Дипломная работа: Розширення центральної опалювальної котельні середньої потужності

Таблиця 4.6

4.9 Розрахунок водяного економайзера

Таблиця 4.7

5. Допоміжне обладнання

5.1 Вибір допоміжного обладнання

5.1.1 Вибір деаераторів

Деаерація живильної та підживлюючої води являється одною із обов'язкових стадій процесу водопідготовки. Деаератори потрібні для видалення розчинених у живильній воді корозійно-активних кисню та вуглекислого газу. Крім корозії поверхні нагріву котла, трубопроводів, арматури, присутність цих газів значно погіршує процес теплопередачі, що призводить до збільшення витрати палива. Для видалення газів з живильної води використовуємо деаератор ДА-15/4. Деаерація води в такому деаераторі відбувається внаслідок створення різних парціальних тисків газу у воді, що видаляється в навколишнє середовище. Зв'язана вуглекислота видаляється за рахунок встановлення барботажних пристроїв. Холодна вода подається у водорозподільний лоток, звідки послідовно стікає на ряд дирчастих тарілок, розподілених одна під одною; гріюча пара поступає знизу і піднімаючись вгору, омиває струмінь води. Пара, конденсуючись, підігріває воду до температури насичення і з верхньої частини деаераторної головки виходить в атмосферу з великим парціальним тиском повітря. Вода при русі вниз деаерується.

Для підживлення води, яка поступає на гаряче водопостачання використовуємо вакуумний деаератор. Вакуум (0,03 МПа) в деаераторі підтримується завдяки відсмоктуванню пароповітряної суміші з колонки вакуумного деаератора за допомогою водоструменевого ежектора, в контур якого ввімкнено бак з робочою водою і насос для її подавання. Вода поступає до ежектора і підсмоктує з де аераційної головки паро газову суміш, створюючи в ній вакуум.

Вода змішана з газами змивається по спускним трубам у відкритий приймальний бак-газовідділювач з якого підсмоктані гази виділяються в атмосферу. З деаераторного бака-акумулятора вода подається у всмоктуючи магістраль циркуляційних мережевих насосів.

5.1.2 Вибір редукційно-охолоджуючої установки

Редукційно-охолоджувальна установка застосовується для зниження тиску та температури пари після котла до величини, що відповідають параметрам, які забезпечують надійну роботу котельної установки.

Зниження параметрів пари відбувається дроселюванням та охолодженням її водою.

По паропроводу з котла пара підводиться до регулюючого клапану в якому знижується тиск за рахунок зменшення прохідного перерізу клапана.

Охолодження пари відбувається вприскуванням чистої води у найменший переріз змішувальної труби. Вприскувана вода крізь форсунку розпилюється і, випаровуючись, охолоджує пару.

Холодна вода в РОУ подається з трубопроводу живильної води після деаератора.

5.1.3 Вибір конденсаційного баку

Конденсаційні баки потрібні для збирання конденсату, який повертається від технологічних споживачів, з пароводяних підігрівників сирої води.

В парових котельнях низького тиску живильні пристрої, як правило, складаються з конденсаційних баків і живильних пристроїв. Конденсаційно-живильних баків встановлюється два або ж один розділений навпіл. В ці баки відбувається злив пари, яка повертається від споживачів, конденсату і додавання води, яка компенсує його втрати. Таким чином ці баки являються не тільки збірниками конденсату, але й основними джерелами живильної води, яка в подальшому направляється в котли.

Якщо котельні розміщені в окремих будівлях і повернення конденсату доцільно здійснювати самопливом, то конденсаційно-живильні баки зазвичай розміщують у заглиблених (до відмітки -1,200 м) приміщення. При поверненні конденсату від споживачів під тиском потреба у заглиблених приміщеннях, звичайно, відпадає.

Ємкість конденсаційно-живильних баків повинна забезпечувати збір конденсату, а також живлення котлів протягом деякого часу, навіть по випадку припинення подачі конденсату або свіжої води. Баки розраховуються на зберігання запасу води, достатньої для живлення протягом одної-двох годин усіх працюючих котлів, але неменше 40-хвилинного запасу по максимальній витраті живильної води. В якості живильних пристроїв встановлюються осьові та ручні насоси, а в окремих випадках використовують тиск водопроводу. Вибір живильних пристроїв залежить від теплопродуктивності (паропродуктивності) котельні. Загальним рішенням являється встановлення в якості живильних пристроїв двох осьових насосів, один з яких використовується як робочий, а другий в якості резервного. Продуктивність кожного з насосів повинна бути не менша 120% максимальної паропродуктивності всієї котельні.

5.1.4 Вибір пальників

Пальники, які приймаються до встановлення в топці, повинні забезпечувати спалювання заданої кількості палива для отримання теплоносія з потрібною температурою, тиском і хімічною активністю. Кількість спалюваного палива, яке повинно бути підготовлене в пальнику (форсунці), визначається потрібною кількістю теплоносія. Тиск палива і окислювача перед пальником (форсункою) визначається потрібним тиском (розрідженням) теплоносія після топки.

Отримання потрібної форми полум'я (довжина та діаметр) забезпечується типом та числом пальників (форсунок), які створюють певний відносний рух палива та окислювача.

