kotel (Система автоматизации на котлоагрегатах), страница 3

Паронагреватель – устройство, предназначенное для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

Экономайзер – обогреваемое продуктами сгорания топлива устройство, предназначенное для подогрева или частичного испарения воды, поступающей в паровой котел.

Паровой котел вместе с дополнительными устройствами, представляющими собой различные аппараты, предназначенные для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара, называется котлоагрегатом.

Несколько котлоагрегатов, объединенных в общем, помещении, образуют котельную установку.

Котельная установка может состоять и из одного котлоагрегата.

Котельные установки в промышленности предназначаются для выработки пара, применяемого в паровых двигателях (паровых машинах и паровых турбинах) и при различных технологических процессах (варка, выпаривание, сушка и т.п.), а также для отопления, вентиляции и бытовых нужд.

Поэтому в зависимости от назначения различают следующие разновидности котельных установок:

• Энергетические - вырабатывающие пар для паровых двигателей;

• Производственно- отопительные – вырабатывающие пар для потребностей производства, отопления и вентиляции;

• Отопительные – вырабатывающие пар для отопления производственных и жилых помещений;

• Смешанного назначения – вырабатывающие пар для снабжения одновременно паровых двигателей, технологических нужд и отопительно - вентиляционных установок.

Основными элементами современного котлоагрегата являются котел, топка, паронагреватель, экономайзер, воздухонагреватель, а также обмуровка и каркас.

Для управления работой котельного агрегата и обеспечения нормальной и безопасной его эксплуатации он снабжается контрольно - измерительными приборами, приспособлениями, автоматами и арматурой. Сюда относятся: манометры, предохранительные клапаны и устройства, водоуказательные приборы, вентили и задвижки, служащие для подключения или отключения котлоагрегатов от паровых, питательных и спускных (продувочных) трубопроводов.

Топка и газоходы котла снабжаются гарнитурой. В её состав входят: фронтовые дверцы, гляделки, лазы и шиберы в газоходах, люки для обдувки котлоагрегата от сажи и золы, взрывные предохранительные клапаны.

Вспомогательными устройствами котлоагрегата или котельной установки в целом являются: питательные трубопроводы и паропроводы, воздухопроводы, питательные насосы и баки, оборудование водоподготовки, вентиляторы и дымососы, золоуловители, дымовая труба, склады для топлива, устройства для подачи топлива, удаление золы и шлака.

Рабочими телами, участвующими в процессе получения горячей воды или пара для производственно – технических целей и отопления, служат вода, топливо и воздух.

Паровой котел является основным элементом котлоагрегата, он представляет собой теплообменное устройство, через металлические стенки которого происходит передача тепла от горячих продуктов горения топлива к воде для получения пара.

Паропроизводительность котельной установки или её мощность представляет собой сумму паропроизводительностей отдельных котлоагрегатов, входящих в её состав.

Паропроизводительность котлоагрегата определяется количеством килограммом или тонн пара, производимого им в час, обозначается буквой D и измеряется в кг/ч или т/ч.

Топочное устройство котлоагрегата служит для сжигания топлива и превращения его в химической энергии в тепло наиболее экономичным способом.

Пароперегреватель предназначен для перегрева пара, полученного в котле за счет передачи ему тепла дымовых газов.

Водяной экономайзер служит для подогрева поступающей в котел питательной воды теплом уходящих из котла дымовых газов.

Воздухоподогреватель предназначен для подогрева поступающего в топочное устройства воздуха теплом уходящих газов.

Топливный склад предназначен для хранения топлива; его оборудуют механизмами для разгрузки и подачи топлива в котельную или к топливоподготовительному устройству.

Топливоподготовительное устройство в котельных, работающих на пылевидном топливе, служит для измельчения топлива до пылевидного состояния; его оборудуют дробилками, сушилками, мельницами, питателями, вентиляторами, а также системой транспортеров и пылегазопроводов.

Устройство для удаления золы и шлаков состоит из механических приспособлений: вагонеток или транспортеров или тех и других, вместе взятых.

Устройство для подготовки питательной воды состоит из аппаратов и приспособлений, обеспечивающих очистку воды от механических примесей и растворенных в ней накипеобразующих солей, а также удаления из неё газов.

