Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Современная котельная установка является сложным сооружением, включающим в себя различное оборудование, связанное в единое целое общей технологической схемой, основным элементом которой является котельный агрегат. Именно котельный агрегат предназначен для производства требуемого количества конечного продукта пара или горячей воды с заданными потребителем показателями качества.

Источником энергии для котельных установок различного назначения являются природные и искусственные топлива в твердом, жидком и газообразном состояниях, теплота исходящих газов технологических установок, теплота экзотермических превращений, выделяющаяся в отдельных технологических процессах и т.п. В данной работе рассматривается паровой барабанный котел, оснащенный газовой топкой. Эффективность работы топок всех типов в первую очередь определяется эффективностью процесса горения. Эффективность процесса горения, в свою очередь, обеспечивается путем поддержания на требуемом уровне отношения «топливо-воздух». Тем самым предопределяется та первостепенная роль, которую играют в системе управления топочным устройством системы автоматического регулирования подачи топлива и давления дутьевого воздуха.

К одной из существенных проблем энергетики Донецкого металлургического завода относится недостаточно эффективное использование попутного топлива (доменного газа), получаемого при производстве чугуна в доменных печах. Неравномерность хода металлургических процессов обусловлена нестабильностью режима производства и потребления доменного газа, что приводит к значительным колебаниям давления в газопроводах, к увеличению прямых потерь через сбросные свечи, ухудшению режимов работы основных металлургических агрегатов: нагревательных колодцев, печей прокатных станов и т.д.

Основным потребителем доменного топлива являются котлы ТЭЦ-ПВС, в большинстве случаев они не в состоянии обеспечить его полное потребление и стабилизацию давления в магистральных газопроводах. Одна из основных причин - недостаточный уровень автоматизации средств по управлению подачи топлива в топку котла. Для решения данной проблемы необходимо обеспечить своевременное информирование о калорийности и давлении доменного газа перед подачей его в топку. Для поддержания на требуемом уровне отношения «топливо-воздух» необходимо измерять количество кислорода в отходящих газах, для чего используется стационарный газоанализатор. К этому следует добавить, что эффективность работы котлоагрегата в целом определяется показателями качества конечного продукта, каковым в данном случае является пар.

Теплоотдача топки является управляющим воздействием для системы парогенерации. Следовательно, для поддержания давления пара на заданном уровне необходимо соответствующим образом корректировать уставки регулятора подачи топлива. На необходимость такой связи указывается во многих литературных источниках. Однако в силу особенностей изготовления и монтажа котлоагрегата такой связи практически нигде нет. Каждая из указанных систем управления функционирует самостоятельно, реагируя только на внешние и внутренние факторы. Связь же между ними осуществляется только через процесс нагрева, причем односторонне – от топки к барабану. Понятно, что это приводит к существенному снижению эффективности основных технологических параметров парогенерирующей системы [1].

С учетом сказанного, целью данной работы является обеспечение эффективности, надежности и безопасности работы парового котлоагрегата путем автоматического регулирования основных технологических параметров газового топочного устройства это приведет к увеличению реальной производительности ТЭЦ при одновременном снижении себестоимости отпускаемого пара, электроэнергии и тепла, так как автоматизированная система может функционировать непрерывно в режиме реального времени обеспечивающего эффективность процесса горения и учитывающего режимы работы и динамические свойства парогенерирующей системы в виде соответствующих корректирующих связей.

1. Актуальность темы

Повышение эффективности использования вторичных энергоресурсов может быть достигнуто путем совершенствования эксплуатирующегося основного и вспомогательного оборудования теплоэлектростанции (ТЭЦ-ПВС), их тепловых и пусковых схем, автоматизированных систем технологических процессов (АСУ ТП) и технологии эксплуатации, а также внедрением нового замещающего оборудования. Технико-экономические показатели ТЭЦ-ПВС зависят от характеристик основного оборудования и вида сжигаемого топлива, особенно при сжигании различных углей, а также от технологической схемы отпуска тепла. Важнейшее значение при этом имеет эффективность котлов и теплофикационных паротурбинных установок. Поэтому разработки, направленные на повышение эффективности технологии использования вторичных энергоресурсов таких как (доменный газ), получаемого при производстве чугуна в доменных печах являются актуальными. Особенно это важно для проведения реконструкции и технического перевооружения АСУТП ТЭЦ-ПВС, оборудование которых исчерпало ресурс.

К основным элементам котельной относятся:

  • котлы, заполняемые водой и обогреваемые теплом от сжигания;
  • топки, в которых сжигают топливо и получают нагретые до высоких температур дымовые газы;
  • газоходы, по которым перемещаются дымовые газы и, соприкасаясь со стенками котла, отдают последним свою теплоту;
  • дымовые трубы, с помощью которых дымовые газы перемещаются по газоходам, а затем после охлаждения удаляются в атмосферу.