5.1.5 Вибір теплообмінного обладнання

У теплових схемах котелень широко використовують теплообмінне обладнання (підігрівники) поверхневого типу для підігріву живильної, мережевої та охолодження продувальної води.

Підігрівники поділяються на пароводяні та водоводяні.

Основним теплообмінним обладнанням котельні, що проектується є:

– мережевий підігрівай (бойлер);

– охолоджувачі випару;

– підігрівай сирої води;

– охолоджувач продувочної води.

5.2 Розрахунок пальника

5.2.1 Характеристика пальника марки ГМ – 2,5

Газо-мазутні пальники призначені для окремого спалювання рідкого і газоподібного палива і приміняється для котлів марки Е(ДЕ). Для котлів марки ДЕ-4–14ГМ приміняють пальник марки ГМ – 2,5.

Технічні характеристики пальника ГМ – 2,5 приведені в таблиці 5.1

Таблиця 5.1

Пальники марки ГМ – 2,5 являються вихровими – практично все повітря проходить через завихрювач. Основними вузлами пальника марки ГМ являються форсуночний вузол, газова частина і повітренаправляючий пристрій. У форсуночний пристрій пальника входять паромеханічна форсунка і пристрій з за-хлопками для встановлення змінної форсунки без зупинки котла. Основна форсунка встановлена по осі пальника, змінна – під деяким кутом до осі.

Газова частина пальника периферійного типу складається з пальника складається з кільцевого колектора в однорядній однокаліброваній системі газовидаючих отворів і газопідводячої труби. В середині колектора розміщена кільцева діафрагма, яка служить для рівномірного розподілу газу по отворам.

Повітренаправляючий пристрій пальників марки ГМ складається з повітряного короба, осьового завихрювала повітря і конусного стабілізатора. Лопатки осьового завихрювала – профільні, установлені під кутом 45° до осі пальника. Невелика частина повітря проходить через дифузор (дирчастий лист) для охолодження форсунки.

Розрахунок швидкості витікання газоповітряної суміші з пальника Витрату газу визначаємо по формулі:

                                          (5.1)

де Vнг – витрата газу за нормальних умов, Vнг =307 м3/год;

Рг – тиск газу, приймаємо Рг=1,05 бар = 800 мм-Нд;

Тг – температура газу, становить Тг = 288 °К.

Визначається по формулі:

                                                (5.2)

де D – паропродуктивність котла, D – 1,11 кг/с;

і» – ентальпія насиченої пари,

іжв – ентальпія живильної води, ;

ηка – коефіцієнт корисної дії котельного агрегату, ηка = 0,97.

Приведення густини газу, повітря до фактичних фізичних умов. Густини газу і повітря визначаємо із співвідношення:

                                               (5.3)

де РГ, ТГ і ρГ – відповідно тиск, температура і густина газу за норм. умов.

Параметри повітря:

Температура повітря, tn = 25 °С;

Тиск повітря, Рп=1 кПа = 0,01 бар;

Відносна вологість, φ = 70%;

Із співвідношення (5.3) визначаємо фактичну густину газу:

                (5.4)

де ρгн – густина газу за нормальних умов, ρгн = 0,712 кг/м.

Густина сухого повітря:

                 (5.5)

де ρгн – густина повітря за нормальних умов, ρгн = 1,293 кг/м.

Густина вологого повітря:

                     (5.6)

Випарна здатність палива.

Випарну здатність палива визначаємо із співвідношення:

                                        (5.7)

де D М – паропродуктивність котла, т/год;

VГ – витрата газу, м /год.

Витрата повітря:

                         (5.8)

де ат – коефіцієнт надлишку повітря у топці;

V0 – теоретичний об'єм димових газів,

Дійсна кількість повітря при дійсних фізичних умовах визначається за формулою:

              (5.9)

де Р, Т – тиск і температура повітря при дійсних умовах:

Р = 770 мм-Hg; 7=295 °К. Теплова напруга:

                             (5.10)

де Vг – витрата газу, ;

VT – об'єм топкової камери, VT = 9,2 м3 (див. п. 4);

Витрата суміші:

                     (5.11)

Для попередження «проскоку» і «відриву» факелу допустима швидкість витікання суміші з амбразури Wc = 30–35 м/с. Площа перерізу:

– амбразури:

                  (5.12)

де dAMB – діаметр амбразури, м;

– проходу суміші у пальнику:

                      (5.13)

де dK – діаметр колектора, м;

dH – внутрішній діаметр труби, м.

Швидкість суміші на виході:

                          (5.14)

– з пальнику

                                    (5.15)

– швидкість повітря у змішувачі

                                     (5.17)

5.3 Розрахунок мережевого підігрівана

На рисунку 5.2 зображено схему горизонтального мереженого підігрівача.

Рисунок 5.2 Схема горизонтального мережевого підігрівача

5.3.1 Характеристика мережевого підігрівача

Горизонтальний мережевий підігрівай являється рекуперативним (поверхневим теплообмінним апаратом.

Мережевий підігрівач – двоходовий. Поверхня І/\ обертається з 20% запасом.

Продуктивність                                         56 кг/с;

Поверхня нагріву                                               30 м;

Кількість труб                                           312;

К-ть труб в одному ході                                     156;

Довжина труб                                            2000 мм;

Площа для переходу води в одному ході         0,024 м;

Латунні трубки діаметром                        16X14 мм.

