Описание:

Стоимость энергии составляет значительную часть эксплуатационных расходов для любого коммерческого здания. Модернизация инженерных систем позволяет сократить эти расходы. Капитальные вложения в модернизацию котельного оборудования во многих случаях имеют короткий срок окупаемости.

Экономическая эффективность модернизации котельной

Стоимость энергии составляет значительную часть эксплуатационных расходов для любого коммерческого здания. Модернизация инженерных систем позволяет сократить эти расходы. Капитальные вложения в модернизацию котельного оборудования во многих случаях имеют короткий срок окупаемости.

Высокоэффективное регулирование

Одним из лучших путей, гарантирующим эффективную эксплуатацию котельной, является высокоэффективное регулирование, которое возможно применить и для паровых, и для водогрейных котельных. Высокоэффективное регулирование позволяет сэкономить в среднем от 4 до 5 % используемой тепловой энергии и окупается в течение года.

Как можно добиться повышения эффективности работы котла? Известно, что при определенном соотношении расходов воздуха и топлива происходит наиболее полное сгорание внутри котла. При этом следует добиваться ведения топочного процесса с минимальным количеством избыточного воздуха, однако при обязательном условии обеспечения полного сгорания топлива. Если в топку подается избыточный воздух в большем количестве, чем требуется для нормального ведения топочного процесса, то излишний воздух не сгорает и лишь бесполезно охлаждает топку, что может в свою очередь повести к потерям вследствие химической неполноты сгорания топлива.

Необходимо также контролировать температуру уходящих газов. При завышенной температуре дымовых газов на выходе из котла значительно снижается КПД агрегата за счет выброса в атмосферу лишней теплоты, которую можно было бы использовать по назначению. В тоже время при работе на жидких видах топлива нельзя допускать снижения температуры дымовых газов на выходе из котла ниже 140 °С при содержании в топливе серы не более 1 % и ниже 160 °С при содержании в топливе серы не более 2–3 %. Значения данных температур обусловлены точкой росы для дымовых газов. При этих температурах начинается процесс выпадения конденсата в дымогарных трубах и дымосборной камере. При контакте содержащейся в топливе серы с конденсатом вследствие химической реакции образуется сначала сернистая, а затем серная кислота. Результатом чего является интенсивная коррозия поверхностей нагрева.

Для достижения большей эффективности высокоточной регулировки необходимо предварительно произвести базисную очистку топки и дымоходов. Для уменьшения избыточного воздуха и уменьшения температуры уходящих газов необходимо:

– устранить негерметичность камеры сгорания;

– произвести контроль тяги дымохода, при необходимости установить в дымовой трубе шибер;

– повысить или понизить номинальную подводимую мощность котла;

– вести контроль соответствия количества воздуха для горения;

– оптимизировать модуляции горелки (если горелка снабжена этой функцией).

Для газовых котлов с помощью газового счетчика и секундомера можно выяснить, подается ли к горелке необходимое количество топлива. Если котел работает на мазуте, то проверяется, соответствует ли расход, измеренный расходомерным соплом, и давление, создаваемое мазутным насосом, подходящими для эффективной работы котла.

Для оценки эффективности сгорания используется анализатор уходящих газов. Измерения производятся до и после регулировки.

Наиболее подходящими для высокоэффективной регулировки являются котлы с надувными газовыми топками и мазутными топками. Менее подходящими являются котлы с комбинированными горелками для двух видов топлива, а также газовые котлы с атмосферными горелками.

Для комбинированных горелок режим для одного вида топлива часто является компромиссом для сохранения работоспособности на другом виде топлива. А регулировка газовых котлов с атмосферной горелкой ограничено техрегламентом и физическими характеристиками оборудования.

Регулирование пропусками

Для чугунных котлов в отопительных системах при регулировании теплоподачи в систему отопления по температуре внутреннего воздуха в контрольном помещении здания (регулирование «по отклонению») оно может осуществляться за счет периодического отключения системы (регулирование «пропусками») с помощью температурного датчика. Это позволит экономить от 10 до 15 % потребляемой тепловой энергии и окупится в течение двух лет.

Для стальных котлов такой способ регулирования температуры воды нежелателен. С точки зрения прочностных характеристик для стального котла большой температурный перепад нестрашен, но эксплуатировать котел с температурой воды в обратном трубопроводе (на входе в котел) ниже 55 °С не следует. Дело в том, что при такой температуре котловой воды температура дымовых газов в местах соприкосновения со стенкой дымогарной трубы может оказаться ниже температуры точки росы, что вызовет выпадение конденсата на стенках дымогарных труб и приведет к их преждевременной коррозии. Поэтому чаще применяют регулировку температуры воды с помощью трехходового клапана с температурным датчиком, минус этого способа – долгий срок окупаемости, от 5 лет и выше. Как альтернативу можно применить регулирование пропусками в сочетании с термостатическим датчиком температуры обратной воды. Такой способ менее экономичен и окупится в течение 4–5 лет.

Регулирование выключением

В повсеместной практике осенью с наступлением отопительного периода служба эксплуатации запускает систему отопления и выключает только весной. Это приводит к тому, что даже в теплые дни котел не отключается и продолжает работать.

Автоматическое регулирование выключением при достижении наружной температуры +8 °С может сохранить от 3 до 5 % потребляемой тепловой энергии и окупится за 2–3 года.

Регулирование циклов котла

Если работа котла регулируется «пропусками» в зависимости от температуры наружного воздуха, часто возникает следующая проблема: в переходные периоды, когда наружная температура в течение суток резко изменяется, цикл включения/выключения котла обычно короткий, трубы и отопительные приборы не успевают как следует прогреться и это приводит к недогреву здания; зимой же, когда холодная температура держится постоянно, цикл включения/выключения котла чрезмерно долгий, что приводит к излишнему перегреву здания. Для устранения этой проблемы рекомендуется установить контроллер, регулирующий минимальное и максимальное время включения котла. Это экономит от от 3 до 5% потребляемой тепловой энергии и окупится примерно за 3 года.

Статья подготовлена Н. А. Шониной , старшим преподавателем МАрхИ

Д.т.н. В.А. Бутузов, генеральный директор, ОАО «Южгеотепло», г. Краснодар;
д.т.н. Г. В. Томаров, генеральный директор, ЗАО «Геотерм-ЭМ», г. Москва;
д.э.н. В.Х. Шетов, директор, ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий», г. Краснодар

Анализ котельного парка Краснодарского края

Краснодарский край является динамично развивающимся агропромышленным рекреационным регионом России. При собственном населении численностью 5 млн чел. он ежегодно принимает на отдых до 15 млн гостей. Регион имеет развитую городскую инфраструктуру. Теплоснабжение городов и населенных пунктов обеспечивают 1824 котельных и 2290 км тепловых сетей (в двухтрубном исчислении). Годовая выработка тепловой энергии этими котельными в стоимостном выражении превышает 6 млрд руб.

Всего в крае в муниципальных котельных установлено 3920 котлов , из которых наибольшее количество составляют водогрейные, единичной тепловой мощностью менее 4 МВт, -3560 шт. (91%). Паровых котлов в крае работает 185 шт. (5%), а водогрейных, единичной тепловой мощностью от 4 до 50 МВт, - 175 шт. (4%). Муниципальные котельные в основном работают на природном газе (73%).

На рис. 1 приведено распределение наиболее массового вида котлов (водогрейные, мощностью менее 4 МВт) по типам. Чугунные секционные котлы со сроками службы 20-30 лет («Универсал», «Минск», «Энергия», «Тула») составляют 37,8% от общего количества этого вида, стальные котлы устаревшей конструкции КС-1 со сроками службы 15-20 лет - 27,2%, а современные котлы - всего 23,4%.

Программа модернизации

По инициативе ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий» (г. Краснодар) разработана программа модернизации муниципальных котельных. В данной статье приведены результаты исследований по дооборудованию данных котельных когенерационными установками. Приоритетность данного подхода обусловлена следующими основными факторами:

Необходимость модернизации котельных при отсутствии финансовых ресурсов;

Наличие тепловых нагрузок, в т.ч. круглогодичного горячего водоснабжения (минимальная тепловая нагрузка когенерационныхустановок);

Возможность использования резервной пропускной способности подводящих газопроводов, емкостей мазутного хозяйства, сечений и высот дымовых труб.

Актуальность данной работы заключается в необходимости подключения новых городских потребителей тепловой и электрической энергии без существенного увеличения потребления топлива. Пропускная способность системы газоснабжения Краснодарского края исчерпана, ее модернизация потребует нескольких лет и больших средств.

На 2006-2010 гг. ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий» разработана краевая программа энергосбережения , утвержденная региональным законодательным собранием. В результате реализации этой программы при общем объеме вложенных средств 16,6 млрд руб. ожидается уменьшение потребления топлива на 35%. Высвободившееся от внедрения энергосберегающих мероприятий и использования возобновляемых источников энергии топливо планируется направить на строительство когенерационных установок муниципальных котельных .

При анализе характеристик водогрейных котельных с котлами единичной тепловой мощностью от 4 до 50 МВт, в свою очередь, были выделены три группы котельных со следующими диапазонами установленной мощности: первая группа - 10-15 МВт, вторая группа - 15-20 МВт; третья группа - свыше 20 МВт (рис. 2).

Для каждой из указанных групп по известным методикам были подобраны газопоршневые установки (ГПУ) и газовые турбины (ГТ). Для котельных первой и второй групп определена целесообразность установки на их базе ГПУ общей электрической мощностью 60 МВт. Для третьей группы котельных обоснована установка ГТ общей электрической мощностью 188 МВт. Для паровых муниципальных котельных с котлами ДКВР,ДЕ (19 котельных; суммарная установленная тепловая мощность 521 МВт) высокоэффективным мероприятием является установка паровых противодавленческих турбин общей электрической мощностью 22 МВт.

Реализация программы модернизации муниципальных котельных Краснодарского края с их дооборудованием когенерационными установками обеспечит ввод в эксплуатацию 270 МВт электрических мощностей (рис. 3).

Для каждого из данных видов когенерационного оборудования выбраны котельные, для которых были разработаны бизнес-планы. Так, например, стоимость установки газовых турбин мощностью 12 МВт с котлами-утилизаторами в водогрейной котельной тепловой мощностью 60 МВт в г. Анапе составляет 230 млн руб. (в ценах 2006 г.), а расчетный срок окупаемости модернизации не превышает 5,5 лет. Другим примером является водогрейная котельная тепловой мощностью 25 МВт в г. Тимашевске, в которой планируется размещение ГПУ установленной электрической мощностью 2 МВт. Стоимость модернизации составляет 30 млн руб. и имеет расчетный срок окупаемости 4,5 года.

Наименьший расчетный срок окупаемости (2 года) получен при разработке бизнес-плана модернизации паровой котельной тепловой мощностью 29 МВт в г. Геленджике, в которой возможен монтаж паровых противодавленческих турбин мощностью 2 МВт. В этом случае стоимость модернизации составит 24 млн руб.

Реализованные проекты

Газопоршневые установки. В г. Новороссийске на территории муниципальной котельной «Южная» установленной мощностью 95,6 Гкал/ч (три водогрейных котла ПТВМ-50, два паровых котла ДКВР-4/13) в 2006 г. построена когенерационная станция установленной электрической мощностью 8,1 МВт и тепловой мощностью 8,4 МВт. В здании с размерами в плане 22×23 м размещены три газопоршневые установки фирмы «Jenbacher» (Австрия) (рис. 4). Электрическая мощность каждого модуля - 2,7 МВт, тепловая - 2,8 МВт. Численность персонала станции составляет 15 чел. С вводом в эксплуатацию данной электростанции котельная получила резервный источник электроснабжения, а городские электрические сети подключили к ней 4 микрорайона (15 тыс. квартир).

Данный проект осуществлен фирмой «ТЕАМ» (г. Новороссийск) за счет собственных средств. Общая стоимость строительства составила 220 млн руб. За время эксплуатации подтверждены все проектные характеристики, в т.ч. удельный расход топлива на производство единицы электрической и тепловой энергии. Региональной энергетической комиссией Краснодарского края утверждены тарифы на отпуск электрической энергии - 1 руб./кВт.ч, тепловой энергии - 688 руб./Гкал. При годовом потреблении природного газа 16 млн м3 по цене 2315 руб. за 1000 м3 срок окупаемости станции превысит 10 лет.

