kotel (Система автоматизации на котлоагрегатах), страница 4

У ряда конструкций котлов обогреваются опускные и подъемные трубы циркуляционного контура, причем вторые сильнее, первые слабее. У таких котлов часто происходит нарушение циркуляции по ряду причин: вследствие неравномерности обогрева параллельно работающих труб, недостаточной скорости воды в отдельных рядах труб, шлакообразования труб и других причин.

Поэтому в целях обеспечения надежности циркуляции у многих современных котлов опускные трубы делают необогреваемыми.

Во время одного оборота воды по циркуляционному контуру испаряется от 2,5 до 6% от всего количества воды, циркулирующей в контуре; поэтому для полного испарения вода должна сделать от 15 до 40 оборотов. Это число называется кратностью циркуляции.

Кроме естественной циркуляции, в ряде конструкций котлов применяется принудительная при помощи насосов, при этом кратность циркуляции значительно уменьшается в сравнении с естественной циркуляцией и равна 4-6 оборотам.

Непрерывное движение воды в паровом котле смывает с поверхности нагрева паровые и газовые пузырьки, что способствует улучшению теплопередачи, а также предохраняет стенки котла то разъедания (коррозии).

Одновременно с этим циркуляция воды способствует смыванию осадков, выделяющихся из воды и отводу этих осадков в нижнюю часть его, откуда они систематически удаляются посредством продувки.

Подогрев воды и парообразование происходит быстрее в более тонких слоях воды. Перемещение нагретых частиц воды в котле усиливается с появлением пузырьков пара, так как удельный вес пароводяной смеси меньше, чем удельный вес воды.

При достижении нормального рабочего давления пара в котле открывают запорный паровой вентиль, и пар поступает по паропроводу к месту своего потребления. С этого момента поддерживают постоянное давление; при этом и температура воды в котле будет также постоянной.

В случае прекращения подачи топлива в топку при неизменном расходе пара давление и температура воды будет снижаться; при неизменном горении топлива и подаче его в топку и прекращении расхода пара давление пара и температуры будет повышаться.

Количество воды в котле по мере превращения ее в пар уменьшается, и для поддержания нормального уровня нужно подавать свежую воду в котел насосом. Эта вода называется питательной водой.

Вода, находящаяся в котле, называется котловой водой.

Количество пара в килограммах, снимаемое с каждого квадратного метра поверхности нагрева котла, называется напряжением поверхности нагрева.

Количество пара, получаемого из котла в течение часа в килограммах или тоннах, называется его паропроизводительностью.

Паропроизводительность котла зависит от его конструкции, поверхности нагрева, количества и качества сжигаемого топлива, чистоты поверхностей нагрева, правильного обслуживания и других условий и является основным показателем его работы.

В соответствии с законами фазового перехода получение перегретого пара характеризуется последовательным протеканием следующих процессов: подогрева питательной воды до температуры насыщения, парообразования и, наконец, перегрева насыщенного пара до заданной температуры. Эти процессы имеют четкие границы протекания и осуществляются в трех группах поверхностей нагрева. Подогрев воды до температуры насыщения происходит в экономайзере, образование пара – в парообразующей (испарительной) поверхности нагрева, перегрев пара – в пароперегревателе.

В целях непрерывного отвода теплоты и обеспечения нормального температурного режима металла поверхностей нагрева рабочее тепло в них – вода в экономайзере, пароводяная смесь в парообразующих трубах и перегретый пар в пароперегревателе - движется непрерывно. При этом вода в экономайзере и пар в пароперегревателе движутся однократно относительно поверхности нагрева. При движении воды в экономайзере возникают гидравлические сопротивления, преодолеваемые напором, создаваемым питательным насосом. Давление, развиваемое питательным насосом, должно превышать давление в начале зоны парообразования на гидравлическое сопротивление экономайзера. Аналогично движение пара в пароперегревателе обусловлено перепадом давления, возникающим между зоной парообразования и турбиной.

В парообразующих трубах совместное движение воды и пара и преодоление гидравлического сопротивления этих труб в котлах различных типов организовано по – разному. Различают паровые котлы с естественной циркуляцией, с принудительной циркуляцией и прямоточные.