5.3.2 Розрахунок необхідної поверхні трубок мережевого підігрівача

З теплового розрахунку теплової схеми:

Витрати мережевої води                                    М2=Мв=30 кг/с;

температура води на вході в підігрівач            

Температура води на виході з підігрівача                 

Тиск пари на вході в підігрівач                                   Р=1,4 МПа;

Ентальпія пари на вході в підігрівач                         

Ентальпія конденсату                                        

Визначаємо ентальпії води на вході і на виході підігрівача:

Ентальпія води на вхС

                                      (5.18)

ентальпія води на виході визначається за формулою

                                    (5.19)

Рівняння теплового балансу:

                                                   (5.20)

Де Q1 – кількість тепла, яке віддає гарячий теплоносій, кВт;

Q2 – кількість тепла, що сприймає холодний теплоносій, кВт.

ηта – коефіцієнт корисної дії теплообмінного апарату, ηта = 0,98;

Кількість тепла, яке віддає гарячий теплоносій визначаємо за формулою:

                                                (5.21)

де М1 – витрата пари, кг/с.

Кількість тепла, що сприймає холодний теплоносій визначаємо за формулою:

                   (5.22)

Кількість тепла відданого гарячим теплоносієм можна визначити з формули:

                                     (5.23)

Витрату пари визначаємо по формулі:

                                  (5.24)

Рівняння теплопередачі:

Q = F·K·Δt, кВт                                         (5.25)

Температурний напір:

                                  (5.26)

де  – температурний напір протитокового теплообмінного апарату;

ψ – поправочний коефіцієнт, визначається по діаграмі.

Температурний напір протитокового та визначається за формулою:

                                      (5.27)

Де  – більша різниця температур, °С;

 – менша різниця температур, °С;

Більша різниця температур визначається за формулою:

                                   (5.28)

Визначається за формулою:

                                   (5.29)

Визначаємо відношення температур:

                                       (5.30)

                                                (5.31)

При R=0, ψ = 0.

Перевіряємо режим руху теплоносіїв (рух води в трубах). Площа проходу для води

                          (5.32)

Швидкість води в трубах:

                            (5.33)

де Мв – витрата води, Мв = 30 кг/с;

ρв – густина води, ρв = 951 кг/м.

Критерій Рейнольдса:

                              (5.34)

де dвн - внутрішній діаметр трубок, м;

vв – в'язкість води, м /с.

Режим руху води турбулентний і коефіцієнт тепловіддачі від стінки до води визначається по формулі:

                 (5.35)

де В2 – числовий коефіцієнт;

Коефіцієнт тепловіддачі від сухої насиченої пари до стінки труб для горизонтального ТА:

                          (5.36)

де А1 – числовий коефіцієнт;

r – питома теплота пароутворення;

Виходячи з того, що:

то приймаємо розрахунок, як для тонкої стінки. Коефіцієнт теплопередачі

                                         (5.37)

Товщина стінки

                               (5.38)

Коефіцієнт теплопровідності латуні:

                                        (5.39)

За формулою (5.37) визначаємо коефіцієнт теплопередачі:

Потрібна площа поверхні труб:

                               (5.40)

Запас становить 3,5%.

6. Генеральний план

6.1 Генеральний план котельної

Генеральний план виконується з метою розміщення і взаємної ув'язки головних споруд, які входять до комплексу котельної, інженерних комунікацій, автомобільних та залізничних шляхів. Головними спорудами і будівлями комплексу котельної є головний корпус, паливне господарство, водопідготовка, димова труба, та інші споруди.

Генеральний план котельної зображений на рисунку 6.1.

Рисунок 6.1 Генеральний план котельної

Основні рішення по горизонтальному плануванню, показані на листі 5 «Схема генерального плану котельної», обумовлені технологічними взаємозв'язками між запроектованими будівлями і спорудами.

При компоновці генерального плану враховувалась можливість раціонального використання території дотриманням усіх вимог, а також враховувались відповідні розриви від резервуарів мазута до будівлі котельні. На ділянці котельні передбачені проїзди з асфальтним покриттям шириною 5,5 м.

Ділянка умовно прийнята горизонтальною, проект реалізації рельефа вирішується в залежності від місцевих умов.

7. Компоновка головного корпусу котельної

7.1 Загальні відомості

Розміщення котельної на генплані, котлоагрегатів і обладнання в середині самої котельні виконується відповідно до правил Держтехнагляду і Сніп 11–35–78.

Парові котельні при роботі на робочому тиску пари більш як 0,07 МПа споруджуються у вигляді окремо стоячих будівель. Від найближчих житлових і громадських будівель вони мають бути відокремлені озелененими санітарно-технічними зонами, які вибирають згідно із Сніп П-89–80. розриви між будівлями і спорудами котелень визначають санітарними і протипожежними нормами.

Будівля котельні виконана каркасною, одноповерховою з прольотами одного напрямку довжиною 6,000 м. Довжина балок ферм становить 6,000 м. Вибір визначається розмірами та компоновкою обладнання, яке встановлюється. Несучими елементами будівлі є колони, крок яких рівний 6,000 м.