Паровые турбины. В г. Сочи в котельной № 14 установленной тепловой мощностью 215 МВт (пять водогрейных котлов КВГМ-30, два паровых котла ДЕ-25/14ГМ) в 2002 г. введена в эксплуатацию паровая противодавленческая турбина «Кубань 0,75А/0,4Р13/2» установленной электрической мощностью 750 кВт. Давление пара перед турбиной составляет 15 кгс/см2 (рабочее давление котлов ДЕ-25/14ГМ), после турбины -2 кгс/см2 (направляется в теплообменники и в деаэратор). Номинальный расход пара - 14,4 т/ч. Напряжение генератора турбины - 0,4 кВ.

Турбины типа «Кубань» разработаны совместно Калужским турбинным заводом и Южно-русской энергетической компанией . Установка работает в автономном режиме для частичного покрытия собственных нужд, является резервным источником электроснабжения котельной. Среднегодовая наработка турбогенератора составляет 6235 ч, а выработка электрической энергии -2950 тыс. кВт.ч. При цене электроэнергии 2,1 руб./кВт.ч стоимость выработанной электроэнергии в год составляет 6,2 млн руб., а за все время эксплуатации - 37,2 млн руб. Срок окупаемости данной турбоустановки не превысил 1 года.

Литература

1. Бутузов В.А. Анализ котельного парка Краснодарского края // Промышленная энергетика. 2006. №5.

2. Шетов В.Х., Чепель В.В. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. Куб. ГТУ. Краснодар. 2006.

3. Томаров Г.В., Чепель В.В., Шетов В.Х., Бутузов В.А., Никольский А. И. Программа обеспечения 30% энергопотребности Краснодарского края на основе использования ВИЭ / Материалы Международного геотермального семинара МГС-2004, Петропавловск-Камчатский, 9-14 августа 2004 г.

4. Бутузов В.А. Паровые противодавленческие турбины в котельных промышленных предприятий // Промышленная энергетика. 2002. № 10.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1.2.2.1 Необходимость применения общекотловой автоматики, технологической сигнализации и диспетчеризации

1.4 Цель и задачи проектирования

2. Технологический процесс котельной на УКПГ-8

2.1.2.3 Регулирование разряжения в топке

2.1.3 Регулирование перегрева пара

2.1.4 Регулирование питания и водного режима барабанных паровых котлов

2.1.4.1 Схемы регулирования

2.2 Газомазутные паровые котлы типа ДЕ

2.2.1 Преимущества паровых котлов типа ДЕ

2.2.2 Технические характеристики паровых котлов типа ДЕ

2.3 Принцип работы котла ДЕ-10-14 Г

2.4 Выбор технологического оборудования для котельной установки

2.4.1 Заслонка дроссельная с электроприводом БГ4.08.00

2.4.2 Клапан отсечной быстродействующий (ПЗК) 1256.100.00-02

2.4.3 Клапан электромагнитный нормально открытый 1256.20.00

2.4.4 Клапан электромагнитный нормально закрытый 1256.15.00

2.4.5 Заслонка дроссельная ЗД 80-11.00

2.4.6 Клапан трехходовой для манометра КМ 1.00

2.4.7 Заслонка дроссельная воздушная двухпоточная

2.4.8 Электрозапальник

2.4.9 Исполнительные механизмы однооборотные МЭО-16 и МЭО-40

3. Создание АСУ на УКПГ-8 Медвежьего газового месторождения

3.1 Анализ существующих контроллеров

3.1.1 Требования предъявляемые к контроллерам

3.1.1.1 Требования к информационным потокам

3.1.2 Выбор контроллера

3.1.2.1 Контроллер «Ремиконт Р-110»

3.1.2.2 Контроллер «GE-Fanuc»

3.1.2.3 Контроллер «TREI-5B-05»

3.1.2.4 Контроллер «ТЭКОН-17»

3.1.3 Результаты исследований

3.2 Программное обеспечение для контроллера «ТЭКОН-17»

3.2.1 Дополнительное алгоритмическое обеспечение для среды «ISaGRAF PRO»

3.2.2 Программное обеспечение для операторского интерфейса

3.2.3 Прикладное ПО для контроллера «ТЭКОН-17»

3.2.3.1 «Журнал учета»

3.2.3.2 «ТЭКОН-Имена»

3.2.3.3 «Пульт»

3.2.3.4 «Принт-Диалог»

3.2.3.5 «Hayes-ТЭКОН»

3.2.3.6 «Диалог-ТЭКОН»

3.2.3.7 «Телемост»

3.2.3.8 Программа настройки адаптера Ethernet

3.3 Разработка функциональной схемы автоматизации

3.3.1 Общие данные

3.3.2 Описание функциональной схемы автоматизации

3.4 Система управления котлом

3.4.1 Функциональные возможности ПТК «АМАКС»

3.5 Программное обеспечение для АСУ ТП

4. Расчет технико-экономических показателей

4.1 Экономическая целесообразность автоматизации котельной установки

4.2 Исходные данные для расчета экономической эффективности

4.3 Расчет затрат на электроэнергию

4.4 Капитальные вложения

4.5 Расчет расходов по содержанию и эксплуатации оборудования

4.6 Расчет фонда оплаты труда

4.7 Калькуляция себестоимости

4.8 Технико-экономические показатели

5. Безопасность труда

5.1 Анализ и обеспечение безопасных условий труда

5.2 Расчет тяжести труда диспетчера и его интегральная оценка

5.3 Возможные чрезвычайные ситуации

5.3.1 Расчет эвакуационных путей и выходов

Заключение

Список использованных источников

Введение

Автоматизация - это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживанию средств автоматизации и наблюдению за их действием.

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). 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 котельных установок 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, уровень воды в барабане котла, перегрев пара и других)

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

Теплотехнический контроль за работой котельных установок 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 котельной 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 тому подобное.), предупреждают о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состояния парогенератора и его оборудования. Применяются звуковая и световая сигнализация.

1. Анализ состояния вопроса и задачи исследования

1.1 Газовое месторождение «Медвежье»

Газовое месторождение «Медвежье» расположено в Надымском районе Ямало-Ненецкого национального округа, в 340 км к востоку от г. Салехарда. В 1967 году на нем было начато поисково-разведочное бурение и установлена газоносность отложений этого месторождения.

В геологическом строении месторождения участвуют песчано-глинисто-алевритовые породы верхнемелового, палеогенового и четвертичного возраста. В основании разреза бурением вскрыты отложения верхней части покурской серии, являющиеся продуктивными. Общая вскрытая мощность отложений составляет около 1200 метров. Структура месторождения приурочена к Ненецкому своду и представляет собой крупную брахиантиклинальную складку субмеридионального простирания, прослеживающегося по всему разрезу осадочного чехла. Она имеет размеры 33 х 10 км.

На месторождении промышленные залежи газа установлены в верхней части отложений покурской серии. Скважина № 1 на северной периклинали структуры вскрыла продуктивные отложения. Разрез газонасыщенной части слагается песчано-алевритовыми породами с подчиненными прослоями глин и известняков. Этаж газоносности достигает здесь высоты около 100 м. При опробовании скважины получен мощный фонтан газа дебитом 2500000 м 3 /сутки. Пластовое давление предполагается равным 110 кгс/см 2 . Площадь газонасыщенности месторождения «Медвежье» определена по положению контура газоносности и составляет 910 км 2 . Средневзвешенная эффективная газонасыщенная мощность принята равной 20 м. Запасы газа месторождения оцениваются в 1000 миллиардов кубических метров.

Газовое месторождение «Медвежье» является одним из крупнейших в мире, на долю которого приходится 86 % от общего объема отобранного газа, ежегодно здесь добывают 30 миллиардов кубических метров газа. Это первенец газовой промышленности Тюменского Севера, первое крупное месторождение газовой промышленности России и Союза. На данный момент из этого месторождения добыто свыше 80 % запасов газа. На сегодня на месторождении работают девять газовых промыслов.

С 1972 года «Медвежье» эксплуатирует ООО «Надымгазпром». Уже в начальном периоде эксплуатации стало ясно, что уточненные данные по величине и плотности распределения запасов, пластовым перетокам приведут к изменению в целом стратегии разработки месторождения. Первоочередно был изменен принцип распределения уровня годовой добычи по так называемой площади газоносности на различных участках. Затем пробурены десятки новых эксплуатационных скважин на периферийных зонах, укрупнены мощности установок комплексной подготовки газа (УКПГ), построены дожимные компрессорные станции (ДКС). Это позволило увеличить отбор газа до девяти миллиардов кубических метров в год и «растянуть» период постоянной добычи на несколько лет. И сейчас «Надымгазпром» тоже идет с превышением плановых показателей.

Сейчас ООО «Надымгазпром» ведет доразведку месторождения. Несмотря на то, что в настоящее время компания, в первую очередь, занимается подготовкой к освоению перспективных месторождений углеводородного сырья на полуострове Ямал, без должного внимания предприятия не остаются и месторождения Надым-Пур-Тазовского нефтегазоносного района. В планы компании на 2007 год входит запуск масштабных работ по реконструкции добывающих промыслов на месторождении «Медвежье». Для разработки проекта реконструкции выделены необходимые средства и уже сформирован проект, одобренный ОАО «Газпром» и прошедший государственную экспертизу. В то же время на месторождении ведутся геолого-разведочные работы, которые уже дали обнадеживающие результаты. Первый этап реконструкции будет включать в себя, в частности, модернизацию газосборных сетей. Второй будет состоять из оптимизации работы дожимного комплекса. Окончание работ планируется на 2020 год, при этом учитываются не только выработка промышленной добычи газа, но и работа с нижележащими пластами.

1.2 Описание технологического процесса

Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара . Этот комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива к воде и пару. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пар из воды, служит топливо.

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

Процесс горения топлива;

Процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой;

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 тела и поток образующегося в топке теплоносителя.

В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления и температуры.

Одной из основных задач, возникающей при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства между производимой и потребляемой энергией. В свою очередь процессы парообразования и передачи энергии в котлоагрегате однозначно связаны с количеством вещества в потоках рабочего тела и теплоносителя.

Горение топлива является сплошным физико-химическим процессом. Химическая сторона горения представляет собой процесс окисления его горючих элементов кислородом, проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла. Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива. Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно во времени, частично накладываются одна на другую.

Расчет процесса горения обычно сводится к определению количества воздуха, необходимого для сгорания единицы массы или объема топлива количества и состава теплового баланса и определению температуры горения.

Значение теплоотдачи заключается в теплопередаче тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива, воде, из которой необходимо получить пар, или пару, если необходимо повысить его температуру выше температуры насыщения. Процесс теплообмена в котле идет через водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, называющиеся поверхностью нагрева. Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими топочными газами или воспринимают тепловую энергию лучеиспусканием. Таким образом, в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется на конвективные и радиационные. Количество тепла, передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения поверхности нагрева. Величина напряжения ограничена, во-первых, свойствами материала поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.

Интенсивность коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разности температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем выше чистота поверхности.

Образование пара в котлоагрегатах протекает с определенной последовательностью. Уже в экранных трубах начинается образование пара. Этот процесс протекает при больших температуре и давлении. Явление испарения заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими скоростями, а, следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул, создающее поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает. Процесс обратный парообразованию называют конденсацией. Жидкость, образующуюся при конденсации, называют конденсатом. Она используется для охлаждения поверхностей металла в пароперегревателях.

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 данном случае ширмовой и коньюктивный, в которых для перегрева пара используется тепло, полученное в результате сгорания топлива и отходящих газов. Полученный перегретый пар при температуре Т = 540 °С и давлении Р = 100 атмосфер идет на технологические нужды.

1.2.1 Описание конструкции объекта

Паровые котлы типа ДЕ паропроизводитсльностью 10 т/ч, с абсолютным давлением 1,4 МПа (14 кгс/см 2) предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого для технологических нужд промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления и горячего водоснабжения. Котлы двухбарабанные вертикально-водотрубные выполнены по конструктивной схеме «Д», характерной особенностью которой является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной камеры.

Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок и образующие топочную камеру левый топочный экран (газоплотная перегородка), правый топочный экран, трубы экранирования фронтальной стенки топки и задний экран.

Снизу в топку подается нужный для сгорания топлива воздух посредством дутьевых вентиляторов. Процесс горения топлива протекает при высоких температурах, поэтому экранные трубы котла воспринимают значительное количество тепла путем излучения.