Питательная установка состоит из питательных насосов для подачи воды в котел под давлением, а также соответствующих трубопроводов.

Тяго–дутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газо – воздуховодов, дымососа и дымовой трубы, обеспечивающих подачу необходимого количества воздуха в топочное устройство, движение продуктов сгорания по газоходам и удаления продуктов сгорания за пределы котлоагрегата.

Устройство теплового контроля и автоматического управления состоит из контрольно – измерительных приборов и автоматов, обеспечивающих бесперебойное и согласованную работу отдельных устройств котельной установки для выработки необходимого количества пара определенно температуры и давления.

В данной курсовой работе предлагается автоматизация системы с использованием паровых котлов, входящих в котлоагрегаты.

Такой выбор обуславливается тем, что в Павлодаре, в частности на ТЭЦ, используются котлоагрегаты, в основе которых - паровые котлы высокой паропроизводительности, которые снабжают город теплом, горячей водой и электроэнергией, а для промышленных предприятий (например, ОАО «Алюминий Казахстана»), находящихся в черте города, они вырабатывают еще и пар, необходимый для технологического процесса.

Рассмотрим устройство парового котла.

Котел представляет собой металлический сосуд, герметически закрытый, обогреваемый горячими газами и предназначенный для получения горячей воды или насыщенного водяного пара давлением выше атмосферного.

Котел представляет собой цилиндрический сосуд с выпуклыми днищами. Такая форма придана котлу как наилучшая по условиям прочности для сосудов, работающих под давлением. Этот котел состоит из наружного и двух внутренних цилиндров. К ним приварены упомянутые выше выпуклые днища (переднее и заднее).

Во внутренних цилиндрах, называемых жаровыми трубами, размещены топки, имеющие горизонтальные колосниковые решетки. Каждая топка имеет топочную дверцу для загрузки топлива.

Под колосниковой решеткой имеется пространство, которое называется зольником и предназначено для сбора золы, провалившейся при горении топлива, а также для подвода воздуха в топку.

Пространство между наружным и внутренним цилиндрами служит для заполнения его водой и паром, получающимся при работе котла.

Часть объема котла, всегда заполненная водой до определенного уровня, называется водяным пространством.

Та часть внутреннего объема котла, которая при работе постоянно заполнена паром, называется паровым пространством. Паровое пространство необходимо для сбора пара, образующего в котле, и в то же время для того, чтобы дать пару время выделить увлеченные им частицы воды.

Рис.2 Паровой двухжаротрубный котел

1- барабан котла; 2- предохранительные клапаны; 3- главный парозапорный вентиль; 4-влагоотделитель; 5- лаз для осмотра; 6- обратный клапан; 7- запорный вентиль на питательной линии; 8- термический водоумягчитель; 9- днище котла; 10- манометр на сифонной трубке; 11- водоуказательные стекла; 12- паропроводные краны; 13- спускные вентили; 14- топочные дверцы; 15- колосниковая решетка; 16- жаровая труба; 17- опорные стулья; 18- обмуровка котла.

Поверхность кипящей воды в котле, отделяющая водяной объем от парового, называется зеркалом испарения.

Питательный объем (питательное устройство) располагается между низшим и высшим уровнями воды в котле. Вода, заключенная в питательном объеме, может быть превращена в пар без питания котла водой, поэтому этот объем в процессе работы котла может быть заполнен то водой, то паром. Назначение его – дать возможность кочегару более легко регулировать работу котла.

Поверхность металлических стенок котла, омываемая с внутренней стороны водой, а с наружной – газами, называется поверхностью нагрева, измеряется в квадратных метрах и обозначается H_k.

Поверхность нагрева подсчитывается со стороны, обогреваемой газами.

Поверхность нагрева, воспринимающая лучистое тепло горящего слоя твердого топлива или факела жидкого или газообразного топлива в топке, называется радиационной поверхностью нагрева.

Поверхность нагрева остальных частей котла, воспринимающая тепло горячих дымовых газов вследствие соприкосновения с ними, называется конвективной.