Вихідні двері котельного приміщення повинні відчинятись назовні. На всіх поверхах будівлі котельні передбачається по два виходи назовні, розташованих у протилежних боках будівлі.

Компоновка і конструкції будівлі котельні передбачують можливість її розширення. Компоновка основного і допоміжного обладнання повинна забезпечувати зручність в роботі і безпеку при експлуатації, мінімальну протяжність трубопроводів, газоходів і повітреходів, мінімальні витрати на спорудження котельної, скорочення чисельності обслуговуючого персоналу, автоматизацію технологічних процесів. Вона має відповідати вимогам будівельних норм і правил, а також правил техніки безпеки, санітарних і Протипожежних норм.

Котлоагрегати в котельні повинні бути розташовані в один ряд з фронтом обслуговування, спрямованим у бік віконних прорізів, а хвостові поверхні нагрівання та допоміжне обладнання – перед кожним котлоагрегатом, або за ним. Загальне обладнання, призначене для підготовки води, насоси і теплообмінники розміщені з боку основного торця будівлі котельні. Проходи між котлами, економайзерами і стінками котельної не менш як 1,000 м, а між окремими частинами чи виступами – не менш як 0,800 м. при встановленні котлоагрегатів, які потребують обслуговування з боку (обдування, очищення газоходів, догляд за пальниковим пристроєм та ін.), ширина бічного проходу повинна бути достатньою для їх обслуговування і ремонту, але не менш як 2,000 м для котлів паропродуктивністю 4 т/год. Відстань від фронту котла, або від виступаючих частин його топок до протилежної стінки котельної при спалюванні рідкого чи газоподібного палива повинна становити 1,000 м.

Відстань від верхньої позначки (площадки) обслуговування котлів і економайзерів до нижньої частини котелень має бути не менш як 2,000 м. для зручності обслуговування і безпеки роботи проходи між агрегатами допоміжного обладнання котельної мають бути не менш як 0,700 м. Для обслуговування котів і економайзерів повинні бути встановлені постійні площадки і сходи з поручнями не менш як 1,000 м. Вільна висота над прохідними площадками і сходами повинна бути не менш як 2,000 м.

Одним з важливих принципів сучасної компоновки обладнання котельної полягає у використанні окремих блоків підвищеної заводської готовності при проектуванні, встановленні та монтажі обладнання.

7.2 План розміщення обладнання котельної

Розміщення обладнання котельної зображено на листах 6, 7. Будівля котельної одноповерхова, з влаштованими допоміжними приміщеннями, двохпролітне – два прольоти по 12,000 м, довжиною 30,000 м, крок колон 6,000 м, з висото до низу балок покриття – 6,000 м, з двома кран-Гшиками вантажопідйомністю 1 т.

На відмітці 0,000 в осях 3 – 7, А – Б розташовані побутові приміщення; в осях 1 – 3, А – Б знаходяться мазутонасосна, механічна майстерня, водомірний пункт, лабораторія ВПУ.

На площадці (відм. 3,300) розміщуються венткамера, ГРУ, приміщення щитів керування і приміщення щитів станції керування.

В котельному цеху, який знаходиться в осях 1 – 7, Б – Д, розміщені котли, водяні економайзери, димососи, газоходи котла та контрольно-вимірювальні прилади системи автоматики, блок підігрівачів сирої води та блок мережевих насосів.

На відмітці 2,860 розміщені блочна установка живлення і підживлення, а також укрупнено-блочна установка гарячого водопостачання. Конденсаційний бак розміщений на відмітці (– 1,200).

На зовні приміщення котельні розміщені атмосферний і вакуумний деаератори, баки-акумулятори, бак-газовідділювач, продувочний колодязь, бункер вологого зберігання солі та димова труба.

Для виконання ремонтних робіт в котельні передбачені крани і ручні талі.

8. Техніко-економічна частина

8.1 Розрахунок витрат на котельню

З теплового розрахунку котельні (див. п. 1.3.1) беремо наступні дані:

– встановлена потужність котельні                               МВт;

– річний відпуск теплоти на опалення,              ГДж/рік;

– річний відпуск теплоти на гаряче водопостачання  ГДж/рік;

– річний відпуск теплоти на вентиляцію            ГДж/рік;

– річна витрата теплоти на технологічні потреби  ГДж/рік;

– річний відпуск тепла котельнею                      ГДж/рік;

Річне вироблення тепла котельнею:

                                       (8.1)

де, ηТП – Коефіцієнт теплового потоку, %;

                                (8.2)

Число годин використання встановленої потужності котельні:

                               (8.3)

Питома витрата палива на 1 Гдж відпущеної теплоти

Умовного                                 (8.4)

Натурального                         (8.5)

де ηбр – ККД котельного агрегату, %

- нижча теплота згорання палива,

Річна витрата палива котельні

Умовного            (8.6)

Натурального       (8.7)

Річна витрата електроенергії на власні потреби котельні

                            (8.8)

де, Nycm – встановлена потужність приймачів електричної енергії, КВт;

hкom – число годин роботи котельні в рік, год/рік; hкom=8400 год/рік;

Кэл – коефіцієнт використання встановленої електричної потужності; Кэл = 0,5.

