Системы автоматизации отопительных котлов

Котлы типов ДКВ, ДКВР оборудованы смесительными горелками низкого давления и инжекционными горелками среднего давления. Автоматика состоит из комплекса приборов, позволяющих создавать различные системы регулирования и безопасности.

1. Электрогидравлический регулятор разрежения

(рис. 1)Разрежение в топке котла измеряют с помощью тягомера 7, мембрана которого соединена с плунжером 9. Плунжер перемещается в катушке из двух обмоток. Обмотка 8 питается от трансформатора электронного усилителя напряжением 12 В. При установленной величине разрежения мембрана удерживает плунжер в среднем положении, а напряжение на вторичной обмотке 10 равно нулю. Если величина заданного разрежения изменится, то мембрана и связанный с ней плунжер переместятся от первоначального положения. При этом на вторичной обмотке 10 возникнет напряжение переменного тока. Величина и фаза возникающего напряжения будут зависеть от направления и величины перемещения плунжера.

Рис. 1. Схема электрогидравлического регулятора разрежения: 1, 2 – электромагниты; 3 – реле; 4 – рычаг; 5 –  идросервомотор; 6 – шибер; 7 – тягомер; 8, 10 – обмотки; 9 – плунжер

Возникающий в датчике сигнал переменного тока направляется транзисторному усилителю ТУ. В усилителе происходит сравнение этого сигнала с заданной величиной, устанавливаемой задатчиком ЗДТ. Если величина поступающего сигнала значительно отклоняется от заданной, то на выходе усилителя появится сигнал разбаланса. Этот сигнал поступает на контакты катушки электромагнитов 1 или 2 электрогидравлического реле 3. До появления сигнала разбаланса катушки электромагнитов были обесточены, а клапаны K₁ и К₂ закрывали слив воды из верхней и нижней полостей гидросервомотора 5. При этом обе полости находились под одинаковым рабочим давлением воды. При поступлении из усилителя ТУ напряжения на обмотку одного из электромагнитов сердечник и клапан электромагнита переместятся вверх, а одна из полостей сервомотора соединится со сливом. Всякое перемещение поршня сервомотора через рычаг 4 вызывает соответствующее перемещение шибера 6 дымохода. Перемещение будет продолжаться до тех пор, пока не восстановится заданное разрежение в топке котла. При достижении заданного разрежения сигнал переменного тока исчезнет, клапан электрогидравлического реле закроется и шибер дымохода стабилизирует свое положение.

2. Автоматизированная система «Кристалл»

На рис. 2 показана принципиальная схема автоматизированной системы «Кристалл» применительно к паровым котлам типа ДКВР, оборудованным смесительными горелками низкого давления. Автоматика обеспечивает регулирование давления пара в котле, соотношения газа и воздуха, разрежения в топке и уровня воды в барабане котла. Рассмотрим принцип работы этих систем регулирования.

Рис. 2. Принципиальная схема автоматизированной системы «Кристалл»: 1, 10, 18, 25 – сервомотор; 2, 11, 17, 23 – электрогидравлическое реле; 3, 12, 16, 22 – усилитель; 4 – кран; 5, 6, 20 – дифференциальный тягомер; 7 – горелка; 8 – заслонка; 9 – предохранительно-запорный клапан; 13 – манометр; 14 – сосуд постоянного уровня; 15 – датчик; 19 – питательный клапан; 21 – котел; 24 – направляющий аппарат дымососа; 26 – дутьевой вентилятор

Регулирование количества поступающего газа на горелку 7 в зависимости от давления пара в котле осуществляется усилителем 12. Электрический дистанционный манометр 13 измеряет давление пара на выходе из котла 21 и подает соответствующий электрический сигнал в усилитель 12, который через электрогидравлическое реле 11 воздействует на сервомотор 10. Сервомотор, в свою очередь, изменяет положение регулирующей заслонки 8 для обеспечения требуемого расхода газа на горелку. Для регулирования соотношения газа и воздуха служит усилитель 3. Датчиками этого регулятора служат дифференциальные тягомеры 5 и 6.

После изменения положения заслонки 8 давление газа и его расход также изменяются, и создается несоответствие давления воздуха новому давлению газа. Электрические сигналы, пропорциональные этому несоответствию, подаются от тягомеров 5 и 6 в усилитель 3. Усилитель, получив эти сигналы, с помощью электрогидравлического реле 2 и сервомотора 1 воздействует на дутьевой вентилятор 26, приводя расход воздуха в соответствие с расходом газа.

Разрежение в топке котла регулируют следующим образом. Усилитель 22 получает электрический сигнал от дифференциального тягомера 20 и через электрогидравлическое реле 23 и сервомотор 25 воздействует на направляющий аппарат дымососа 24, приводя величину разрежения к заданной.

Уровень воды в барабане котла регулируют с помощью одноимпульсного регулятора питания с жесткой обратной связью. В качестве первичного прибора используют дифференциальный манометр 13, подключенный к барабану котла через сосуд постоянного уровня 14. Усилитель 16 регулирует подачу питательной воды в котел в соответствии с отбором пара из котла. При изменении уровня воды в усилитель 16 от датчика 15 поступает электрический сигнал. В свою очередь, усилитель через электрогидравлическое реле 17 и сервомотор 18 воздействует на питательный клапан 19, регулируя подачу воды в котел через кран 4.

