Автоматизация работы парового котла ДЕ-10-14 ГМ

метки: Автоматизация, Паровой, Котел, Давление, Температура, Барабан, Деаэратор, Сгорание

В настоящее время развитие научно — технического прогресса позволяет людям чувствовать себя более комфортно в городах. По сравнению с прошлым веком, в веке нынешнем появилось множество различных, доступных большинству людей удобств, таких как: водопровод, теплоснабжение, централизованная система освещения. Уже практически невозможно представить себе жизнь без этих благ цивилизации, которые стали привычны. Но улучшение жилищных условий имеет и обратную сторону — возникновение экологических проблем. Особенно остро проблема стоит в северных районах страны. Это связано с большим количеством уже имеющихся предприятий, а так же с возникновением новых и развивающихся. Немалой проблемой так же являются достаточно суровые климатические условия. Проблемы экологии стояли перед человечеством давно, но обращать внимание на них стали только во второй половине ХХ века. Большая загазованность городов, промышленные выбросы и испытания ядерного оружия — все это проблемы человечества в целом. Наглядным результатом небрежного отношения к природе являются тысячи объектов в России. Рост промышленности Москвы, и рост города вынуждали увеличивать мощности и количество энергетических предприятий. В настоящее время в городе Москва существуют сотни различных котельных, кочегарок и других крупных и мелких предприятий, которые сжигают тот или иной вид топлива.

Сложная экологическая ситуация в городах, заставляет постоянно искать пути решения этой проблемы, результатом которой, зачастую являются испорченное здоровье жителей наших городов. Обратив внимание на город вечером с какой — либо высокой его точки, можно увидеть как город буквально тонет в дыму, газах. Это смог — бич крупных городов. Применение КАГТ позволит не только экономить значительную часть средств, расходуемых на топливо и платежи за выбросы, но и безусловно поможет решить экологическую проблему, путем снижения вредных выбросов в дымовых газах. Человечество стоит на краю глобальной экологической катастрофы. Озоновые дыры, связанные с использованием фреона и других химических материалов, потепление климата, т.н. «парниковый эффект» — все эти проблемы создало современное человеческое общество, оно же и обязано их решить. Свой вклад в решение экологических проблем внесли и разработчики КАГТ.

По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке).

Основные экологические проблемы городов мира

... городов протекает в искусственных условиях, постоянно поддерживается человеком. Многолетние растения в городах развиваются в условиях сильного угнетения. Состояние воздушного бассейна Для большинства крупных городов ... решений данной проблемы, хотя нет недостатка в отдельных технических проектах и рекомендациях. Кратко охарактеризуем основные направления решения проблемы уменьшения загрязнения ...

Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.

Автоматизация параметров дает значительные преимущества:

обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т. е. повышение производительности его труда, приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала, увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого пара, повышает безопасность труда и надежность работы оборудования, увеличивает экономичность работы парогенератора.

Автоматизация парогенераторов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.

Автоматическое регулирование обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов в парогенераторе (питание водой, горение, перегрев пара и др.)

Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать парогенераторную установку, а так же переключать и регулировать ее механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления.

Теплотехнический контроль за работой парогенератора и оборудования осуществляется с помощью показывающих и самопишущих приборов, действующих автоматически. Приборы ведут непрерывный контроль процессов, протекающих в парогенераторной установке, или же подключаются к объекту измерения обслуживающим персоналом или информационно-вычислительной машиной. Приборы теплотехнического контроля размещают на панелях, щитах управления по возможности удобно для наблюдения и обслуживания.

Технологические блокировки выполняют в заданной последовательности ряд операций при пусках и остановках механизмов парогенераторной установки, а так же в случаях срабатывания технологической защиты. Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании парогенераторной установки, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудования при возникновении аварии.

Устройства технологической сигнализации информируют дежурный персонал о состоянии оборудования (в работе, остановлено и т. п. ), предупреждают о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состояния парогенератора и его оборудования. Применяются звуковая и световая сигнализация.

Эксплуатация котлов должна обеспечивать надежную и эффективную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов» Госгортехнадзора, «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей», «Правилами технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей» и др.

На основе указанных материалов для каждой котельной установки должны быть составлены должностные и технологические инструкции по обслуживанию оборудования, ремонту, технике безопасности, предупреждению и ликвидации аварий и т. п. Должны быть составлены технические паспорта на оборудование, исполнительные, оперативные и технологические схемы трубопроводов различного назначения. Знание инструкций, режимных карт работы котла и указанных материалов является обязательным для персонала. Знания обслуживающего персонала должны систематически проверяться.

Реферат вспомогательное оборудование котельной

... дополнительного ремонта вспомогательных оборудований котельной установки. Самой частой причиной таких поломок становиться некачественная вода, которая не отвечает нормативам оборудования для котла. Наладка котла, ремонт, связанные ... данной системы змеевиков, где полная наладка котельного оборудования подразумевает соединение на входе насыщенного пара с барабаном котла, а на выходе – с камерой ...

Эксплуатация котлов производится по производственным заданиям, составляемым по планам и графикам выработки пара, расхода топлива, расхода электроэнергии на собственные нужды, обязательно ведется оперативный журнал, в который заносятся распоряжения руководителя и записи дежурного персонала о работе оборудования, а так же ремонтную книгу, в которую записывают сведения о замеченных дефектах и мероприятиях по их устранению.

Должны вестись первичная отчетность, состоящая из суточных ведомостей по работе агрегатов и записей регистрирующих приборов и вторичная отчетность, включающая обобщенные данные по котлам за определенный период. Каждому котлу присваивается свой номер, все коммуникации окрашиваются в определенный условный цвет, установленный ГОСТом. Установка котлов в помещении должна соответствовать правилам Госгортехнадзора, требованиям техники безопасности, санитарно-техническим нормам, требованиям пожарной безопасности.

1. Описание газообразования в котельной установке

1.1 Описание котлоагрегата

Котлы ДЕ-10−14 ГМ состоят из следующих основных частей: двух барабанов (верхний и нижний); экранных труб; экранных коллекторов (камер).