Продукты сгорания топлива, называемые иначе газами, поступают в котельные газоходы, при этом обогревается поверхность пароперегревателя, омывают трубы экономайзера, в котором происходит подогрев питательной воды до температуры, близкой к 200 єС, поступающей в барабаны котла. Далее дымовые газы проходят в дымоход и поступают в воздухоподогреватель. Из него газы через дымовую трубу выходят в атмосферу. Вода в котел подается по трубопроводу, газотрубопроводу. Пар из барабана котла, минуя пароперегреватель, поступает на паропровод.

Одним из важнейших показателей конструкции котлоагрегата является его циркуляционная способность. Равномерная и интенсивная циркуляция воды и паровой смеси способствует смыванию со стены пузырьков пара и газа, выделяющихся из воды, а так же препятствует отложению на стенках накипи, что в свою очередь обеспечивает невысокую температуру стенок - до (200-400) єС, ненамного превышающую температуру насыщения и еще не опасную для прочности котельной стали. Паровой котел ДЕ -10-14 Г принадлежит к котлам естественной циркуляцией, основные технологические параметры котла представлены в таблице 1.1 .

Таблица 1.1 - Технологические параметры котла ДЕ -10-14 Г

1.2.2 Обоснование необходимости автоматизации котельной установки

Котельные относятся к опасным производственным объектам и лавное требование к ним это обеспечение должного уровня безопасности Эксплуатация котлов должна обеспечивать надежную и эффективную выработку пара требуемых параметров.

Исходя из этих требований стали широко применяться автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), которые без постоянного присутствия человека поддерживают оптимальность технологического процесса и повышают эффективность, они базируются на использовании современных средств вычислительной и микропроцессорной техники, то есть - это совокупность аппаратно-программных средств, осуществляющих контроль и управление технологическим процессом. АСУ ТП поддерживает обратную связь и воздействует на ход процесса при отклонении его от заданных режимов .

Схема автоматизации регулирования и контроля парового котлоагрегата должна предусматривать следующие системы:

Система автоматического регулирования и контроля тепловой нагрузки котла;

Система автоматического регулирования и контроля питания котла;

Система автоматического регулирования и контроля соотношения газ-воздух;

Система автоматического регулирования и контроля разрежения в топке котла;

Система автоматического контроля давления;

Система автоматического контроля температуры;

Система автоматической отсечки газа.

Использование программно-логических контроллеров позволяет изменить и подстроить алгоритм работы котельной при помощи ввода новой программы, либо простой коррекцией запрограммированной программы.

Опыт автоматизации промышленных котельных свидетельствует о том, что регулирование процесса горения и питание котлов дает до 8 % экономии топлива, увеличивает к. п. д. котла на (7-8) %, обеспечивает работу топки с избытками воздуха, близкими к оптимальным, сокращает расходы электроэнергии на дутье и тягу, уменьшает объем ремонтных работ и повышает культуру обслуживания.

1.2.2.1 Необходимость применения общекотловой автоматики, технологической сигнализации и удаленной диспетчеризации

Автоматизация позволяет работать без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Для этого в автоматизированных котельных кроме обязательной котловой автоматики должна быть общекотловая автоматика, технологическая сигнализация и удаленная диспетчеризация.

Общекотловая автоматика должна в отсутствии людей управлять всей котельной, то есть:

Автоматически производить ротацию (попеременную работу) котлов;

При отключении котла его насос должен работать еще примерно 10 минут;

Автоматически производить ротацию (попеременную работу) насосовотопления, вентиляции, горячего водоснабжения (технологического процесса);

В зависимости от нагрузки автоматически включать (отключать) дополнительный котел;

Автоматически поддерживать температуру (заданную заводом изготовителем котла) теплоносителяна обратном трубопроводе котла;

Автоматически осуществлять подпитку системы при понижении давления теплоносителя;

Автоматически поддерживать температурный график теплоносителя в системе отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, технологического процесса.

Технологическая сигнализация должна фиксировать все аварийные ситуации и выдавать световую и звуковую сигнализацию. В технологическую сигнализацию входят сигналы:

Утечка газа (метан);

Появление угарного газа (СО);

Понижение либо повышение давления газа (выход за уставки);

Понижение либо повышение давления теплоносителя (выход за уставки);

Понижение, повышение (выход за уставки) либо пропадание фазы питающей сети;

Авария котла;

Удаленная диспетчеризация должна дублировать состояние технологической сигнализации в помещении дежурного и включать звуковую и световую сигнализацию.

1.2.2.2 Обоснование необходимости контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров

Автоматическое регулирование процесса горения значительно повышает экономичность газоиспользующих установок. Применение автоматики обеспечивает безопасность использования газа, улучшает условия труда обслуживающего персонала и способствует повышению его технического уровня.

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 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 1,1. 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 водного столба). 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 кранов. 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.

1.3 Классификация котельных установок

Котельными установками называется комплекс оборудования, предназначенный для превращения химической энергии топлива в тепловую с целью получения горячей воды или пара заданных параметров.

В зависимости от назначения котельная установка состоит из котла соответствующего типа и вспомогательного оборудования, обеспечивающего его работу. Котел - это конструктивно объединенный в одно целое комплекс устройств для получения пара или для нагрева воды под давлением за счет теплоты сжигаемого топлива, при протекании технологического процесса или преобразовании электрической энергии в тепловую.

Классификация котельных установок представлена на листе 1 графического материала дипломного проекта.

По роду вырабатываемого теплоносителя котельные установки разделяют на три основных класса :

Паровые, предназначенные для производства водяного пара;

Водогрейные, предназначенные для получения горячей воды и смешанные (оборудованные паровыми и водогрейными котлами), предназначенными для получения пара и горячей воды;

По характеру теплоносителя:

Энергетические, вырабатывающие пар для паровых двигателей;

Производственно-отопительные, вырабатывающие пар для технологических целей производства, отопления и вентиляции;

Отопительные, вырабатывающие пар для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения производственных, жилых и коммунально-бытовых помещений;

Смешанные, вырабатывающие пар для снабжения одновременно паровых двигателей, технологических нужд, отопительно-вентиляционных установок и горячего водоснабжения.

По роду основного вида сжигаемого топлива:

Угольные;

Газовые;

Мазутные.

По размерам обслуживания:

Индивидуальные,

Групповые;

Районные.

Более подробная классификация представлена на первом листе графической части.

Котельные установки состоят из котлоагрегата и вспомогательного оборудования. Котельных агрегатов бывает не менее двух, а вспомогательное оборудование общее для всей котельной. Основное оборудование котельной установки представлено на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Технологическая схема котельной установки: В - вентилятор, Д - дымосос, ЭК - экономайзер, Фил - фильтры химической обработки воды, Дэаэр - деаэратор, Пн - питательный насос, НСВ - насос сырой воды, РО - регулирующий орган, ИМ - исполнительный механизм, РУ - редукционная установка.

Котлоагрегат включает топочное устройство, трубную систему с барабанами, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухонагреватель, дымосос, вентилятор, запорно-регулировочную арматуру, контрольно-измерительные приборы и регуляторы.

К вспомогательному оборудованию относятся редукционная установка, фильтры химической обработки воды, деаэратор, насосы сырой воды и питательные насосы, мазутное хозяйство, газорегуляторная станция, арматура, контрольно-измерительные приборы и регуляторы.

Рабочими телами, участвующими в процессе получения горячей воды или пара для производственно - технических целей и отопления, служат вода, топливо и воздух.

Паровой котел является основным элементом котлоагрегата, он представляет собой теплообменное устройство, через металлические стенки которого происходит передача тепла от горячих продуктов горения топлива к воде для получения пара.

Паропроизводительность котельной установки или ее мощность представляет собой сумму паропроизводительностей отдельных котлоагрегатов, входящих в её состав. Паропроизводительность котлоагрегата определяется количеством килограммов или тонн пара, производимого им в час, обозначается буквой D и измеряется в кг/ч или т/ч.

Топочное устройство котлоагрегата служит для сжигания топлива и превращения его в химической энергии в тепло наиболее экономичным способом.

Пароперегреватель предназначен для перегрева пара, полученного в котле за счет передачи ему тепла дымовых газов. Водяной экономайзер служит для подогрева поступающей в котел питательной воды теплом уходящих из котла дымовых газов.

Воздухоподогреватель предназначен для подогрева поступающего в топочное устройства воздуха теплом уходящих газов.

Топливный склад предназначен для хранения топлива; его оборудуют механизмами для разгрузки и подачи топлива в котельную или к топливоподготовительному устройству. Топливоподготовительное устройство в котельных, работающих на пылевидном топливе, служит для измельчения топлива до пылевидного состояния; его оборудуют дробилками, сушилками, мельницами, питателями, вентиляторами, а также системой транспортеров и пылегазопроводов.

Устройство для удаления золы и шлаков состоит из механических приспособлений: вагонеток или транспортеров или тех и других, вместе взятых.

Устройство для подготовки питательной воды состоит из аппаратов и приспособлений, обеспечивающих очистку воды от механических примесей и растворенных в ней накипеобразующих солей, а также удаления из неё газов.

Питательная установка состоит из питательных насосов для подачи воды в котел под давлением, а также соответствующих трубопроводов.

Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососа и дымовой трубы, обеспечивающих подачу необходимого количества воздуха в топочное устройство, движение продуктов сгорания по газоходам и удаления продуктов сгорания за пределы котлоагрегата.

Устройство теплового контроля и автоматического управления состоит из контрольно - измерительных приборов и автоматов, обеспечивающих бесперебойное и согласованную работу отдельных устройств котельной установки для выработки необходимого количества пара определенно температуры и давления.

Котлы классифицируют в зависимости от вида соответствующего тракта и его оборудования. По виду сжигаемого топлива и соответствующего топливного тракта различают котлы для газообразного, жидкого и твердого топлива.

По газовоздушному тракту различают котлы с естественной и уравновешенной тягой и с наддувом. В котле с естественной тягой сопротивление газового тракта преодолевается под действием разности плотностей атмосферного воздуха и газа в дымовой трубе. Если сопротивление газового тракта (так же, как и воздушного) преодолевается с помощью дутьевого вентилятора, то котел работает с наддувом. В котле с уравновешенной тягой давление в топке и начале газохода поддерживается близким к атмосферному совместной работой дутьевого вентилятора и дымососа. В настоящее время стремятся все выпускаемые котлы, в том числе и с уравновешенной тягой, производить газоплотными.

По виду пароводяного тракта различают барабанные (рисунок 1.2, а, б) и прямоточные (рисунок 1.2, в) котлы. Во всех типах котлов через экономайзер 1 и перегреватель 6 вода и пар проходят однократно. В барабанных котлах пароводяная смесь в испарительных поверхностях нагрева 5 циркулирует многократно (от барабана 2 по опускным трубам 3 к коллектору 4 и барабану 2). Причем в котлах с принудительной циркуляцией (рисунок 1.2, б) перед входом воды в испарительные поверхности 5 устанавливают дополнительный насос 8. В прямоточных котлах (рисунок 1.2, б) рабочее тело по всем поверхностям нагрева проходит однократно под действием напора, развиваемого питательным насосом 7.

Рисунок 1.2 - Схемы пароводяного тракта котла: 1 - экономайзер, 2 - барабан, 3 - отпускные трубы, 4 - коллектор, 5 - испарительный экран, 6 - перегревательный экран, 7 - питательный насос, 8 - дополнительный насос, а - барабанный котел с естественной циркуляцией; б - барабанный котел с принудительной циркуляцией; в - прямоточный котел; г - прямоточный котел с принудительной циркуляцией

В прямоточных котлах докритического давления испарительные экраны 5 располагают в нижней части топки, поэтому их называют нижней радиационной частью (НРЧ). Экраны, расположенные в средней и верхней частях топки, преимущественно являются перегревательными 6. Их соответственно называют средней радиационной частью (СРЧ) или верхней радиационной частью (ВРЧ).

Для увеличения скорости движения воды в некоторых поверхностях нагрева (как правило, НРЧ) при пуске прямоточного котла или работе на пониженных нагрузках обеспечивают принудительную рециркуляцию воды специальным насосом 8 (рисунок 1.2, г). Это котлы с рециркуляцией и комбинированной циркуляцией.

По фазовому состоянию выводимого из топки шлака различают котлы с твердым и жидким шлакоудалением. В котлах с твердым шлакоудалением (ТШУ) шлак из топки удаляется в твердом состоянии, а в котлах с жидким шлакоудалением (ЖШУ) - в расплавленном.

