АВТОМАТИЗАЦИЯ ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА

Авторы: А. М. Грибков, А. Ф. Булатов
Источник: Казанский Государственный Энергетический Университет

Котельные относятся к опасным производственным объектам и главное 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.

Сущность комплексной автоматизации водогрейных котлов заключается в автоматическом поддержании температуры в помещениях отапливаемых зданий в зависимости от температуры наружного воздуха, в автоматическом регулировании тяги (за котлом), в поддержании заданного давления газа перед горелками, а также в автоматическом прекращении поступления газа в горелки:
1) при погасании пламени горелок или при погасании газового запальника, введенного в топку для розжига горелок;

2) в случае хлопков в топке;

3) в случае перегрева воды в котле (выше допустимого значения);

4) при понижении давления газа перед горелками ниже допустимого давления;

5) при повышении давления газа перед горелками;

6) в случае недостаточной тяги в топке;

7) в случае падения давления воздуха перед горелками (в результате неудовлетворительной работы вентилятора);

8) при прекращении работы циркуляционного насоса.

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, близким к оптимальным, сокращает расходы электроэнергии на дутье и тягу, уменьшает объем ремонтных работ и повышает культуру обслуживания.

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) насосов отопления, вентиляции, горячего водоснабжения (технологического процесса);

- в зависимости от нагрузки автоматически включать (отключать) дополнительный котел;

- автоматически поддерживать температуру (заданную заводом изготовителем котла) теплоносителя на обратном трубопроводе котла;

- автоматически осуществлять подпитку системы при понижении давления теплоносителя;

мы 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;

- пожар;

- охрана.

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

Блок «Амакс» предназначен для работы котла, оборудованного двухпроводными газовыми горелками и выполняет следующие функции:
- обеспечение автоматической опрессовки своих запорных устройств;

- обеспечение безопасного розжига горелки;

- отсечка газа при нарушении технологических параметров работы котлов;

- отсечка газа при погасании факела горелки.

Блок газового оборудования системы «Амакс» (см. рис. 1) состоит из коллектора 1, на котором устанавливаются при помощи фланцевых соединений отсечной клапан 2 (ПЗК-1) и два отсечных клапана 3 (ПЗК-2.1), 4 (ПЗК-2.2). Для подсоединения отсечного клапана 2 к газопроводу предусмотрен патрубок 5, на котором установлен продувочный кран 6. На отсечном клапане 2 (ПЗК-1) установлена гребенка 7 с дросселем, электромагнитные клапаны типа «НЗ» 9 (КО) и 10 (КЗ), электромагнитный клапан типа «НО» 11 (КБ). Блок в сборе устанавливается у котла на опоре 12. Дополнительно блок комплектуется двумя дроссельными заслонками и двумя гребенками для установки датчиков. Дроссельные заслонки и гребенки монтируются на подводящем газопроводе к горелке котла согласно требованиям проектной документации.

Рисунок 1 – Блок газового оборудования «Амакс»

Управление всей арматурой газового блока «Амакс» осуществляется с компьютера, установленного на ЦТЩУ , на пульте управления котлоагрегата. Также розжиг горелок возможен с местных щитов управления. 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.

, 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.

Список использованной литературы

1. Издательство "Научтехлитиздат", 2004. - 276 с. 11. Приборы и средства автоматизации. с
2. Приборы для измерения давления, перепада давления и разряжения. - М.: ООО Издательство "Научтехлитиздат", 2004. - 168с. 12
3. Приборы для измерения расхода и количества жидкости, газа, пара и учета тепловой энергии. - М.: ООО Издательство "Научтехлитиздат", 2004. - 238с
4. Плещев В.В. Выбор средств разработки программного обеспечения АСУ Промышленные контроллеры, 2003.-.№8.- с.32-34.
5. Ящура А.И. Система технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования. Справочник. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. - 506 с., ил. ISBN 5-931
6. Башмаков И. В. Папушкин. Муниципальное энергетическое планирование Энергосбережение. – 2018. – № 3.