Агрегаты, в парообразующих трубах которых движение рабочего тела создается под воздействием напора циркуляции, естественно возникающего при обогреве этих труб, называется паровыми котлами с естественной циркуляцией.

В парообразующих трубах можно организовать движение рабочего тела принудительно, например насосом, включенным в контур циркуляции, такие агрегаты называются котлами с многократной принудительной циркуляцией.

1. Электрические станции, их место в технологическом процессе парообразования

Электрическая станция представляет собой промышленное предприятие для выработки электрической энергии. Основное количество энергии в СССР и в крупных и экономически развитых странах производились на тепловых электростанциях (ТЭС), использующих химическую энергию сжигаемого органического топлива. Электрическую энергию вырабатывают также на тепловых электрических станциях, работающих на ядерном горючем, - атомных электрических станциях (АЭС) и на электростанциях, использующих энергию потоков воды, - гидроэлектростанциях.

Независимо от типа электростанции электрическую энергию, как правило, вырабатывают централизованно. Это значит, что отдельные электрические станции работают параллельно на общую электрическую сеть и, следовательно, объединяются в электрические системы, охватывающие значительную территорию с большим числом потребителей, уменьшает требуемую резервную мощность, снижает себестоимость вырабатываемой электроэнергии за счет рациональной загрузки электростанций, входящих в электрическую систему, и позволяет устанавливать агрегаты большой единичной мощности. Широко пользуются и централизованным снабжением теплотой в виде горячей воды и пара низкого давления, вырабатываемых на некоторых электростанциях одновременно с электрической энергией. Электрические станции, электрические и тепловые сети, а также потребители электрической энергии и теплоты в совокупности составляют энергетическую систему. Отдельные энергетические системы соединяют межсистемными связями повышенного напряжения в объединенные энергетические системы.

Тепловые электростанции. Основными тепловыми электрическими станциями на органическом топливе являются паротурбинные электростанции, которые делятся на конденсационные (КЭС), вырабатывающие только энергетическую энергию, и теплофикационные (ТЭЦ), предназначенные для выработки электрической и тепловой энергии.

Паротурбинные электростанции выгодно отличаются возможностью сосредоточения огромной мощности в одном агрегате, относительно высокой экономичностью, капитальными наименьшими затратами на их сооружение и короткими сроками строительства. Основными тепловыми агрегатами паротурбинной ТЭС являются паровой котел и паровая турбина.

Паровой котел представляет собой системы поверхностей нагрева для производства пара из непрерывно поступающей в него воды путем использования теплоты, выделяющейся при сжигании топлива, которое подается в топку вместе с необходимым для горения воздухом. Поступающую в паровой котел воду называют питательной водой. Питательная вода подогревается до температуры насыщения, испаряется, а выделившийся из кипящей (котловой) воды насыщенный пар перегревается.

При сжигании топлива образуются продукты сгорания - теплоноситель, который в поверхностях нагрева отдает теплоту воде и пару, называемый рабочим телом. После поверхностей нагрева продукты сгорания при относительно низкой температуре удаляются из котла через дымовую трубу в атмосферу. На электростанциях большой мощности дымовые трубы выполняют высотой 200-300м и больше, чтобы уменьшить местные концентрации загрязняющих веществ в воздухе. В результате горения топлива остаются зола и шлак, которые также удаляются из агрегата.

1. Описание системы управления котлоагрегатом

В данной курсовой работе опишем систему управления ТЭЦ, в основе которой лежит работа котлоагрегата, причем будем делать ссылки, касающиеся непосредственно работы ТЭЦ-1 города Павлодара.

Схема котлоагрегата, работающего на пылевидном угле, приведена на рис.4 (приложение 1).