Стационарные котлы характеризуются следующими основными параметрами: номинальной паропроизводительностью, давлением, температурой пара (основного и промежуточного перегрева) и питательной воды. Под номинальной паропроизводительностью понимают наибольшую нагрузку (в т/ч или кг/с) стационарного котла, с которой он может работать в течение длительной эксплуатации при сжигании основного вида топлива или при подводе номинального количества теплоты при номинальных значениях пара и питательной воды с учетом допускаемых отклонений.

Номинальные значения давления и температуры пара должны быть обеспечены непосредственно перед паропроводом к потребителю пара при номинальной паропроизводительности котла (а температура также при номинальном давлении и температуре питательной воды).

Номинальная температура промежуточного перегрева пара - это температура пара непосредственно за промежуточным перегревателем котла при номинальных значениях давления пара, температуры питательной воды, паропроизводительности и остальных параметров пара промежуточного перегрева с учетом допускаемых отклонений.

Номинальная температура питательной воды - это температура воды, которую необходимо обеспечить перед входом в экономайзер или другой подогреватель питательной воды котла (или при их отсутствии - перед входом в барабан) при номинальной паропроизводительности.

По давлению рабочего тела различают котлы низкого (менее 1 МПа), среднего ((1-10) МПа), высокого ((10-22,5) МПа) и сверхкритического давления (более 22,5 МПа). Наиболее характерные особенности котла и основные параметры введены в его обозначение. Согласно ГОСТ 3619-82 Е тип котла и вид сжигаемого топлива обозначают следующим образом: Е - естественной циркуляции; Пр - с принудительной циркуляцией; П - прямоточный; Пп - прямоточный с промежуточным перегревом; Еп - барабанный с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом; Т - с твердым шлакоудалением; Ж - с жидким шлакоудалением; Г - газообразное топливо; М - мазут; Б - бурый уголь; К - каменный уголь. Например, котел прямоточный с промежуточным перегревом производительностью 2650 т/ч с давлением 25 МПа температурой пара 545 °С и промежуточного перегрева пара 542 °С на буром угле с твердым шлакоудалением обозначают: Пп-2650-25-545/5420 БТ.

1.4 Цель и задачи

Целью дипломного проекта является повышение эффективности работы котельной установки за счет автоматизации процесса розжига.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Определить к какому классу относится котельная установка на Медвежьем газовом месторождении;

Провести сравнительный анализ программируемых контроллеров;

Разработать функциональную схему автоматизации установки;

Разработать схему соединений электрических проводок;

Создать комбинированную общую схему контроллера «ТЭКОН-17»;

Создать экранные формы прикладного программного обеспечения выбранного логического контроллера;

Осуществить план расстановки оборудования;

Построить комбинированную общую схему одного из датчиков расхода digitalYEWFLOW, на основе которого выполнен узел учета пара от котла;

Провести технико-экономическое обоснование.

логический контроллер котел автоматизация

2. Технологический процесс котельной на УКПГ- 8

2.1 Исследование объекта управления

2.1.1 Барабанный паровой котел, как объект управления

Принципиальная схема технологического процесса, протекающего в барабанном паровом котле, показана на рисунке 2.1, схема циркуляционного контура - на рисунке 2.2 .

Рисунок 2.1 - Принципиальная технологическая схема барабанного котла: 1 - топка, 2 - циркуляционный контур, 3 - опускные трубы, 4 - барабан, 5, 6 - пароперегреватели, 7 - пароохладитель, 8 - водяной экономайзер, 9 - воздухоподогреватель, ГПЗ - главная паровая задвижка; РПК - регулирующий питательный клапан

Топливо поступает через горелочные устройства в топку 1, где сжигается обычно факельным способом. Для поддержания процесса горения в топку подается воздух в количестве Q В, с помощью вентилятора ДВ. Воздух предварительно нагревается в воздухоподогревателе 9. Дымовые газы Q Г отсасывается из топки дымососом ДС. Дымовые газы проходят через поверхности нагрева пароперегревателей 5, 6, водяного экономайзера 8, воздухоподогревателя 9 и удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Процесс парообразования протекает в подъемных трубах циркуляционного контура 2, экранирующих камерную топку и снабжаемых водой из опускных труб 3. Насыщенный пар D б из барабана 4 поступает в пароподогреватель, где нагревается до установленной температуры за счет радиации факела и конвективного обогрева топочными газами. При этом температура перегрева пара регулируется в пароохладителе 7 с помощью впрыска воды D впр.

Рисунок 2.2 - Принципиальная схема циркуляционного контура: 1 - водяной экономайзер, 2 - испарительная часть, 3 - барабан, 4 - ступени пароперегревателя, 5 - пароохладитель

Основными регулируемыми величинами котла является расход перегретого пара Д пп, его давление Р пп и температура T пп. Кроме того, следует поддерживать в пределах допустимых отклонений значения следующих величин:

Уровня воды в барабане Н б (регулируется изменением подачи питательной воды D пв);

Разрежение в верхней части топки S т (регулируется изменением производительности дымососов);

Оптимального избытка воздуха за пароперегревателем О 2 (регулируется изменением производительности дутьевых вентиляторов);

Перечисленные величины изменяются в результате регулирующих воздействий и под действием внешних и внутренних возмущений. Котел как объект управления (ОУ) представляет собой сложную динамическую систему с несколькими взаимосвязанными входными и выходными величинами (рисунок 2.3). Однако явно выраженная направленность отдельных участков по основным каналам регулирующих воздействий, таким как расход воды на впрыск D впр - перегрев t пп, расход топлива В т - давление p пп и другие, позволяет осуществлять стабилизацию регулируемых величин с помощью независимых одноконтурных систем, связанных лишь через объект управления.

Рисунок 2.3 - Схема взаимосвязей между выходными и входными величинами в барабанном котле

Система управления барабанным паровым котлом (БПК) включает автономные системы автоматического регулирования (САР):

САР процессов горения и парообразования;

САР температур перегрева пара;

САР процессов питания и водного режима.

2.1.2 Регулирование процессов горения и парообразования

Регулирование процесса горения и парообразования осуществляется следующим образом.

Процессы горения и парообразования тесно связаны. Количество сжигаемого топлива в установившемся режиме должно соответствовать количеству вырабатываемого пара D б. Косвенным показателем тепловыделения Q" т служит тепловая нагрузка Dq. Количество пара в свою очередь должно соответствовать расходу пара на турбину D пп. Косвенным показателем этого соответствия служит давление пара перед турбиной. Регулирование процессов горения и парообразования в целом сводится к поддержанию вблизи заданных значений следующих величин:

Давления перегретого пара p пп и тепловой нагрузки Dq;

Избытка воздуха в топке (содержания О 2 , %) за пароперегревателем, влияющего на экономичность процесса горения;

Разрежения в верхней части топки S т.

2.1.2.1 Регулирование давления перегретого пара и тепловой нагрузки

Котел, как объект регулирования давления и тепловой нагрузки, может быть представлен в виде простых участков, топочный камеры; парообразующей части, состоящей из поверхностей нагрева, расположенных в топочной камере; барабана и пароперегревателя (рисунок 2.1).

Изменение тепловыделений Q" т приводит к изменению паропроизводительности D б и давления пара в барабане P б.

Тепловая нагрузка характеризуется количеством теплоты, воспринятое поверхностью нагрева в единицу времени и затраченное на нагрев котловой воды в экранных трубах и парогенератора. В динамическом отношении интерес представляет не значение тепловой нагрузки в определенный момент времени, а ее изменение или приращение DDq после нанесения внутреннего или внешнего возмущающего воздействия. Приращения DDq называется также сигнал по теплоте.

Имеется несколько способов измерения DDq. Самые распространенные из них - по излучению факела (непрерывный) и по перепаду давления на циркуляционном контуре барабанного котла и другие. Принципиальная схема формирования DDq приведена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Схема формирования сигнала по теплоте: 1 - датчик давления пара, 2 - дифференциатор, 3 - датчик расхода пара, 4 - измерительный блок регулирующего прибора

Существующие способы и схемы автоматического регулирования тепловой нагрузки и давления пара в магистрали основаны на принципах регулирования по отклонению (базовой режим) и возмущению (регулирующей режим).

Базовым называют режим поддержания паровой нагрузки котла на заданном уровне вне зависимости от изменения общей электрической или тепловой нагрузки ТЭС.

В регулирующем режиме котел воспринимает колебания тепловой и электрической нагрузок турбин. Регулирования давления пара в регулирующем режиме является воздействие на расход топлива, подаваемого в топку, в зависимости от отклонения давления пара в магистрали.

Рисунок 2.5 - Принципиальная схема регулирования давления пара: 1 - топка, 2 - регулятор частоты вращения, 3 - механизм управления регулирующим клапаном, 4 - регулятор давления, 5 - электропривод

Принципиальная схема замкнутой САР давления приведена на рисунке 2.5. В регулирующем режиме давления пара поддерживает регулятор давления 4, воздействующий на регулятор подачи топлива в топку 1, а частота вращения ротора турбины - регулятор частоты вращения 2 (вариант а). В базовом режиме воздействие регулятора давления 4 должно быть переключено на механизм управления регулирующими клапанами турбины 3 через электропривод синхронизатора турбины 5 (вариант б).

Поддержание постоянства давления пара в общей магистрали группы котлов обеспечивается при отклонении давления в общей магистрали подачей заданного количества топлива в топку каждого котла.

2.1.2.2 Регулирование экономичности процесса горения

Экономичность работы котла оценивается по его КПД, равному отношению полезной теплоты, затраченной на генерирование и перегрева пара, к располагаемой теплоте, которая могла быть получена при сжигании всего топлива. Поддержание оптимального избытка воздуха не только повышение КПД, но и уменьшает коррозии поверхности нагрева, образование вредных соединений и другие нежелательные изменения.

Одним из наиболее представительных косвенных способов оценки экономичности процесса горения является анализ состава топочных газов, покидающих топку.

Основным способом регулирования оптимального значения избытки воздуха за пароперегревателем служит изменение количества воздуха, подаваемого в топку с помощью дутьевых вентиляторов (Dв). Существует несколько вариантов схем автоматического управления подачи воздуха в зависимости от способов косвенной оценки экономичности процесса горения по соотношению различных сигналов.

Регулирование экономичности по соотношению топливо-воздух происходит следующим образом.

При постоянном качестве топлива его расход и количество воздуха, необходимое для обеспечения требуемой полноты сгорания, связаны прямой пропорциональной зависимостью, устанавливаемой в результате режимных испытаний. При газообразном топливе требуемое соотношение между количеством газа и воздуха осуществляется наиболее просто. Однако непрерывное измерение расхода пылевидного твердого топливо является трудной проблема. Поэтому применение схема топливо-воздух оправдано жидкого или газообразного топлива постоянного состава (рисунок 2.6, а).

Регулирование экономичности по соотношению пар-воздух описано ниже.

На единицу расхода различного по составу топлива (газа) необходимо различное количество воздуха. На единицу теплоты, выделяющейся при сгорании любого вида топлива, требуется одно и то же количество воздуха. Поэтому, если оценивать тепловыделение в топке по расходу пара и изменять расход пара, то тем самым можно поддерживать оптимальный избыток воздуха (рисунок 2.6, б).

Регулирование экономичности по соотношению теплота-воздух осуществляется следующим образом.

Если тепловыделение в топке Q" т оценивать по расходу перегретого пара и скорости изменения давления пара в барабане, то инерционность этого суммарного сигнала при топочных возмущениях будет существенно меньше инерционности одного сигнала по расходу пара D пп. Соответствующее заданному тепловыделению количество воздуха измеряется по перепаду давлений на воздухоподогревателе или по давлению воздуха в напорном патрубке вентилятора. Разность этих сигналов используется в качестве входного сигнала регулятора экономичности (рисунок 2.6, в). Регулирование экономичности по соотношению задание-воздух (нагрузка-воздух) с коррекцией О 2 осуществляется следующим образом.

Однако реализация этого способа затруднена из-за отсутствия надежности и быстродействующих газоанализаторов кислорода. В схемах задание-воздух c дополнительной коррекцией по О 2 в целом совмещаются принципом регулирования по возмущению и отклонению (рисунок 2.6, г). Регулятор подачи воздуха 1 изменяет его расход по сигналу от главного или корректирующего регулятора давления 5, являющего автоматическим датчиком регуляторов по нагрузке котла.

