Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат по темі випускної роботи

Зміст

Введення

Сучасна котельня установка є складною спорудою, що включає в себе різне обладнання, пов'язане в єдине ціле загальною технологічною схемою, основним елементом якої є котельний агрегат. Саме котельний агрегат призначений для виробництва необхідної кількості кінцевого продукту пари або гарячої води із заданими споживачем показниками якості.

Джерелом енергії для котельних установок різного призначення є природні і штучні палива в твердому, рідкому і газоподібному станах, теплота вихідних газів технологічних установок, теплота екзотермічних перетворень, що виділяється в окремих технологічних процесах і т. п. В даній роботі розглядається паровий барабанний котел, оснащений газовою топкою. Ефективність роботи топок всіх типів в першу чергу визначається ефективністю процесу горіння. Ефективність процесу горіння, в свою чергу, забезпечується шляхом підтримки на необхідному рівні відносини «паливо-повітря». Тим самим зумовлюється та першорядна роль, яку грають в системі управління топковим пристроєм системи автоматичного регулювання подачі палива і тиску дуттьового повітря.

До однієї з істотних проблем енергетики Донецького металургійного заводу відноситься недостатньо ефективне використання попутного палива (доменного газу), одержуваного при виробництві чавуну в доменних печах. Нерівномірність ходу металургійних процесів обумовлена нестабільністю режиму виробництва і споживання доменного газу, що призводить до значних коливань тиску в газопроводах, до збільшення прямих втрат через скидні свічки, погіршення режимів роботи основних металургійних агрегатів: нагрівальних колодязів, печей прокатних станів і т. д.

Основним споживачем доменного палива є котли ТЕЦ-ПВС, в більшості випадків вони не в змозі забезпечити його повне споживання і стабілізацію тиску в магістральних газопроводах. Одна з основних причин - недостатній рівень автоматизації засобів з управління подачі палива в топку котла. Для вирішення даної проблеми необхідно забезпечити своєчасне інформування про калорійності і тиску доменного газу перед подачею його в топку. Для підтримки на необхідному рівні відносини "паливо-повітря" необхідно вимірювати кількість кисню в газах, що відходять, для чого використовується стаціонарний газоаналізатор. До цього слід додати, що ефективність роботи котлоагрегату в цілому визначається показниками якості кінцевого продукту, яким в даному випадку є пар.

Тепловіддача топки є керуючим впливом для системи парогенерації. Отже, для підтримки тиску пари на заданому рівні необхідно відповідним чином коригувати уставки регулятора подачі палива. На необхідність такого зв'язку вказується в багатьох літературних джерелах. Однак в силу особливостей виготовлення і монтажу котлоагрегату такого зв'язку практично ніде немає. Кожна із зазначених систем управління функціонує самостійно, реагуючи тільки на зовнішні і внутрішні фактори. Зв'язок же між ними здійснюється тільки через процес нагріву, причому односторонньо – від топки до барабану. Зрозуміло, що це призводить до істотного зниження ефективності основних технологічних параметрів парогенеруючої системи [1].

З урахуванням сказаного, метою даної роботи є забезпечення ефективності, надійності і безпеки роботи парового котлоагрегату шляхом автоматичного регулювання основних технологічних параметрів газового топкового пристрою це призведе до збільшення реальної продуктивності ТЕЦ при одночасному зниженні собівартості пари, що відпускається, електроенергії і тепла, так як автоматизована система може функціонувати безперервно в режимі реального часу забезпечує ефективність процесу горіння і враховує режими роботи і динамічні властивості парогенеруючої горіння системи у вигляді відповідних коригувальних зв'язків.

