» » » Дипломная работа: Разработка системы автоматизации процесса газификации угля на базе свободно программируемого логического контроллера

Дипломная работа: Разработка системы автоматизации процесса газификации угля на базе свободно программируемого логического контроллера

Дипломная работа: Разработка системы автоматизации процесса газификации угля на базе свободно программируемого логического контроллера казакша Дипломная работа: Разработка системы автоматизации процесса газификации угля на базе свободно программируемого логического контроллера на казахском языке
Содержание
Введение…………………………………………………………….
1 Обзор процесса газификации угля……………….……………...
1.1 Обзор технологий газификации угля……………………….
1.2 Физико−химические основы процесса……………………..
1.3 Сравнительный анализ различных методов автоматиза-
ции…………………………………………………………….
2 Разработка схем автоматизации….……………………………...
2.1 Описание технологического процесса……………………..
2.2 Разработка функциональной схемы автоматизации……...
2.3 Разработка схемы структурной комплекса технических
средств……………………………………………………….
3 Разработка программы контроллера и SCADA – системы….…
3.1 Обоснование выбора контроллера и среды разработки
SCADA……………………………………………………….
3.2 Написание программы для контроллера…………………..
3.3 Разработка визуализации в SCADA – системе WinCC…...
4 Безопасность жизнедеятельности…………………….…………
4.1 Анализ производственных факторов, влияющих на ра-
ботников лаборатории……………………………………….
4.2 Расчет естественного освещения…………………………...
4.3 Расчет освещения методом коэффициента использования
светового потока……………………………………………..
4.4 Расчеты выбросов загрязняющих веществ в атмосферу….
5 Технико – экономическое обоснование………….……………..
5.1 Технологическое описание процесса……………………….
5.2 Определение затрат в системах автоматизации…………...
5.3 Расчет стоимости первого варианта автоматизации………
5.4 Расчет стоимости второго варианта автоматизации………
Заключение………………………………………………………….
Перечень сокращений……………………………………………...
Список литературы…………………………………………………
Приложение А Технологическая схема…………………………...
Приложение Б Функциональная схема автоматизации..………...
Приложение В Схема структурная комплекса технических
средств ……………………………………………………………...
Приложение Г Акт внедрения лабораторной установки……...…
Приложение Д Техническое задание…………………… ………..