Рисунок 2.6 - Регулирование подачи воздуха по соотношению: 1 - регулятор подачи воздуха, 2 - регулирующий орган, 3 -дифференциатор, 4 - корректирующий регулятор воздуха, 5 - корректирующий регулятор давления перегретого пара (регулятор задания по нагрузке); а - топливо-воздух, б - пар-воздух, в - теплота-воздух, г - нагрузка-воздух с коррекцией по O 2

Сигнал, пропорциональный расходу воздуха ДP вп, действует, как и в других схемах: во-первых, устраняет возмущение по расходу воздуха, не связанные с регулированием экономичности; во-вторых, способствует стабилизации самого процесса регулирования подачи воздуха, т.к. служит одновременно сигналом жесткий отрицательной обратной связи. Дополнительный сигнал по содержания О 2 повышает точность поддержания оптимального избытка воздуха.

Подобные документы

Способы и схемы автоматического регулирования тепловой нагрузки и давления пара в котле. Выбор вида сжигаемого топлива; определение режима работы котла. Разработка функциональной схемы подсоединения паропровода перегретого пара к потребителю (турбине).

практическая работа , добавлен 07.02.2014


Построение процесса расширения пара в h-s диаграмме. Расчет установки сетевых подогревателей. Процесс расширения пара в приводной турбине питательного насоса. Определение расходов пара на турбину. Расчет тепловой экономичности ТЭС и выбор трубопроводов.

курсовая работа , добавлен 10.06.2010


Анализ существующих систем автоматизации процесса регулирования давления пара в барабане котла. Описание технологического процесса котлоагрегата БКЗ-7539. Параметрический синтез системы автоматического регулирования. Приборы для регулирования параметров.

дипломная работа , добавлен 03.12.2012


Сущность технологического процесса, осуществляемого в котельной установке. Описание работы схемы автоматизации. Устройство и работа составных частей. Исполнительный механизм МЭО-40. Расчет и выбор регуляторов. Выбор приборов и исполнительных устройств.

курсовая работа , добавлен 02.04.2014


Расчет тепловой схемы конденсационной электростанции высокого давления с промежуточным перегревом пара. Основные показатели тепловой экономичности при её общей мощности 35 МВт и мощности турбин типа К-300–240. Построение процесса расширения пара.

курсовая работа , добавлен 24.02.2013


Общая характеристика парогазовых установок (ПГУ). Выбор схемы ПГУ и ее описание. Термодинамический расчет цикла газотурбинной установки. Расчет цикла ПГУ. Расход натурального топлива и пара. Тепловой баланс котла-утилизатора. Процесс перегрева пара.

курсовая работа , добавлен 24.03.2013


Выбор и обоснование принципиальной тепловой схемы блока. Составление баланса основных потоков пара и воды. Основные характеристики турбины. Построение процесса расширения пара в турбине на hs- диаграмме. Расчет поверхностей нагрева котла-утилизатора.

курсовая работа , добавлен 25.12.2012


Расчет горения топлива. Тепловой баланс котла. Расчет теплообмена в топке. Расчет теплообмена в воздухоподогревателе. Определение температур уходящих газов. Расход пара, воздуха и дымовых газов. Оценка показателей экономичности и надежности котла.

курсовая работа , добавлен 10.01.2013


Техническая характеристика котлоагрегата ТП-38. Синтез системы управления. Разработка функциональной схемы автоматизации. Производстенная безопасность объекта. Расчет экономической эффективности модернизации системы управления котлоагрегатом ТП-38.

дипломная работа , добавлен 30.09.2012


Построение процесса расширения пара в турбине в H-S диаграмме. Определение параметров и расходов пара и воды на электростанции. Составление основных тепловых балансов для узлов и аппаратов тепловой схемы. Предварительная оценка расхода пара на турбину.

В развитии современной котельной техники малой и средней мощности можно выделить следующие направления:

Повышение энергетической эффективности путем всемерного снижения тепловых потерь и наиболее полного использования энергетического потенциала топлива;

Уменьшение габаритных размеров котельных агрегатов за счет интенсификации процесса сжигания топлива и теплообмена в топке и поверхностях нагрева;

Снижение токсичных (вредных) выбросов (СО, NOx, SOx;

Повышение надежности работы котельного агрегата.

Энергетическая эффективность котельных агрегатов оценивается коэффициентом полезного действия (КПД). При работе на газообразном и жидком топливах КПД зависит в основном от потерь теплоты с уходящими газами При полном сжигании топлива потери теплоты от химической неполноты сгорания равны нулю, а потери теплоты через наружные ограждения в окружающую среду для современных котлов сведены к минимуму и составляют доли процента. Как известно, потери теплоты с уходящими газами зависят от температуры этих газов и коэффициента избытка воздуха, с которым осуществляется сжигание топлива. Подсосы воздуха в дымовой тракт современного котельного агрегата практически отсутствуют.

При снижении температуры уходящих газов до уровня, на котором происходит конденсация водяных паров продуктов горения (ПГ), достигается двойной эффект: с одной стороны, выделяемая скрытая теплота конденсации водяных паров существенно повышает используемый энергетический потенциал топлива, который усваивается хвостовыми поверхностями нагрева котла, с другой стороны, уменьшаются потери теплоты с уходящими газами.

Такие котлы получили название низкотемпературные (при отсутствии конденсации водяных паров продуктов горения) и конденсационные (при наличии конденсации водяных паров), их выпускают фирмы Viessmann, Ecoflame и др.

Основным недостатком конденсационных котлов является агрессивная среда, когда в образующемся конденсате растворяется диоксид углерода с образованием угольной кислоты Н2СО3, вызывающей интенсивную коррозию поверхностей нагрева. Образующийся конденсат необходимо нейтрализовать. Опасность кор розии многократно возрастает при использовании серосодержащего топлива, при сжигании которого образуются оксиды серы, являющиеся источником серной кислоты.

Защита от коррозии может быть обеспечена при выполнении элементов котла из сталей, обладающих высокой коррозионной стойкостью, т.е. из сталей, легированных присадками хрома, никеля и молибдена. Данные стали относятся к дорогим материалам, их применение значительно повышает стоимость котельных агрегатов, но при этом существенно возрастает экономичность установок. Например, при работе на природном газе КПД такого котла приближается к максимально возможному почти на 11 %. Содержание водяных паров в продуктах горения при сжигании жидкого топлива меньше, чем при сжигании газа, поэтому дополнительный выигрыш за счет использования теплоты в случае жидкого топлива составляет всего 5...7 %.

Исключительно важное значение для эффективности работы котельного агрегата имеют горелочные устройства. В настоящее время на российском рынке наряду с отечественными производителями (ООО «Сормово», ОАО «Старорусприбор», ООО «Каменский завод газоиспользующего оборудования» и др.) появилось много иностранных фирм (Baltur и Ecoflame (Италия), Benton (Швеция), De Ditrich (Франция), Korting, Saacke, Weisshaupt (Германия) и др.), производящих современную котельную технику и газогорелочное оборудование.

Современные газовые и жидкотопливные горелки отличаются высокой эффективностью сжигания топлива, экономичностью и экологическими характеристиками, высокой степенью автоматизации.

Управление работой горелок и контроль безопасности выполняют специальные устройства - менеджеры горения, с помощью которых осуществляются контроль герметичности магнитных клапанов, электронно-связанное управление соотношения топливо - воздух, связь с персональным компьютером, на экране которого отображается последовательность работы и настройка параметров работы.

Регулирование тепловой мощности горелок выполняется в зависимости от используемого топлива, типоразмера горелок и конкретных условий организации процесса. Наиболее качественное ведение процесса достигается при модулируемом способе регулирования тепловой мощности горелок.

Регулирование расхода воздуха у горелок некоторых типов осуществляется посредством изменения частоты вращения вентилятора, что обеспечивает наиболее экономичный режим работы горелки при снижении уровня потребления электрической мощности.

Новая технология сжигания реализуется, например (рис. 5.1). Камера горения такого котла представляет собой акустическую систему с высокой степенью гурбулизации дымовых газов. В камере горения котлов с пульсирующим горением отсутствуют горелки, а следовательно, нет и факела. Подача газа и воздуха осуществляется прерывисто с частотой примерно 50 раз в секунду через специальные газопульсирующие и воздушно-пульсирующие клапаны и процесс горения происходит во всем топочном объеме. При сжигании топлива в топке повышается давление, увеличивается скорость продуктов

Рис. 5.1.

1 - газопульсирующий клапан; 2 - ресивер газовый; 3 - газовая линейка; 4 - камера горения; 5 - водяная рубашка камеры горения; 6 - резонаторные трубы в водяной рубашке; 7 - выхлопной коллектор; 8 - водяная рубашка выхлопного коллектора; 9 - глушитель выхлопа; 10 - ресивер воздушный; 11 - вентилятор; 12 - воздушно-пульсирующий клапан; 13 - запальная свеча; 14 - предо&

хранительный клапан; ПГ - продукты горения

горения, что приводит к существенной интенсификации процесса теплообмена, т.е. обеспечивается возможность уменьшении массы и габаритных размеров котла.

Дымовые газы под избыточным давлением выходят из камеры горения, по резонаторным трубам поступают в выхлопной коллектор 7 и, проходя через глушитель выбрасываются через дымовую трубу наружу. Нагреваемая вода движется противотоком по отношению к дымовым газам по водяным рубашкам

Котлам пульсирующего горения не нужна дымовая тяга, и работать они могут при весьма низком давлении газового топлива - менее 0,7 кПа (70 мм вод. ст.). Потребляемая мощность электрооборудования котла не зависит от его теплопроизводительности и составляет не более 100 Вт.

Поступающая в камеру горения газовоздушная смесь сгорает почти полностью, поэтому в ПГ содержание СО примерно 95 мг/м3, оксидов азота - 35 мг/м3. По сравнению с аналогами, работающими по принципу факельного горения, котлы с пульсирующим горением выгодно отличаются небольшими размерами и массой.

Анализ котельной техники малой и средней мощности от отечественных и зарубежных производителей показывает, что наибольшее распространение в настоящее время находят горизонтальные жаротрубные и жарогазотрубные котельные агрегаты для производства пара и горячей воды, основные типы которых приведены на рис. 5.2.

Жаротрубный котел (рис. 5.2, выполняется в виде цилиндра, заполненного водой, внутри которого расположена жаровая труба выполняющая функции топки. Горелка устанавливается в торцовой части жаровой трубы. Передача теплоты от факела и ПГ к стенкам жаровой трубы осуществляется преимущественно путем излучения. Дымовые газы, пройдя жаровую трубу и отдав теплоту воде, направляются через патрубок в дымовую трубу.

В жаротрубном котле на рис. 5.2, жаровая труба имеет U-образную форму. Этим достигается некоторое увеличение поверхности нагрева и необходимое соотношение между длиной и высотой котла.

Интенсификация теплоотдачи от ПГ к поверхностям нагрева достигается в жарогазотрубных котлах, в которых установлены радиационная и конвективная поверхности нагрева. Радиационный теплообмен осуществляется в жаровой трубе таких котлов, а конвективный теплообмен - в трубах небольшого диаметра, через которые с достаточно большой скоростью проходят продукты сжигания топлива. Жаровая труба и конвективная поверхность нагрева в таких котлах, получивших название двухходовые жарогазотрубные, снаружи омываются водой. Разворот ПГ осуществляется в поворотной камере, расположенной за жаровой трубой.

Более глубокое использование теплоты ПГ за счет увеличения времени пребывания газов достигается в трехходовых жарогазотрубных котлах (рис. 5.2, в), в которых газы последовательно проходят жаровую трубу и конвективную поверхность 5, к которой они поступают через две поворотные камеры, расположенные со ответственно за жаровой трубой и в передней крышке, где уста новлена горелка

Известны горизонтальные котельные агрегаты с двумя жаро вы ми трубами, каждая из которых имеет самостоятельное отопление с помощью горелок.

Рис. 5.2. : а - жаротрубный; б - жаротрубный с U-образной жаровой трубой; в - трехходовой жарогазотрубный; г - жаротрубный с двумя жаровыми трубами; д - водо &трубный с змеевиковой поверхностью нагрева; е - жарогазотрубный с инверси онной топкой; 1 - горелка; 2 - жаровая труба; 3 - корпус; 4 - патрубок к дымовой трубе; 5 - конвективная поверхность нагрева; 6 - поверхность нагрева в виде змеевиков; ПГ - продукты горения

Наличие двух жаровых труб 2 (рис. 5.2, позволяет увеличить мощность котельного агрегата, а также более эффективно проводить регулирование его производительности. На малых нагрузках подача топлива на одну из жаровых труб может быть отключена, на средних и больших нагрузках в работе находятся обе жаровые трубы.