Автоматика безопасности обеспечивает прекращение подачи газа в аварийных случаях: падение давления газа, повышение и понижение уровня воды в барабане котла, превышение давления пара в котле, падение давления воздуха, перегрев воды в экономайзере или бойлере, погасание пламени горелки.

Датчики автоматики безопасности имеют независимые отборы импульсов и являются автономными. Подача газа прекращается при выходе одного из контролируемых параметров работы котлоагрегата за пределы допустимого. Это происходит следующим образом. Соответствующий датчик, контролирующий тот или иной параметр, срабатывает и обесточивает катушку электромагнита. Эта катушка установлена на головке предохранительно-запорного клапана 9 типа ПКН. Обесточенный клапан закрывается, прекращая подачу газа к котлу. Одновременно срабатывает звуковая сигнализация и зажигается табло, показывающее причину остановки котла.

Комплект регулирующих электрических и электронных приборов автоматизированной системы «Кристалл» собран в одном блоке и монтируется в общем щите управления.

Обслуживание котлов с системой «Кристалл» заключается в контроле за их работой по показаниям приборов и сигнальных ламп, помещенных на пульте управления котельной. При горении красных ламп регуляторы работают на увеличение подачи газа, воздуха и разрежения. При горении зеленых – на уменьшение.

При выключении котла вследствие срабатывания автоматики безопасности оператор должен сразу же закрыть краны перед горелками, открыть краны продувочной линии и приступить к розжигу, предварительно выяснив причины нарушения того или иного параметра работы котла.

3. Комплект средств управления КСУ-1

Выпускаются следующие модификации: КСУ-1-Г-2 для водогрейных котлов на газе низкого давления (заменяет AMKO-K-I) и КСУ-1-Г-3 для водогрейных котлов на газе среднего давления (заменяет АМКО-К-II).

Напряжение питания комплекта трехфазное – 380/220 или 220/127 В (напряжение питающей сети устанавливается перемычками на колодке, расположенной на шасси в шкафу комплекта). Отклонение напряжения питания – от +10 до –15 %. Частота 50±1 Гц. Максимальная потребляемая мощность – 150 В·А.

Комплект КСУ-1-Г (рис. 3) и поставляемые с ним датчики и исполнительные устройства обеспечивают двухпозиционное регулирование производительности котла и автоматику безопасности. Подача газа к котлу прекращается при предварительном повышении или понижении его давления перед горелками, понижении давления воздуха, понижении разрежения, повышении или понижении давления воды на выходе из котла, повышении температуры воды на выходе из котла, погасании пламени, неисправности блоков комплекта, исчезновении напряжения питания.

Рис. 3. Принципиальная схема комплекта средств управления КСУ-1-Г: 1 – шкаф комплекта; 2, 3 – отсечные клапаны; 4 – клапан-отсекатель запальника; 5, 17 – исполнительные механизмы типа ЭИМ; 6 – датчикреле температуры; 7, 10, 11, 18 – датчики-реле тяги, давления, напора; 8 – электрозапальник; 9 – катушка зажигания; 12 – горелка; 13 – контрольный электрод; 14 – манометр электроконтактный; 15, 16 – термометры манометрические; Т₁ – табло «Авария»; Т₂ – табло «Работа»; Л₁ – Л₁₄ – лампы: Л₁ – «Сеть»; Л₂ – «Нет пламени»; Л_З – «Разрежение низкое»; Л₄ – «Давление воздуха низкое»; Л₅ – «Давление воды низкое»; Л₆ – «Давление воды высокое»; Л₇ – «Температура воды высокая»; Л₈ – «Давление газа низкое»; Л₉ – «Давление газа высокое»; Л₁₀ – «Комплект неисправен»; Л₁₁ – «Нет резервирования»; Л₁₂ – «Температура отходящих газов высокая»; Л₁₃ – «Котел отключен общекотельным устройством»; Л₁₄ – «Включено»; К₁ – К₅ – кнопки: К₁ – «Пуск»; К₂ – «Стоп»; К_З – «Отключение звуковой сигнализации»; К₄ – «Отключение световой сигнализации»; К₅ – «Контроль сигнализации»; П₁ – переключатель «Работа с общекотельным устройством»; ЛС-1 – ЛС-4 – линии связи: ЛС-1 – «Питающая сеть 380/220 В, 50 Гц»; ЛС-2 – «Сигнал диспетчеру» (а – «Включение питающего напряжения»; б – «Авария»); ЛС-3 – «Дистанционное управление» (в – «Пуск»; г – «Останов»; д – «Включение регулирования»); ЛС-4 – «Сигналы от общекотельного устройства регулирования» (е – «Пуск – стоп»; ж – «Малое горение – Большое горение»)

Автоматика обеспечивает:

• световую и звуковую аварийную сигнализацию с запоминанием первопричины по каждому из аварийных параметров;
• предупредительную сигнализацию при нарушении работы одного из резервных каналов комплекта и при повышении температуры отходящих газов;
• выдачу на диспетчерский пункт сигналов о подаче питающего напряжения на комплект и об аварийной остановке котла;
• дистанционное включение и отключение котла, а также включение регулирования;
• работу от общекотельного устройства регулирования;
• автоматические пуск и останов котла; рабочую сигнализацию.