Річна витрата води на котельні:

                                (8.9)

де,  – витрата сирої води, що поступає на хім-водоочистку при максимально зимовому та літньому режимах, т/год:

;

                        (8.10)

Питома витрата води на 1 ГДж відпущеного тепла

                                    (8.11)

8.2 Розрахунок собівартості відпускної теплоти від котельні

Річні витрати на паливо

                                   (8.12)

 – Ціна палива та ціна на його транспортування, грн/тис. м3

Річні витрати на електроенергію

                                      (8.13)

де Цэ - Ціна електроенергії, грн/КВтгод;

Витрати на воду:

                           (8.14)

Капітальні витрати на спорудження котельні:

                               (8.15)

де, К1, Кп – питомі капіталовкладення для вводу в експлуатацію першого та наступних котлоагрегатів, грн/МВт

К1=86000 грн/МВт;

Кп=87000 грн/МВт;

 – номінальна потужність першого та наступних котлоагрегатів, МВт

Річні амортизаційні відрахування

                                       (8.16)

де,  – середня норма амортизації загально-будівельних робіт, та будівель, %;

=5%

 – середня норма амортизації обладнання з монтажем

=15%

Кстр – вартість загально-будівельних робіт, грн

Коб – вартість обладнання з монтажем, грн.

                                              (8.17)

                                                (8.18)

де, αcmp, αoб – доля вартості загально-будівельних робіт і обладнання;

αстр =30%, αоб=10% табл. 13.7,

Кстр =1399080 · 0,3 = 419724 грн

Коб = 0,7 · 1399080 = 979356 грн

Витрати на поточний ремонт:

 грн                     (8.19)

Заробітна плата з нарахуваннями тільки експлуатаційного персоналу

                                   (8.20)

Де Зср.рік – середня заробітна плата з нарахуваннями в фонд соціального страхування;

Ч – чисельність експлуатаційного персоналу котельні (за проектними даними становить 25 чол.);

Інші сумарні витрати

(8.21)

Річні експлуатаційні витрати по котельні визначаються як сума розглянутих вище статей:

                               (8.22)

SKOT= 2552532 + 304920 + 85701 + 167889 + 33578 + 121800 +

+ 96980 =3363400 грн

                                     (8.23)

Паливна складова собівартості

                                   (8.24)

Вираховуємо загальну вартість випущеної продукції

                       (8.25)

де, Цк – ціна тепла, яке відпускається споживачам 1 ГДж тепла, грн./ГДж;

Річний прибуток котельні

                      (8.26)

Рентабельність котельні, %

                                        (8.27)

за формулою (2.27) визначаємо рентабельність:

Аналогічним чином поводимо техніко-економічні розрахунки для даних до розширення котельної. Результати розрахунків зводимо у таблиці 8.1.

Таблиця 8.1 Техніко-економічні показники котельні

9. Автоматизація котельної

9.1 Опис технологічного процесу

Паровим котлом називається комплекс агрегатів, призначених для одержання водяної пари. Цей комплекс складається з ряду теплообмінних пристроїв, зв'язаних між собою й пристроїв для передачі тепла від продуктів згоряння палива до води й пари. Вихідним носієм енергії, наявність якого необхідно для утворення пари з води, служить паливо.

Основними елементами робочого процесу, здійснюваного в котельній установці, є:

1) процес горіння палива;

2) процес теплообміну між продуктами згоряння або самим палаючим паливом з водою;

3) процес пароутворення, що складається з нагрівання води, її випару й перегріву отриманої пари.

Під час роботи в котлоагрегатах утворяться два взаємодіючих один з одним потоки: потік робочого тіла й потік теплоносія, що утвориться в топці.

У результаті цієї взаємодії на виході об'єкта виходить пара заданого тиску й температури.

Однією з основних задач, що виникає при експлуатації котлового агрегату, є забезпечення рівності між виробленою й споживаною енергією. У свою чергу процеси пароутворення й передачі енергії в котлоагрегаті однозначно пов'язані з кількістю речовини в потоках робочого тіла й теплоносія.

Горіння палива є суцільним фізико-хімічним процесом. Хімічна сторона горіння являє собою процес окислювання його горючих елементів киснем минаючий при певній температурі і який супроводжується виділенні тепла. Інтенсивність горіння, а так само економічність і стійкість процесу горіння палива залежать від способу підведення й розподілу повітря між частками палива. Умовно прийнято процес спалювання палива ділити на три стадії: запалювання, горіння й допалювання. Ці стадії в основному протікають послідовно в часі, частково накладаються одна на іншу.

Розрахунок процесу горіння звичайно зводиться до визначення кількості повітря в м3, необхідного для згоряння одиниці маси, або обсягу палива, кількості й складу теплового балансу, визначенню температури горіння.