В водотрубных конструкциях котельных агрегатов вода находится внутри труб. Так, в котельном агрегате, изображенном на рис. 5.2, поверхность нагрева выполнена в виде змеевиков, образующих жаровую трубу 2 и конвективную поверхность 5.

Большое внимание при разработке современных конструкций котельных агрегатов уделяется снижению выбросов токсичных газообразных оксидов азота. Этого удается достичь при использовании специальных горелок с низкой эмиссией NOX, выборе геометрических характеристик топки, обеспечивающих умеренное значение плотности тепловыделения в топочной камере порядка 0,4...0,6 МВт/м3.

В жарогазотрубных котлах с инверсионной топкой (рис. 5.2, поток ПГ, пройдя топочную камеру, ударяется в заднюю ее стенку, в результате чего разворачивается и движется в обратном направлении к передней стенке, откуда через промежуточную камеру поступает в конвективную часть котла, в которой конвективная поверхность нагрева 5 выполнена из труб малого диаметра. В результате такой организации движения ПГ подмешиваются к факелу, снижая его температуру и тем самым приводя к уменьшению образования термических оксидов азота (оксидов азота, образующихся при высоких температурах).

В настоящее время для умягчения и обессоливания подпиточной воды используются весьма сложные установки, зачастую требующие для своей работы дорогостоящих компонентов. Кроме того, неизбежны штрафные платы и за сбросы солевого концентрата, который губительно влияет на окружающую среду.

Вакуумный водогрейный котел японской фирмы Takuma (рис. 5.3) - это герметичная емкость, наполненная определенным количеством хорошо очищенной воды. Топка котла представляет собой жаровую трубу, находящуюся ниже уровня воды.

Выше уровня воды в паровом пространстве 5 установлены два теплообменника и Один из них (теплообменник 5), включается в отопительный контур, другой (теплообменник - работает в системе горячего водоснабжения.

Благодаря небольшому вакууму, автоматически поддерживаемому внутри котла, вода закипает в нем при температуре ниже обычных 100 °C. Испарившись, она конденсируется на теплообменниках и затем поступает обратно в котел. Так как очищенная вода в процессе эксплуатации никуда не выводится из агрегата, облегчается задача обеспечения необходимого ее количества.

Рис. 5.3. :

1 – предохранительный клапан; 2 - блок автоматического удаления воздуха; 3 - теплообменник отопительного контура; 4 - теплообменник контура горяче го водоснабжения; 5 - паровое пространство котла; 6 - мановакуумметр; 7 дымовая труба; 8 - топка в виде жаровой трубы; 9 - конвективная поверхность нагрева; 10 - вентилятор; 11 - горелка; 12- блок управления; ПГ - продукты горения

Таким образом, снимается проблема химической подготовки котловой воды, качество которой является непременным условием ни дежной и длительной работы котельного агрегата.

Отопительные котлы американской фирмы Teledyne Lears это водотрубные установки с горизонтальным теплообменником из оребренных медных труб. Особенностью таких котлов, полу чивших название гидронные, является возможность исполыови иия их на неподготовленной сетевой воде. В этих котлах обеспе чивается высокая скорость протекания воды через теплообмен пик (более 2 м/с). Таким образом, если вода по своему состииу может вызывать коррозию оборудования, то образующиеся час тицы продуктов коррозии будут откладываться в виде накипи, но только не в теплообменнике котла. В случае использования жесткой воды быстрый поток снизит или предотвратит образование накипи. Необходимость высокой скорости привела разрабогчн ков к решению максимально уменьшить объем водяной части котла, так как в противном случае нужен слишком мощный циркуляционный насос, потребляющий большое количество электроэнергии.

Рис. 5.4. Жарогазотрубный трехходовой паровой котел Universal международной компании LOOS :

1 - импульсы к регулятору давления; 2 - манометр; 3 - люк для осмотра парового пространства котла; 4 - сепаратор пара; 5 - паровой вентиль; 6 - предохранительный клапан; 7 - люк в газоход; 8 - водяной экономайзер; 9 - обводной газоход (байпас) экономайзера; 10 - дымовая заслонка байпаса; 11 - сборная камера продуктов горения; 12 - дренажная труба для конденсата ПГ; 13 - гляделка; 14 - люк в водяное пространство котла; 15 - продувочный кран; 16 - опорная рама; 17 - поворотная камера ПГ; 18 - топка в виде жаровой трубы (топочная камера); 19 - конвективная поверхность нагрева; 20 - тепловая изоляция; 21 - секции для рециркуляции воды; 22 - горелка модулируемого регулирования; 23 - люк в поворотную камеру; 24 - водомерное стекло; ПГ - продукты горения

В последнее время на российском рынке реализуется котельная техника многочисленных зарубежных фирм и совместных российских и иностранных предприятий. На рис. 5.4 приведен жарогазотрубный трехходовой паровой котел Universal международной компании LOOS. Котел имеет топку выполненную в виде жаровой трубы, омываемой с боковых сторон водой. В переднем торце имеется откидывающаяся дверца с двухслойной тепловой изоляцией, в которой установлена горелка модулируемого регулирования. Продукты горения из жаровой трубы поступают к конвективной газотрубной поверхности нагрева совершают двухходовое движение, а затем из сборной камеры ПГ направляются в газоход, где установлен водяной экономайзер Для ре гулирования температуры подогреваемой воды в экономайзере часть газов может проходить мимо водяного экономайзера по об водному газоходу (байпас). Расход газов через водяной экопо майзер регулируется с помощью дымовой заслонки байпаса.

Подвод воды в котел осуществляется по патрубку, располо же иному в верхней части котла, а отвод пара - через паровой вентиль 5. Наружные поверхности котла имеют тепловую изоля цию Осмотр внутреннего состояния парового и водяного про странств котла производится через люки и Для слива кон денсата, образующегося из ПГ, предусмотрена дренажная труба 12. Котел устанавливается на опорную раму

Относительно большой объем топки и, как следствие, невы сокая плотность тепловыделения в топке (0,4... 0,6 МВт/м3) обеспечивают полное сгорание топлива. Благодаря трехходовому движению дымовых газов достигается высокая эффективность ра диационного теплообмена в жаровой трубе и конвективного теп лообмена в газотрубной части котла. Тепловая мощность котлов такого типа 11,2... 29,9 МВт, КПД котла в стандартном исполпе нии 95,9 %.

Автореферат диссертации по теме "Теоретические основы повышения эффективности работы котельных установок"

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРШКАЦЙИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Белорусский научно-исследовательский теплоэнергетический институт

твенное объединение "Минскэнерго"

ТЕОРЕТИФСКИЕ основы ПОШПЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ

КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК.

05.14.01 - Энергетические системы и комплексы

На правах рукописи

БАЙРАПЕВСКИЙ Борис Аыуратович

Работа выполнена в Белорусском научно-исследовательбком теплоэнергетическом институте Республики Беларусь.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор СЕДЕЛКИН В.М.

доктор технических наук, профессор БУБНОВ В.П.

доктор технических наук, профессор БОКУН И.А.

Ведущая организация - БЕЗШШИЭНЕРШПРШ, г.Минск.

Защита состоится " Э 1993 г. в час.

П заседании специализированного совета ИГО АН Б ДО06.03.01 по 7!репу: 220109, Минск - Сосны, Шститут проблем энергетики АН Б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПЭ АН Б.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью учреждения, в л пух экземплярах просим направлять в адрес специализированного совета при ИПЭ АН Б: 220Ю9, Минск - Сосны, Институт гроблем энергетики АН Б, Специализированный совет ИПЭ АН Б.

Ученый секретарь специализированного совета, д"-ктор технических наук ^

Б.Е.Тверковкин

ОЩА.Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Переход народного хозяйства нашей страны на рыночные отношения в условиях нехватки электрических мощностей, возросших требований к охране окружавшей среды и кризисных явлений в плане поставки топлива ставит серьезные задачи в -области теплоэнергетики, как одной из ведущих отраслей промышленности. Опыт показывает, что осуществление природоохранных мероприятий в ряде случаев требует коренного пересмотра утвердившихся ранее конструкций горелок и режимов работы поверхностей нагрева котлов. В условиях эксплуатации бывают случаи, когда высокая температура воды.за котлом, а следовательно и температура уходящих газов, может быть снижена режимными мероприятиями до потребного температурного уровня в теплосети, установленной графиком. Исследования показали, что здесь большую роль играют соотношения массовых потоков теплоносителей: расходов воды через котлы, в теплосети и от бойлеров ТЭЦ. Выявление закономерностей этих потоков позволяет организовать рациональное распределение их, что в свою очередь способствует уменьшению до минимума, а в ряде случаев и до нуля разрывов между температурами воды в теплосети и на выходе из котлов. Низкотемпературная коррозия конвективных поверхностей нагрева водогрейных котлов в ряде случаев является результатом несовершенства конструкции и схемы циркуляции воды в "них. В основе решения этой проблемы лежат особенности процессов лучистого и конвективного теплообмена через, поверхности нагрева котла. Выпускаемые заводами трубчатые воздухоподогреватели (ТВП) холодной ступени являются наиболее консервативными элементами котлов в плане своей конструкции и нерациональности температурных режимов работы.

Решение указанных проблем требует углубления знаний в вопросах теплообмена и распространения струйных потоков в топках и горелках котлов. Значительная часть таких задач решается путем модельных исследований. Поэтому вопросам усовершенствования практических методов моделирования в диссертационной работе уделено большое внимание.

Цельнаботы. Разработка комплексных мероприятий по стабилизации надежности и повышению экономичности теплоэнергетического оборудования на практике, внедрение которых примем шло к любой энергосистеме и ряде промышленных предприятий. Не исключено применение этих разработок к нетрадиционным конструкциям теплоэнергетического оборудования, которые утвердятся ь бпи:кайгаем будущем.

На основании выполненных исследований шш постижения указанной цели решены следующие задачи:

Разработаны практические метопы модельных исследований, доступные к осуществлению как силами НИИ, так и в условиях про-извопства;

Разработана модель процессов тепло- и массообмена в ст~. руйных потоках, образованных взаимодействием коаксиальных встречных и.спутных ограниченных струй, характерных для форкамерных горелок;

Выявлен ряд закономерностей в отношении распределения разнотемпературных потоков в пределах котельной и определено их влияние на. режимы работы котлов;

Разработаны варианты модернизации водогрейных котлов с традиционной (а.с.СССР М» 943493, 1010409) и каскадной (а.с.СССР Jf 992940) схемами питания, метопы расчета оптимальных режимов работы котла и котельной в целом;

Определены основные закономерности процессов теплообмена

и разработаны инженерные меиоды расчета трубчатых воздухоподогревателей холодной ступени разных модификаций: с неравномерным подогревом воздуха за калориферами, с трубами разных диаметров (o.e. СССР Ш& 699837, 821843, 966419), с ребристыми трубами и с электрообогревом труб (а.с. СССР ОТ 800497, 8I95I3).

Научную новизну представляют:

Результаты исследований в области моделирования теплофи-зических процессов при работе топок котлов, горелочных устройств, смесительных и струйных камер горения, воздуховодов и пр.;

Результаты экспериментальных исследований режимов работы циклонной камеры и рециркуляционных форкамерных горелок при сжигании газа и мазута;

Результаты анализа структуры струйных потоков в рециркуляционных камерах при холодных продувках и в условиях горения топлива. Разработка метопа расчета процессов распространения струй в форкамерной горелке и теплообмена их с ограждающими стенками;

Результаты исследования закономерностей распределения ра-знотемпературных потоков воды в пределах котельной и влияние этого ({актора на экономичность работы водогрейных котлов;

- "введение показателя, характеризующего степень загрязнения

поверхностей нагреса котлов в сравнении с их номинальным состоя*

Нием и применение этого показателя для расчета оптимального распределения нагрузок между водогрейными котлами; ■

Результаты исследования общего принципа каскадной схемы питания Са.с. СССР № 992940) и режимов работы водогрейных котлов по этому принципу;

Результаты анализа процессов теплообмена в трубчатых воздухоподогревателях традиционной конструкции, с трубами разных

диаметров, с ребристыми трубами и в случае электрообогрева труб.