1 Обзор процесса газификации угля

1.1 Обзор технологий газификации угля
Газификация угля – производство горючего (технологического) газа при
неполном окислении органической массы угля, имеет давнюю историю с пе-
риодами бурного развития и спадами. Впервые горючий газ из угля получил
англичанин Мэрдок в 1792 г. как попутный продукт при производстве "све-
тильного масла". К 50-м годам XIX в. практически во всех крупных и средних
городах Европы и Северной Америки действовали газовые заводы для произ-
водства отопительного, бытового и светильного газа [2]. Это был "золотой
век" газификации угля. Начиная с 60-х годов XIX в., все более серьезную кон-
куренцию углю начинает оказывать нефть. В начале 1960-х годов разработка
месторождений дешевой нефти на Ближнем Востоке и в Западной Сибири
привела практически к полной ликвидации этой отрасли промышленности.
Сохранились лишь небольшие островки в уникальных регионах. Например, в
ЮАР углепереработка (главным образом на основе газификации угля) стала
крупной промышленным сектором из-за эмбарго на поставку нефти. Началось
триумфальное шествие нефти. Однако уже в 1972 г. оно омрачилось первым
"энергетическим кризисом", который по существу был спровоцирован на по-
литической основе странами-участниками ОПЕК. Мировые цены на нефть
подскочили с 5-7 до 24 долл. США за баррель (1 т сырой нефти сорта Brent ≈
8,06 баррелей), и стало ясно, что углепереработку списывать в архив рано, так
как в большинстве развитых стран много угля и мало или совсем нет нефти.
Интересно заметить, что если бы не этот первый "энергетический кризис", то
крах социалистической системы мог наступить еще в 1970-е гг. Активный
приток "нефтедолларов" продлил агонию СССР. Этот кризис преподнес циви-
лизованному миру очень важный урок. Во-первых, все осознали, что запасы
углеводородного сырья распределены крайне неравномерно и неудобно, и, во-
вторых, эти запасы - исчерпаемы. Запасы же угля и других твердых горючих
ископаемых – нефтяных сланцев, битумных песков, торфа и т.п. распределены
более равномерно, и сроки их исчерпания оценивается многими сотнями лет.
Но самый главный результат этот кризиса заключается в активизации работ
по энергосбережению.
К прогнозам исчерпаемости природных ресурсов следует относиться
очень осторожно. Как правило, за ними стоят политическая конъюнктура и
узко корпоративные интересы. В 1970-1980 гг. научная периодика была полна
прогнозов, согласно которым сегодня, в 2002 г., мы должны были добывать из
недр остатки нефти и газа. Предрекалось, что в период 1995-2020 гг. начнется
второй “золотой век” угля. Была популярна точка зрения, что "нефть – это
эпизод в эпоху угля". Панические прогнозы относительно перспектив нефтя-
ного рынка инициировали разработку новых технологических процессов пе-
реработки угля, причем приоритетным было получение жидкого топлива, как
прямым ожижением угля, так и косвенным, т.е. синтезом жидких углеводоро-
дов из “угольного” синтез-газа. В США, Великобритании, Германии, Японии,
бывшем СССР и ряде других стран при государственной поддержке были
начаты масштабные программы создания технологий углепереработки. В ка-
кой-то мере это напоминало гонку конца 1940-х начала 1950-х годов в области
создания атомной бомбы. В ней участвовали сотни фирм с мировыми имена-
ми и к 1980-м годам были сооружены десятки демонстрационных и пилотных
установок для газификации, ожижения и термической переработки угля.
В середине 1980-х годов интерес к углепереработке пошел на убыль.
причин несколько. Во-первых, политикой "кнута и пряника" США установили
контроль над странами - производителями нефти. Наиболее амбициозных
(Ирак, Иран) наказали в назидание другим. В результате рост цен на нефть
замедлился. В течение 1980-х годов цены на нефть снизились с 40 долл. США
за баррель (что соответствует примерно 65 долл. США за баррель в современ-
ных ценах с поправкой на инфляцию) до минимального уровня 9,13 долл.
США за баррель в декабре 1998 г. и в настоящее время колеблются в "коридо-
ре" 17-27 долл. США за баррель.
Во-вторых, эффективно сработали государственные программы энерго-
сбережения, что в конечном итоге привело к снижению темпа роста потребле-
ния нефти и природного газа. С середины 1970-х годов энергоемкость едини-
цы ВВП в развитых странах снизилась на 22 %, а нефтеемкость на 38 % [3].
В-третьих, динамичное развитие нефтегазовой отрасли и масштабные
работы по разведке новых месторождений нефти и газа показали, что запасы
углеводородного сырья на самом деле значительно больше, чем предполага-
лось. Последние 20 лет ежегодный прирост разведанных запасов нефти и газа
опережает их потребление, и прогнозные сроки исчерпания регулярно отодви-
гаются. По достаточно авторитетным данным глобальную замену нефти углем
следует ожидать после середины XXI в., а замену природного газа углем – к
концу века. Если, конечно, не произойдет прорыва в развитии технологии
ядерного синтеза.
В-четвертых, ни одна из разрабатываемых технологий не позволила по-
высить рентабельность процесса получения жидкого топлива из угля в такой
степени, чтобы "синтетическая нефть" могла конкурировать с природной
нефтью.
В итоге “эпоха угля” не наступила и интерес к переработке угля умень-
шился. Большинство программ было свернуто, а оставшиеся - радикально
урезаны. Более десятка проектов были завершены на стадии 5-летней готов-
ности, т.е. при изменении конъюнктуры рынка углеводородного сырья можно
в течение 5 лет на основе демонстрационных установок производительностью
10-60 т/ч по углю развернуть промышленное производство. Если от коммер-
ческого использования технологий прямого и непрямого ожижения угля в
конце 1980-х гг. пока отказались, то интерес к газификации угля хотя и
уменьшился, но не прекратился. Например, в ряде регионов, где природного
газа нет или мало (Северная Америка, Китай и др.), использование газа из уг-
ля для синтеза метанола и аммиака экономически оправдано и построен ряд
промышленных предприятий.
В 1990-е годы бурное развитие получила внутрицикловая газификация
для производства электроэнергии, т.е. использование бинарного цикла, при
котором горючий газ утилизируется в газовой турбине, а продукты сгорания
используются при генерации пара для паровой турбины. Первая коммерческая
электростанция с внутрицикловой газификацией – Cool Water, США, шт. Ка-
лифорния, мощностью 100 МВт (60 т/ч по углю) была построена в 1983 г. Ис-
пользовался газогенератор Texaco с подачей топлива в виде водо-угольной
суспензии. После 1993 г. в разных странах было введено в эксплуатацию 18
электростанций с внутри цикловой газификацией твердого топлива мощно-
стью от 60 до 300 МВт. На рисунке 1.1 приведены данные суммарной мощно-
сти газогенераторных установок с 1970 г., а в таблице 1.1 – динамика его по-
требления.
Приведенные данные наглядно демонстрируют ускорение динамики во-
влечения газификации угля в мировую промышленность. Повышенный инте-
рес к внутрицикловой газификации угля в развитых странах объясняется дву-
мя причинами. Во-первых, ТЭС с внутрицикловой газификацией экологиче-
ски менее опасна. Благодаря предварительной очистке газа сокращаются вы-
бросы оксидов серы, азота и твердых частиц. Во-вторых, использование би-
нарного цикла позволяет существенно увеличить КПД электростанции и, сле-
довательно, сократить удельный расход топлива.
В таблице1.2 приведены характерные величины удельных выбросов и
КПД для ТЭС с внутрицикловой газификацией и для ТЭС с традиционным
сжиганием угля.
Величины удельных выбросов и КПД для ТЭС с внутрицикловой гази-
фикацией и с традиционным сжиганием угля.

