Система автоматизации на котлоагрегатах

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Кафедра «Компьютерные системы»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Автоматизированное проектирование»

на тему: «Система автоматизации на котлоагрегатах»

Павлодар, 2003

СОДЕРЖАНИЕ

| |ВВЕДЕНИЕ | |
|1. |Технологический участок образования пара, как объект АСУ | |
| |1.1|Технология парообразования и оборудование | |
| | |1.1.1 |Описание технологического процесса производства | |
| | | |пара | |
| | |1.1.2 |Технологическая инструкция по эксплуатации | |
| | | |паровых котлов | |
| | |1.1.3 |Описание технологического оборудования для | |
| | | |производства пара | |
| |1.2| |Электрические станции, их место в | |
| | | |технологическом процессе парообразования | |
|2. | | |Описание системы управления котлоагрегатом | |
| 3.| | |Выбор принципиальных технических решений | |
| |3.1| |Задача управления, ее декомпозиция. | |
| | |3.1.1 |Котельные установки как объект регулирования | |
| |3.2| |Техническое задание на создание новой АСУ | |
| | |3.2.1 |Требования, предъявляемые к системе | |
| | | |автоматизированного управления | |
| | |3.2.2 |Требования к контроллерам | |
| | |3.2.3 |Требования к информационным потокам | |
| |3.3| |Выбор основных технических решений по | |
| | | |управляющему и вычислительному комплексу, ПО | |
| | | |системы, пульту оператора, полевой автоматики и | |
| | | |сети. | |
| | |3.3.1 |Выбор средств полевой автоматики (ПА) | |
| | |3.3.3 |Требования к программному обеспечению (ПО) | |
| | |3.3.4 |Требования к сети | |
|4. | | |Проект АСУ | |
| |4.1| |Функциональная схема автоматизации | |
| |4.2| |Структура программно-технического комплекса | |
| |4.3| |Структурная схема контура управления | |
| |4.4| |Схема информационных потоков | |
| | | | | |
| 5.| | |Специальный вопрос: АРМ оператора узла. | |
| | | |Заключение | |
| | | |Список используемой литературы | |

Введение

Энергетика является ведущим звеном современного индустриально развитого народного хозяйства. Понятием «энергетика» охватывается, как известно, широкий круг установок для производства, транспорта и использования электрической и тепловой энергии и всех других энергоносителей, как-то: сжатый воздух, искусственный кислород и др. В их числе особо важное значение имеет электроэнергия в силу универсальности её применения в промышленности, на транспорте и в быту и большой транспортабельности – на многие сотни километров при минимальных потерях.

В СССР, как в принципе и сейчас в Казахстане, примерно 85% электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС), важнейшим звеном которых являются котельные установки, вырабатывающие пар для турбогенераторов.

В дальнейшем, при учете строительства мощных гидроэлектростанций (ГЭС) и более широкого промышленного освоения атомных электростанций (АЭС), процент «топливной электроэнергии» несколько снизится, но все же он составит, по- видимому, не мене 80% общего её производства. В общем, топливном балансе страны районные тепловые электростанции занимают около
15%, а, включая находящиеся в системе промышленных предприятий – примерно
25%. Значительно большое количество топлива, порядка 35%, потребляется промышленностью для производственных целей, а оставшиеся 40% приходится на все виды транспорта и коммунальное хозяйство. Если учесть широкое распространение на водном и железнодорожном транспорте паросиловых установок и применение различных котлов в коммунальном хозяйстве, можно констатировать, что не менее 55-60% производимого в стране топлива сжигается в топках котлов того или иного назначения.

Нужно указать далее, что промышленная энергетика является наиболее сложным энергетическим комплексом.

В его состав входят, помимо обычных котельных установок и паросиловых установок, специальные воздуходувные и кислородные станции, промышленные печи различного назначения, газификационные аппараты, сушильные и теплообменные устройства, тепловые и газовые сети, а также многообразное электрооборудование промышленных предприятий.