    • Котел – это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов сгорания топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры. Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращение его химической энергии в теплоту нагретых газов. Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел. Без перечисленных элементов не может работать даже самая простая котельная установка.

    К вспомогательным элементам котельной относят:

  • устройства топливоотдачи и пылеприготовления;
  • золоуловители, применяемые при сжигании твердых видов топлива и предназначенные для очистки отходящих дымовых газов и улучшающих состояние атмосферного воздуха;
  • дутьевые вентиляторы, необходимые для подачи воздуха в топку котлов;
  • дымососы-вентиляторы, способствующие усилению тяги и тем самым уменьшению размеров дымовой трубы;
  • питательные устройства (насосы), необходимые для подачи воды в котлы;
  • устройства по очистки питательной воды, предотвращающие накипеобразование в котлах и их коррозию;
  • водяной экономайзер служит для подогрева питательной воды до ее поступления в котел;
  • воздухоподогреватель предназначен для подогрева воздуха перед его поступлением в топку горячими газами, покидающими котлоагрегат;
  • приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

    • Рисунок 1 – Схема котельной установки: 1 – топливохранилище; 2 - топливный насос; 3 – дымовая труба; 4 – дымососы; 5 – водяные экономайзеры; 6 – паровые котлы; 7 – дутьевые вентиляторы; 8 – питательные насосы; 9 – деаэратор; 10 – водоподогреватель; 11 – паропровод; 12 – водоподготовительная установок.

    2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

    Производство тепла всегда является очень важной проблемой современной жизни, а модернизация и улучшение этого процесса всегда актуальны. На данный момент котельные установоки остро нуждаются в модернизации, поскольку они практически не автоматизированы и большинством процессов управляет человек вручную, допуская ошибки. Как правило, на многих котельных, большинство систем регулирования параметров котла все еще работают в ручном режиме, что приводит к серьезным экологическим загрязнениям и неэффективному использованию топлива в режимах избытка или недостатка воздуха для горения.

    Целью данной работы является анализ технологических параметров газового топочного устройства для последующей его автоматизации котрая обеспечить своевременное информирование о калорийности и давлении доменного газа перед подачей его в топку. Полноценное решение задачи эффективного сжиганиякоксодоменной смеси на котлах путем создания всережимных регуляторов стало возможным только с массовым распространением высоконадежных программируемый логических контроллеров.

    Основные задачи исследования:

    Объект исследования: котельная установка.

    Предмет исследования: автоматическая система управления производством теплоносителя теплоэнергоцентрали металлургического завода.

    3. Обзор исследований и разработок

    3.1 Технологический процесс производства теплоносителя теплоэнергоцентрали металлургического завода как объекта автоматизации

    Объектом автоматизации является котел типа БК3-75-39ФБ - однобарабанный, П-образной компоновки, вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией. Котел состоит из: топочной камеры и горелочных устройств, пароперегревателя, водяного экономайзера, трубчатого воздухоподогревателя. Технологическая схема устройства и работы котельной на базе котла типа БК3-75-39ФБ приведена на рисунке 2.

    Рисунок 2 – Технологическая схема устройства и работы котла типа БК3-75-39ФБ

    Объем топочной камеры - 454 м3, стены топки полностью экранированы трубами диаметром (60x3) мм, выполненные из стали Ст. 20. Экранные поверхности нагрева разбиты на 12 самостоятельных циркуляционных контуров по числу монтажных блоков.

    Количество труб:

  • фронтового экрана - 68 шт.;
  • боковых экранов - 134 шт.;
  • заднего экрана - 82 шт.

    • В качестве топлива используется природный, а также доменный газ - искусственный вид топлива, получаемый как побочный продукт при производстве чугуна. В качестве теплоносителя выступает пар. Основными цехами, тесно связанными по технологии, являются котельно-турбинный и химической водоочистки. Для получения пара нормального качества в котле применена схема трехступенчатого испарения. Первая ступень испарения (чистый отсек) и вторая ступень (солевые отсеки) расположены непосредственно в барабане котла. Выносные циклоны являются третьей ступенью испарения.

    В первую ступень испарения включена центральная часть барабана котла с блоками фронтового, заднего и переднего блоков боковых экранов. Во вторую ступень выделены торцевые части барабана, отделенные от центральной части перегородками. В циркуляционный контур второй ступени включены средние блоки боковых экранов. В третью ступень испарения включены выносные циклоны диаметром (377x18) мм, а в циркуляционный контур третьей ступени включены задние блоки боковых экранов. Питание выносных циклонов осуществляется необогреваемыми трубами диаметром (83x3,5) мм из солевых отсеков барабана. Сепарационные устройства первой ступени испарения состоят из утопленного перфорированного пароприемного потолка. [4]

    Во второй ступени испарения установлены (в каждом торце барабана) по два внутри барабанных циклона и пароперепускные короба, изменяющие направление движения пара. В третьей ступени испарения элементами сепарации являются: сама улитка выносного циклона и перфорированный пароприемный потолок.