Барабаны котлов на давление 13 кгс/см2 имеют одинаковый внутренний диаметр (1000 мм) при толщине стенок 13 мм.

Для осмотра барабанов и расположенных в них устройств, а также для очистки труб шарошками на задних днищах имеются лазы; у котла ДКВР-10 с длинным барабаном имеется еще лаз на переднем днище верхнего барабана.

Для наблюдения за уровнем воды в верхнем барабане установлены два водоуказательных стекла и сигнализатор уровня. У котлов с длинным барабаном водоуказательные стекла присоединены к цилиндрической части барабана, а у котлов с коротким барабаном к переднему днищу. Из переднего днища верхнего барабана отведены импульсные трубки к регулятору питания. В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба, у котлов с длинным барабаном — труба для непрерывной продувки; в паровом объеме — сепарационные устройства. В нижнем барабане установлены перфорированная труба для периодической продувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для спуска воды.

Боковые экранные коллекторы расположены под выступающей частью верхнего барабана, возле боковых стен обмуровки. Для создания циркуляционного контура в экранах передний конец каждого экранного коллектора соединен опускной необогреваемой трубой с верхним барабаном, а задний конец — перепускной трубой с нижним барабаном.

Вода поступает в боковые экраны одновременно из верхнего барабана по передним опускным трубам, а из нижнего барабана по перепускным. Такая схема питания боковых экранов повышает надежность работы при пониженном уровне воды в верхнем барабане, увеличивает кратность циркуляции.

Экранные трубы паровых котлов ДКВР изготовляют из стали 51?2.5 мм.

Вода и ее применение в современных технологиях

... рона (рис.2). Плотность. Несмотря на то что вода — вещество, принятое в качестве эталона меры плотности, ... то, что без воздуха жизнь возможна (анаэробы), а без воды ... воде — зеркало уче­ного-естествоиспытателя. Чем серьезнее он к ней от­носится, тем выше как ученый стоит в ряду своих коллег. Автор обращает также внимание на ...

В котлах с длинным верхним барабаном экранные трубы приварены к экранным коллекторам, а в верхний барабан ввальцованы.

Шаг боковых экранов у всех котлов ДКВР 80 мм, шаг задних и фронтовых экранов — 80×130 мм.

Пучки кипятильных труб выполнены из стальных бесшовных гнутых труб диаметром 51×2.5 мм.

Концы кипятильных труб паровых котлов типа ДКВР прикреплены к нижнему и верхнему барабану с помощью вальцовки.

Циркуляция в кипятильных трубах происходит за счет бурного испарения воды в передних рядах труб, т.к. они расположены ближе к топке и омываются более горячими газами, чем задние, вследствие чего в задних трубах, расположенных на выходе газов из котла вода идет не вверх, а вниз.

Топочная камера в целях предупреждения затягивания пламени в конвективный пучок и уменьшения потери с уносом (Q4 — от механической неполноты сгорания топлива), разделена перегородкой на две части: топку и камеру сгорания. Перегородки котла выполнены таким образом, что дымовые газы омывают трубы поперечным током, что способствует теплоотдаче в конвективном пучке.

Техническая характеристика ПК ДЕ 10 — 14 ГМ .

* Паропроизводительность, т/ч — 10

* Рабочее давление, МПа (кгс/см2) — 1.27 (13)

* Площадь поверхности нагрева, м2 :

• экранов — 49.6;
• пучков — 202;
• общая — 251.6.

* Объем котла, м3 :

• водяной — 8.6;
• паровой — 2.7;
• питательный — 0.6.

* Количество горелок — 2

* Расположение — в один ярус

* Сопротивление газового тракта, кгс / см2 — 32

* Температура мазута подводимого в котел, 0 С — 125

* Способ распыла мазута — механический

* Внутренний диаметр барабанов, мм — 1000

* Толщина стенок барабанов, мм — 13/20

* Длина цилиндрической части барабана, мм :

• верхнего — 6235
• нижнего — 3000

* Диаметр экранных и кипятильных труб, мм — 51?2.5

* Шаг труб боковых экранов, мм — 80

* Шаг труб фронтового и заднего экранов, мм — 130

* Продольный шаг труб конвективного пучка, мм — 100

* Поперечный шаг труб конвективного пучка, мм — 110

* Общее число труб конвективного пучка — 616

* Ширина котла в тяжелой обмуровке, мм — 3830

* Длина котла в тяжелой обмуровке, мм — 6860

* Высота до штуцера на верхнем барабане, мм — 6315

* Температура пара, 0С — 92

* Поверхность нагрева экономайзера, м2 — 330

* Топливо — мазут сернистый (АНХК) марки: М- 40; M-100.

* Характеристика топлива: Sp = 1.07%; Wp = 1.41%; Ap = 0.015%; Qp = 9708 ккал / кг (40.6 МДж / кг).

Редукционная установка 13/7.

Техническая характеристика РУ 13/7.

Производительность по редукционному пару — 60 т/ч Давление первичного пара — 1.3 МПа (13 атм)

Температура — 194 0С Расчетное давление — 0.7 МПа (7 атм)

Описание РУ

Редукционная установка предназначена для снижения давления пара с 13 атм до 7 атм, для обеспечения паровой нагрузки бойлерной группы. РУ снабжается дистанционным регулятором давления.

Регулятором давления поддерживается давления редуцированного пара с точностью 0.2 атм.

Первая ступень снижения давления пара осуществляется в регулирующем клапане с помощью золотника, соединенного с кривошипом, который закреплен на валике выведенном наружу. На наружном конце валика закреплен рычаг, который при помощи штанги связан с КДУ регулятора, производит открытие и закрытие золотника. Вторая ступень снижения давления происходит в смесительной трубе. После смесительной трубы пар через расширяющийся конус попадает в трубопровод редуцированного пара, на котором расположено аварийно — импульсное устройство состоящее из импульсного и предохранительного клапанов, предназначенных для сброса излишков редуцированного пара выше 7 атм.

