проектирования печатных плат DesignCenter (PSpice). М.: СК Пресс, 1996. - 272 е., ил.

9. Делахей П. Новые приборы и методы в электрохимии. М.: Иностранная литература, 1957. 297 с.

10. Белов А.В. Микроконтроллеры AVR в радиолюбительской практике. - СПб.: Наука и Техника, 2007. - 352 с.

11. Белов А.В. Самоучитель по микропроцессорной технике. - СПб., 2003.

12. Белов А.В. Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах AVR. - СПб.: Наука и Техника, 2008. - 544 с.

13. Балашов Е.П. Микропроцессоры и микропроцессорные системы.- М., 1981.

14. Васильев А.Е. Микроконтроллеры. Разработка встраиваемых приложений. - СПб.: БВХ - Петербург, 2008.- 304с.

15. Дьяков А.Ф. Микропроцессорная автоматика и релейная защита электроэнергетических систем: учеб. пособие для ВУЗов./ А.Ф. Дьяков, Н.И. Овчаренко. - М.: Издательский дом МЭИ, 2008. -336 с.

16. Дьяков И.А. Схемотехника. - Тамбов, 2001.

17. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. - М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2007. - 592 с.

18. Шпак А.Ю. Программирование на языке С для AVR и PICмикроконтроллеров.- К: МК-Пресс, 2006.- 400с.

АННОТАЦИЯ

Целью дипломного проекта является разработка микропроцессорной системы мониторинга расхода топлива на котельной установке.

Проведен анализ аналогов микропроцессорной системы мониторинга расхода топлива на котельной установке.

В практической части разработана структурная и принципиальная схема устройства, алгоритмы работы устройства, проведена оценка технологичности конструкции, разработан технологический процесс сборки устройства.

The purpose of the degree project is development of microprocessor system of monitoring of fuel consumption at the boiler plant.

The analysis of analogues of microprocessor system of monitoring of fuel consumption at the boiler plant is carried out.

In a practical part the structural and basic scheme of the device, algorithms of work of the device is developed, the estimation of adaptability to manufacture of a design is spent, technological process of building devices.

Размещено на Allbest.ru

...