Комплект расположен в навесном шкафу с габаритными размерами 620x910x395 мм. Масса комплекта не более 70 кг. На задней стенке шкафа размещена силовая коммутационная аппаратура: магнитные пускатели, реле, клеммные колодки. Автоматический выключатель A3163 (50 Гц, 40 А) установлен на боковой стенке с левой стороны шкафа. Органы оперативного управления и сигнализации расположены в верхней части лицевой стороны двери шкафа. В нижней части на внутренней стороне шарнирно прикреплены каркасы, в которых с помощью направляющих устанавливают функциональные субблоки, выполненные в виде защищенных и незащищенных вдвижных монтажных плат. Электрическое соединение субблоков с общими цепями осуществляется с помощью разъемов. Шарнирное крепление каркасов обеспечивает свободный доступ к субблокам.

Магнитный пускатель МП электродвигателя вентилятора на схеме не показан, так как установлен в шкафу комплекта. С комплектом поставляется один электронный исполнительный механизм (ЭИМ), но по требованию заказчика могут поставляться два.

3.1. Автоматика безопасности и сигнализация

Причины аварий и приборы, контролирующие тот или иной параметр, приведены в табл. 1.

Таблица 1. Причины аварий и приборы контроля

Сигнал датчика разрежения подается на элемент задержки, чтобы исключить влияние переходного процесса во время розжига основного факела и при регулировании производительности котла. Время задержки сигнала датчика разрежения устанавливают тумблерами «1 с», «2 с», «4 с», «8 с» блока реле времени с дискретностью 1 с в диапазоне от 0 до 15 с. К блоку контроля факела подводится как сигнал контроля основного факела (факела горелки), образующийся с помощью контрольного электрода, так и сигнал контроля пламени электрозапальника.

При срабатывании датчиков, контролирующих параметры безопасности, а также при исчезновении напряжения питания обесточиваются исполнительные реле, разрывая цепи питания отсечных клапанов, и подача газа к котлу прекращается. Одновременно загораются световое табло «Авария» и сигнальная лампа первопричины аварии, замыкается цепь питания источника звукового сигнала (не входящего в комплект поставки КСУ-1). Звуковой сигнал отключают нажатием кнопки «Отключение звуковой сигнализации». Отключение световой аварийной сигнализации должно производиться только после устранения причины появления аварийного сигнала нажатием кнопки «Отключение световой сигнализации». В комплекте предусмотрена блокировка, не позволяющая сбросить световую сигнализацию раньше звуковой. После сброса сигнализации и послеостановочной вентиляции (60 с) комплект вновь готов к работе, но пустить его можно только с помощью кнопки «Пуск», а не дистанционно.

Если при включении светового табло «Авария» и сигнальной лампы «Комплект неисправен» их не удается отключить нажатием на кнопку, значит, повысилось напряжение питания интегральных микросхем и сработала защита. Необходимо отключить сетевой автоматический выключатель и устранить неисправность.

При повышении температуры отходящих газов и выходе из строя резервных узлов комплекта включаются соответствующие сигнальные лампы предупредительной сигнализации «Температура отходящих газов высокая» и «Нет резервирования». Котел при этом продолжает работать, и необходимо принять меры для устранения причин, вызвавших включение сигнализации. Нажатием кнопки «Контроль сигнализации» проверяют исправность сигнальных ламп и источника звукового сигнала.

Комплект обеспечивает рабочую сигнализацию лампами и табло «Сеть», «Работа», «Регулирование мощности включено», «Котел отключен общекотельным устройством», порядок работы которых рассмотрен далее.

Автоматика регулирования обеспечивает поддержание в заданных пределах температуры воды на выходе из котла, регулирование подачи воздуха и разрежения в топке. Регулирование может осуществляться в двух режимах: совместно с общекотельным устройством и без него. Выбор режима регулирования осуществляют переключателем «Работа с общекотельным устройством».

При работе без общекотельного устройства датчиком в системе регулирования является манометрический термометр 15 (см. рис. 56). Если температура горячей воды находится в интервале между нижним и верхним регулируемыми значениями (стрелка манометра находится между обоими неподвижными контактами, и оба контакта разомкнуты), газ к горелке поступает через два клапана: «Большого горения» 3 (КГ-70 для КСУ-1-Г-2 либо КГ-40 для КСУ-1-Г-3) и «Малого горения» 2 (КГ-40 либо КГ-20 соответственно), заслонки на воздуховоде и газоходе полностью открыты. Замыкание контакта при достижении верхнего регулируемого значения температуры приводит к отключению клапана «Большое горение», срабатывают ЭИМ, перекрывая частично воздуховод и газоход (положение максимального и минимального открытий заслонок регулируют в процессе наладки) и устанавливая соответствующее соотношение газ – воздух. Котел переходит в режим «Малое горение». При последующем снижении температуры воды вновь открывается клапан «Большое горение» и изменяются положения заслонки и шибера, то есть регулирование производится в 40 или 100 % тепловой мощности горелки. При этом клапан «Малого горения» постоянно открыт.

При работе без общекотельного устройства комплект КСУ-1 выполняет следующие команды:

• сигнал на останов котла;
• сигнал на пуск котла;
• сигнал на установку 100 %-ного открытия регулирующего органа подачи газа, заслонок на воздуховоде и газоходе («Большое горение»);
• сигнал открытия регулирующих органов на «Малое горение».

Включение устройства регулирования мощности при первом пуске (как с общекотельным устройством, так и без него) осуществляют вручную путем нажатия на кнопку «Регулирование мощности включено», сопровождающегося загоранием соответствующей сигнальной лампы, причем это включение автоматикой пуска разрешается только после прогрева котла (минимум 120 с после установки устойчивого горения факела).