Доклад: Очистка сточных вод

... ритм работы канализации и очистных сооружений. Эти производственные воды не должны содержать: взвешенных и всплывающих веществ в количестве более 500 мг/л; веществ, способных засорять трубы канализационной сети или ...

Аварийно — импульсное устройство действует следующим образом. При повышении давления редуцированного пара в трубопроводе выше 7 атм происходит подъем золотника грузового импульсного клапана и открывается доступ пара из трубопровода через импульсный клапан в надпоршневое пространство аварийного клапана. Т.к. площадь поршня этого клапана больше площади тарелки, то усилие, действующее на поршень сверху, преодолевает усилие от давления пара, действующее на тарелку этого клапана снизу, и клапан открывается. Когда давление пара в трубопроводе понизится, золотник импульсного клапана под действием груза опустится и закроет доступ пара в надпоршневое пространство аварийного клапана. Оставшийся в надпоршневом пространстве пар получит доступ в выхлопную трубу через импульсный клапан. Благодаря выходу пар из надпоршневого пространства поршень сверху окажется разгруженным, и тарелка аварийного клапана под действием пружины и давления пара со стороны трубопровода закроет выход пара из трубопровода в атмосферу.

Деаэратор питательной воды.

Термический деаэратор атмосферного типа работает под давлением 0.2×0.4 кгс/см2 (0.02? 0.04 МПа), с температурой воды 104 0 С. Емкость бака — 72 м³.

Согласно ПТЭ — 14 содержание кислорода в питательной воде после деаэратора не должно превышать 20 мкг/кг, свободная углекислота должна отсутствовать, показатель РН воды должен поддерживаться в пределах 9.1? 10.1.

Основным назначением деаэратора является полное удаление из воды коррозионно — активных газов, главным образом кислорода и активной углекислоты (свободной), путем подогрева питательной воды до температуры насыщения. Нагрев воды до температуры насыщения происходит за счет подачи в деаэратор пара через барботажное устройство с давлением 0.02×0.04 МПа (0.2×0.4 кгс/см2) и конденсата после пиковых бойлеров и ПСВ. Выделившиеся из воды агрессивные газы через охладительный выпар удаляются в атмосферу.

Деаэратор снабжен водоуказательными стеклами, манометром избыточного давления, гидрозатвором.

Критерии и пределы безопасного состояния и режимов работы установки.

Запрещается эксплуатация деаэратора трубопроводов при выявлении дефектов, угрожающих безопасной работе оборудования.

Запрещается во время работы деаэратора проведение его ремонта и работ, связанных с ликвидацией неплотностей элементов, находящихся под давлением.

Подготовка деаэратора к пуску и пуск его производится по распоряжению старшего машиниста. На время подготовки деаэратора и установления номинального режима, питание работающего котла производить с трубопровода прямой сетевой воды. Произвести визуальный осмотр деаэратора (наличие трещин), а так же осмотр дефектов обмуровки, закрытие люков, целостность водомерных стекол, их подключение. Произвести визуальный осмотр гидрозатвора. Заполнить его водой. Подготовить к работе фильтры ХВО. Заполнить деаэратор химически очищенной водой. Следить за повышением уровня воды в деаэраторе, уровень установить 1.8×2.0 м.

Паровой котел конструкции уолтера хэнкока

... боковых экранов повышает надежность работы при пониженном уровне воды в верхнем барабане, увеличивает кратность циркуляции. Экранные трубы паровых котлов ДКВР изготовляют из стали 51´2.5 мм. В ...

Подать пар на деаэратор (с ТЩУ открыть регулирующий клапан).

При достижении нормативного качества питательной воды перейти на питание котла с деаэратора.

Обслуживание деаэратора.

Во время дежурства персонал должен следить за:

• исправностью деаэратора и всего оборудования, строго соблюдая установленный режим работы деаэратора. Поддерживать уровень воды в деаэраторе необходимо порядка 1.5×2.2 м. Поддерживать температуру питательной воды порядка 104 0С;

• показаниями приборов установленных на ЩУ и непосредственно на месте деаэраторной установки;
• поддержанием давления в деаэраторе, которое должно быть в пределах 0.02×0.04 МПа;
• исправностью гидрозатвора;
• за выходом газов из выпара деаэратора, который при нормальной работе деаэратора должен выходить с небольшой примесью пара.

При неисправном состоянии регулятора уровня воды, перейти на ручное управление (регулирование).

Малейшее отклонение параметров режима от нормальных влечет за собой резкое ухудшение качества деаэрированной воды.

Требования по ТБ.

Персонал при обслуживании оборудования должен:

• иметь спецодежду из плотной ткани, плотно закрывающую все части тела, без развевающихся частей, рабочую обувь и защитную каску;

• следить за состоянием теплоизоляции горячих поверхностей;
• следить чтобы не загромождались посторонними предметами лестницы, проходы;
• следить за наличием и состоянием противопожарных средств;
• следить за исправностью и достаточностью основного и аварийного освещения.

Бойлерная установка типа БП-43.

Бойлер используется в тепловой схеме котельной как пароводяной подогреватель. В бойлер поступает сетевая вода в трубную часть, в межтрубное пространство поступает пар от главного паропровода, который нагревает сетевую воду.

* Пропускная способность по воде — 100 м3/ч

* Количество ходов — 4

* Диаметр трубок 19 х 1

* Давление греющего пара — 7 кгс/см2

* Нагрев воды — 40 0С

* Рабочее давление воды — 12 кгс/см2

* Поверхность нагрева — 43 м²

* Количество трубок — 232 шт.

ГОСТ 494–52

Перед включением в работу установки необходимо произвести тщательный осмотр оборудования, обратив внимание на:

• исправность паропроводов и водоводов, на надежное крепление всех узлов фланцевых соединений и арматуры;
• исправность опор и изоляции трубопроводов;
• наличие всех КИП, их исправность и готовность к работе;
• наличие смазки всех механизмов.

После прогрева подключаемого бойлера произвести тщательный осмотр всех трубопроводов пара и воды, арматуры фланцевых соединений и опор. В случае возникновения гидравлических ударов подключение бойлера прекратить, устранить причины возникновения гидравлических ударов и произвести пуск установки с медленным прогревом трубопроводов.