При выработке пара исходными рабочими веществами являются: топливо, окислитель - в основном кислород атмосферного воздуха и питательная вода, из которой получается пар нужных параметров, а производственными отходами – охлажденные дымовые газы и шлакозоловые остатки топлива. Дымовые газы получаются при сжигании (окислении) топлива в специальном устройстве – топке.

Тепло образующихся здесь горячих дымовых газов используется далее поверхностями нагрева для подогрева питательной воды, её испарения при определенном давлении, перегрева полученного пара, а также для нагрева воздуха, поступающего в топку для окисления горючих элементов топлива.

Дымовые газы, пройдя указанные теплоиспользующие устройства, выбрасываются затем в атмосферу. Вместе с ними уносится часть золы топлива, а остальная её часть в виде сплавленного шлака выпадает в нижней части топки, откуда она и выводится - непрерывно или периодически.

Сочетание топки и теплоиспользующих поверхностей именуется котельным агрегатом; котельная установка является более широким понятием, включающим дополнительно устройства для приготовления и ввода в топку топлива, вентиляторы для подачи воздуха и отвода в атмосферу охлажденных дымовых газов, питательные насосы и другое, более мелкое вспомогательное оборудование.

Промышленное применение пара имеет на сегодня почти двухвековую историю, считая со времен Ползунова (1728-1766 гг.) и Уатта (1736-1819 гг.), историю непрерывного прогресса в области паровых двигателей и паровых котлов. Однако значительные достижения были достигнуты в этих областях в
1930-1940 гг. За этот сравнительно весьма ограниченный отрезок времени в котельной технике достигнуто в количественном и качественном отношениях значительно больше, нежели за все предыдущие 150 лет.

Большие сдвиги котельной техники в1930-1640 гг., отражая общее ускорение темпов промышленно- технического прогресса, обуславливаются в основном бурным развитием за эти годы электроэнергетиков связи с интенсивным ростом энерговооруженности народного хозяйства, большой концентрацией мощностей и применением транспорта электроэнергии на огромные расстояния. Нужно указать, что до Октябрьской революции котлостроения в
СССР фактически не было, как и многих других отраслей тяжелой промышленности, а вся сравнительно небольшая потребность в паровых котлах покрывалась импортом их из Германии и Англии. Начиная с 1928-1930 гг. у нас создается собственная и мощная топочно-котельная промышленность, концентрируемая на ряде специализированных заводов, важнейшими из которых являются Таганрогский, Подольский, Барнаульский и Белгородский.

1. Технологический участок образования пара, как объект АСУ

1. Технология парообразования и оборудование

1.1.1 Описание технологического процесса производства пара

Технологическая схема производства пара на паротурбинной электрической станции с прямоточными котлами и сжиганием твердого топлива в пылевидном состоянии показана на рис.1. Твердое топливо в виде кусков поступает в приемно-разгрузочное помещение в железнодорожных вагонах. Вагоны заталкиваются в вагоноопрокидыватели и вместе с ними, поворачиваясь вокруг своей оси примерно на 180°, разгружаются в расположенные ниже бункера. С помощью автоматических питателей топливо поступает на ленточные конвейеры первого подъема, передающие его в дробилки. Отсюда поток измельченного топлива— дробленки (размеры кусочков топлива не более 25 мм) конвейером второго подъема подается в бункера котельной. Далее дробленка поступает в углеразмолъные мельницы, где окончательно измельчается и подсушивается.
Образовавшаяся топливно-воздушная смесь поступает в топочную камеру.

Рис.1 Технологическая схема производства пара

1-штабель угля; 2- ленточный транспортер; 3 и 4-бункер; 5- вагоноопрокидыватель с железнодорожным вагоном; 6- дробильный завод; 7- бункер дробилки; 8- угле размольная мельница; 9- первичный воздух; 10- пылевоздушная смесь; 11- горелки; 12- фронт котла; 13- паровой котел; 14- топочная камера; 15- вторичный воздух; 16- НРЧ; 17- СРЧ; 18- ВРЧ; 19- перегретый пар; 20- конвективный пароперегреватель; 21- забор воздуха из помещения; 22- забор наружного воздуха; 23- короб холодного воздуха; 24- промежуточный паронагреватель; 25- горизонтальный газоход; 26- конвективная шахта (вертикальный газоход); 27- экономайзер; 28- питательная вода; 29- воздухоподогреватель; 30- дутьевой вентилятор; 31- золоуловитель; 32- дымосос; 33- дымовая труба; 34- шлакозоловой канал.

Примечание: парогенератор иногда называют также котлоагрегатом, или паровым котлом.

В отечественной энергетике наиболее широкое распространение получили паровые котлы с П-образным профилем - это две вертикальные призматические шахты, соединенные вверху горизонтальным газоходом. Первая шахта - большая по размерам - является топочной камерой (топкой). В зависимости от мощности агрегата и сжигаемого топлива ее объем колеблется в широких пределах - от
1000 до 30000 м3 и более. В топочной камере по всему периметру и вдоль всей высоты стен обычно располагаются трубные плоские системы — топочные экраны.
Они получают теплоту прямым излучением от факела и являются радиационными поверхностями нагрева. В современных агрегатах топочные экраны часто выполняют из плавниковых труб, свариваемых между собой и образующих сплошную газо-плотную (газонепроницаемую) оболочку. Газо-плотная экранная система покрыта оболочкой из теплоизоляционного материала, которая уменьшает потери теплоты от наружного охлаждения стен агрегата, обеспечивает нормальные санитарно-гигиенические условия в помещении и исключает возможность ожогов персонала.

Вторая вертикальная шахта и соединяющий ее с топочной камерой горизонтальный газоход служат для размещения поверхностей нагрева, получающих теплоту конвекцией, и потому называются конвективными газоходами, а сама вертикальная шахта—коллективной шахтой. Поверхности нагрева, размещаемые в конвективных газоходах, получили название конвективных.

После отдачи теплоты топочным экранам продукты сгорания покидают топку при температуре 900—1200°C (в зависимости от вида топлива) и поступают в горизонтальный газоход.

По мере движения в трубах топочных экранов вода превращается в пар.
Поверхности нагрева, в которых образуется пар, являются испарительными, парообразующими. В прямоточном котле испарительная поверхность нагрева располагается в нижней части топки и потому называется нижней радиационной частью (НРЧ). При СКД в ней размещается радиационный экономайзер. Вода, поступающая в паровой котел, называется питательной водой.

Питательная вода содержит примеси. В процессе парообразования увеличивается содержание пара, вода при этом упаривается, а концентрация примесей возрастает. При достижении определенных концентраций в конце зоны парообразования на внутренней поверхности труб образуются отложения в виде накипи. Теплопроводность отложений в десятки раз меньше теплопроводности металла, из которого выполнены поверхности нагрева. Это ухудшает теплопередачу к рабочей среде и при интенсивном обогреве в топочной камере приводит к перегреву металла труб, снижению прочности и разрыву под действием внутреннего давления рабочей среды.

Поверхность нагрева, в которой завершается парообразование и осуществляется переход к перегреву пара, называют переходной зоной. В этой зоне преимущественно и образуются отложения. Для облегчения работы металла в ранних конструкциях прямоточных котлов переходную зону выносили из топочной камеры в конвективный газоход, где интенсивность обогрева примерно на порядок меньше - вынесенная переходная зона. В настоящее время прямоточные котлы питаются практически чистой водой и накипь не образуется, поэтому в современных котлах вынесенной переходной зоны не делают и рабочая среда из НРЧ поступает непосредственно в вышерасположенные топочные экраны, в которых пар уже перегревается - радиационный пароперегреватель. Он может состоять либо из двух поверхностей нагрева: средней радиационной части (СРЧ) и верхней радиационной части (ВРЧ), включенных между собой по пару последовательно, либо только ВРЧ, включенной непосредственно за НРЧ. Из ВРЧ частично перегретый пар поступает в последнюю по ходу пара поверхность нагрева, расположенную в конвективном газоходе — конвективный пароперегреватель, в котором он доводится до необходимой температуры. Из конвективного пароперегревателя перегретый пар заданных параметров (давления и температуры) направляется в турбину. Как и любая конвективная поверхность нагрева, конвективный пароперегреватель представляет собой систему большого числа параллельно включенных между собой трубчатых змеевиков из стальных труб, объединенных на входе и выходе коллекторами.

Температура продуктов сгорания за конвективным пароперегревателем достаточно высока (800—900°С). Частично отработавший в турбине пар снова направляют в паровой котел для вторичного (промежуточного) перегрева до температуры, обычно равной температуре пара, выдаваемого основным пароперегревателем. Этот пароперегреватель получил название промежуточного.

На выходе из промежуточного пароперегревателя продукты сгорания имеют еще высокую температуру (500—600°С) и поэтому содержащуюся в них теплоту утилизируют в конвективном экономайзере. В него поступает питательная вода, которая подогревается до температуры, меньшей температуры насыщения. При этой температуре вода поступает в НРЧ. За экономайзером температура продуктов сгорания составляет 300—450°C и более. Дальнейшая утилизация теплоты осуществляется в следующей конвективной поверхности нагрева для подогрева воздуха – воздухоподогревателе. Воздухоподогреватель часто представляет собой систему вертикальных труб, через которые проходят продукты сгорания, а между трубами—нагреваемый воздух. Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель (холодный воздух) 30— 60°C, на выходе
(горячий воздух) 250—420°С в зависимости от топлива и способа его сжигания.

При сжигании твердого топлива в пыле видном состоянии горячий воздух делят на два потока. Первичный воздух служит для подсушки топлива при размоле и транспорта готовой топливной пыли через горелки в топочную камеру. Температура топливно-воздушной смеси 70—130°С. Вторичный воздух поступает через горелки в топку непосредственно (минуя мельничную систему) при температуре за воздухоподогревателем.

После воздухоподогревателя продукты сгорания имеют уже достаточно низкую температуру (110—160°С). Дальнейшая утилизация теплоты этих продуктов сгорания экономически нецелесообразна, и их выбрасывают дымососом через дымовую трубу в атмосферу. Они получили название уходящих газов,

В результате сжигания топлива остается зола, которая в основной массе уносится продуктами сгорания. Ее улавливают в золоуловителе, размещаемом перед дымососом. Этим предотвращается абразивный износ дымососов и загрязнение атмосферы золой. Уловленная зола удаляется устройствами золоудаления. Часть золы выпадает в нижнюю часть топки и также непрерывно удаляется через систему золошлакоудаления.

Технологическая схема производства пара с барабанными котлами отличается лишь конструкцией и работой самих паровых котлов. В этом случае образующаяся в топочных экранах пароводяная смесь поступает в барабан.
Выделившийся в барабане практически сухой пар поступает в пароперегреватель, а затем в турбину.

Из рассмотрения технологической схемы производства пара на рис.1 следует, что в состав котельной установки входят: топливный тракт — комплекс элементов, в котором осуществляется подача, дробление и размол твердого топлива, его транспортировка и подача в топочную камеру для сжигания. Топливный тракт включает дробильное оборудование, транспортеры, бункер дробленого топлива, углеразмольную мельницу и соединяющие ее с топочной камерой пылепроводы. До бункеров дробленки топливо перемещается конвейерами; сопротивление по топливному тракту, начиная с мельницы, преодолевается напором, создаваемым вентилятором; водопаровой тракт, представляющий собой систему последовательно включенных элементов оборудования, в которых движется питательная вода, пароводяная смесь и перегретый пар. Водопаровой тракт включает следующие элементы оборудования: экономайзер, топочные экраны и пароперегреватели; воздушный тракт, представляющий собой комплекс оборудования для приемки атмосферного (холодного) воздуха, его подогрева, транспортировки и подачи в топочную камеру. Воздушный тракт включает короб холодного воздуха, воздухоподогреватель (воздушная сторона), короб горячего воздуха и горелочные устройства; газовый тракт—комплекс элементов оборудования, по которому осуществляется движение продуктов сгорания до выхода в атмосферу; он начинается в топочной камере, проходит через пароперегреватели, экономайзер, воздухоподогреватель
(газовая сторона), золоуловитель и заканчивается дымовой трубой.

Воздушный и газовый тракты соединяются между собой последовательно.
Так образуется газовоздушный тракт. Переход от одного к другому осуществляется в объеме топочной камеры. Здесь воздух транспортируют дутьевыми вентиляторами и соответствующий воздушный тракт на участке вентилятор — топка находится под давлением выше атмосферного. Продукты сгорания транспортируют дымососами, расположенными после котла, в связи, с чем топка и все газоходы находятся под разрежением. Такую схему тяги и дутья называют уравновешенной, или сбалансированной.

Транспорт воздуха до топки и продуктов сгорания до выхода в атмосферу можно также обеспечить только дутьевыми вентиляторами - без дымососов.
Топка и газоходы в этом случае будут находиться под некоторым избыточным давлением – наддувом.

1.1.2 Технологическая инструкция по эксплуатации паровых котлов

Параметры котлов. Типы и параметры энергетических парогенераторов
(котлов) стандартизированы (ГОСТ 3619-76). В соответствии с ГОСТ котлы, изготовляемые ТКЗ, имеют давление, производительность и другие характеристики, равные одному из указанных в таблице 1 комплектов значений.

Таблица 1.1 Основные параметры энергетических котлов, изготовляемых

ТКЗ (по ГОСТ 3619-76)

|Показатели |Барабанные котлы |Прямоточные |
| | |котлы |
|Давление пара на | | | | | |
|выходе из котла, |100 |140 |140 |140 |255 |
|кгс/см2 | | | | | |
| |115 |155 |155 |- |- |
| | |420 | | | |
| |220 |480 |670 |1800 |1000 |
| | |500 | | |2650 |
| | | | | |3950 |
| | | | | | |
| | | |200 |500 |300 |
| |- |- | | |800 |
| | | | | | |
| | | | | |1200 |
| | | | | | |
| |215 |230 |243 |240 |265 |
| | | | | | |
| |540 |560 |545 |515 |545 |
| | | | | | |
| |- |- |545 |515 |545 |
|Давление пара в | | | | | |
|барабане, кгс/см2 | | | | | |
|Производительность | | | | | |
|котла, т/ч | | | | | |
| | | | | | |
|Электрическая | | | | | |
|мощность энергоблока| | | | | |
|с одним котлом, МВт | | | | | |
| | | | | | |
|Температура | | | | | |
|питательной воды, C0| | | | | |
|Температура | | | | | |
|первичного пара, C0 | | | | | |
|Температура | | | | | |
|промежуточного пара,| | | | | |
|C0 | | | | | |

Давление, температура и количество пара, возвращаемого из турбины в котел для промежуточного перегрева, зависят от тепловых особенностей турбины и не нормируются.

Из таблицы 1.1 видно, что в наиболее крупных котлах, оборудованных промежуточным паронагревателем, температура пара меньше, чем в агрегатах производительностью от 420 до 500 т/ч без промежуточного перегрева пара.
Частично это объясняется тем, что в крупных котлах при большой ширине газоходов труднее избежать неравномерного обогрева дымовыми газами отдельных труб. Кроме того, при наличии в котле как первичного, так и промежуточного паронагревателей их выходные участки, в которых температура пара имеет наибольшее значение, приходится размещать в зоне более высоких температур дымовых газов, чем в котлах без промежуточного паронагревателя.
Поэтому котлы с промежуточным перегревом пара работают при более значительном превышении температуры металла труб над температурой проходящего в них пара. При одинаковой и даже при более высокой температуре стенок труб температура пара должна иметь у этих котлов несколько меньшее значение.

Маркировка котлов. Различают полную маркировку по ГОСТ и сокращенную заводскую маркировку котлов. Наиболее широко заводы применяют сокращенную маркировку, состоящую из нескольких букв и цифр. Первой для всех котлов ТКЗ является буква Т («Таганрогский»). Следующие буквы указывают тип котла: буква П означает пылеугольный, М- мазутный, Г- газовый, т.е. рассчитанный на сжигание газообразного топлива. К этим буквам может добавляться буква П- прямоточный или Е- с естественной циркуляцией воды.

1.1.3 Описание технологического оборудования для производства пара

Котлы бывают паровые и водогрейные.

Паровой котел - устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного, используемого вне самого устройства.

Водогрейный котел - устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для нагревания воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне самого устройства.

Котел- утилизатор - паровой или водогрейный котел, в котором в качестве источника тепла используются горячие газы технологического процесса.

Котел- бойлер - паровой котел, в паровом пространстве которого размещено устройство для нагревания воды, используемой вне самого котла, а также паровой котел, в естественную циркуляцию которого включен отдельно стоящий бойлер.

Стационарный котел – котел, установленный на неподвижном фундаменте.

Передвижной котел – котел, имеющий ходовую часть или установленный на передвижном фундаменте.

Паронагреватель – устройство, предназначенное для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

Экономайзер – обогреваемое продуктами сгорания топлива устройство, предназначенное для подогрева или частичного испарения воды, поступающей в паровой котел.

Паровой котел вместе с дополнительными устройствами, представляющими собой различные аппараты, предназначенные для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара, называется котлоагрегатом.

Несколько котлоагрегатов, объединенных в общем, помещении, образуют котельную установку.

Котельная установка может состоять и из одного котлоагрегата.

Котельные установки в промышленности предназначаются для выработки пара, применяемого в паровых двигателях (паровых машинах и паровых турбинах) и при различных технологических процессах (варка, выпаривание, сушка и т.п.), а также для отопления, вентиляции и бытовых нужд.

Поэтому в зависимости от назначения различают следующие разновидности котельных установок:
Энергетические - вырабатывающие пар для паровых двигателей;
Производственно- отопительные – вырабатывающие пар для потребностей производства, отопления и вентиляции;
Отопительные – вырабатывающие пар для отопления производственных и жилых помещений;
Смешанного назначения – вырабатывающие пар для снабжения одновременно паровых двигателей, технологических нужд и отопительно - вентиляционных установок.

Основными элементами современного котлоагрегата являются котел, топка, паронагреватель, экономайзер, воздухонагреватель, а также обмуровка и каркас.

Для управления работой котельного агрегата и обеспечения нормальной и безопасной его эксплуатации он снабжается контрольно - измерительными приборами, приспособлениями, автоматами и арматурой. Сюда относятся: манометры, предохранительные клапаны и устройства, водоуказательные приборы, вентили и задвижки, служащие для подключения или отключения котлоагрегатов от паровых, питательных и спускных (продувочных) трубопроводов.

Топка и газоходы котла снабжаются гарнитурой. В её состав входят: фронтовые дверцы, гляделки, лазы и шиберы в газоходах, люки для обдувки котлоагрегата от сажи и золы, взрывные предохранительные клапаны.

Вспомогательными устройствами котлоагрегата или котельной установки в целом являются: питательные трубопроводы и паропроводы, воздухопроводы, питательные насосы и баки, оборудование водоподготовки, вентиляторы и дымососы, золоуловители, дымовая труба, склады для топлива, устройства для подачи топлива, удаление золы и шлака.

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 её мощность представляет собой сумму паропроизводительностей отдельных котлоагрегатов, входящих в её состав.

Паропроизводительность котлоагрегата определяется количеством килограммом 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.

Тяго–дутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газо – воздуховодов, 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.

В данной курсовой работе предлагается автоматизация системы с использованием паровых котлов, входящих в котлоагрегаты.

Такой выбор обуславливается тем, что в Павлодаре, в частности на ТЭЦ, используются котлоагрегаты, в основе которых - паровые котлы высокой паропроизводительности, которые снабжают город теплом, горячей водой и электроэнергией, а для промышленных предприятий (например, ОАО «Алюминий
Казахстана»), находящихся в черте города, они вырабатывают еще и пар, необходимый для технологического процесса.

Рассмотрим устройство парового котла.

Котел представляет собой металлический сосуд, герметически закрытый, обогреваемый горячими газами и предназначенный для получения горячей воды или насыщенного водяного пара давлением выше атмосферного.

Котел представляет собой цилиндрический сосуд с выпуклыми днищами.
Такая форма придана котлу как наилучшая по условиям прочности для сосудов, работающих под давлением. Этот котел состоит из наружного и двух внутренних цилиндров. К ним приварены упомянутые выше выпуклые днища (переднее и заднее).

Во внутренних цилиндрах, называемых жаровыми трубами, размещены топки, имеющие горизонтальные колосниковые решетки. Каждая топка имеет топочную дверцу для загрузки топлива.

Под колосниковой решеткой имеется пространство, которое называется зольником и предназначено для сбора золы, провалившейся при горении топлива, а также для подвода воздуха в топку.

Пространство между наружным и внутренним цилиндрами служит для заполнения его водой и паром, получающимся при работе котла.

Часть объема котла, всегда заполненная водой до определенного уровня, называется водяным пространством.

Та часть внутреннего объема котла, которая при работе постоянно заполнена паром, называется паровым пространством. Паровое пространство необходимо для сбора пара, образующего в котле, и в то же время для того, чтобы дать пару время выделить увлеченные им частицы воды.

Рис.2 Паровой двухжаротрубный котел

1- барабан котла; 2- предохранительные клапаны; 3- главный парозапорный вентиль; 4-влагоотделитель; 5- лаз для осмотра; 6- обратный клапан; 7- запорный вентиль на питательной линии; 8- термический водоумягчитель; 9- днище котла; 10- манометр на сифонной трубке; 11- водоуказательные стекла; 12- паропроводные краны; 13- спускные вентили; 14- топочные дверцы; 15- колосниковая решетка; 16- жаровая труба; 17- опорные стулья; 18- обмуровка котла.

Поверхность кипящей воды в котле, отделяющая водяной объем от парового, называется зеркалом испарения.

Питательный объем (питательное устройство) располагается между низшим и высшим уровнями воды в котле. Вода, заключенная в питательном объеме, может быть превращена в пар без питания котла водой, поэтому этот объем в процессе работы котла может быть заполнен то водой, то паром. Назначение его – дать возможность кочегару более легко регулировать работу котла.

Поверхность металлических стенок котла, омываемая с внутренней стороны водой, а с наружной – газами, называется поверхностью нагрева, измеряется в квадратных метрах и обозначается Hk.

Поверхность нагрева подсчитывается со стороны, обогреваемой газами.

Поверхность нагрева, воспринимающая лучистое тепло горящего слоя твердого топлива или факела жидкого или газообразного топлива в топке, называется радиационной поверхностью нагрева.

Поверхность нагрева остальных частей котла, воспринимающая тепло горячих дымовых газов вследствие соприкосновения с ними, называется конвективной.

В паровом котле горячими газами омывается только та часть его, которая с внутренней стороны охлаждается водой. Омывание горячими газами той части котла, которая с внутренней стороны соприкасается с паром, не допускается ввиду возможного перегрева металла стенок котла и образования на них отдулин, могущих привести к разрыву стенки и взрыву котла (исключением являются вертикальные стоячие котлы, у которых часть жаровой трубы соприкасается с наружной стороны с газами, а с внутренней – с паром).
Линия, отделяющая обогреваемую газами поверхность от необогреваемой, называется огневой линией.

Во избежание обнажения стенок котла и для обеспечения надежности и безопасности его работы наинизший допустимый уровень воды в барабане, омываемом газами, должен располагаться на 100 мм выше обогреваемых газами стенок поверхности нагрева.

Для наблюдения за уровнем воды в котле устанавливаются водоуказательные приборы (водоуказатели). На приборах наинизший и наивысший допустимые уровни воды в котле отмечаются металлическими стрелками, прикрепленными к водоуказателю.

Наинизший уровень воды должен быть не менее чем на 25 мм выше нижней видимой кромки стекла водоуказателя, а наивысший уровень должен быть не менее чем на 25 мм ниже верхней видимой кромки стекла водоуказателя; сверх этого уровня нельзя накачивать воду в котел в целях предотвращения выброса воды в паропровод.

Расстояние между наивысшими и наинизшими уровнями выбирают (в зависимости от размеров котлов) от 50 до 100 мм.

Кроме того, на этих уровнях ставятся пароводопробные краны, при помощи которых можно также определить, находится ли уровень воды в допустимых пределах.

Давление пара в котле должно быть постоянно при его работе; оно называется рабочим давлением и контролируется манометром, устанавливаемом на сифонной изогнутой трубке, снабженной трехходовым краном.

На случай превышения давления пара свыше рабочего на котле устанавливают предохранительные клапаны, которые автоматически выпускают избыток пара в атмосферу.

Кроме указанных контрольных приборов, на котле устанавливаются: питательный клапан и вентиль, через который в котел подается питательная вода; паровой запорный вентиль, через который отбирается пар из котла; спускные приборы-вентили, устанавливаемые в самой нижней части котла для периодической продувки от осевшей грязи (шлама) и спуска воды.

Циркуляция воды в котле. Во время горения топлива часть тепла передается котлу непосредственно излучением от горящего слоя топлива.
Горячие газы движутся по газоходам и отдают тепло металлическим стенкам котла, омываемым изнутри водой. Тепло, воспринятое наружной стенкой котла, вследствие хорошей теплопроводности металла передается воде, находящейся в котле. Вода подогревается от температуры, при которой она поступает в котельную установку, до заданной температуры или до температуры кипения при заданном давлении пара. Затем происходит испарение воды, т.е. превращение ее в насыщенный пар при постоянных рабочем давлении и температуре.

Слои воды, соприкасающиеся с поверхностями нагрева котла, нагреваются быстрее, чем слои воды, не соприкасающиеся с ними, и как более легкие поднимаются, а на их место притекает более холодная, вследствие чего и создается движение ее, которое называется циркуляцией.

Наиболее простая схема циркуляции воды в паровом котле приведена на рис1.

Рис.3 Схема циркуляции воды в цилиндрическом и паротрубном котах. а – цилиндрический котел; б – водотрубный котел

1- обогреваемая подъемная труба;

2- верхний барабан;

3- необогреваемая опускная труба;

4- нижний барабан.

При естественной циркуляции контур образуется обогреваемой трубой 2, необогреваемой трубой 4 и двумя барабанами 1 и 3, к которым эти трубы присоединены.

Пока труба 2 не нагревается, температура воды в замкнутом контуре одинакова и циркуляция отсутствует. Как только начнется нагрев трубы 2, удельный вес воды в ней сделается меньше, чем удельный вес холодной воды в трубе 4, и вследствие этого образуется напор, под действием которого вода в трубе 2 станет подниматься, а холодная вода будет поступать по трубе 4. При этом начнется циркуляция, которая будет тем энергичнее, чем сильнее нагрев трубы 2. Циркуляция будет наиболее сильной, когда начнется парообразование и труба 2 будет частично заполнена пароводяной смесью, значительно более легкой, чем вода.

У простых цилиндрических котлов контур, по которому должна происходить циркуляция отсутствует, поэтому циркуляция у этих котлов очень слабая, а это связано с малой паропроизводительностью котлов и возможностью аварий.

У ряда конструкций котлов обогреваются опускные и подъемные трубы циркуляционного контура, причем вторые сильнее, первые слабее. У таких котлов часто происходит нарушение циркуляции по ряду причин: вследствие неравномерности обогрева параллельно работающих труб, недостаточной скорости воды в отдельных рядах труб, шлакообразования труб и других причин.

Поэтому в целях обеспечения надежности циркуляции у многих современных котлов опускные трубы делают необогреваемыми.

Во время одного оборота воды по циркуляционному контуру испаряется от
2,5 до 6% от всего количества воды, циркулирующей в ко

Вернуться