1. Актуальність теми

Підвищення ефективності використання вторинних енергоресурсів може бути досягнуто шляхом вдосконалення експлуатується основного і допоміжного обладнання теплоелектростанції (ТЕЦ-ПВС), їх теплових і пускових схем, автоматизованих систем технологічних процесів (АСУ ТП) і технології експлуатації, а також впровадженням нового заміщає обладнання. Техніко-економічні показники ТЕЦ-ПВС залежать від характеристик основного обладнання та виду палива, що спалюється, особливо при спалюванні різних вугілля, а також від технологічної схеми відпуску тепла. Найважливіше значення при цьому має ефективність котлів і теплофікаційних паротурбінних установок. Тому розробки, спрямовані на підвищення ефективності технології використання вторинних енергоресурсів таких як (доменний газ), одержуваного при виробництві чавуну в доменних печах є актуальними. Особливо це важливо для проведення реконструкції та технічного переозброєння АСУТП ТЕЦ-ПВС, обладнання яких вичерпало ресурс.

До основних елементів котельні відносяться:

  • котли, що заповнюються водою і обігріваються теплом від спалювання;
  • топки, в яких спалюють паливо і отримують нагріті до високих температур димові гази;
  • газоходи, по яких переміщаються димові гази і, стикаючись зі стінками котла, віддають останнім свою теплоту;
  • димові труби, за допомогою яких димові гази переміщуються по газоходах, а потім після охолодження видаляються в атмосферу.

    • Котел – це теплообмінний пристрій, в якому теплота від гарячих продуктів згоряння палива передається воді. В результаті цього у парових котлах вода перетворюється в пар, а в водогрійних котлах нагрівається до необхідної температури. Топковий пристрій служить для спалювання палива і перетворення його хімічної енергії в теплоту нагрітих газів. Живильні пристрої (насоси, інжектори) призначені для подачі води в котел. Без перерахованих елементів не може працювати навіть найпростіша котельня установка.

    Кдопоміжним елементам котельні відносять:

  • пристрої паливовіддачі та пилоприготування;
  • золоуловлювачі, що застосовуються при спалюванні твердих видів палива і призначені для очищення відхідних димових газів і поліпшують стан атмосферного повітря;
  • дуттьові вентилятори, необхідні для подачі повітря в топку котлів;
  • димососи-вентилятори, що сприяють посиленню тяги і тим самим зменшення розмірів димової труби;
  • живильні пристрої (насоси), необхідні для подачі води в котли;
  • пристрої з очищення живильної води, що запобігають накипоутворення в котлах і їх корозію;
  • водяний економайзер служить для підігріву живильної води до її надходження в котел;
  • воздухоподогреватель призначений для підігріву повітря перед його надходженням в топку гарячими газами, які залишають котлоагрегат;
  • прилади теплового контролю і засоби автоматизації, що забезпечують нормальну і безперебійну роботу всіх ланок котельні.

    • Малюнок 1-Схема котельні установки: 1-паливосховище; 2-паливний насос; 3-димова труба; 4-димососи; 5-водяні економайзери; 6-парові котли; 7-дуттьові вентилятори; 8-живильні насоси; 9-деаератор; 10-водопідігрівач; 11-паропровід; 12-водопідготовча установок.

    2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

    Виробництво тепла завжди є дуже важливою проблемою сучасного життя, а модернізація і поліпшення цього процесу завжди актуальні. На даний момент котельні установоки гостро потребують модернізації, оскільки вони практично не автоматизовані і більшістю процесів управляє людина вручну, допускати помилку. Як правило, на багатьох котелень, більшість систем регулювання параметрів котла все ще працюють в ручному режимі, що призводить до серйозних екологічних забруднень і неефективному використанню палива в режимах надлишку або нестачі повітря для горіння.

    Метою даної роботи є аналіз технологічних параметрів газового топкового пристрою для подальшої його автоматизації яка забезпечити своєчасне інформування про калорійність і тиск доменного газу перед подачею його в топку. Повноцінне рішення задачі ефективного сжиганиякоксодоменной суміші на котлах шляхом створення всережимних регуляторів стало можливим тільки з масовим поширенням високонадійних програмованих логічних контролерів.

    Основные задачи исследования:

    Об'єкт дослідження: котельня установка.

    Предмет дослідження : автоматична система управління виробництвом теплоносія теплоенергоцентралі металургійного заводу.