    Питательная вода из водяного экономайзера поступает в барабан котла по 10 трубам диаметром (60x3) мм и через раздаточный короб направляется на промывочные (дырчатые) щиты, протекает по ним и сливается в водяной объем барабана. Средний рабочий уровень воды в Чистом отсеке на 50 мм ниже оси барабана. В солевые отсеки котловая вода поступает из чистого отсека через трубы, смонтированные в нижних частях перегородок. Пароводяная смесь из выходных коллекторов третьей ступени испарения поступает в улитки выносных циклонов, а отсепарированный пар из выносных циклонов по трубам диаметром (83x3,5) мм поступает в соответствующий солевой отсек барабана.

    Пароводяная смесь из экранных контуров второй ступени поступает во внутрь барабанных циклонов, установленные в солевых отсеках. Вода, отсепарированная в циклонах, сливается в водяной объем солевого отсека, а пар проходит через жалюзийные сепараторы, расположенные над циклонами, смешивается с паром третьей ступени и по коробам направляется в паровое пространство чистого отсека барабана. Пароводяная смесь из экранной системы первой ступени поступает под дырчатые листы, погруженные в воду на 50 мм ниже низшего уровня воды в барабане. Пар проходит через них, смешивается с паром, поступающим из соевых отсеков, и, пройдя жалюзийный пакет и пароприемный дырчатый потолок, направляется в пароперегреватель. Циркуляционная схема котла предусматривает глубокое секционирование экранов, что повышает надежность циркуляции пароводяной смеси в экранах котла.

    На котле установлен конвективный пароперегреватель, расположенный за четырехрядным фестоном в переходном горизонтальном газоходе. Пароперегреватель выполнен двухступенчатым, площадь поверхности нагрева каждой ступени - 220 м2. Схема включения пароперегревателя относительно направления движения уходящих газов - смешанная. Пар из барабана по 72 трубам диаметром (38x3) мм проходит первую ступень пароперегревателя и поступает в выходной коллектор диаметром (273x25) мм. Из выходного коллектора первой ступени пар 10 трубами диаметром (83x5) мм (перекрестным потоком по 5 трубам с левой и правой стороны коллектора) отводится в два коллектора диаметром (325x25) мм. Далее пар по 36 трубам диаметром (38x3) мм проходит вторую ступень пароперегревателя и поступает в промежуточный коллектор диаметром (273x25) мм. Из боковых частей промежуточного коллектора пар поступает в среднюю часть и далее по 72 змеевикам диаметром (38x3) мм проходит среднюю часть второй ступени пароперегревателя, а затем поступает в выходной коллектор пароперегревателя диаметром (273x25) мм и далее в паропровод.

    Водяной экономайзер и воздухоподогреватель расположены в опускном газоходе в рассечку. Водяной экономайзер кипящего типа, змеевиковый, двухступенчатый, поверхность нагрева первой ступени 700 м2, второй ступени - 240 м2. Первая ступень водяного экономайзера состоит из 41 змеевика диаметром (32x3) мм из стали 20, вторая ступень водяного экономайзера состоит из 48 змеевиков такого же диаметра и материала. После блока питания вода трубой диаметром (108x10) мм подводится к входному коллектору первой ступени водяного экономайзера. Расчетная температура питательной воды 150 °С. Пройдя змеевики первой ступени, вода из выходного коллектора 6 трубами диаметром (66x3) мм перекрестным потоком поступает во входной коллектор второй ступени. Пройдя вторую ступень, питательная вода через два выходных коллектора, расположенных на боковых стенках, 10 трубами диаметром (60x3) мм (по 5 трубам с каждого коллектора) отводится в барабан котла. Все пять коллекторов водяного экономайзера выполнены из труб диаметром (219x16) мм. Воздухоподогреватель котла - трубчатый, однопоточный по газам и четырехходовой по воздуху, состоит из стальных труб диаметром (40x1,5) мм Поверхность нагрева первой (холодной) ступени - 2600 м2, второй (горячей) ступени - 1600 м2

    Тягодутьевая установка котла состоит из одного дутьевого вентилятора типа ВД-18 и одного дымососа типа Д 20x2. Воздух с температурой от 30 °C до 50 оС всасывается вентилятором из помещения котельной и, пройдя через воздухоподогреватель, по воздухопроводам подается к газовым горелкам. Дымовые газы отсасываются дымососом и выбрасываются в дымовую трубу. Сопротивление котлоагрегата по дымовым газам в зависимости от вида топлива составляет от 116 до 148 мм вод. ст. Воздушное сопротивление от 73 до 87 мм вод. ст.