Во время обслуживания бойлеров необходимо:

• поддерживать заданные параметры, температуры воды, давления воды и пара согласно графика;
• следить за работой насосов (проверять наличие масла в подшипниках;
• следить за поступлением воды на охлаждение подшипников;
• прослушивать работу э/двигателя и насоса;
• следить за температурой подшипников и э/двигателя;
• температура подшипников не должна превышать 65 0С);

• следить за состоянием теплоизоляции бойлерной установки и температурой на ней, которая не должна быть выше 45 ⁰ С при температуре окружающего воздуха 25⁰ С;

• следить за исправностью КИП и арматуры.

В случае аварийных ситуаций или других нештатных ситуациях необходимо сначала включить резервный бойлер, после чего отключить основной.

Подогреватель сетевой воды ПСВ — 200 — 7 -15.

Расшифровка марки:

• 200 — площадь теплообмена в м2;
• 7 — давление греющего пара в атм;
• 15 — давление сетевой воды в атм.

Технические характеристики :

• Корпус (трубная часть);
• Давление (избыточное), кгс/см2 — 7 (15);
• Температура, 0С — 400 (на входе 70;
• на выходе 150);

• Рабочая среда — пар (вода);
• Емкость, л — 4300 (1960);
• ? Описание.

Трубы для ПСВ выполнены из латуни. Исполнение Uобразное. Развальцовываются в трубной доске. Водяная камера разделена перегородкой на две части, на входную и выходную. В процессе эксплуатации следует следить за уровнем дренажа. При повышении уровня дренажа снижается зона собственно теплообмена ПСВ, тем самым произойдет недогрев сетевой воды.

Питательные насосы типа 4 МСГ-10.

* 1-ая цифра — диаметр всасывающего патрубка, в мм, уменьшенная в 25 раз и округленная;

• МС — многоступенчатый;
• Г — для горячей воды;
• 10 — коэффициент удельной быстроходности, уменьшенный в 10 раз и округленный.

Питательные насосы 4 МСГ-10 предназначены для перекачки горячей воды с температурой 80×105 0С с напором не менее 10 м вод. ст. Подпор на всасывание не более 3 кгс/см2.

* Подача, м3/час — 60;

• Напор на одну ступень, м вод. ст. — 33;
• Скорость вращения, об/мин — 2950;
• к.п.д.

— 65%;

• Подпор на всосе, м вод. ст. — 10;
• Рабочая область насоса при подаче, м3/час — 40? 85;
• по напору на ступень, м вод. ст. — 37? 27;
• Материал основных деталей — чугун.

Вращаясь, рабочее колесо сообщает круговое движение жидкости, находящейся между лопатками. Вследствие возникающей при этом центробежной силы, жидкость от центра колеса перемещается к внешнему выходу, а освобождающееся пространство вновь заполняется жидкостью, поступающей из всасывающей трубы под действием подпора.

Выйдя из рабочего колеса, жидкость поступает в каналы направляющего аппарата и затем во второе рабочее колесо с давлением созданным в первой ступени, оттуда жидкость поступает в третье колесо с увеличенным давлением созданным второй ступенью. Выйдя из последнего рабочего колеса жидкость переводится через направляющий аппарат при выдаче в крышку нагнетателя, откуда поступает в нагнетательный трубопровод. Благодаря тому, что корпус насоса состоит из отдельных секций имеется возможность не меняя подачи, менять напор путем установки нужного числа рабочих колес и направляющих аппаратов. Насос приводится во вращение от э/двигателя через упругую втулочно — пальцевую муфту. Для уравновешивания осевого усилия, возникающего в результате давления воды на неравные по площади боковые поверхности рабочих колес используется автоматическое разгрузочное устройство. Вышедшая из разгрузочной камеры вода по обводной системе поступает в полость образованную валом и расточкой в крышке всасывания и отводится наружу или возвращается во всасывающий трубопровод. Образовавшееся водяное кольцо предупреждает засасывание воздуха в насос. Кроме того, вода, проходя по валу через сальниковую набивку, охлаждает сальник. Поэтому не рекомендуется слишком затягивать сальник. Охлаждающая вода должна подаваться от постороннего источника с давлением не выше 3 атм.

Дымосос ДН

Технические характеристики вентилятора ВД — 10 (вентилятор дутьевой):

• Подача при максимальном к.п.д. тыс. м3/час — 15;

• Полное давление при t0 = 20 0С, кг/м2 — 153;
• Скорость вращения, об/мин — 1000 (э/ двигателя);
• Мощность э/ двигателя. кВт — 55;
• Угол разворота — 0? 2700.

Дутьевой вентилятор предназначен для принудительной подачи воздуха необходимого для горения топлива.

Дымосос 11.2 (ДН — 11.2)

Данные для

750 об/мин

* Производительность, тыс. м3/час — 18.4

* Напор, кгс/см2 — 124

* Потребляемая мощность, кВт — 7.6

Данные для

1500 об/мин

* Производительность, тыс. м3/час — 27.65

* Напор, кгс/см2 — 276

* Потребляемая мощность, кВт — 25.4

Описание дымососов и вентиляторов излагается вместе т.к. конструкции их схожи.

Дымососы предназначены для создания искусственной тяги, необходимой для постоянного подвода свежего воздуха в топку и удаления из котла продуктов сгорания. Дымососы устанавливают за котлом.

Вентиляторы и дымососы состоят из:

• рабочего колеса;
• направляющего аппарата;
• двигателя;
• рамы.

Рабочее колесо состоит из основного диска, 16 загнутых назад лопаток и литой ступицы. Корпус сварной из листового металла может быть установлен на раме с различными углами разворота нагнетательного патрубка в зависимости от местных условий (через 15 0).