    3. Огляд досліджень та розробок

    3.1 Технологічний процес виробництва теплоносія теплоенергоцентралі металургійного заводу як об'єкта автоматизації

    Об'єктом автоматизації є котел типу БГ 3-75-39фб-однобарабанний, П-подібної компоновки, вертикально-водотрубний, з природною циркуляцією. Котел складається з: топкової камери і пальникових пристроїв, пароперегрівача, водяного економайзера, трубчастого воздухоподогревателя. Технологічна схема пристрої та роботи котельні на базі котла типу ПК 3-75-39фб наведена на малюнку 2.

    котел типа БК3-75-39ФБ

    Малюнок 2 – Технологічна схема пристрою і роботи котла типу БК3-75-39ФБ

    Обсяг топкової камери - 454 м3, стіни топки повністю екрановані трубами діаметром (60x3) мм, виконані зі сталі Ст. 20. Екранні поверхні нагріву розбиті на 12 самостійних циркуляційних контурів по числу монтажних блоків.

    Кількість труб:

  • Фронтового екрану - 68 шт.;
  • Бічних екранів - 134 шт.;
  • Заднього екрану-82 шт.

    • В якості палива використовується природний, а також доменний газ - штучний вид палива, одержуваний як побічний продукт при виробництві чавуну. В якості теплоносія виступає пар. Основними цехами, тісно пов'язаними за технологією, є котельно-турбінний і хімічної водоочищення. Для отримання пара нормальної якості в котлі застосована схема триступеневого випаровування. Перший ступінь випаровування (чистий відсік) і другий ступінь (сольові відсіки) розташовані безпосередньо в барабані котла. Виносні циклони є третім ступенем випаровування.

    В першу ступінь випаровування включена центральна частина барабана котла з блоками фронтового, заднього і переднього блоків бічних екранів. У другу сходинку виділені торцеві частини барабана, відокремлені від центральної частини перегородками. У циркуляційний контур другого ступеня включені середні блоки бічних екранів. У третю сходинку випаровування включені виносні циклони діаметром (377x18) мм, а в циркуляційний контур третього ступеня включені задні блоки бічних екранів. Харчування виносних циклонів здійснюється необогреваемыми трубами діаметром (83x3, 5) мм з сольових відсіків барабана. Сепараційні пристрої першого ступеня випаровування складаються з утопленого перфорованого пароприймального стеля. [4]

    У другому ступені випаровування встановлені (в кожному торці барабана) по два всередині барабанних циклону і пароперепускні короби, що змінюють напрямок рухи пара. У третьому ступені випаровування елементами сепарації є: сама равлик виносного циклону і перфорований паропріемний стелю.

    Живильна вода з водяного економайзера надходить в барабан котла по 10 трубах діаметром (60x3) мм і через роздатковий короб направляється на промивні (дірчасті) щити, протікає по ним і зливається в водяний Обсяг барабана. Середній робочий рівень води в чистому відсіку на 50 мм нижче осі барабана. У сольові відсіки Котлова вода надходить з чистого відсіку через труби, змонтовані в нижніх частинах перегородок. Пароводяна суміш з вихідних колекторів третього ступеня випаровування надходить в равлики виносних циклонів,а отсепарированный пар з виносних циклонів по трубах діаметром (83x3, 5) мм надходить у відповідний сольовий відсік барабана.

    Пароводяна суміш з екранних контурів другого ступеня надходить всередину барабанних циклонів, встановлені в сольових відсіках. Вода, отсепарированная в циклонах, зливається в водяний обсяг сольового відсіку, а пар проходить через жалюзійні сепаратори, розташовані над циклонами, змішується з парою третього ступеня і по коробах направляється в паровий простір чистого відсіку барабана. Пароводяна суміш з екранної системи першого ступеня надходить під дірчасті листи, занурені у воду на 50 мм нижче нижчого рівня води в барабані. Пара проходить через них, змішується з парою, що надходить з соєвих відсіків, і, пройшовши жалюзійний пакет і пароприймальний дірчастий стелю, направляється в пароперегрівач. Циркуляційна схема котла передбачає глибоке секціонування екранів, що підвищує надійність циркуляції пароводяної суміші в екранах котла.