При поступлении от общекотельного устройства сигнала на отключение клапаны закрываются, включается лампа «Котел отключен общекотельным устройством», и через 60 с послеостановочной вентиляции комплект готов к принятию сигнала пуска. По сигналу пуска от общекотельного устройства производится автоматический розжиг в последовательности, указанной далее в подразделе «Пуск и останов котла».

Если в процессе нормальной работы с общекотельным устройством возникает сигнал аварии или будет нажата кнопка «Стоп», то котел отключится и пуск его может быть осуществлен только с помощью кнопки «Пуск», а включение устройства регулирования мощности – с помощью соответствующей кнопки.

3.2. Пуск и останов котла

Перед началом работы комплекта КСУ-1 необходимо выставить на наборном поле блока дешифратора следующие временные выдержки (с дискретностью 1 с в диапазоне 1–63 с и 0,5 мин в диапазоне 0,5–63,5 мин):

• задержки на включение контроля разрежения;
• понижения давления воды и воздуха;
• предварительной вентиляции топки;
• розжига запальника;
• розжига основного факела;
• на установку устойчивого горения основного факела;
• прогрева котла перед включением регулирования производительности (при работе с общекотельным устройством);
• послеостановочной вентиляции.

Перед каждым пуском комплекта включают автоматический выключатель A3163 (при этом должна загореться лампа «Сеть»); проверяют исправность световой и звуковой сигнализации нажатием на кнопку «Контроль сигнализации»; убеждаются в отсутствии аварийных параметров; выбирают режим работы комплекта (с общекотельным устройством или без него) путем установки переключателя в соответствующее положение.

Для пуска котла оператору необходимо нажать на кнопку «Пуск», после чего включается лампа «Пуск» и комплект начинает отрабатывать программу розжига в такой последовательности:

• ставится под контроль отсутствие аварийного состояния температуры и давления воды;
• включаются электродвигатели вентилятора, дымососа, циркуляционного насоса;
• заслонки на воздуховоде и газоходе устанавливаются исполнительными механизмами на 100 %-ное открытие.

Через 10 с включается под контроль отсутствие аварийного состояния по понижению разрежения в топке и давления воды и воздуха. В течение 60 с дополнительно производится предварительная вентиляция топки, после чего заслонки на воздуховоде и газоходе переводятся на 40 %-ное открытие. В таком состоянии начинается цикл розжига горелки включением клапана-отсекателя запальника КГ-10 и подачей питания на катушку зажигания Б-115.

Одновременно контрольный электрод пламени электрозапальника подключается к схеме, и через 5 с включается контроль действия устройства зашиты по погасанию пламени. После поступления на схему сигнала о наличии пламени запальника подается питание на клапан-отсекатель «Малое горение» и отсчитывается выдержка времени (5 с) на завершение розжига. После отсчета выдержки времени отключается контрольный электрод пламени запальника и подключается контрольный электрод для контроля факела горелки; загорается световое табло «Работа», и гаснет лампа «Пуск»; ставятся под контроль датчики защиты по понижению и повышению давления газа. Отсчитывается время (60 с) на установку устойчивого горения факела горелки, после чего отключается клапан-отсекатель запальника и начинается отсчет времени (минимум 120 с, но это время может быть изменено) на прогрев котла с последующим включением регулятора мощности при работе с общекотельным устройством. Далее котел выходит на режим и готов к регулированию производительности от общекотельного устройства или без него. Включение регулятора мощности в режиме работы без общекотельного устройства осуществляется после включения светового табло «Работа» (окончание розжига котла) оператором путем нажатия на кнопку «Регулирование мощности включено» по истечении времени, оговоренного в инструкции по эксплуатации котла.

Если один из параметров безопасности имеет перед началом пуска (после нажатия кнопки «Пуск») предаварийное значение и (или) при подключенном общекотельном устройстве от него идет сигнал на останов котла, то пуска не произойдет.

Одновременно с началом пуска вырабатываются сигналы для блокировки системы на случай неудачного розжига: если в процессе розжига после подачи газа срабатывает защита либо схема отключается общекотельным устройством или кнопкой «Стоп», эти сигналы обеспечивают обязательное проведение послеостановочной вентиляции (60 с), в течение которой пуск заблокирован, и только после отработки этого времени схема возвращается в предпусковое состояние. Если отключение котла по тем или иным причинам произойдет до подачи газа (до открытия клапана-отсекателя запальника), то послеостановочная вентиляция не проводится и блокировки последующего пуска не происходит, розжиг котла может быть повторен сразу же.

Для останова котла оператору достаточно нажать на кнопку «Стоп», а при полном окончании работы – отключить автоматический выключатель в шкафу комплекта.

4. Комплект средств управления KCУ-2П

Для котлов, работающих на газовом топливе, выпускаются следующие модификации:

• КСУ-2П-1-Г (в составе блоков управления и сигнализации БУС-1 и блока коммутационных элементов БКЭ-1) – для котлов с естественной циркуляцией с разрежением;
• КСУ-2П-2-Г (в составе блоков БУС-2 и БКЭ-1) – для котлов с естественной циркуляцией с наддувом;
• КСУ-2П-3-Г (в составе блоков БУС-3 и БКЭ-2) – для котлов прямоточных с наддувом.