Значення тепловіддачі полягає в теплопередачі теплової енергії, що виділяється при спалюванні палива, воді, з якої необхідно одержати пару, або пари, якщо необхідно підвищити його температуру вище температури насичення. Процес теплообміну в котлі йде через водогазонепроникні теплопровідні стінки, що називаються поверхнею нагрівання. Поверхні нагрівання виконуються у вигляді труб. Усередині труб відбувається безперервна циркуляція води, а зовні вони обмиваються гарячими топковими газами або сприймають теплову енергію випромінюванням. У такий спосіб у котлоагрегаті мають місце всі види теплопередачі: теплопровідність, конвекція й випромінювання. Відповідно поверхня нагрівання підрозділяється на конвективні й радіаційні. Кількість тепла, передана через одиницю площі нагрівання в одиницю часу називається тепловою напругою поверхні нагріву. Величина напруги обмежена, по-перше, властивостями матеріалу поверхні нагріву, по-друге, максимально можливою інтенсивністю теплопередачі від гарячого теплоносія до поверхні, від поверхні нагрівання до холодного теплоносія. Інтенсивність коефіцієнта теплопередачі тим вище, чим вище різниці температур теплоносіїв, швидкість їхнього переміщення щодо поверхні нагрівання й чим вище чистота поверхні.

Утворення пари в котлоагрегатах протікає з певною послідовністю. Уже в екранних трубах починається утворення пари. Цей процес протікає при великих температурі й тиску. Явище випару полягає в тім, що окремі молекули рідини, що перебувають у її поверхні й володіють високими швидкостями, а отже, і більшою в порівнянні з іншими молекулами кінетичною енергією, переборюючи силові впливи сусідніх молекул, що створює поверхневий натяг, вилітають у навколишній простір. Зі збільшенням температури інтенсивність випару зростає. Процес зворотний паротворенню називають конденсацією. Рідина, що утвориться при конденсації називають конденсатом. Вона використається для охолодження поверхонь металу в пароперегрівниках.

Пара, утворена в котлоагрегаті, підрозділяється на насичену і перегріту. Насичена пара у свою чергу ділиться на суху і вологу.

9.2 Опис конструкції об'єкта автоматизації

Парові котли типу ДЕ паропродуктивністю ч т/год, з абсолютним тиском 1,4 МПа призначені для виробітку насиченої або перегрітої пари, використовуваного для технологічних потреб промислових підприємств, на теплопостачання систем опалення й гарячого водопостачання.

9.3 Обґрунтування необхідності контролю, регулювання й сигналізації технологічних параметрів

Регулювання живлення котлових агрегатів і регулювання тиску в барабані котла головним чином зводиться до підтримки матеріального балансу між відводом пари й подачею води. Параметром, що характеризує баланс, є рівень води в барабані котла. Надійність роботи котлового агрегату багато в чому визначається якістю регулювання рівня. При підвищенні тиску, зниження рівня нижче припустимих меж може привести до порушення циркуляції в екранних трубах, в результаті чого відбудеться підвищення температури стінок труб, що обігріваються, і їх перепал. Підвищення рівня також веде до аварійних наслідків, тому що можливий закид води в пароперегрівник, що викличе вихід його з ладу. У зв’язку із цим, до точності підтримки заданого рівня пред'являються дуже високі вимоги. Якість регулювання живлення також визначається рівністю подачі живильної води. Необхідно забезпечити рівномірне живлення котла водою, тому що часті й глибокі зміни витрати живильної води можуть викликати значні температурні напруги в металі економайзера.

Барабанам котла із природною циркуляцією властива значна здатність, що проявляється в перехідних режимах. Якщо в стаціонарному режимі положення рівня води в барабані котла визначається станом матеріального балансу, то в перехідних режимах на положення рівня впливає велика кількість збурювань. Основними з них є: зміна витрати живильної води, зміна паропродуктивності при зміні навантаження топлення, зміна температури живильної води.

Регулювання співвідношення газ-повітря необхідно як чисто фізично, так й економічно. Відомо, що одним з найважливіших процесів, що відбуваються в котельній установці, є процес горіння палива. Хімічна сторона горіння палива являє собою реакцію окислювання горючих елементів молекулами кисню. Для горіння використовується кисень, що перебуває в атмосфері. Повітря в топку подається в певнім співвідношенні з газом за допомогою дуттєвого вентилятора. Співвідношення газ-повітря приблизно становить 1.10. При недостатку повітря в топковій камері відбувається неповне згоряння палива. Газ, який не допалився, буде викидатися в атмосферу, що економічно й екологічно не припустимо. При надлишку повітря в топковій камері буде відбуватися охолодження топки, хоча газ буде згоряти повністю, але в цьому випадку залишки повітря будуть утворювати двоокис азоту, що екологічно неприпустимо, тому що це з'єднання шкідливе для людини й навколишнього середовища.

Система автоматичного регулювання розрідження в топці котла зроблена для підтримки горіння під наддувом, тобто щоб підтримувати сталість розрідження (приблизно 4 мм. вод. ст.). При відсутності розрідження полум'я факелу буде притискатися, що приведе до обгорання пальників і нижньої частини топки. Димові гази при цьому підуть у приміщення цеху, що унеможливлює роботу обслуговуючого персоналу. У живильній воді розчинені солі, припустиме кількість яких визначається нормами. У процесі паротворення ці солі залишаються в котловій воді й поступово накопичуються. Деякі солі утворять шлам – тверда речовина, що кристалізується в котловій воді. Більш важка частина шламу накопичується в нижніх частинах барабана й колекторах.