    На котлі встановлений конвективний пароперегрівач, розташований за чотирирядним фестоном в перехідному горизонтальному газоході. Пароперегрівач виконаний двоступеневим, площа поверхні нагріву кожного ступеня - 220 м2. Схема включення пароперегрівача щодо напрямку руху газів, що йдуть - змішана. Пар з барабана по 72 трубах діаметром (38x3) мм проходить першу сходинку пароперегрівача і надходить у вихідний колектор діаметром (273x25) мм. З вихідного колектора першого ступеня пар 10 трубами діаметром (83x5) мм (перехресним потоком по 5 трубах з лівого і правого боку колектора) відводиться в два колектора діаметром (325x25) мм. далі пар по 36 трубах діаметром (38x3) мм проходить другий ступінь пароперегрівача і надходить в проміжний колектор діаметром (273x25) мм. З бічних частин проміжного колектора пар надходить в середню частину і далі по 72 змійовиках діаметром (38x3) мм проходить середню частину другого ступеня пароперегрівача, а потім надходить у вихідний колектор пароперегрівача діаметром (273x25) мм і далі в паропровід.

    Водяний економайзер і повітропідігрівач розташовані в опускному газоході в розтин. Водяний економайзер киплячого типу, змійовиковий, двоступеневий, поверхня нагріву першого ступеня 700 м2, другого ступеня - 240 м2. Перший ступінь водяного економайзера складається з 41 змійовика діаметром (32x3) мм зі сталі 20, другий ступінь водяного економайзера складається з 48 змійовиків такого ж діаметру і матеріалу. Після блоку живлення вода трубою діаметром (108x10) мм підводиться до вхідного колектора першого ступеня водяного економайзера. Розрахункова температура живильної води 150 ° С. Пройшовши змійовики першого ступеня, вода з вихідного колектора 6 трубами діаметром (66x3) мм перехресним потоком надходить у вхідний колектор другого ступеня. Пройшовши другий ступінь, живильна вода через два вихідних колектора, розташованих на бічних стінках, 10 трубами діаметром (60x3) мм (по 5 трубах з кожного колектора) відводиться в барабан котла. Всі п'ять колекторів водяного економайзера виконані з труб діаметром (219x16) мм. Повітропідігрівач котла-трубчастий, однопоточний по газах і чотирьохходовий по повітрю, складається із сталевих труб діаметром (40x1,5) мм поверхня нагріву першої (холодної) ступені - 2600 м2, другий (гарячої) ступені - 1600 м2

    Тягодуттєва установка котла складається з одного дуттєвого вентилятора типу ВД-18 і одного димососа типу Д 20x2. Повітря з температурою від 30 °C до 50 оС всмоктується вентилятором з приміщення котельні і, пройшовши через повітропідігрівач, по повітропроводах подається до газових пальників. Димові гази відсмоктуються димососом і викидаються в димову трубу. Опір котлоагрегату по димових газах в залежності від виду палива становить від 116 до 148 мм вод. ст. Повітряний опір від 73 до 87 мм вод. ст.

    Котел розрахований на роботу з врівноваженою тягою (подача повітря на горіння здійснюється дуттьовим вентилятором, а видалення продуктів згоряння - димососом). Регулювання подачі і напору димососа і вентилятора здійснюється направляючими апаратами, встановленими на стороні всмоктування.