Напряжение питания комплекта – трехфазная сеть 380/220 или 220/127 В с колебаниями в пределах от +10 до –15 %. Напряжение питания устанавливают с помощью перемычек на колодке, расположенной в блоке управления и сигнализации (БУС). Частота переменного тока 50 ± 1 Гц. Потребляемая мощность не более 300 В·А. КСУ-2П совместно с датчиками и исполнительными устройствами обеспечивает:

• двухпозиционное регулирование основных технологических параметров котла (стабилизацию уровня воды в барабане – для КСУ-2П-1-Г и КСУ-2П-2-Г;
• стабилизацию давления пара – для всех модификаций);
• автоматику безопасности (подача газа к котлу прекращается при аварийных понижении и повышении давления газа, понижении давления воздуха, повышении давления пара на выходе из котла, отсутствии пламени горелки, аварийных повышении и понижении уровня в барабане котла – для КСУ-2П-1-Г и КСУ-2П-2-Г, понижении разрежения в топке котла – для КСУ-2П-1-Г, при аварийном повышении температуры пара на выходе из котла и температуры отходящих газов – для КСУ-2П- 3-Г);
• световую и звуковую аварийную сигнализацию с запоминанием первопричины аварии;
• выдачу на диспетчерский пульт сигналов о включении комплекта и останове котла;
• автоматический пуск и останов;
• рабочую сигнализацию.

БУС содержит функциональные блоки. На передней панели БУС размещены органы оперативного управления и сигнализации 17 (рис. 57). Кроме того, БУС включает в себя промежуточные реле, используемые для управления исполнительными устройствами котла и магнитными пускателями блока БКЭ 16, а также и для переключения цепей БУС в процессе выполнения программы управления.

Блоки БУС-1, БУС-2 и БУС-3 выполняют аналогичные функции, при этом БУС-2 отличается от БУС-1 отсутствием элементов, обеспечивающих управление ЭИМ заслонкой на газоходе и аварийную защиту и сигнализацию по понижению разрежения, а БУС-3 от БУС-1 – наличием:

• цепей, обеспечивающих автоматическое включение устройства регулирования давления пара на выходе из котла;
• элементов, обеспечивающих защиту и сигнализацию по повышению температуры пара и отходящих газов;
• элементов, обеспечивающих переключение скорости двигателя питательного насоса с 40 на 100 % (вместо отключения и включения этого двигателя в БУС-1).

Отсюда и отличия в органах оперативного управления и сигнализации на передней панели блоков. На блоке БУС-2 по сравнению с БУС-1 отсутствует лампа «Разрежение низкое» и слово «дымосос» над переключателем «Вентилятор, дымосос». На блоке БУС-3 на месте отсутствующих ламп «Уровень воды низкий», «Уровень воды высокий» установлена лампа «Нет циркуляции»; отсутствуют лампы «Температура топлива низкая» и «Разрежение низкое»; вместо одного переключателя «Питательный насос» установлены два: «40 %» и «100 %».

Рис. 4. Комплекты средств управления КСУ-2П: 1 – блок питания газовый типа БПГ; 2, 3 – электромагниты клапанов «Большое горение» и «Малое горение»; 4 – клапан запальника; 5, 10 – исполнительные механизмы типа ЭИМ; 6, 11–14 – датчики-реле тяги, напора, давления; 7 – уровнемерная колонка; 8 – электрозапальник; 9 – контрольный электрод; 15 – катушка зажигания; 16 – блок БКЭ; 17 – блок БУС; 18 – автоматический выключатель сети; Л1 – Л 13 – лампы: Л1 – «Сеть»; Л2 – «Нет пламени»; Л3 – «Давление пара высокое»; Л4 – «Уровень воды низкий»; Л5 – «Уровень воды высокий»; Л6 – «Давление топлива низкое»; Л7 – «Давление топлива высокое»; Л8 – «Давление воздуха низкое»; Л9 – «Температура топлива низкая»; Л10 – «Разрежение низкое»; Л11 – «Большое горение»; Л12 – «Малое горение»; Л13 – «Котел отключен»; К1 – К6 – кнопки: К1 – «Отключение световой сигнализации»; К2 – «Отключение звуковой сигнализации»; К3 – «Включение регулятора»; К4 – «Пуск»; К5 – «Стоп»; К6 – «Контроль сигнализации»; П1 – П4 – переключатели: П1 – «Насос топливный»; П2 – «Вентилятор, дымосос»; П3 – «Насос питательный»; П4 – «Топливо» с положениями «Газ» (I), «Мазут» (II), «Легкое жидкое» (III); ЛС-1 – линия связи «Сигнал диспетчеру»: «Работа» (А), «Авария» (Б); ЛС-2 – «Питающая сеть 380/220 В, 50 Гц»

Блоки коммутационных элементов (БКЭ) содержат блок запального устройства с выходом на катушку зажигания, реле и магнитные пускатели для коммутации силовых цепей двигателей и электромагнитов, а также автоматический выключатель A3163 (50 Гц, 40 А). Схема БКЭ-2 отличается от схемы БКЭ-1 наличием цепей переключения обмоток двигателя питательного насоса со схемы «треугольник» на схему «звезда». Элементы БКЭ размещены в настенном шкафу.

Схема автоматизации котла с помощью комплекта КСУ-2П-1-Г показана на рис. 4, а. КСУ-2П-2-Г и КСУ-2П-3-Г используют на котлах с наддувом, и в их схемах должны отсутствовать дымосос, исполнительный механизм 5 и датчик-реле тяги 6. Кроме того, в схему с КСУ-2П-3-Г дополнительно включают датчики защиты по повышению температуры пара на выходе из котла и температуры от уходящих газов и исключают уровнемерную колонку (см. рис. 4, б).