Сварной 8-ми лопастной направляющий аппарат устанавливается на входе газов в улитку и служит для регулирования производительности машины. Управление осевым направляющим аппаратом может осуществляется вручную, а так же от колонки дистанционного или автоматического управления. Машины поставляются в собранном виде с углом разворота напорного патрубка 255 ⁰ . Привод осуществляется непосредственно от двигателя, на вал которого насажено рабочее колесо. Ступицы рабочих колес вентиляторов и дымососов снабжены шлицевыми пазами для охлаждения вала двигателя.

1.2 Описание технологического процесса газообразования

Технологический процесс в паровом котле — это процесс сгорания топлива и выработки пара при нагреве воды .

Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке, являются:

1)процесс горения топлива,

2)процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой,

3)процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и нагрева полученного пара.

Во время работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тепла и поток образующегося в топке теплоносителя.

В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления и температуры [10, https:// ].

Рисунок 1.1 Технологический процесс газооброзования Технологический процесс в паровом котле — это процесс сгорания топлива и выработки пара при нагреве воды.

Природный газ, основную горючую часть которого составляет метан СН4 (94%), по топливопроводу котла поступает в горелку и по мере выхода из нее сгорает в виде факела в топочной камере. Воздух для поддержания процесса горения подается с помощью вентилятора.

В результате непрерывного горения топлива в топочной камере образуются нагретые до высокой температуры газообразные продукты сгорания. Они омывают снаружи барабан с циркулирующей внутри водой и пароводяной смесью. Затем продукты сгорания, охлажденные в топочной камере, непрерывно двигаясь по газоходам котла, омывают вначале пучок труб пароперегревателя, затем экономайзер и воздухоподогреватель, охлаждаются и дымососом удаляются через дымовую трубу в атмосферу.

Питательная вода предварительно проходит через фильтры механической и химической очистки и подается в экономайзер. После подогрева в экономайзере вода подается по питательным линиям в барабан котла. Пар, образуемый в котлоагрегате, подразделяется на насыщенный и перегретый. Насыщенный пар в свою очередь делится на сухой и влажный. Так, как на теплоэлектростанциях требуется перегретый пар, то для его перегрева устанавливается пароперегреватель, в которых для перегрева пара используется тепло, полученное в результате сгорания топлива и отходящих газов. Полученный перегретый пар идет на технологические нужды.

Воздух подается в воздухоподогреватель и, подогревшись, подается в горелку для смешивания с топливом.

1.3 Обоснование параметров автоматизации

Регулирование питания котельных агрегатов и регулирование давления в барабане котла главным образом сводится к поддержанию материального баланса между отводом пара и подачей воды. Параметром, характеризующим баланс, является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котельного агрегата во многом определяется качеством регулирования уровня. При повышении давления, снижение уровня ниже допустимых пределов, может привести к нарушению циркуляции в экранных трубах, в результате чего произойдет повышение температуры стенок обогреваемых труб, и их пережег.

Повышение уровня также ведет к аварийным последствиям, так как возможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. В связи с этим, к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования. Качество регулирования питания также определяется равенством подачи питательной воды. Необходимо обеспечить равномерное питание котла водой, так как частые и глубокие изменения расхода питательной воды могут вызвать значительные температурные напряжения в металле экономайзера.

Барабанам котла с естественной циркуляцией присуща значительная аккумулирующая способность, которая проявляется в переходных режимах. Если в стационарном режиме положение уровня воды в барабане котла определяется состоянием материального баланса, то в переходных режимах на положение уровня влияет большое количество возмущений. Основными из них являются изменение расхода питательной воды, изменение паросъема котла при изменении нагрузки потребителя, изменение паропроизводительности при изменении при изменении нагрузки топки, изменение температуры питательной воды.

Регулирование соотношения газ-воздух необходимо как чисто физически, так и экономически. Известно, что одним из важнейших процессов, происходящих в котельной установке, является процесс горения топлива. Химическая сторона горения топлива представляет собой реакцию окисления горючих элементов молекулами кислорода. Для горения используется кислород, находящийся в атмосфере. Воздух в топку подается в определенном соотношении с газом посредством дутьевого вентилятора. Соотношение газ-воздух примерно составляет 1.10. При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива. Не сгоревший газ будет выбрасываться в атмосферу, что экономически и экологически не допустимо. При избытке воздуха в топочной камере будет происходить охлаждение топки, хотя газ будет сгорать полностью, но в этом случае остатки воздуха будут образовывать двуокись азота, что экологически недопустимо, так как это соединение вредно для человека и окружающей среды.

Система автоматического регулирования разряжения в топке котла сделана для поддержания топки под наддувом, то есть чтобы поддерживать постоянство разряжения (примерно 4 мм. вод. ст.).

При отсутствии разряжения пламя факела будет прижиматься, что приведет к обгоранию горелок и нижней части топки. Дымовые газы при этом пойдут в помещение цеха, что делает невозможным работу обслуживающего персонала.

В питательной воде растворены соли, допустимое количество которых определяется нормами. В процессе парообразования эти соли остаются в котловой воде и постепенно накапливаются. Некоторые соли образуют шлам — твердое вещество, кристаллизующееся в котловой воде. Более тяжелая часть шлама скапливается в нижних частях барабана и коллекторов.

Повышение концентрации солей в котловой воде выше допустимых величин может привести к уносу их в пароперегреватель. Поэтому соли, скопившиеся в котловой воде, удаляются непрерывной продувкой, которая в данном случае автоматически не регулируется. Расчетное значение продувки парогенераторов при установившемся режиме определяется из уравнений баланса примесей к воде в парогенераторе. Таким образом, доля продувки зависит от отношения концентрации примесей в воде продувочной и питательной. Чем лучше качество питательной воды и выше допустимая концентрация примесей в воде, тем доля продувки меньше. А концентрация примесей в свою очередь зависит от доли добавочной воды, в которую входит, в частности, доля теряемой продувочной воды.

Сигнализация параметров и защиты, действующие на останов котла, физически необходимы, так как оператор или машинист котла не в силах уследить за всеми параметрами функционирующего котла. Вследствие этого может возникнуть аварийная ситуация. Например, при упуске воды из барабана, уровень воды в нем понижается, вследствие этого может быть нарушена циркуляция и вызван, пережег труб донных экранов. Сработавшая без промедления защита, предотвратит выход из строя парогенератора. При уменьшении нагрузки парогенератора, интенсивность горения в топке снижается. Горение становится неустойчивым и может прекратиться. В связи с этим предусматривается защита по погашению факела.