Практическая ценность материалов исследования заключается в следующей:

Разработана система инженерных формул, позволяющих определить оптимальный масштаб модели и осуществить расчеты тепловых и аэродинамических характеристик объекта исследования, а именно: температур газов и ограждающих стенок камеры горения, коэффициентов Теплообмена, тепловосприятий и теплонапряжений в зоне горения, скоростей потоков газов и воздуха, сопротивлений каналов и устройства в целом;

Разработан метод расчета тепловых и аэродинамических характеристик рециркуляционных камер горения;

Высокотемпературный подогрев мазута рассматривается кан альтернативное мероприятие, компенсирующее затраты, вызванные ухудшением экономичности работы котла в связи с осуществлением мер по подавлению оксидов азота: двухступенчатого сжиганий, введения газов рециркуляции, увлажнения мазута, сжигания замазучен-ных вод и т.д.;

Разработан метод расчета оптимальных режимов работы котельной на основании фактических показаний штатных приборов с применением, вычислительной техники;

Обоснована целесообразность применения каскадной схемы питания теплообменников любых типов с целью передачи тепла с малыми перепадами температур теплоносителей на входе и выходе;

Разработаны принципы каскадной схемы питания водогрейных котлов разных типов с целью увеличения их надежности и экономичности;

ного подогрева воздуха в калориферах.

Методы исследования основаны на результатах:

Обобщения фактических режимов и опытных данных о работе оборудования и сопоставления их с установленными нормами, теоретическими предпосылками и опытными данными других исследователей с учетом сложившихся концепций по тому или иному вопросу на уровне мировых стандартов;

Анализа причин отклонения режимов работы оборудования от установленных норм;

Анализа принципиальных и фактических возможностей усовершенствования существующих конструкций оборудования и соответствующих технологий, контроля за качеством и производством электроэнергии и теплоты.

Достоверность научных результатов п выводов, полученных в работе определяется:

Правомерной последовательностью теоретического анализа, в частности при изучении процессов моделирования теплообмена и распространения струй в форкемерных.горелках, при изучении особенностей рекимов работы поверхностей нагрева водогрейных котлов, трубчатых воздухоподогревателей и т.д.;

Опытными данными и удовлетворительными результатами анализа их погрешностей (порядка 10-20$ при исследовании циклонной камеры и 4-12$ при исследовании работы форкамерных горелок на котле), что позволило разработать метод выбора и расчета конструктивных характеристик форкаыерных горелок в процессе их проектирования;

Обоснованной оценкой недостатков фактических режимов работы оборудования, его конструкций.и методов контроля за эффективностью технологических процессов. Например, при исследовании, оптимальных режимов работы котельных, схем питания и циркуляции котлов, вопросов модернизации воздухоподогревателей и контроля за эффективностью работы Тс)Ц, котельных и теплосетей.

Автор защищает: материалы исследования, собранные в единый комплекс, которые могут быть использованы в порядке намечаемых программ по пути дальнейшего усовершенствования технико-экономических показателей в области теплоэнергетики, а именно:

Теоретические разработки в области молельных исследований; нетрадиционные методы анализа результатов опыта; инженерные формулы расчетов по определению режимов работы моделей, взаимосвязей между техническими характеркотиками модели и оригинала;

Методы оценки эффективности работы смесительных камер и вариантов компоновки вихревых горелок в топке котла в плане защиты ограждающих стен от попадания факела;

Результаты теоретических исследований в области процессов тепло- и массообмена при распространении потоков в смесительных форкамерах горения со спутными и встречными коаксиальными струями;

Результаты теоретических исследований по выявлению оптимальных режимов работы водогрейных котельных;

Варианты модернизации водогрейных котлов;

Принцип каскадной схемы питания водогрейных котлов традиционных и вновь создаваемых конструкций;

конструкции различных модификаций трубчатых воздухоподогревателей (ТШ) и результаты теоретических исследований особенностей процессов теплообмена в таких ТЕП;« методы их.расчета.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались: ..

На научно-техническом совещании Оптимальное использование ^теплогенерирующих источников, осуществляющих теплоснабжение городов"-в г.Минске 12 июня 1981 г.;

На Всесоюзном научно-техническом совещании "Повышение на-аекнссти водогрейных котлов типа ПТВМ и КВ-ГМ и схем теплоснабжения" в г.Риге 19-21 октября 1982 г.;

На научном семинаре лаборатории энергопереноса ИТМО АН ЗССР в г.Минске в июне 1965 г.;

На заседаниях теплотехнических секций НЮ Белэнергоремма-ггадки 18.05.84 г., 20.05.85 г., 24.01.86 г. и областного правления НТО Э и ЭП Минской области в мае 1986 г.;

На заседании технико-экономического совет? Минскэнерго от /го соответствует" объемам продуктов сгорания на входе в топку.

Равенство масштабов А/т_= Mo можно достигнуть путем подогрева рабочего воздуха.. 7Z в модели, поступающего из амб-рпзуры горелки. В сравнении с температурой рабочей среды в топ-_ ко (Ц) омэ определяется так: То Vre

Тт -У4 4„Тт

На основании dwitob установлено, что при изучении температурных полей в модели топки в качестве рабочего тела целесообразно использовать воздух, в для визуализации потоков рекоменяует-п " чп.пн^я" модель со ипуЕями воздуха через амбразуры горегоч-|п" у"-тррПстт.!. Рлсширемие ргбочей среды в топке имитируется об-

разованием воздухо-водяной смеси. Организация вдува воздуха в "водяной" модели приводит к разным значениям плотностей ^ и

*г, что в свою очередь позволяет постигнуть равенства масштабов/^, и Мт » а также свести к минимуму различия между аэродинамикой взаимодействующих потоков модели и оригинала.

Выбор масштабов Мт и Мо определяется также запачами исследования, необходимостью соблюдения равенств критериев Рос-сби (/?о), характер изуюших интенсивность крутки потоков, и техническими возможностями при изготовлении модели. Выполненные исследования позволили разработать рабочие формулы по определению конструктивных размеров закручивавшего аппарата при изготовлении модели горелки..

Математическое моделирование взаимодействия вихревых потопов на выходе из горелки с потенциальной средой в топке представляется в виде относительных постоянных составляющих скоростей Ух = их/и01 И Уу = Цч/и.о1 ■

1х ¿Г % (Х-ЭС^2+ (У-УсУ "

Г7 _ -г- ¿¿у1 _ -г- (Х-- 2о1_

где Гс/(2 // Д0i) - тангенциальная скорость враще-

ния на границе потенциального потока плоского вихря в амбразуре С -ой горепкм с радиусом, /2 циркуляция скорости; ^¿/¿о, ¿О - ширина топки, Ус~ - координаты размещения центра вихря ¿"-ой горелки, СС-Х/1, У=„y/¿ - текущие координаты, П - число-вихревых горелок на стене топки.

Нерациональные направления крутки горелок относительно друг друга приводят к набросан факела на близлежащие экраны.Расчетные формулы (16) позволяют построить эпюры скоростей в любых горизонтальных и вертикальных сечениях топки, включая и плоскости ограждающих стен. На рис.Зв порядке примера показаны восемь произвольных вариантов направления круток потоков в амбразуре горелок котла ПТВМ-50. Расчеты выполнены по формулам (16) при условии, что диаметр ядра вихря равен диаметру амбразуры горелки, т.е. 0,33 м. Ширина топки ¿0 = 4,2 м. Вертикальные составляющие скоростей Уу вычислены только плп

сечения топки на уровне 3 м от пола.

Моделирование процессов массообмена при влиянии сил конвекции и гравитации основано на■дальнейшем исследовании модифицированного комплекса

упоминаемого в работах Повха И.Л., Батурина В.В., Дудинцева Л.М., Талиева В.П. и пр. Установлено, что при исследовании таких потоков необходимо строго разграничивать расчетный (инд. "Р") и фактический (инд."Ф") масштабы перепадов температур на входе (вх) и выходе (вых) исследуемого объема: (,-

~~ ¿ех). ®т0 вызвано затруднениями при расчете теп-лопотерь через ограждающие стенки модели в окружающую среду.При неудовлетворительной теплоизоляции модели.измерения могут выполняться при значениях Сл^^С^ , что практически не сказывается на точности результатов. При пересчете локальных температур" с модели на натуру следует также исходить из фактического Сл1 значения масштаба перепадов температур. Расчетное значение С^ используется в процессе отлаживания модели по расходу рабочей среды и уровню фактических теплопотерь через ограждающие стенки.

При изучении смесеобраоовательных процессов практический интерес представляют значения скоростей и концентраций компонентов, имеющих постоянные источники в разных точках исследуемого объема и вентилируемых потоком рабочей среды. Метод исследования основан на измерении скорости падения концентрации одного вещества/? при замещении его другим В. Положим, нзчи-" ноя с некоторого момента времени 2 - 0,состав исследуемой среды Осм, подаваемой в пространство 14м, резко изменил концентрацию компонента от

Замещение компонента Д другим компонентом В произошло таким, образом, что суммарный объемный расход

не изменился. Что

касается локальных значений концентраций Сс компонента Л, то нечиная с момента I = О они с течением времени I > 0 уменьшаются. В данном случае механизм замещения одного компонента другим В аналогичен механизму мономолекулярной химической реакции типа /)-*■ В В данном случае по аналогии с законом дей-стьуюшиг мпсс, учитывал падение концентрации Сг во ■ времени, гмргм:

где Мь - константа.

На основании пальней-ших исслепо-ваний определено выражение, характе-ризуюзее степень вентиляции элементарных объемов АД в двух сравниваема точках М и А/ о потоками вентиляции

соответственно:

Ргз.З, ..Гмпрдаямяа рмугтхутая еацтвЕясё» Смрмгерэх.. " екорое*г,1 .е^генио Тйпга гст.м ПТЕМ - 50 п5 уртвяз 3:1 Н

Гфиэаигалыяк еоет?вг.Фя;гх \"л евйяз» етги еЗ при рьггг^ж

лгах: тпрайлгийй кгрткл г.отвгов возят** е р®Гйвтра*торг»к.„

ашчения й.^гП{ й: раСот»-0-я герммц &",--оч<М№тм Кг" I -Уц йря ОТГЛОЧЗШЦК КргйЖЯС ГврвЛЕП. "; "■„.■......".. ■■"*

где Со, С/ч, £v - концентрации рабочей срепы (вещества fí) в начальный момент времени 7 = 0 (в среднем по всему объему ис-слепуемого пространства), и спустя некоторое время Т в точках М и /V ; " \Л/м,ы ~ условные- скорости потоков рабочей срепы в точках М ■ и /V ; СТ - концентрации примесей, выделяе-

мых стационарно в адекватных точках /У и Л/ оригинала.

Локальные концентрации примесей C¿ в оригинале по лонным испытаний модели определим так:

Ci пр_ Ti Ар " его)

СсТ" Ve, горения со спутио-иольчеси«

¡потоками воздуха. Пунктирша яяник - дадьыз лрГгорении топлива, применительно ¡штрихпуият"ирщэ - при холодных ррэдувка*. Спяорпдсл ляшяш по- гя зтЬиКаШЮННОЙ

" «ллями У.тп^игчтч 1» .1" гти г" п г 1 гпПРНая. ТйЯ"и ППИ * . -

(двухступенчатой) камере горения; ■ - сделан ена-

"казаки криви«, зсарактершз клк.для условия горении, так к при холодщх- продувках. 2 - 3 4 г-& /0 .