4.1. Автоматика безопасности и сигнализация

Причины аварийных ситуаций, при которых отключается подача газа, а также средства управления ими приведены в табл. 2.

Сигналы датчиков разрежения и давления газа, поступая на один из блоков реле времени, задерживаются соответственно на 3 и 4 с, чтобы заблокировать от ложного срабатывания устройства защиты по этим параметрам при розжиге основного факела или переходе котла с режима «Малое горение» на режим «Большое горение». Время задержки устанавливают дискретно переключателями, расположенными в БУС. Блок контроля факела работает как с контрольным электродом, так и с контрольным электродом электрозапальника, сигнал контроля наличия факела запальника после розжига основного факела отключается, его заменяет сигнал контроля наличия основного факела.

При возникновении предаварийной ситуации, а также при исчезновении напряжения питания обесточиваются электромагниты клапанов «Большое горение» и «Малое горение» блока подачи газа (БПГ), подача газа к котлу прекращается, загораются лампы «Котел отключен» и первопричины аварии и включается источник звукового сигнала, не входящий в комплект КСУ-2П. Одновременно на диспетчерский пульт выдается сигнал «Авария». Звуковой сигнал снимают нажатием на кнопку «Отключение звуковой сигнализации». Отключение световой аварийной сигнализации может быть произведено только после устранения причины появления аварийного сигнала нажатием на кнопку «Отключение световой сигнализации». Нажатием кнопки «Контроль сигнализации» блока БУС можно проверить исправность сигнальных ламп и источника звукового сигнала.

Комплект обеспечивает рабочую сигнализацию лампами «Сеть», «Пуск», «Малое горение», «Большое горение» и «Котел отключен».

Таблица 2. Причины аварий и приборы контроля

4.2. Автоматика регулирования

Схема регулирования, собранная в БУС, обеспечивает поддержание давления пара на выходе из котла. Закон регулирования двухпозиционный, датчик регулятора – сильфонный датчик-реле давления 12 ДЦ-10-0К (клеммы 1, 2). Регулирование производится переключением режима работы котла с 40 на 100 % тепловой мощности горелки с помощью клапанов «Большое горение» и «Малое горение» БПГ. В режиме 100 % открыты оба клапана. Одновременно ЭИМ переключаются (отключаются и включаются), переводя воздушную заслонку (для всех модификаций) и заслонку на газоходе (для КСУ-2П-1-Г) в положение режимов 40 и 100 %.

В комплекте КСУ-2П-3-Г отключение клапана «Большое горение» сблокировано с переводом питательного насоса с режима 100 на 40 % путем изменения скорости электродвигателя переключением схемы соединения его обмоток со «звезды» на «треугольник». Таким образом, котел работает в режимах 40 и 100 %, и клапан «Малое горение» постоянно открыт.

В комплектах КСУ-2П-1-Г и КСУ-2П-3-Г также по схеме двухпозиционного регулятора осуществляется стабилизация уровня в барабане котла. Датчик – электроды уровнемерной колонки типа УК-4, установленные на верхнем и нижнем рабочих уровнях (ВРУ и НРУ; ВАУ и НАУ – соответственно верхний и нижний аварийные уровни).

При достижении водой ВРУ двигатель питательного насоса по сигналу с БУС отключается магнитным пускателем, установленным в БКЭ, при опускании воды до НРУ двигатель питательного насоса вновь включается.

4.3. Пуск и останов котла

Перед началом работы комплектов необходимо установить с помощью переключателей в БУС следующие дискретные временные выдержки:

• разгона электродвигателей;
• вентиляции топки;
• розжига запальника;
• розжига основного факела;
• блокирования сигнала датчика разрежения (КСУ-2П-1-Г);
• задержки автоматического включения устройства регулирования давления пара (КСУ-2П-3).

Необходимо также установить перемычки на задней стенке БУС в соответствии с напряжением сети.

Перед каждым пуском комплекта:

• включают автоматический выключатель A3163 (при этом должна загореться лампа «Сеть» на БУС);
• проверяют исправность световой и звуковой аварийной и рабочей сигнализации нажатием на кнопку «Контроль сигнализации» (при отпускании кнопки должны отключиться все лампы блока БУС, кроме ламп «Сеть» и «Котел отключен»);
• убеждаются в отсутствии аварийных параметров;
• выбирают вид сжигаемого топлива установкой переключателя «Газ – Мазут – Легкое жидкое» в положение «Газ».

Опробуют работу электродвигателей, устанавливая поочередно в положение «Опробование» переключатели «Вентилятор, дымосос» (КСУ-2П-1); «Вентилятор» (КСУ-2П-2 и КСУ- 2П-3); «Питательный насос» (КСУ-2П-1 и КСУ-2П-2); «Питательный насос – 40 %» (КСУ-2П-3) и «Питательный насос – 100 %» (КСУ-2П-3). В этом положении переключателя включается магнитный пускатель соответствующего двигателя и блокируется пуск котла. После опробования переводят указанные переключатели в положение «Работа».