Надежность защиты в значительной мере определяется количеством, схемой включения и надежностью используемых в ней приборов. По своему действию защиты подразделяются на действующие, на останов парогенератора; снижение нагрузки парогенератора; выполняющие локальные операции.

Технологические параметры Таблица 1.1.

Параметр	ед. изм.	min	норма	max.
Производительность	т/ч	9,5	10,0	10,5
Температура перегретого пара	С
Давление в барабане котла	МПа	1,33	1,40	1,47
Температура питательной воды после экономайзера	С
Расход природного газа	м/ч	237,5	250,0	262,5
Содержание О в отходящих газах	%	1,33	1,40	1,47
Температура отходящих газов	С	180,5	190,0	199,5
Давление газа перед горелками	МПа	0,0475	0,0500	0,0525
Разрежение в топке	мм. вод. ст.	4,75	5,00	5,25
Уровень в барабане	мм	— 100		+100
Расход питательной воды	м/ч
Давление питательной воды	МПа	1,805	1,900	1,995

котла ДЕ Таблица

НАИМЕНОВАНИЕ	ДЕ-10−14ГМ
	Мазут	Газ
КПД котла, %	93,8	82,7
Расчётный расход топлива Вр, кг/ч, м /ч
Объём топочной камеры, м3	17,14
Лучевоспринимающая поверхность нагрева Нл, м	38,96
Полная поверхность стен топки Не,., м2	41,47
Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки ат	1,58	1,55
Температура газов на выходе из топки t ,°С
Тепловая нагрузка экранов qE, кВт/ м2	946,1	888,9
Видимое тепловое напряжение топочного объёма, qv кВт/м3	441,1	436,4
Расположение труб котельного пучка	Коридорное
Расчётная поверхность нагрева Нр, м	117,69
Сечение для прохода газов F, м2	0,41
Средняя скорость газов со, м/с	18,0	16,9
Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м хК)	233,6	287,9
Температура газов за пучками t, °С
Тип чугунного экономайзера ВТИ	ВЭ-Х11−16п-2м
Поверхность нагрева Нэк, м2
Средняя скорость газов сог, м/с	8,0	7,37
Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м хК)	57,7	73,8
Температура воды на выходе из экономайзера t,°C
Температура газов за экономайзером t эк ,°С

2. Выбор технических средств автоматизации

2.1 Разработка технического задания на автоматизацию

Паровой котел является сложным объектом автоматического регулирования с большим числом регулируемых параметров и регулирующих воздействий. В топку котла подаются топливо и воздух, а отсасываются дымовые газы; в барабан котла подается питательная вода, а отбирается насыщенный пар.

Автоматизацией называется управление и контроль технологического процесса без непосредственного участия производственного персонала. Автоматизация котельного оборудования может быть частичная и полная (комплексная).

При частичной автоматизации автоматизируются отдельные участки производства и узлы оборудования; при комплексной автоматизируется весь технологический цикл или процесс, все технологическое оборудование.

Автоматизация котельной включает: автоматическую технологическую сигнализацию отклонений рабочих параметров; автоматическую защиту и блокировку; дистанционное управление и контроль; автоматическое управление и регулирование.

Регулирование процессов, протекающих в паровом котле, можно разбить на следующие контуры:

1. Регулирование давления пара на выходе котла.

В каждый момент времени в топке котла должно сгорать столько топлива, чтобы количество пара, вырабатываемое котельным агрегатом, соответствовало количеству потребляемого пара, т. е. внешней нагрузке котла. Показателем такого соответствия является давление пара на выходе котла. Если при сгорании топлива выделяется больше тепла, чем это необходимо для производства потребляемого количества пара, то излишнее тепло аккумулируется в котле, что приводит к росту давления. Наоборот, если топливо подается в недостаточном количестве, то потребность в паре покрывается частично за счет тепла, аккумулированного в котловой воде, а давление пара при этом падает. Таким образом, подача топлива должна производиться так, чтобы обеспечить постоянное давление пара на выходе котла. Регулирующее воздействие осуществляется за счет изменения положения клапана на линии топливоподачи, снабженного электроприводом.

2. Регулирование подачи воздуха по концентрации О ₂ и СО в дымовых газах.

Подача воздуха в топку обеспечивает наиболее экономичный режим горения топлива. При недостатке воздуха происходит неполное сгорание топлива и образуется вредное для человека и окружающей среды соединение СО.

При избытке воздуха газ сгорает полностью, но в этом случае, часть полученного тепла идет на нагрев не вступившего в реакцию кислорода, что экономически недопустимо.

Поэтому необходимо поддерживать соответствие между количеством подаваемого топлива и количеством воздуха. Регулирующее воздействие осуществляется подачей сигнала на изменение положения направляющего аппарата вентилятора.

3. Регулирование уровня воды в барабане котла.

Параметром, характеризующим баланс между отводом пара и подачей воды в котел, является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котла во многом определяется качеством регулирования уровня. При снижении уровня ниже допустимого предела происходит нарушение циркуляции в экранных трубах, в результате чего повышается температура стенок обогреваемых труб и происходит их пережег. Чрезмерное повышение уровня может привести к снижению эффективности внутрибарабанных сепарационных устройств.

Регулирующее воздействие осуществляется на изменение расхода питательной воды.

Технологические блокировки выполняют в заданной последовательности ряд операций при пусках и остановках механизмов парогенераторной установки, а так же в случаях срабатывания технологической защиты. Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании парогенераторной установки, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудования при возникновении аварии.

Устройства технологической сигнализации информируют дежурный персонал о состоянии оборудования (в работе, остановлено и т. п. ), предупреждают о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состояния парогенератора и его оборудования. Применяются звуковая и световая сигнализация.