5 - и)х\ 6 -Юа». 7-Ь7Р, О 9 -"¿л"/^Г, 10 Ъ -Вх/Вр. К, .13М гЛ. К

лиз расширения струй в исследуемом объеме и разработан метод расчете распределения средних скоростей, температур" и массовых потоков рециркуляции вдоль камеры как при холодных продувках,та к "и в условиях горения;

Разработан метод расчета тепловых и аэродинамических- характеристик исслеяуеиш: горелочних устройств;

В Евстдй глаРе.рассмотрены пути обеспечения надежности, повышения зконимичности и экологического эффекта котельных устано-

вок, На основании исследований установлено, что влияния на экологический эффект обоих факторов - расхода, топлива В с одной стороны и перепадов температурДТ между газами и окружающей средой с другой - равнозначны и противоположны, т.е.: ЗС^/дВ = Г ДО ¿^у» ~ концентрация рассеиваемых выбросов в

приземном слое ат-

о о,2 о.ч о,а о.! /.о х*

1.0 /.е ■ ".г

0.2 О,Ц Цб /¿>

мосферного воздуха. Таким образом, всякое мероприятие по- снижению температуры уходящих газов за котлом следует рассматривать с точки зрения влияния этого мероприятия на технологический процесс подогрева воды и генерации пара в нем..Если снижение температуры уходящих газов приводит к соответствующему ро-

1.1С"1"Т1ПП дичг.1» кттри горения со встречт-колмигы-

"571ГЛ--,! ! > ¡¿ XI. Ку>«Т*Г№« ЛИНИИ - Д1НН4» В|И ГОргНЛИ ТОП-

птяхяууктигн!« - г т и холоечкх пр07у?ктх. СПХ01М1ГЧ1 лиге- с ту КПД СруТТО КО-ята крч!», л"-г:-"К7срч1.г тк Д1Ч уе*0»я3 горения, так и: ТТО (Т.О. ВЛНЯеТ

гчи /010дкл грояугклх. I - Гхя^ЯГ. 2 - Тр "УК, 3 -Л-/0. "

л -р. 5 -¿Л, с,-ирг. 7 С-ю... э - ю - т звено,учоствую-

¿,-/Э->°С, II -В,/В, 1П -Рг-,%

шее в техпологиче-ском процессе теплообмена рабочих сред в котле), то в этом случае увеличения концентраций вредных выбросов, т.е. экологического "ущерба" за счет снижения эффективности работы дымовой трубы, не будет. В противоположность этому всякая утилизация дымовых газов за последней поверхностью нагрева котла путем включения теплообменных аппаратов и прочих звеньев, но участвующих в технологическом процессе теплообмена в котле и не способствует?* уменьшения расхопя топлива, чревата увеличением вредных выбросов за счет снижения эффективности работы дымовой трубы (с пониженной темперртурой газов и неизменном их массовом расходе).

Одним из ьажных резервов экономии топлива в котельных является освоение их оптимизационных режимов. Установлено,что оптимизация режима работы водогрейной котельной может осуществляться по двум направлениям одновременно: по пути оптимального распределения нагрузок между "котлами и по пути уменьшения до минимума разрывов между значениями температур воды на выходе из котлов и в прямой теплосети. В отличие от известного цетода "относительных приростов" задача оптимального распределения нагрузок в ванной работе основана на анализе фактических показателей работы котла и сравнении их с номинальными. При выполнении соответствующих расчетов вводится комплекс f , характеризующий влияние загрязнения поверхностей нагрева (с помощью коэффициента ^) за период эксплуатации на рост температуры уходящих газов в сравнении с номиналом. Из сравнительного анализа процессов теплообмена через чистую и загрязненную поверхности нагрева следует, что производная дбух/З^ для того или иного состояния котла является константой, т.е. Э^ух/д?~ ~ - (¿ух~ ¿еР),К0"^£опи; здесь ¿УК) -температура уходящих газов и воды в поверхностях нагреЕа, К0 - коэффициент теплопередачи. Величину этого комплекса можно вычислить путем сравнения значений при фактических и номинальных условиях на основании известной формулы Я.Л.Пеккера для ^ и анализа функций: ¿ух, с/ул, ¿хв)> /("¿т^ f) ; здесь ¿т, Окт - температура воды на входе в котел и ее расход; - коэфф)ициент избытка воздуха в уходящих газах. В. конечном итоге замкнутая система уравнений., позволяющая вычислить нагрузку Ос с -го котла при общем числе их / имеет вид:

_/7____^ _/___(25)

где fc (Ql) - функция изменения от нагрузки фактического значения кпд брутто котла. Она определяется из учета аналогичной исходно-нормативной зависимости -ff&J путем корректировки последней на фактические отклонения балансовых потерь теплоты: В гсиомамтнон когле rax;

где ^ и можно установить по формуле Пеккера Я.Л.,

Исследования второго пути оптимизации работы котла позволили установить три категории режимов работы комплекса. теплоснабжения, кржпый из которых (ь расчете на опин котел) характеризуется определенными соотношениями расходов поды в сети (jci , через бойлера ТЭЦ Gr^ni и через котел -Gutni , а именно: по 1-й категории Gci^($ктс, по 2-ой категории u£s"&K"nt"^ßcc\

Сравнительный"анэлиз показал, что эффект за счет экономии топлива б результате оптимизации нагрузок колеблется в пределах от 0 до 0,373. В то же время аналогичный эффект зе счет оптимального распреголения потоков воды в пределах котельной в 3-5 раз больше, т.е. в пределах от 0 до 1,48$.

На основании анализа теплового режима работы поверхностей нагрева и топок водогрейных котлов следует, что их необходимо модернизировать:

Улучшить топочные процессы путем организации исполнения минимально-допустимого уровня гор елочных устройств в топке котла и увеличения объема топки за счет ликвидации больших откосов холодной воронки;

Увеличить коррозионную стойкость котлэ, не снигая его оконаличности, путем организации последовательного подогрева воды сначала в экранях топки, затем в конвективных поверхностях ногревя котла, расположенных в газоходе и перевопя режичо работы конвективного пучка с противоточного на прямоточный;

Повысить надежность работы котла при резких колебаниях гидравлического режима путем исключения нисходящих потоков ьо-ды в экранных трубах и исключения подачи и отвода воды через коллектора по схеме „2Г " с целью замены ее"но схему„/7" , обеспечивающую меньшую гидравлическую разверку труб;

Увеличить производительность котла и защитить от коррозии поверхности нагрева его, расположенные в зоне уходящих газов путем организации дополнительного ввода холодной или горячей (после насосов рециркуляции) воды в промежуточный трпкт котла и организации двух независимых контуров от насосо рециркуляции при работе котла по 2-х ходовой схеме: один поток направлять в контур, позволяющий выдерживать меньшую темперртуру воды на входе, другой - в контур, требующий более высокого температурного уровня. При этом общая темперптурр воды поело смече-

ния на выходе из обоих контуров котла должна соответствовать заданному графику в теплосети.

Задача по снижению температуры воды на выходе из котла до заданной величины решается также путем организации каскадной схемы питания (КСП). Принципиальная схема подогрева воды таким способом показана на рис.8а на примере котла, включенного в теплосеть. Здесь один котел, способный передавать тепло &= -С6к(Ь~£ц) " разбит на J секций. Каждая из них способна генерировать, положим.//^" часть теплоты от суммарной величины 0=^1 йс = С"6к£. (-¿я -¿а) , т. е. ¿? , причем,

£ -< ¿£ -¿7/ " Эпюры изменения температур теплоносите-

ля в случае организации КСП (линия 3) и без нее (линия 4) показаны на рис.8б. Такой результат постигается путем соответствующего распределения потоков воды, указанных на рис.8а. Изменение расходов эт^х потоков (при условии, что тепловые и гидравлические режимы всех секций одинаковы) и уменьшение степени подогрева волы в таком секционном котле в зависимости от числа секций J можно выразить так:

Gh j а „-¿о) + ¿¿-¿л

G,< ~ ¿(¿x<-io)+ ¿л~1н ■

где = Od - расход воды через каждую t -ую секцию котла, Sp - поток рециркуляции.

Кривые (27) показаны на рис.Бв. Расчеты выполнены при значениях ¿а = 70°С, {и = Ю4°С, ¿2 = 150°С.

Таким образом, основной особенностью КСП водогрейного котла является возможность снижения среднего температурного уровня циркулирующей воды в поверхностях нагрева со всеми вытекающими из этого последствиями. В частности, более низкий температурный уровень воды в котле позволяет иметь некоторый запас в отношении предельных норм"качества котловой воды, что очень важно при частом попадании в теплосеть сырой воды. Кроме того,открываются возможности снижения температуры уходящих газов путем

уменьшения

5) OS" 0.4 -0.20

температуры волы на выходе из котла. Такая схема питания может быть использована не.только при разработке котлов новой конструкции,но и при модернизации старых. Организация КСП котлов, работающих в базовом режиме. по 4-х ходовой схеме-позволяет увеличить их производительность, не уменьшая температуру воды на входе ниже Ю0-104°С. Известные отличия между процессами теплообмена в топке и газоходе котлэ открывают возможности по организации с помощью КСП ра-знотемпературных режимов подогрева вопы в его.секциях с целью стабилизации температуры уходящих газов. на допустимом уровне в широком дгапазоне нагрузок. К СП котла позволяет загружать его в пиковом, базовом и соответственно промежуточном (смешанном) режимах по мере необходимости ь оперативном порядке путем соответствующих переключений,не меняя циркуляции воды ь се-

Т>ис.8. . Каск»дная Схема.и тодогрей }(чго уотла с организацией четирсх (^«4) одинаковых секций нагреяа. & - схем» циркуляции потоков: I - сетевой насос; 2 - на-соо рециркуляции. б - опяри течлерптур соды по тракту котла: 3-е организацией 1-ЕЛ; 4-е традиционной схечой питания, в - зарис;"мсст»! иугененяя потоков Gp , Sie и степени подогг«""" годы п котле ¿jJ - i/t от числа секций/ : 5 - ¿ij - In)/ (¿i - ///); С - fy/Gr-,

ти и котле. Организация КСП облегчает задачу оптимизации режима котельной в целом из учета загрузки насосов рециркуляции и повышения надежности, и экономичности котлов, способствует осуществлении оптимизации комплексе теплоснабжения в целом.

излагаются результаты исследования режимов работы трубчатых воздухоподогревателей холодной ступени (ТШ). Одно и то же количесюо труб в ТШ традиционной конструкции* может располагаться о разными шагами по фронту движения воздуха и глубине куба. Исследования показали, что в связи с этим меняются тепло-технические характеристики куба (его сопротивление по воздуху и тепловосприятие). На рис.9 в порядке примера показаны изменения некоторых характеристик куба в зависимости от." числа рядов по глубине его » конструктивного параметра

-.¡о но, последний определяется значениями ша-. ГОВ Роп, Рсу- и числом рядов = 39 в ТШ, с которым производится.сравнение ■ (инп."О"). На оси ординат (рис.9) в виде безразмерных комплексов указаны: К= (..¡о; 0„=(0г»-0оу

Го -/00 0^О)

АРоУ/ооЖ1

чина я от некоторого чи-; ела рядов (V як в

0,2 0,4ОА 0,6 0,7 "Т

Рис.® . Теплотехнические характеристики ТТЛ трздшгаом- СТОРОНу УМеНЬШеНИЯ СО-

но» конструкии» в зависимости от параметра т.е. от" ПрОТиВЛвНИе ДР ТШ вариантов коипоновк» тру« » доске с разними числами:; возоастяет » В радов/..Безразмерные комплексы: I -_коз«иииент теп- . УВс,ко возрастает» а в

«передач* Ш х г - тепловосприятие См; 3,4 - темпера- СТОрОНу уменьшения Тй-

»да воздуха * ка»и*оде ¿Л»ГГ1Ь - сопротив- т возпветявт МП нн_ лени, по воздуху/}? : 6 - >змекен«о параметра У/СЬт возрастает, НО Нв-

1ЧЖНМ1 радо» / 4 значительно. Пр-И этом

рост температуры газов т£г за ТШ (т.е. снижение тепловосприя-тия ТВП) практически невелико. Оптимальное значение параметра в ТШ традиционной конструкции определяется в процессе разработки конструкции котла. . "

Исследования показали, что эффективными средствами увеличения надежности работы ТШ холодной ступени и экономичности котла в целом являются: установка по ходу подогреваемого воздуха рядов труб с постепенно или ступенчато убывающими диаметрами и дифференцированный подогрев воздуха в. секционном калорифере.Эта задача решена на основании анализа критериальных уравнений теплообмена в ТШ, где в качестве аргументов взяты диаметры и шаги труб. Принцип решения поставленной задачи следующий. По заданным значениям температур воздуха и газов на входе в ТШ и за калорифером определяются диаметры труб в первом и последнем рядах куба. Затем по полученным расчетным формулам устанавливается кривая распределения диаметров труб по рядам ТШ от первого до последнего. Вывод этих формул основан на анализе изменения тепловосприятия куба ТШ в каждом ¿"-ом ряду» что можно представить в виде уравнения:

К< 6вСв¿и = & ¿„с = - Япс, (28)

где Кг - коэффициенты пропорциональности; ЭС-Х/Х^ с началом отсчета (Л = О, I - I) от осей первого ряда; Ау - расстояние между первым (= I) и последним (¿V) рядами труб; Ое - массовый расход воздуха; ^ - поверхность и пла-

тность теплового потока труб С -го ряда; На основании (28) при установленных граничных условиях"определяем общие выражения по распределению диаметров труб и температуры воздуха по глубине куба модернизированного ТШ: /

&Хр(К, -X)] .

¿е;-1е< ~2)Гв-2>Г ехр(- ъ) " (30)

где константы ^

-\££1-, I (32)

/-ехр(-кл) " 2) -Ыа /с}