В паровом котле горячими газами омывается только та часть его, которая с внутренней стороны охлаждается водой. Омывание горячими газами той части котла, которая с внутренней стороны соприкасается с паром, не допускается ввиду возможного перегрева металла стенок котла и образования на них отдулин, могущих привести к разрыву стенки и взрыву котла (исключением являются вертикальные стоячие котлы, у которых часть жаровой трубы соприкасается с наружной стороны с газами, а с внутренней – с паром). Линия, отделяющая обогреваемую газами поверхность от необогреваемой, называется огневой линией.

Во избежание обнажения стенок котла и для обеспечения надежности и безопасности его работы наинизший допустимый уровень воды в барабане, омываемом газами, должен располагаться на 100 мм выше обогреваемых газами стенок поверхности нагрева.

Для наблюдения за уровнем воды в котле устанавливаются водоуказательные приборы (водоуказатели). На приборах наинизший и наивысший допустимые уровни воды в котле отмечаются металлическими стрелками, прикрепленными к водоуказателю.

Наинизший уровень воды должен быть не менее чем на 25 мм выше нижней видимой кромки стекла водоуказателя, а наивысший уровень должен быть не менее чем на 25 мм ниже верхней видимой кромки стекла водоуказателя; сверх этого уровня нельзя накачивать воду в котел в целях предотвращения выброса воды в паропровод.

Расстояние между наивысшими и наинизшими уровнями выбирают (в зависимости от размеров котлов) от 50 до 100 мм.

Кроме того, на этих уровнях ставятся пароводопробные краны, при помощи которых можно также определить, находится ли уровень воды в допустимых пределах.

Давление пара в котле должно быть постоянно при его работе; оно называется рабочим давлением и контролируется манометром, устанавливаемом на сифонной изогнутой трубке, снабженной трехходовым краном.

На случай превышения давления пара свыше рабочего на котле устанавливают предохранительные клапаны, которые автоматически выпускают избыток пара в атмосферу.

Кроме указанных контрольных приборов, на котле устанавливаются: питательный клапан и вентиль, через который в котел подается питательная вода; паровой запорный вентиль, через который отбирается пар из котла; спускные приборы-вентили, устанавливаемые в самой нижней части котла для периодической продувки от осевшей грязи (шлама) и спуска воды.

Циркуляция воды в котле. Во время горения топлива часть тепла передается котлу непосредственно излучением от горящего слоя топлива. Горячие газы движутся по газоходам и отдают тепло металлическим стенкам котла, омываемым изнутри водой. Тепло, воспринятое наружной стенкой котла, вследствие хорошей теплопроводности металла передается воде, находящейся в котле. Вода подогревается от температуры, при которой она поступает в котельную установку, до заданной температуры или до температуры кипения при заданном давлении пара. Затем происходит испарение воды, т.е. превращение ее в насыщенный пар при постоянных рабочем давлении и температуре.

Слои воды, соприкасающиеся с поверхностями нагрева котла, нагреваются быстрее, чем слои воды, не соприкасающиеся с ними, и как более легкие поднимаются, а на их место притекает более холодная, вследствие чего и создается движение ее, которое называется циркуляцией.

Наиболее простая схема циркуляции воды в паровом котле приведена на рис1.

Рис.3 Схема циркуляции воды в цилиндрическом и паротрубном котах.

а – цилиндрический котел; б – водотрубный котел

1. обогреваемая подъемная труба;

2. верхний барабан;

3. необогреваемая опускная труба;

4. нижний барабан.

При естественной циркуляции контур образуется обогреваемой трубой 2, необогреваемой трубой 4 и двумя барабанами 1 и 3, к которым эти трубы присоединены.

Пока труба 2 не нагревается, температура воды в замкнутом контуре одинакова и циркуляция отсутствует. Как только начнется нагрев трубы 2, удельный вес воды в ней сделается меньше, чем удельный вес холодной воды в трубе 4, и вследствие этого образуется напор, под действием которого вода в трубе 2 станет подниматься, а холодная вода будет поступать по трубе 4. При этом начнется циркуляция, которая будет тем энергичнее, чем сильнее нагрев трубы 2. Циркуляция будет наиболее сильной, когда начнется парообразование и труба 2 будет частично заполнена пароводяной смесью, значительно более легкой, чем вода.

У простых цилиндрических котлов контур, по которому должна происходить циркуляция отсутствует, поэтому циркуляция у этих котлов очень слабая, а это связано с малой паропроизводительностью котлов и возможностью аварий.