Для пуска котла оператору необходимо нажать на кнопку «Пуск» блока БУС, после чего загорается лампа «Пуск», гаснет лампа «Котел отключен», комплект начинает отрабатывать программу пуска котла. Ставится под контроль отсутствие предаварийного состояния (включаются устройства защиты) по понижению и повышению давления газа, повышению давления пара, температуры пара и отходящих газов (КСУ-2П-3), включаются двигатель питательного насоса на режим 100 % и устройство регулирования уровня воды в барабане котла. При отсутствии запрещающего сигнала по нижнему уровню воды в барабане (КСУ-2П-1 и КСУ-2П-2) или повышению температуры (КСУ-2П-3) включаются двигатели дымососа (КСУ- 2П-1) и вентилятора, шибер дымососа (КСУ-2П-1) и воздушная заслонка устанавливаются на 100 %-ное открытие. Через 5–10 с (время разгона двигателей вентилятора и дымососа) подаются команды: на подключение устройств защиты по понижению разрежения (КСУ-2П-1) и давления воздуха, а также по понижению уровня воды в барабане котла (КСУ-2П-1, КСУ-2П-2) и на начало предварительной вентиляции топки.

После вентиляции топки в течение 1–3 мин ЭИМ отключаются, заслонка дымососа (КСУ-2П-1) и воздушная заслонка устанавливаются в положение режима 40 %; питательный насос в комплекте КСУ-2П-3 переводится на режим 40 %. Затем начинается цикл розжига включением клапана-отсекателя запальника 4 (см. рис. 57, а) БПГ и подачей напряжения питания на запальное устройство (катушку зажигания 15 типа Б-1 и высоковольтный провод запальника). Одновременно контрольный электрод электрозапальника подключается к блоку контроля факела (БКФ), и через 5 с (время розжига запальника) включается устройство защиты по отсутствию пламени запальника и открывается (включением электромагнита) клапан-отсекатель «Малое горение». Через 10 с (время розжига основного факела) включается лампа «Малое горение» и гаснет лампа «Пуск», отключается запальное устройство; взамен контрольного электрода запальника к БКФ подключается контрольный электрод типа КЭ и ставится под контроль устройство защиты по отсутствию основного факела; отключается клапан-отсекатель запальника.

После пуска котла через 30 с (для КСУ-2П-3) или после нажатия оператором кнопки «Включение регулятора» (для комплектов КСУ- 2П-1 и КСУ-2П-2 регулятор должен включаться по истечении времени, указанного в инструкции по эксплуатации котла) устройство регулирования давления пара переводит котел на 100 %-ную производительность, после чего загорается лампа «Большое горение».

Для останова котла оператор нажимает на кнопку «Стоп», а при полном окончании работы отключает автоматический выключатель на БКЭ.

5. Комплект средств управления КСУ-14

Комплекты КСУ-14 и КСУМ- 2П идентичны по функциональным возможностям, способу установки и монтажа на объекте. Комплект КСУ-14 имеет более надежную и упрощенную систему управления котлоагрегатом, он полностью заменяет комплект КСУМ-2П.

Комплект средств управления КСУ-14 предназначен для автоматического управления тепловой установкой, работающей на газообразном или жидком топливе.

Комплект ориентирован на паровые (производительность до 2,5 т/ч) и водогрейные (мощность до 3,15 МВт) котлы, горелки хлебопекарных печей, печей обжига и сушильных камер, устройства розжига горелок крупных промышленных установок.

Комплект состоит из блока управления и сигнализации БУС-14, блока коммутационных элементов БКЭ-14, блока контроля пламени БКП-КЭ или БКП-ФД, блока контроля уровня БКУ, блока контроля температуры БКТ, блока запального устройства БЗУ-2, периферийных датчиков и исполнительных устройств.

Блок БУС-14 воспринимает поступление сигналов датчиков и в соответствии с алгоритмом формирует команды управления, которые поступают на блок БКЭ-14.

Блок БКЭ-14 обеспечивает транслирование сигналов блока БУС- 14, а также усиление по мощности сигналов управления электроприводами котлоагрегата.

Блок БКП-КЭ предназначен для преобразования сигналов ионизационного датчика пламени в дискретный сигнал, используемый в цепях аварийной защиты тепловой установки при погасании пламени запальной горелки или горелочного устройства.

Блок БКП-ФД предназначен для преобразования сигналов фотоэлектрического датчика пламени в дискретный сигнал, используемый в цепях аварийной защиты тепловой установки при погасании пламени горелочного устройства.

Блок БКУ предназначен для преобразования сигналов датчиков уровня воды в дискретные сигналы, используемые в цепях аварийной защиты и регулирования уровня воды в различных агрегатах.

Блок БКТ преобразует сигнал датчика температуры в дискретные сигналы и предназначен для аварийной защиты водогрейных котлоагрегатов при перегреве и для позиционного регулирования температуры на их выходе.

Блок БЗУ-2 формирует импульсы управления автомобильной катушкой зажигания и предназначен для использования в системах розжига топлива тепловой установки. Совместно с катушкой зажигания блок выполняет функцию высоковольтного трансформатора зажигания.

Комплект КСУ-14 обеспечивает выполнение следующих функций:

• автоматические пуск и остановка тепловой установки;
• автоматическая стабилизация температуры воды или давления пара на выходе из тепловой установки;
• автоматическая стабилизация уровня воды в тепловой установке;
• защита тепловой установки в аварийных ситуациях;
• рабочая световая и аварийная светозвуковая сигнализация;
• информационная связь с верхним уровнем иерархии управления.