Таблица 1.2 – Концентрация вредных веществ в дымовых газах
Необходимо отметить, что удельные капитальные затраты при исполь-
зовании внутрицикловой газификации составляют примерно 1500 долл. США
за 1кВт с перспективой снижения до 1000-1200 долл. США, в то время как для
традиционной угольной ТЭС удельные капитальные затраты составляют при-
мерно 800-900 долл. США за 1 кВт. Ясно, что ТЭС с внутрицикловой газифи-
кацией твердого топлива более привлекательна при наличии экологических
ограничений в месте размещения и при использовании достаточно дорогого
топлива, так как расход топлива на 1 кВт сокращается. Эти условия характер-
ны для развитых стран. В настоящее время использование внутрицикловой га-
зификации твердого топлива считается самым перспективным направлением в
энергетике.
Для современной химической промышленности и энергетики требуются
газогенераторы с единичной мощностью по углю 100 т/ч и более. К началу
1970-х годов в промышленном масштабе было реализовано три типа газогене-
раторов [4].
Cлоевые газогенераторы. В разное время действовало более 800 газоге-
нераторов, в том числе более 30 газогенераторов “Лурги” с единичной мощ-
ностью по углю до 45 т/ч. После 1977 г. введено в эксплуатацию еще 130 газо-
генераторов “Лурги”.
Газогенераторы Винклера с кипящим слоем. Было сооружено более 40
аппаратов с единичной мощностью до 35 т/ч по углю.
Пылеугольные газогенераторы Копперса-Тотцека. К началу 1970-х го-
дов эксплуатировалось более 50 аппаратов с единичной мощностью до 28
т/час по углю.
Не случайно все самые мощные газогенераторы имели немецкое проис-
хождение. Причина в том, что в Германии нет собственной нефти, но имеются
большие запасы угля. В 1920-1940 гг. в Германии была реализована беспреце-
дентная по масштабам программа углепереработки с производством мотор-
ных топлив, металлургического топлива, газов различного назначения и ши-
рокого спектра продуктов углехимии, включая пищевые продукты. Во время
второй мировой войны с использованием жидких продуктов пиролиза, прямо-
го и непрямого ожижения угля производилось до 5,5 млн. т в год моторного
топлива. Именно немецкие разработки того времени определили на многие
десятилетия стратегию развития технологий углепереработки, в том числе га-
зификации топлива.

1.2 Физико-химические основы процесса
Газификацией называют высокотемпературные процессы взаимодей-
ствия органической массы твердых или жидких горючих ископаемых или
продуктов их термической переработки с воздухом, кислородом, водяным
паром, диоксидом углерода или их смесями, в результате которых органиче-
ская часть топлива обращается в горючие газы.
Единственным твердым остатком при газификации должна явиться не-
горючая часть угля − зола. В действительности не удается полностью переве-
сти органическую массу угля в газ, и в шлаке остается часть горючей массы
топлива.
Общие принципы работы аппаратов для газификации − газогенераторов
− можно рассмотреть на примере простейшего газогенератора, изображенного
на рисунке 1.2.
Газогенератор такого типа представляет собой вертикальную шахту из
листовой стали, футерованной огнеупорным кирпичом. В верхней части его
имеется загрузочный люк, снабженный затвором 1. В нижней части газогене-
ратора установлена колосниковая решетка 3, через которую в шахту непре-
рывно подается газифицирующий агент. Сверху непрерывно поступает уголь.
При подаче в газогенератор воздуха в зоне, расположенной непосредственно у
колосниковой решетки (окислительная зона, или зона горения), происходит
горение твердого горючего ископаемого с образованием СО и СО2 по реакци-
ям
СО2 + С = 2СО − 175,6 МДж/кмоль углерода.
Если вместе с воздухом в генератор подают также водяной пар, то в
восстановительной зоне дополнительно протекают реакции
В этом случае образующийся газ содержит два горючих компонента: ок-
сид углерода и водород.
В газовой фазе могут протекать и другие реакции. Так, возможна реакция
между оксидом углерода и водяным паром

СО + Н2О=СО2 + Н2 + 43,1 МДж/кмоль.
При взаимодействии СО и Н2 может образоваться метан
СО + ЗН2 =СН4 + Н2О + 203,7 МДж/кмоль,
который в условиях процесса подвергается термическому распаду
СН4 −> С + 2Н2 − 71,1 МДж/кмоль.