    Основним параметром, що відповідає за управління виробництвом теплоносія в теплоенергоцентралі металургійного заводу, який можна автоматизувати - є регулювання подачі палива в топку котла. У топці котла спалюється спільно або окремо доменний і природний газ. Для спалювання цих палив топка котла обладнана двома плоско факельними пальниками, пальник складається з двох газоповітряних сопел, нахилених під кутом 60° один до одного. Верхнє сопло складається з співвісно розташованих коробів прямокутного перерізу для доменного газу і повітря. Доменний газ подається по центральному коробу, внутрішні розміри якого дорівнюють (0, 39x0, 74) м.по зовнішньому коробу верхнього газоповітряного сопла надходить гаряче повітря для горіння. Розміри останнього (0,6x0,9) м. Нижнє газоповітряної сопло являє собою пальник природного газу і складається з повітряного короба розміром (0,5x0,5 м, всередині якого розташовані у два ряди по вертикалі десять газораздающих труб діаметром (42x3) мм. Між верхнім і нижнім газовоздушні соплами встановлюється труба для зашитно-запального пристрою і труба для датчика основного смолоскипа. Технічна характеристика комбінованої плоскофакельного пальника наведена нижче:

    Продуктивність пальника по:

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

    • Опір пальника по:

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

    • Максимальний опір по повітрю:

  • верхнє сопло - 1300 Па;
  • нижнє сопло - 1300 па.

    • Принцип дії плоскофакельного пальника заснований на використанні ефекту зіткнення двох струменів повітря, спрямованих під кутом один до одного. Між цими потоками утворюється "трикутник", в який з бічних сторін ежектіруются розпечені продукти згоряння, що здійснюють прогрів і запалювання палива. Зіткнення двох потоків призводить до утворення плоского струменя, що має велику ступінь турбулізації і сильно розвинену поверхню, що сприяє інтенсивному згорянню палива в обсязі топки. При роботі на доменному газі газоповітряний імпульс верхнього сопла могутніше імпульсу нижнього сопла. Тому факел зміщується до поду топки. Теплосприйняття нижньої частини топки збільшується, що призводить до зниження температури газів на виході з топки. Це дозволяє підвищити продуктивність котла на доменному газі.

    При роботі котла на висококалорійному природному газі, газоповітряний імпульс нижнього сопла вище, ніж верхнього. Факел зміщується вгору, температура газів на виході з топки підвищується і збільшується температура перегрітої пари. При роботі на суміші палив факел в топці займає проміжне положення. Таким чином, забезпечується саморегулювання температури перегрітої пари. Характеристика спалюваних палив. Доменний газ-штучний вид палива, одержуваний як побічний продукт при виробництві чавуну. Середній склад доменного газу:

    Визначення вмісту природного газу проводиться за вмістом в ньому метану CH4. Склад природного газу:

    Таким чином, пропонована автоматизація системи управління полягає в модернізації існуючої системи управління виробництвом теплоносія за рахунок використання сучасних засобів автоматизації, які в свою чергу замінять застарілу апаратуру. Дана система автоматичного управління виробництвом теплоносія на базі котла типу БК3-75-39фб, з урахуванням специфіки управління, забезпечить зниження споживання природного газу за рахунок, змішаного режимів роботи на двох паливах, в ідеальних умови буде використовуватися тільки доменний газ, що дозволить збільшити продуктивності агрегату, при цьому зросте економічність у використанні природного газу.

    3.2 Огляд відомих технічних рішень по автоматизації котельних установок

    В якості існуючої системи автоматизації приведена система управління котлом БКЗ-75-39гма виконана на базі програмованого контролера c200hg фірми «OMRON». Паровий котел є об'єктом підвищеної небезпеки з точки зору безпеки роботи виробничого обладнання. Функціонування котла характеризується інформацією, що надходить від аналогових і дискретних датчиків стану теплотехнічних параметрів, датчиків положення їм і датчиків стану (включено/відключено) електродвигунів. Оперативне управління котлом проводиться з промислового терміналу NT620C. в якості модуля управління застосовується промисловий термінал NT620C.Термінал NT620C має широкі можливості.

    Застосування такого терміналу дозволить:

    В основу побудови уніфікованої системи управління покладено принцип конфігурації систем з типових модулів і блоків, що дозволяють вирішувати все різноманіття завдань контролю і управління технологічними процесами. Всі модулі пов'язані між собою високошвидкісною мережею і можуть складати будь-яку конфігурацію.

    ▲