Підвищення концентрації солей у котловій воді вище припустимих величин може привести до віднесення їх у пароперегрівник. Тому солі, що скопилися в котловій воді, видаляються безперервною продувкою, що у цьому випадку автоматично не регулюється. Розрахункове значення продувки парогенераторів при сталому режимі визначається з рівнянь балансу домішок до води в парогенераторі. Таким чином, частка продувки залежить від відношення концентрації домішок у воді продувної й живильної. Чим краще якість живильної води й вище припустима концентрація домішок у воді, тим частка продувки менша. А концентрація домішок у свою чергу залежить від частки додаткової води, у яку входить, зокрема, частка продувної води, що втрачається.

Сигналізація параметрів і захисту, що діють на зупинку котла, фізично необхідні, тому що оператор або машиніст котла не в силах устежити за всіма параметрами функціонуючого котла. Внаслідок цього може виникнути аварійна ситуація. Наприклад при спуску води з барабана, рівень води в ньому знижується, внаслідок цього може бути порушені циркуляція й викликаний перепал труб донних екранів. Захист, що спрацював без зволікання, запобіжить виходу з ладу парогенератора. При зменшенні навантаження парогенератора, інтенсивність горіння в топці знижується. Горіння стає нестійким і може припинитися. У зв'язку із цим передбачається захист по погашенню факела.

Надійність захисту значною мірою визначається кількістю, схемою включення й надійністю використовуваних у ній приладів. По своїй дії захисту підрозділяються ми; діючі на зупинку котла; зниження навантаження котла; виконуючі локальні операції.

Таблиця 9.1. Технологічні параметри контролю і сигналізації

9.4 Вибір засобів автоматизації

Комплекс приладів і пристроїв типу «Контур Г» призначений для побудови локальних систем автоматичного регулювання теплотехнічних процесів в енергетиці, промисловому комплексі, системах теплопостачання й опалення. Комплекс містить у собі чотирнадцять виконань багатофункціональних регулюючих приладів з імпульсним виходом типу PC 29 і два виконання трипозиційного підсилювача типу В29.

Комплекс «Контур 2» побудований по модельному принципі на сучасній мікроелектронній елементній базі. Характеризується розширеними функціональними можливостями, більш широким використанням сигналів постійного струму, підвищеною точністю й надійністю, істотно меншими габаритами й масою в порівнянні з комплексом приладів «Контур».

Регулюючі прилади типу РС29 забезпечують посилення, демпфірування й індикацію сигналу неузгодженості. Разом з виконавчим механізмом постійної швидкості регулятори дозволяють здійснювати ручне керування виконавчим механізмом. У них передбачена індуктивними положення виконавчого механізму, оснащеного реостатними або індуктивними датчиками положення, а також аналого-релейне перетворення по двох каналах з індексацією спрацьовування.

Залежно від модифікації прилади можуть виконувати додаткові функції: диференціювання сигналів за аперіодичним законом, нелінійне перетворення сигналів, цифрову індикацію одного із чотирьох сигналів по виклику. Конструкція регулюючих приладів відрізняється уніфікацією. Функціональна структура більшості виконань приладів може легко змінюватися шляхом перестановки перемичок на спеціальному комутаційному полі, доступному споживачеві, що дає можливість здійснювати аналого-релейне перетворення з демпфіруванням, здійснювати динамічний зв'язок між регуляторами.

9.5 Опис схеми автоматизації

Функціональна схема систем автоматизації технологічних процесів є основним технічним документом, що визначає структуру й характер систем автоматизації технологічних процесів, а також оснащення їхніми приладами й засобами автоматизації. На функціональній схемі дане спрощене зображення агрегатів, що підлягають автоматизації, а також приладів, засобів автоматизації й керування, зображуваних умовними позначками за діючими стандартами, а також лінії зв'язку між ними.

Схема автоматизації регулювання й контролю парового котлоагрегату передбачають наступні системи:

– система автоматичного регулювання й контролю теплового навантаження котла;

– система автоматичного регулювання и контролю живлення котла;

– система автоматичного регулювання й контролю співвідношення газ-повітря;

– система автоматичного регулювання й контролю розрідження в топці котла;

– система автоматичного контролю тиску;

– система автоматичного контролю температури;

– система автоматичного відсічення газу.

9.6 Опис компоновки і комутації щита КІПіА

Опис компоновки панелі щита. Компоновкою називається загальний вид щита й розміщені на ньому прилади й засоби автоматизації.

Компоновка апаратури повинна забезпечити зручність користування нею. На аркуші 9 «Автоматизація котла» наведений загальний вид щитів, розроблений на основі функціональної схеми.

Щити виконані відповідно до типових проектів котелень і призначені для автоматизації котлів серії ДЕ, що спалюють природний газ або мазут, продуктивністю 4 тонн пари в годину. Щит і комплект апаратури, призначеної для роботи з ним, забезпечують:

1) автоматичне регулювання тиску пари й рівня води в барабані котла, витрати повітря до пальників, розрідження в топленні;

2) оперативний контроль розрідження в топці, напору повітря за дуттєвим вентилятором, температури димових газів по тракті й сили струму електродвигуна димососа, установленими на щиті приладами;

3) світлозвукову сигналізацію при відхиленні тиску палива, тиску повітря, тиску пари, розрідження в димоході, відхиленні рівня в барабані котла, загасанні факела й аварійній зупинці котла.