Сочетание всех этих реакций и определяет состав образующегося газа,
который изменяется по высоте газогенератора. После окислительной и вос-
становительной зон, называемых вместе зоной газификации, выходят горячие
газы при температуре 800−900 °С. Они нагревают уголь, который подвергает-
ся пиролизу в вышележащей зоне. Эту зону принято называть зоной пиролиза,
или зоной полукоксования. Выходящие из этой зоны газы подогревают уголь
в зоне сушки. Вместе эти две зоны образуют зону подготовки топлива. Таким
образом, при слоевой газификации сочетается термическая переработка топ-
лива и собственно газификация полукокса или кокса, полученного в зоне под-
готовки топлива. Поэтому газ, отводимый из аппарата, содержит не только
компоненты, образовавшиеся в процессе газификации, но и продукты пи-
ролиза исходного твердого горючего ископаемого (газ пиролиза, пары смо-
лы, водяной пар). При охлаждении отводимого из газогенератора газа про-
исходит конденсация смолы и воды, которые далее необходимо очистить и
подвергнуть переработке.
В этом процессе изменяется и состав твердой фазы. В зону газифи-
кации, как отмечалось выше, поступает уже не уголь, а кокс, а из окисли-
тельной зоны выводится раскаленный шлак, который охлаждается в чаше 4
с водой, выполняющей одновременно функции гидравлического затвора, а
затем выводится из аппарата.
Из изложенного выше следует, что газификация представляет собой
сложное сочетание гетерогенных и гомогенных процессов. Возможно и по-
следовательное, и параллельное протекание этих реакций. Механизм этих
процессов до сих пор еще до конца не выяснен. Так, если первой стадией
взаимодействия кислорода и углерода в зоне горения считают образование
поверхностного углерод-кислородного адсорбционного комплекса, то вопрос
о том, что является первичным продуктом взаимодействия водяного пара с
раскаленным коксом, является предметом дискуссий.....



Полную версию материала можете скачать на сайте zharar.com через 30 секунд !!!

Автор: nurgul95 | 53 |


Комментарии для сайта Cackle


Загрузка...
Читайте также
Курсовая работа: Автоматизации технологического процесса вулканизации автомобильных покрышек
Сборник курсовых работ [бесплатно]
Курсовая работа: Автоматизации технологического процесса вулканизации автомобильных покрышек
Курсовая работа: Автоматизации технологического процесса вулканизации автомобильных покрышек
Сборник курсовых работ [бесплатно]
Курсовая работа: Автоматизации технологического процесса вулканизации автомобильных покрышек
Дипломная работа: Разработка программного комплекса подсистемы продувки дренажа компрессорной установки на газовом месторождении
Сборник дипломных работ [бесплатно]
Дипломная работа: Разработка программного комплекса подсистемы продувки дренажа компрессорной установки на газовом месторождении
Дипломная работа: Разработка системы автоматизации измерений метеопараметров с помощью переносных устройств
Сборник дипломных работ [бесплатно]
Дипломная работа: Разработка системы автоматизации измерений метеопараметров с помощью переносных устройств
Дипломная работа:  Разработка системы автоматизированного управления технологических элементов теплогенерирующей установки
Сборник дипломных работ [бесплатно]
Дипломная работа: Разработка системы автоматизированного управления технологических элементов теплогенерирующей установки
Дипломная работа: Разработка и моделирование системы кондиционирования воздуха на базе контроллера SIMATIC
Сборник дипломных работ [бесплатно]
Дипломная работа: Разработка и моделирование системы кондиционирования воздуха на базе контроллера SIMATIC
Дипломная работа: Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом аппарата воздушного охлаждения газа
Сборник дипломных работ [бесплатно]
Дипломная работа: Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом аппарата воздушного охлаждения газа
Дипломная работа: Разработка автоматизированной системы управления магистральной насосной станции
Сборник дипломных работ [бесплатно]
Дипломная работа: Разработка автоматизированной системы управления магистральной насосной станции

RU / Сборник дипломных работ [бесплатно], скачать Разработка системы автоматизации процесса газификации угля на базе свободно программируемого логического контроллера бесплатно дипломную работу, база готовых дипломных работ бесплатно, готовые дипломные работы скачать бесплатно, дипломная работа скачать бесплатно казахстан, Разработка системы автоматизации процесса газификации угля на базе свободно программируемого логического контроллера, скачать Разработка системы автоматизации процесса газификации угля на базе свободно программируемого логического контроллера бесплатно дипломную работу база готовых дипломных работ бесплатно готовые дипломные работы скачать бесплатно дипломная ра, Дипломная работа: Разработка системы автоматизации процесса газификации угля на базе свободно программируемого логического контроллера