Блокировки обеспечивают защиту котла, обеспечивая отсечку топлива при исчезновении напряжения питания и при отклонении технологических параметров от нормы:

• при погасании факела горелки;
• при повышении/понижении уровня воды в барабане котла выше/ниже нормы;
• при понижении разряжения в топке;
• при повышении давления пара в барабане котла;
• при понижении давления газа перед горелкой.

Выведем дифференциальные уравнения объекта автоматизации, технологическая схема котла ДЕ-10−14 ГМ изображена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 — Схема парового котла Математическую модель данного объекта можно представить с помощью уравнений гидрои термодинамики.

Составим уравнения гидродинамики.

При горении топливной смеси происходит химическая реакция углеводорода с кислородом типа A+BP с выделением тепла.

Согласно теоретическому описанию, математическая модель должна содержать два уравнения гидродинамики (по числу исходных компонентов реакции, которых в данном случае два — А и В).

Запишем дифференциальное уравнение для процесса идеального смешения с учетом интенсивности источников вещества для компоненты А.

где — концентрация вещества А (топливо);

• объем зоны I;
• средняя скорость смеси топлива с кислородом.

Так, как источником вещества является химическая реакция, то Для реакции между исходными компонентами, А и В (типа A+B>P)

где n — показатель степени реакции (он в различных реакциях имеет величину в пределах от 0 до 3).

Пускай, порядок реакции n = 1.

К — коэффициент скорости реакции, зависящий от температуры реакции:

где

• предэкспоненциальный множитель,
• энергия активации,
• универсальная газовая постоянная,
• абсолютная температура.

Тогда, можем записать Аналогично, для вещества В (кислород воздуха).

В результате получаем систему уравнений Стационарный режим описывается путем приравнивания нулю производных по времени в уравнениях. Получим систему уравнений статики:

Перейдем к процессам термодинамики.

Газовый тракт котла можно условно поделить на две зоны. Обозначим их I и II.

Запишем уравнение теплового баланса:

• Входящим теплом в первую зону у нас будут: тепло, пришедшее с воздухом;
• тепло, пришедшее с газом;
• тепло, полученное от реакции горения углеводородов .

Выходящим теплом в этой зоне является: тепло, потраченное на подогрев воды в котле и последующее парообразование; тепло, потраченное на подогрев пара в пароперегревателе; оставшееся тепло, ушедшее в зону II .

Аналогично, для зоны II входящим теплом является тепло, перешедшее с зоны I, а выходящим будет: тепло, потраченное на нагрев воды в экономайзере; тепло, ушедшее на подогрев воздуха в воздухоподогревателе; тепло, ушедшее с дымовыми газами .

Таким образом имеем систему уравнений статики:

• гдеС — удельная теплоемкость вещества;
• m — масса вещества;

q _т — удельная теплота сгорания топлива;

V _т — объем сгораемого топлива;

• л — удельная теплота парообразования.

Оптимизация и автоматизация работы котлоагрегата состоит в регулировании подачи воздуха по концентрации O2 и СO. Подача воздуха в топку обеспечивает наиболее ээкономичный режим горения топлива. Регулирование соотношения газ-воздух необходимо как чисто физически, так и экономически. Известно, что одним из важнейших процессов, происходящих в котельной установке, является процесс горения топлива. Химическая сторона горения топлива представляет собой реакцию окисления горючих элементов молекулами кислорода. Для горения используется кислород, находящийся в атмосфере. Воздух в топку подается в определенном соотношении с газом посредством дутьевого вентилятора .

При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива. Образованное вредное для человека и окружающей среды соединение СО будет выбрасываться в атмосферу, что экономически и экологически не допустимо.

При избытке воздуха в топочной камере будет происходить охлаждение топки, хотя газ будет сгорать полностью, часть полученного тепла идет на нагрев не вступившего в реакцию кислорода, что экономически недопустимо. Также в этом случае остатки воздуха будут образовывать двуокись азота, что экологически недопустимо, так как это соединение вредно для человека и окружающей среды.

Регулирующее воздействие осуществляется подачей сигнала на изменение положения направляющего аппарата вентилятора под управлением ЭВМ.

График зависимости выделяемого тепла (Q) О2 и СО от соотношения расхода газа к воздуху приведено на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 График зависимости Оптимизацию технологических процессов производят, используя в качестве критерия эффективности управления различные технико-экономические показатели функционирования объекта управления.

Следовательно, при оптимизации основным критерием эффективности являются наиболее оптимальное соотношение количества топлива к полученному теплу от его сгорания.

2.2 Разработка алгоритма автоматизации Для оптимизации работы котла будет использована ЭВМ. Алгоритм работы ЭВМ описан ниже. Задачей работы ЭВМ является регулировании подачи воздуха по концентрации O2 и СO.

Приводятся алгоритм и его схема управления заслонкой направляющего вентилятора:

• Концентрация O2>0

1.1 Начало

1.2 Счётчик i=0

1.3 Считывание текущего расхода воздуха (Fi, шага регулирования? Fв)

1.4 Считывание текущих значений концетраций QО2i и QСОi

1.5 Если концетрация QO2i > 0

1.6 Сравнить концентрацию QО2i c QO2i-1. Если концентрация QО2i > QO2i-1 перейти на шаг 1.8

1.7 Если концентрация QО2i < QO2i-1 перейти на шаг 1.9

1.8 Составляем задание Fвi+1 =Fвi-?F Перейти на шаг 1.10

1. 9 Составляем задание Fвi+1 =Fвi+?F

1.10 I=i+1

1.11 Перейти на шаг 3.

Концентрация O2=0, CO>0

2.1Начало

2.2Счётчик i=0

2.3Считывание текущего рас хода воздуха (Fi, шага регулирования? Fв.)

2.4Считывание текущих значений концентраций QiО2 и QiСО

2.5Сравнить концентрацию QСOi c QCOi-1. Если концентрация QCOi-1 > QCOi-1 перейти на шаг 2.7

2.6Если концентрация О2i < O2i-1 перейти на шаг 10

Рисунок 2.3 Алгоритм оптимизации работы котлогрегата

2.7Составляем задание Fвi+1 =Fвi+?F

2.8 Перейти на шаг 2−10

2.9Составляем задание Fвi+1 =Fвi-?F

2.10 I=i+1

2. 11Перейти на шаг 3.