    Котел рассчитан на работу с уравновешенной тягой (подача воздуха на горение осуществляется дутьевым вентилятором, а удаление продуктов сгорания - дымососом). Регулирование подачи и напора дымососа и вентилятора осуществляется направляющими аппаратами, установленными на стороне всасывания.

    Основным параметром, отвечающим за управление производством теплоносителя в теплоэнергоцентрали металлургического завода, который можно автоматизировать - является регулирование подачи топлива в топку котла. В топке котла сжигается совместно или раздельно доменный и природный газ. Для сжигания этих топлив топка котла оборудована двумя плоско факельными горелками, горелка состоит из двух газовоздушных сопел, наклоненных под углом 60° друг к другу. Верхнее сопло состоит из соосно расположенных коробов прямоугольного сечения для доменного газа и воздуха. Доменный газ подается по центральному коробу, внутренние размеры которого равны (0,39x0,74) м. По наружному коробу верхнего газовоздушного сопла поступает горячий воздух для горения. Размеры последнего (0,6x0,9) м. Нижнее газовоздушное сопло представляет собой горелку природного газа и состоит из воздушного короба размером (0,5x0,5) м, внутри которого расположены в два ряда по вертикали десять газораздающих труб диаметром (42x3) мм. Между верхним и нижним газовоздушными соплами устанавливается труба для зашитно-запального устройства и труба для датчика основного факела. Техническая характеристика комбинированной плоскофакельной горелки приведена ниже:

    Производительность горелки по:

  • доменному газу - 40000 м3/ч;
  • природному газу - 4000 м3/ч;

    • Сопротивление горелки по:

  • доменному газу - 1800 Па;
  • природному газу - 16251 Па;

    • Максимальное сопротивление по воздуху:

  • верхнее сопло - 1300 Па;
  • нижнее сопло - 1300 Па.

    • Принцип действия плоскофакельной горелки основан на использовании эффекта соударения двух струй воздуха, направленных под углом друг к другу. Между этими потоками образуется «треугольник», в который с боковых сторон эжектируются раскаленные продукты сгорания, осуществляющие прогрев и зажигание топлива. Соударение двух потоков приводит к образованию плоской струи, имеющей большую степень турбулизации и сильно развитую поверхность, что способствует интенсивному сгоранию топлива в объеме топки. При работе на доменном газе газовоздушный импульс верхнего сопла мощнее импульса нижнего сопла. Поэтому факел смещается к поду топки. Тепловосприятие нижней части топки увеличивается, что приводит к понижению температуры газов на выходе из топки. Это позволяет повысить производительность котла на доменном газе.

    При работе котла на высококалорийном природном газе, газовоздушный импульс нижнего сопла выше, чем верхнего. Факел смещается вверх, температура газов на выходе из топки повышается и увеличивается температура перегретого пара. При работе на смеси топлив факел в топке занимает промежуточное положение. Таким образом, обеспечивается саморегулирование температуры перегретого пара. Характеристика сжигаемых топлив. Доменный газ - искусственный вид топлива, получаемый как побочный продукт при производстве чугуна. Средний состав доменного газа:

    Определение содержания природного газа производится по содержанию в нем метана CH4. Состав природного газа:

    Таким образом, предлагаемая автоматизация системы управления заключается в модернизации существующей системы управления производством теплоносителя за счет использования современных средств автоматизации, которые в свою очередь заменят устаревавшую аппаратуру. Данная система автоматического управления производством теплоносителя на базе котла типа БК3-75-39ФБ, с учетом специфики управления, обеспечит снижение потребления природного газа за счет, смешанного режимов работы на двух топливах, в идеальных условия будет использоваться только доменный газ, что позволит увеличить производительности агрегата, при этом возрастет экономичность в использовании природного газа.

    3.2 Обзор известных технических решений по автоматизации котельных установок

    В качестве существующей системы автоматизации приведена система управления котлом БКЗ-75-39ГМА выполнена на базе программируемого контроллера C200HG фирмы «OMRON». Паровой котел является объектом повышенной опасности с точки зрения безопасности работы производственного оборудования. Функционирование котла характеризуется информацией, поступающей от аналоговых и дискретных датчиков состояния теплотехнических параметров, датчиков положения ИМ и датчиков состояния (включено/отключено) электродвигателей. Оперативное управление котлом производится с промышленного терминала NT620C. В качестве модуля управления применяется промышленный терминал NT620C. Терминал NT620C имеет широкие возможности.

    Применение такого терминала позволит:

    В основу построения унифицированной системы управления положен принцип конфигурирования систем из типовых модулей и блоков, позволяющих решать все многообразие задач контроля и управления технологическими процессами. Все модули связаны между собой высокоскоростной сетью и могут составлять любую конфигурацию.

    ▲