Рисунок 1 – Котельная установка с НТКС
Авторы: Войтов А.Ю., студент; Неежмаков С.В., доц., к.т.н.
Источник: Сборник: Автоматизація технологічних об'єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць ХІV науково-технічної конференції аспірантів та студентів. 2014. С. 43-46.
Повышение цен на энергоносители, дефицит собственных топливных ресурсов, снижение качества угля, рост требований к уменьшению загрязнения окружающей среды требуют внедрения в производство более совершенного метода сжигания угля.
Именно наличие топливно-энергетических ресурсов определяют темпы и масштабы развития отдельных районов промышленного и сельскохозяйственного производства. Главными задачами являются обеспечение комплексной переработки сырья, создание ресурсосберегающей техники и технологий, сокращение потерь и отходов. В последние годы во многих странах структурная перестройка топливного баланса с целью уменьшения зависимости от нефти и газа возродила интерес к угольной тематике.
. В настоящее время данным требованиям удовлетворяют котельные установки с топкой низкотемпературного кипящего слоя (НТКС). Топливо в топках НТКС сжигается в псевдоожиженном слое, что способствует существенному улучшению доступа кислорода к топливу в процессе горения, повышенной теплоотдачи к поверхностям нагрева, а также более полному сгоранию топлива.
Благодаря внедрению этой технологии становится возможным использовать отходы углеобогащения и угледобычи, нетрадиционные и низкосортные виды топлива (щепа и другие древесные отходы, торф, шламы и др.), при этом допуская сжигание различных видов топлива в одном топочном устройстве. Применение технологии сжигания топлива в кипящем слое обеспечивает выполнение жестких экологических норм по выбросам SО2 и NO2 без сооружения дополнительных установок по серо- и азотоочистке. Однако, практическая реализация этого способа в промышленных установках связана с преодолением ряда трудностей, свойственных специфике данного технологического процесса.[1]
Комплекс теплотехнического оборудования и устройств, связанных технологической зависимостью при выработке пара или горячей воды и расположенный в специальном помещении, называют котельной установкой. По характеру обслуживания потребителей котельные установки подразделяют на отопительные, отопительно-производительные и энергетические. По роду вырабатываемого теплоносителя они подразделяются на паровые и водогрейные. К отопительным котельным, которые, как правило, бывают водогрейными относятся установки, вырабатывающие теплоэнергию лишь в течение отопительного сезона.
Отопительно-производительные котельные (обычно паровые) вырабатывают тепло не только для отопления, но и для вентиляции, горячего водоснабжения и технологических процессов. Такие котельные преимущественно работают круглосуточно. К энергетическим котельным относятся установки, которые вырабатывают помимо тепла посредством турбогенераторов и электроэнергию.
В промышленных котельных с котлами малой и средней мощности способ сжигания твердого топлива в топках с плотным слоем является преобладающим. Такие топочные устройства просты в эксплуатации, пригодны для работы на углях различных сортов в широком диапазоне нагрузок, имеют наибольшие расходы электрической энергии на собственные нужды, не требуют больших объемов топочных камер и дорогостоящих пылеприготовительных устройств.[2] Конструкция котельной установки с низкотемпературным кипящим слоем представлена на рис. 1.
Внизу на воздухораспределительной решетке 1 расположен кипящий слой 2 с подачей первичного дутья по тракту 3 от вентилятора 4. В надслоевом объёме 5 на участках 6 набегания потока установлены сопла 7 вторичного дутья. Сопла 7 вторичного дутья ориентированы тангенциально к условному телу вращения 8 и направлены в сторону застойных зон 9, в корень восходящего из кипящего слоя потока. Движение частиц в восходящем потоке и после их сепарации в топке совпадают с вихревым течением, горение и топочные процессы равномерно распространяются во всём объёме топки над слоем. Профиль надслоевого объема образован обмуровкой 10 и топочными экранами 11. Дымоходы топки имеют золоосадительные бункера 12 с эжекторами 13 возврата уноса, которые, как и система пневмозаброса топлива 14, трактами 15 вторичного дутья подключены к вентилятору 4. Должны быть в наличии и другие элементы, необходимые для эксплуатации и обслуживания топки кипящего слоя.
Рисунок 1 – Котельная установка с НТКС
Подача вторичного дутья из участков набегания через сопла, тангенциально в сторону застойных зон усиливает индуцированное частицами вихревой течение, улучшает перемешивание, выгорания, конвективный теплообмен, сепарацию и содержание в надслоевом объеме частиц, вынесенных из кипящего слоя. При этом струи вторичного дутья легко пронизывают восходящий поток, концентрируясь под участком набегания, и доля вторичного дутья может быть малой. Эта судьба определяется независимо и, прежде всего, из условий организации высокоэффективного топочного процесса. Богатые кислородом струи вторичного дутья легко проникают в вихревой объем, застойные зоны 9 и в корень восходящего из кипящего слоя потока. Определены характеристики работы топки:
Разработаны следующие требования к системе автоматизации:
Рисунок 2 – Структурная схема устройства управления котельной установки с низкотемпературным кипящим слоем
В функции разрабатываемой системы автоматизации котельной установки с НТКС входит:
Структурная схема устройства управления котельной установки с низкотемпературным кипящим слоем приведена на рис. 2.
На структурной схеме показаны термопара и дифманометры, которые передают аналоговый сигнал на блок согласования и защиты (БСЗ), там сигнал преобразуется и передается на микроконтроллер (МК), далее сигнал поступает на блок исполнения команд (БИК), на интерфейсный модуль (ИМ), затем в сеть и на блок индикации (БИ). Из блока выполнения команд сигнал поступает непосредственно на пускатели: пускатель дымососа (ПД) , пускатель дутьевого вентилятора (ПДув), пускатель горелки (ПГор), пускатель механического заброса (ПМЗ), которые в свою очередь запускают оборудования котельной установки: дымосос, дутьевой вентилятор, механический упрек и горелку.
Вся схема востребована через источник питания (ИП) и блок питания (БП), потому что микроконтроллер питается от 5В.
Функциональная схема устройства управления шахтной котельной установки с низкотемпературным кипящим слоем изображена на рис. 3.
Рисунок 3 – Функциональная схема устройства управления шахтной котельной установки с низкотемпературным кипящим слоем