Концентрация O2=0, CO=0

3.1Начало

3.2Счётчик i=0

3.3Считывание текущего расхода воздуха Fi, ?Fв

3.4 Считывание текущих значений концентраций QiО2 и QiСО

3.5 Выполнить остановку котла, если да — перейти на шаг 3.7

3.6 Перейти к шагу 3.

3.7 Остановить котёл.

Схема алгоритма представлена на рисунке 2.3

2.3 Построение формальной математической модели автоматизации

Наша задача — построить формальную математическую модель динамики парового котла по газовому тракту. Для этого нам нужно показать динамику изменения температуры T в печи над «перевалом» при изменении количества топлива, подаваемого в газовую горелку, в формальном виде, а именно — в виде передаточной функции.

Передаточной функцией системы (или элемента) называется отношение преобразованной по Лапласу выходной величины системы к преобразованному по Лапласу изображению входной величины.

Передаточная функция системы получается из Лапласова преобразования левой и правой частей соответствующего дифференциального уравнения при нулевых начальных условиях (при t<0 система находится в состоянии покоя).

Таким образом, передаточная функция определяется как отношение В дальнейшем для упрощения формы записи будем x (p) обозначать как x. Если дифференциальное уравнение системы выражено в виде

где x _вых =x_вых (t), x_вх =x_вх (t), то вместо обычной формы записи производных dx/dt, d² x/dt² часто пользуются символическими обозначениями:

и т.д.

Множитель p в степени k обозначает лишь запись операции, которая должна быть проделана над функцией x, а именно от выражения, содержащего множитель p ^k должна быть взята k-я производная по времени. Такая форма записи называется операторной и вводится здесь только для упрощения.

Учитывая это, дифференциальное уравнение можно представить в виде:

Отношение функции от оператора p, стоящей множителем при x _вх , к функции от p, стоящей при x_вых , и будет передаточной функцией системы:

Здесь x _вых = x_вых (p), x_вх = x_вх (p).

Построим кривую разгона для парового котла по газовому тракту. Для этого проведём эксперимент. Увеличим количество газа, подаваемого в горелку, на 0,2 м ³ /мин.

Рисунок 2.4 — График изменения количества подаваемого топлива, в м ³ /мин Температура в печи над перевалом начнёт повышаться и со временем поднимется на 10 °C.

Рисунок 2.5 — График изменения температуры над перевалом, в

Кривая на рисунке и является кривой разгона системы. Время здесь задано в минутах, температура — в градусах Цельсия.

Для удобства дальнейших расчётов приведём величины возмущающего воздействия (изменения количество топлива) и отклонения значения регулируемой величины (температуры) в безразмерный вид.

• приведённое к единице возмущающее воздействие (изменение количества газа) в безразмерном виде.

В нашем случае. Получим:

• приведённое к единице отклонение регулируемой величины (температуры над перевалом) в безразмерном виде.
• На рисунке 3 приведен график изменения температуры над перевалом в безразмерном виде.

Рисунок 2.6 — График изменения температуры над перевалом по времени в безразмерном виде Передаточную функцию мы также будем искать в безразмерном виде:

Для того, чтобы перейти потом к передаточной функции в размерном виде, достаточно будет умножить нашу передаточную функцию на .

М. П. Симою

В этой системе i=m+n и для всех i>n a _i =0, а для всех i>m b_i =0.

Входящие в уравнения коефициенты F ₁ , F₂ ,…, F_n вычисляются по следующим формулам:

;

;

и т. д.

где .

Обычно для определения передаточной функции достаточно вычислить 3 коефициента, поэтому вычисляют 3 «площади» F ₁ , F₂ , F₃ . Также в практике мы имеем дело не с непрерывными функциями, а с дискретными значениями — результатами эксперимента. Поэтому коефициенты F₁ , F₂ , F₃ расчитываются по приближённым формулам:

Так как паровой котёл является объектом с самовыравниванием и транспортным запаздыванием, то вычисляем коэффициенты таким образом:

1. Определяем по графику заданной кривой разгона запаздывание как время, в течение которого функция от до не превышает. В нашей системе .

2. Определяем передаточную функцию объекта как произведение двух передаточных функций:, соответствующей запаздыванию, и, соответствующей функции, для которой за начало отсчёта принято время

Рисунок 2.7 — График изменения температуры над перевалом по времени в размерном виде с началом отсчёта в

Рисунок 2.8 — График изменения температуры над перевалом по времени в безразмерном виде с началом отсчёта в

3. Далее определим передаточную функцию для кривой разгона T ₁ .

3.1. Разбиваем ось абсцисс кривой разгона на отрезки с интервалом, исходя из условия, что на протяжении всего графика функция T в пределах мало отличается от прямой.

3.2. Значения в конце каждого интервала делим на, и получившееся значение (изменение температуры в печи над перевалом в безразмерном виде) заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

t, мин	у	1-у	и=t/F1
0,1	0,2	0,8	0,24 570 025
0,2	0,42	0,58	0,49 140 049
0,3	0,54	0,46	0,73 710 074
0,4	0,66	0,34	0,98 280 098
0,5	0,76	0,24	1,22 850 123
0,6	0,79	0,21	1,47 420 147
0,7	0,82	0,18	1,71 990 172
0,8	0,84	0,16	1,96 560 197
0,9	0,86	0,14	2,21 130 221
	0,88	0,12	2,45 700 246
1,1	0,9	0,1	2,7 027 027
1,2	0,92	0,08	2,94 840 295
1,3	0,94	0,06	3,19 410 319
1,4	0,96	0,04	3,43 980 344
1,5	0,97	0,03	3,68 550 369
1,6	0,98	0,02	3,93 120 393
1,7	0,99	0,01	4,17 690 418
1,8			4,42 260 442

3.3. Определяем площади F ₁ , F₂ , F₃ . Для этого мы выполняем следующее: