Назначение

1.1 Назначение

 

Паровой котел Е-50предназначен для получения пара высокого давления и температуры при сжигании газа, а также используется на технические нужды предприятий различных отраслей для теплоснабжения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначения, а также при работе на паровую турбину получения электрической энергии.

1.2 Принцип действия

В теплоэнергетике основным теплоносителем является вода или водяной пар. Комплекс устройств и агрегатов, обеспечивающих получение горячей воды или пара под давлением, называется котельной установкой. Она состоит из котла и вспомогательного оборудования. Котлом – называется устройство для получения горячей воды или водяного пара с давлением выше атмосферного за счёт теплоты сгорания органического топлива.

Котел барабанный, с естественной циркуляцией, с камерным сжиганием топлива. Компоновка поверхностей нагрева П-образная. В котле происходит нагрев воды, ее испарение и перегрев образовавшегося пара. В качестве топлива используется природный газ. Котел предназначен для работы в закрытых помещениях. Паропроизводительность котла 50 т/час, абсолютное давление и температура пара 3,9 МПа, 440°C, температура питательной воды 145°C. Теплоносителем являются продукты сгорания - дымовые газы. Горение топлива происходит в вертикальной топочной камере, образованной экранными трубами. Подача топлива в топку осуществляется с помощью газо-мазутных горелок, расположенных на боковых стенках топки по две на каждой стенке с мазутными форсунками. Форсунки устанавливаются по центру каждой горелки. На стенках топки расположены испарительные экраны из труб диаметром 60 на 3 мм, шаг между трубами 70 мм2 (сталь 20).

Реакционные поверхности нагрева закрывают все стены топочной камеры, образуя фронтовый, задний и боковые экраны.

К конвективным поверхностям относятся: котельный пучок, воздухоподогреватель, пароперегреватель и экономайзер.

Трубы фронтового и заднего экранов в нижней части образуют холодную воронку. Трубы заднего экрана в верхней части разведены в четырёхрядный фестон.

На котле имеются непрерывная и периодическая продувки.

Поверхность нагрева:

- испарительная – 263 м²

- перегревателя – 299 м²

- экономайзера – 442 м²

Передний трубный экран – 2 части

Задний трубный экран – 2 части

Боковые трубные экраны – 2 части

Экономайзер – 2 части

Пароперегреватель 1 ступени – 1 шт.

Пароперегреватель 2 ступени – 1 шт.

Конденсатор –1 шт.

Воздухоподогреватель – 2 части

Коллектор впрыска – 1 шт.

Дымосос – 1 шт.

Габаритные размеры котла: длина, м – 15,3

ширина, м – 11,1

высота, м – 16,7

масса, т – 173

Получение пара имеет большое значение в тепловой энергетике. Пар играет большую роль во многих технологический процессах. Назначение процесса парообразования – это получение пара с высокой температурой и давлением. Чистота пара обеспечивается химической подготовкой воды (обессоливание).

Процесс работы парового котла типа Е-50 в паровом режиме осуществляется следующим образом.

Сгорание топлива, поступающего через горелки происходит в топочной камере. К горелкам подводится также воздух по воздуховоду с помощью дутьевого вентилятора. Для устойчивого и интенсивного горения воздух нагревается. Забор воздуха в воздуховод производится зимой из окружающей среды, а летом из помещения. Тепло, выделившееся при сгорании топлива, передаётся воде, через поверхности нагрева котла (экранные трубы) излучением в топке и конвекцией от нагретых газообразных продуктов сгорания в газоходах котла (пароперегревателе). Исходная вода сначала поступает в ХВО, затем в деаэратор, который служит для удаления из воды кислорода и активных газов. Туда же подаётся добавочная химически очищенная вода из ХВО. Поступающая в котёл вода называется питательной, сначала подогревается в подогревателе высокого давления, в водяном экономайзере, где за счёт тепла уходящих газов подогревается. Из экономайзера по отводящим трубам питательная вода подаётся в барабан котла. Из барабана по опускным трубам вода поступает в нижние коллекторы, откуда раздаётся по подъёмным трубам топочных экранов. Барабан котла вместе с системой не обогреваемых опускных труб, выходящих из него, и подъёмных (экранных) труб внутри топочной камеры образует замкнутый, циркуляционный контур, в котором при горении топлива в топке организуется движение воды (опускные трубы) и пароводяной смеси (подъёмные трубы). Циркуляционный контур заполнен до уровня, расположенного на 15…20 см ниже диаметральной плоскости барабана котла, водой, которую называют котловой. Объём барабана, заполненного водой, называют водяным, а занятым паром – паровым. Поверхность, разделяющую водяной и паровой объёмы, называют зеркалом испарения. При подводе теплоты к обогреваемым трубам вода в них закипает, и они заполняются пароводяной смесью. Поступившая вода превращается в пар лишь после многократного прохождения через циркуляционный контур. За один цикл вода в контуре испаряется на 3…20%. Количество движущейся в контуре воды в несколько раз больше образующегося пара. Сухой насыщенный пар из барабана котла поступает на перегрев в пароперегреватель, после чего перегретый пар направляется к паровой турбине. Для регулирования температуры перегретого пара в системе предусмотрен впрыскивающий пароохладитель.

Пар с параметрами подводится к турбине из парового котла. В турбине происходит адиабатное расширение пара до конечного давления в процессе которого совершается работа, передаваемая электрическому генератору. Отработавший в турбине пар направляется в конденсатор, где он отдаёт охлаждающей воде теплоту и конденсируется при постоянной температуре и давлении. Из конденсатора конденсат поступает в питательный насос, где его давление повышается.

Продукты сгорания топлива, пройдя экономайзер и воздухоподогреватель отдают им тепло. Продукты сгорания после воздухоподогревателя называются уходящими газами, их температура составляет от 120 до 160ºС. При помощи дымососной установки выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.

И так, процесс получения перегретого пара состоит из трёх этапов: подогрева питательной воды до температуры кипения; образования насыщенного пара из воды; перегрева сухого насыщенного пара до необходимой температуры.

Котёл оборудован:

1. трубопроводами топлива, питательной воды и пара; 2. электрофицированной арматурой, исполнительными механизмами и эл. двигателями (далее везде ИМ); 3. датчиками и приборами контроля теплотехнических параметров ИМ, датчики и приборы контроля теплотехнических параметров образуют согласно функциональной принадлежности и пространственного расположения, следующие технологические (функциональные) подсистемы котла:

· топливопроводов и газо-воздуховодов (ТГВ)

· нижних газо-мазутных горелок (ГМГН)

· верхних газо-мазутных горелок (ГМГВ)

· трубопроводов питательной воды и пара (ТПВП).

1.3Технические характеристики объекта управления

Паропроизводительность котла 50 т/час.

Aбсолютное давление перегретого пара 3,9 МПа.

Температура перегретого пара 440°C.

Давление в барабане 4,4 МПа.

Давление в выходном коллекторе пароперегревателя 3,9 МПа.

Температура питательной воды 145°C.

Котёл как объект автоматизации

Для создания автоматизированной системы управления процессами выработки пара и горячей воды, реализуемыми паровыми и водогрейными котлами, в первую очередь необходимо определить цель создания системы и её назначение, а также провести обследование котла и его технологического оборудования как объекта предстоящей автоматизации. В процессе обследования составляются перечень технологического оборудования, его исправность, определяют режимы работа котла и эксплуатационные характеристики: энергопотребление, вид топлива, производительность и другие, а также контролируемые и управляемые параметры, перечень критических и опасных значений параметров процесса. Паровой котёл является наиболее трудным в обследовании, так как представляет собой довольно сложный технологический агрегат с большим количеством контролируемых и управляемых параметров. Для наглядности котёл и его оборудование разделяют на несколько частей:

· система подачи топлива;

· система подачи воздуха;

· горелочные устройства;

· топка;

· система подачи воды;

· барабан котла.

Рис.1. Функциональная схема котла

Котёл имеет следующие режимы функционирования:

· розжиг;

· основной режим;

· остановка.

Наиболее сложным с точки зрения управления является основной режим с динамически изменяющимися нагрузками и исправность котла во многом зависит от уровня давления пара и количества воды в барабане котла. Рассмотрим, к чему может привести превышение предельных значений параметров котла. При нормальном течении процесса уровень воды в барабане котла уравновешивается давлением подпитки котловой воды и давлением пара. При этом он находится выше среза экранных труб, стенки которых охлаждаются циркулирующей в них водой. В следствии создания чрезмерного высокого давления в барабане котла уровень воды может снизиться ниже допустимого предела, при котором не обеспечивается циркуляция воды. В результате нарушения циркуляции воды в экранных трубах происходит чрезмерное повышение температуры и пережог их стенок. Также опасно и резкое снижения давления пара, что увеличивает опасность возможного заброса воды в пароперегреватель и выведение котла из строя. Кроме того, частые и резкие изменения подачи воды в котел могут вызвать значительные температурные напряжения в металле экономайзера, и качество поддержания уровня также определяется равномерностью подачи воды. Наряду с этим создание необходимого давления пара в котле и его поддержание на заданном уровне обеспечивается созданием соответствующих температурных режимов, достигающихся сжиганием некоторого количества топлива. Итак, регулирование давления пара в барабане котла и питания котельных агрегатов главным образом сводиться к поддержанию материального баланса между отводами пара и подачи воды. Рассмотрев котёл как объект автоматизации затронув в большей части процессы проходящие в барабане котла, увидели, что нормальное протекание процесса, реализуемого паровым котлом, требует выполнения множества условий, а не соблюдение хотя бы одного из них может вызвать аварийную ситуацию и выход из строя дорогостоящего оборудования. Всё это обуславливает необходимость постоянного слежения за параметрами и не медленного реагирования на отклонение их от нормы.

2. Характеристика ТС объекта управления

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.

Система управления котельной обеспечивает:

·  автоматический пуск горелочного устройства по заданной программе с предварительным проветриванием топки и газового тракта котла;

·  позиционное регулирование уровня воды в барабане, температуры топлива (для жидкотопливных горелок); позиционное или плавное регулирование тепловой мощности в зависимости от типа используемой горелки;

·  защиту котла: – по допустимым уровням воды; – по аварийному превышению давления пара;– по погасанию факела горелки; – по допустимым уровням давления в топке; – по перегрузке электродвигателей оборудования.