Топливо с угольного склада после дробления подается конвейером в бункер сырого угля 1, из которого направляется в систему пылеприготовления, имеющую углеразмольную мельницу 2. Воздухом, нагнетаемым специальным вентилятором 3, пылевидное топливо транспортируется по трубам к горелкам 4 (где сжигается в виде факела 14, состоящего из светящихся продуктов сгорания (дымовых газов)) топки котла 5, находящегося в котельной 6. Стены топочной камеры (топки) делаются из огнеупорного кирпича, а на внутренней стороне их (со стороны факела) закреплены так называемые экранные трубы (экраны). В нижнюю часть этих труб через коллекторы 15 поступает нагретая до температуры кипения вода, а из верхней части (после нагрева воды теплотой, излучаемой факелом) выходит смесь пара с водой, которая по трубам 16 отводится в барабан 17. В этом барабане, находящемся снаружи котлоагрегата и вне зоны обогрева, пар отделяется от воды, которая по опускным трубам 18 вновь подводится к нижним коллекторам 15. В барабане котлоагрегата отделившийся от воды пар имеет температуру кипящей под давлением воды (обычно 300-350 ) и называется насыщенным паром. Однако для увеличения к.п.д. ТЭЦ целесообразно поднять его температуру до 550-570 . Для этой цели насыщенный пар из барабана по трубам 19 направляют в пароперегреватель 20, состоящий из трех частей: радиационной, ширмовой и конвективной. Газы на пути к верхней части топки несколько охладились (и потому перестали светиться), но еще обладают достаточно высокой температурой (около 900-1000 ). Пройдя пароперегреватель, пар приобретает необходимую для работы турбины температуру 540-565 (так называемый перегретый пар), а дымовые газы охлаждаются до 400-500 . Перегретый пар из трубок пароперегревателя 20 собирается в коллекторе 21, из которого затем по паропроводу направляется к турбине. Теплоту уходящих из пароперегревателя дымовых газов целесообразно использовать для предварительного нагрева испаряемого затем в экранах воды, а также и воздуха, необходимого для сжигания топлива. Для такого подогрева нужное для получения пара количество воды (ее называют питательной водой) пропускают через специальную змеевиковую трубную систему 22, называемую экономайзером. Вода для питания котла нагнетается питательным насосом 8 из бака питательной воды 7, имеющего деаэрационное устройство.

Питательная вода, проходя по змеевикам снизу вверх подогревается почти до температуры кипения, после чего из верхней части экономайзера по соединительным трубам (23-24 трубы) поступает в барабан 17. Нужный для сжигания топлива воздух засасывается дутьевым вентилятором 9 и подается им через воздухоподогреватель 25, в котором нагревается дымовыми газами до температуры 250-350 по специальным коробам к горелкам 4. Подача в топку горячего воздуха облегчает воспламенение топлива, обеспечивает его полное сжигание и повышает температуру горения. В воздухоподогревателе 25 целесообразно пропускать воздух снаружи труб, а газы по трубам.

За счет экономайзера и воздухоподогревателя температура дымовых газов может быть снижена до температуры 110-130 , при которой их направляют в специальную вращающуюся машину – дымосос 11, отсасывающий уходящие газы из котлоагрегата газы и выбрасывающий их в дымовую трубу 12. При сжигании твердого топлива лопатки дымососов необходимо защищать от истирания золой специально установленными золоуловителями 10. Степень очистки уходящих газов такими золоуловителями должна быть очень высокой (со степенью улавливания 99,5% все твердых частиц), что требуется для устранения загрязнения окружающей среды (атмосферы) эоловыми выбросами из дымовой трубы, которую для этой же цели сооружают высотой 200-300 м.

Уловленная из дымовых газов пылевидная зола и выпавший в нижнюю часть топки шлак удаляются, как правило, в потоке воды по каналам, а затем образующаяся пульпа откачивается специальными багерными насосами 13 и удаляется по трубопроводам. Однако в связи с тем, что зола может использоваться для нужд строительства, например как инертная добавка в бетон (а для этой цели она должна выводиться из котельной в сухом виде), в последнее время интенсивно внедряется транспорт золы в сухом виде – обычно с помощью воздушного потока.

Поступающий из котлоагрегата пар приводит во вращение ротор паровой турбины, на одном валу с которым устанавливается электрический генератор. После ввода в турбину пар расширяется в каналах специального профиля (соплах), где за счет разницы в давлении пара до и после сопла скорость пара меняется от 34-40 до 400-500 м/с с увеличением при этом его кинетической энергии. Чем больше разница в давлении пара, входящего и выходящего из нее, тем большая работа может быть получена с каждой единицы массы пара (килограмма или тонны). В современных турбинах отработанный пар уходит в конденсатор при давлениях в 25-30 раз меньших, чем давление воздуха на поверхности земли.