Входные сигналы блоков :

• БУС-14 (число входов – 13) – сигналы состояния внешних изолированных ключей, способных коммутировать постоянный ток минимального значения 3 мА при напряжении от 20 до 30 В;
• БКЭ-14 – выходные сигналы БУС-14;
• БКП-КЭ (число входов – 1) – сигналы наличия или отсутствия полупроводящего (диодного) эффекта между контрольным электродом и металлическим корпусом горелки, подключенными к входным контактам блока, при наличии или отсутствии контролируемого пламени соответственно;
• БКП-ФД (число входов – 1) – сигналы от фотодатчика о наличии или отсутствии пульсаций интенсивности излучения видимого света пламени с частотой от 5 до 30 Гц;
• БКУ (число входов – 4) – сигналы наличия или отсутствия электрической проводимости между электродом датчика уровня и металлическим корпусом уровнемерного сосуда при касании или отсутствии касания электродом поверхности воды соответственно;
• БКТ (число входов – 1) – сигнал от термопреобразователя сопротивления о значениях контролируемой температуры воды;
• БЗУ-2 (число входов – 1) – сигнал, обеспечивающий одновременно его электрическое питание – напряжение от 187 до 242 В сети переменного однофазного тока и частотой 50±1 Гц.

Выходные сигналы блоков :

• БУС-14 (число выходов – 12) – сигналы состояния контактов реле, способных коммутировать постоянный или переменный ток до 2 А при напряжении до 250 В;
• БКЭ-14 – сигналы состояния контактов внутренних магнитных пускателей, способных при напряжении трехфазного переменного тока 380 В коммутировать цепи управления электродвигателями дымососа, вентилятора и питательного насоса, имеющими мощности 4; 5; 3 кВ·А соответственно;
• БКП-КЭ (число выходов – 1) – дискретный сигнал состояния изолированных контактов реле, способных коммутировать постоянный или переменный ток до 2 А при напряжении до 250 В;
• БКП-ФД (число выходов – 1) – дискретный сигнал состояния изолированного контакта реле, способного коммутировать постоянный или переменный ток до 2 А при напряжении до 250 В;
• БКУ (число выходов – 4) – дискретные сигналы состояния контактов реле, способных коммутировать постоянный ток до 0,2 А при напряжении до 30 В;
• БКТ (число выходов – 2) – дискретные сигналы состояния изолированных контактов реле, способных коммутировать постоянный ток до 2 А при напряжении до 250 В;
• БЗУ-2 (число выходов – 1) – последовательность импульсов управления автомобильной катушкой зажигания.

Питание блоков осуществляется от сети переменного тока напряжением 220/380 В частотой 50 Гц.

Основные технические характеристики блоков приведены в табл. 3.

Таблица 3. Основные технические характеристики блоков

Комплектность: с каждым блоком поставляется паспорт.

Примечание: Фотоэлектрический датчик ФД (с БКП-ФД), термометр сопротивления ТСМ (с БКТ), автомобильная катушка зажигания Б-115 (с БЗУ-2) поставляются при дополнительном указании в заказе.

5.1. Конструкция

Блок БУС-14 представляет собой навесной металлический кожух, рассчитанный для монтажа на вертикальной плоскости, и состоит из двух шарнирно связанных частей: передней и задней панели. На передней панели размещены световые индикаторы и органы управления. На задней панели расположены трансформатор питания, панель выпрямителей и реле, модуль управления и защиты, два разъема типа РП10-30 для подключения внешних цепей.

Блок БКЭ-14 выполнен в аналогичном корпусе, что и блок БУС- 14. Все элементы размещены на задней панели. БКЭ-14 подключается к БУС-14 с помощью выведенных сверху разъемных гибких соединений.

Блоки БКП-КЭ, БКП-ФД, БКУ, БКТ, БЗУ-2 представляют собой металлический корпус, рассчитанный для монтажа на плоскости. Лицевая сторона блоков съемная. На лицевой стороне блоков БКПКЭ и БКП-ФД расположены световые индикаторы, предохранитель, регулировочный резистор и клеммник для подключения внешних электрических цепей. На лицевой стороне блока БКУ расположены световой индикатор, предохранитель и клеммники для подключения внешних цепей. На лицевой стороне блока БКТ расположены световые индикаторы, ручки задания значений контролируемой температуры, предохранитель и клеммник для подключения внешних цепей. На лицевой панели блока БЗУ-2 расположены предохранитель и клеммник для подключения внешних электрических цепей. С внутренней стороны к лицевой панели всех блоков крепится печатная плата, на которой размещены все остальные элементы блоков.

В состав комплекта входят следующие периферийные устройства:

• датчики реле ДН-2,5; ДН-6; ДД-1,6; ДЕМ-107;
• датчики уровня ДУ;
• контрольный электрод КЭ; блок питания газовый БПГ-2;
• электромагнитный исполнительный механизм ЭИМ;
• термопреобразователь сопротивления ТСМ-9201 ДДШ 2.822.027- 01;
• блок запального устройства БЗУ-2 или трансформатор ОС33-730 фотоэлектрический датчик ФД.

5.2. Сведения о надежности

Средняя наработка на отказ функциональных групп блоков

• БУС-14 и БКЭ-14:
• управления – 55 000 ч;
• защиты – 60 000 ч;
• регулирования – 150 000 ч.
• Средний срок службы комплекта – не менее 8 лет.

Имеется сертификат соответствия № РОСС RU. АЯ15. Н00166 № 0112601*.

Модификации комплектов средств управления представлены в табл. 4.

Таблица 4. Модификации комплектов