Щити встановлюються у виробничому й спеціальному щитовому приміщеннях з температурою навколишнього повітря від -35 до +50 С. При компоновці необхідно звертати увагу на естетику зовнішнього вигляду проектованого щита. Засоби автоматизації й апаратура керування компонуються функціональними групами в порядку ходу технологічного процесу.

Апаратуру на панелях розташовують так щоб черговому персоналу було зручно спостерігати за показниками приладів за технологічним процесом.

Під кожним приладом поміщені рамки з написами про призначення приладу, або вимірюваний параметр.

Схема комутації щита являє собою зворотну сторону передньої стінки щита з точним розташуванням на ній апаратури зі спрощеним зображенням проводки. У щити й пульти дозволяється введення електричного струму напругою, що не перевищує 400 В. При уведенні в щити із засобами автоматизації спрямованими понад 250 В постійний і змінний токи рекомендується струму провідної частини закривати контуром.

Живильні проведення, кабелі й імпульсні трубки рекомендується підводити безпосередньо до вступного вимикача щита.

Індивідуальні ланцюги живлення засобів автоматизації схем керування, сигналізації й т.д. рекомендується підводити від вступного вимикача до відповідних вимикачів і запобіжників.

Розведення індивідуальних ланцюгів живлення повинна виконуватися відповідно до прийнятих рішень у принциповій схемі.

Для пневматичної проводки в щитах і пультах повинні застосовувати імпульсні трубки, виготовлені із пластмаси, поліетилену або сплавів. Пневматичні лінії зв'язку повинні бути загерметизовані, не мати витоків повітря в атмосферу.

Компенсаційні проведення або кабелі, поставлені комплексно з окремими видами приладів і засобів автоматизації, приєднуються безпосередньо до їхніх затискачів.

Кінці проводів, підключені до приладів, апаратам і зборкам затискачів, повинні мати маркування, що відповідає монтажним схемам щита.

Висновки

В даному дипломному проекті розглянуте питання розширення центральної котельної мікрорайону у зв'язку з розширенням кількості його мешканців і збільшенню витрат на технологічні потреби.

Для забезпечення даної задачі в дипломному проекті було виконано наступні операції: розраховане нове теплове навантаження мікрорайону, складена і розрахована теплова схема, підібране основне і допоміжне (обладнання, здійснено розрахунки котла, пальника, мережевого підігрівання; розглянуті питання водопідготовки.

В результаті можна зробити наступні висновки.

1. Розраховане нове теплове навантаження мікрорайону збільшилося у відповідності з попереднім на 2,62 МВт і становить 13,1 МВт.

2. Складена і розрахована нова теплова схема з урахуванням збільшення потужностей. При розрахунку теплового балансу було підраховано кількість води, яка поступає на живлення котлоагрегатів і вона є більшою за кількість витрати пари котла.

3. В дипломному проекті прийняті тепломеханічні рішення, рішення по запровадженню станції водопідготовки, мазутопостачання, газопостачання.

4. Вибрано і розраховано основне і допоміжне обладнання. Прийнятий котел для розширення котельної марки ДЕ-4–14ГМ. Його потужність і технічні характеристики задовільняють потреби проектування.

5. Проведено розрахунки пальника і мережевого підігрівача. Прийнято пальник марки ГМ – 2,5 і підігрівач MBH-600.

6. Розроблено новий генеральний план котельної з урахуванням розширення.

7. Розраховано техніко-економічні показники котельної, з якого випливає що за допомогою розширення котельної зменшується собівартість виробленої теплоти і збільшується прибуток котельної.

Література

1.    Александров Виктор Григорович. Паровые котлы малой и средней мощности, Изд. 2-е, пеераб. и доп. Л., «Энергия», 1972. – 248 с.

2.    Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод)/Под ред. Н.В. Кузнецовой, В.В. Митора, И.Е. Дубовского, И.С. Карасиной. Изд. трете, перераб. и доп. – Санкт-Петербург: НПО ЦКТИ-ВТИ, СПб, 1998. – 256 с.

3.    Наладки и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник / В.И. Манюк, Я.И. Каплинский, Э.Б. Хит и др. – 3-е изд., перераб. и доп. М Стройиздат, 1988. – 142 с.

4.    Тепловой расчет промышленных парогенераторов /под ред. Частухина В.И., Киев 1982.

5.    Ю.М. Гусев. Основы проектирования котельных установок Изд. 2-е, перераб. и доп., М., Стройиздат, 1973.

6.    Лифшиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок. Изд. 2-е, перераб. и доп., М., «Энергия», 1976.

7.    Сосков В.И. Технология монтажа и заготовительные работы. Учеб для вузов по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция». М.: Высшая школа, 1989. – 344 с.

8.    Орлов Г.Г. Охрана труда в строительстве. Учебник для строит. Вузов. – М.: Высшая школа, 1984. – 343 с.

9.    Золотницкий И.Д., Пчелинцев В.А. Охрана труда в строительстве. Под ред. Золотницкого И.Д. Учеб. для вузов. М.: Высшая школа, 1978.

10. Производственные и отопительные котельные. /Е.Ф. Бузников, К.Ф. Роддатис. – 2-е изд., перераб. – М.: Энергатомиздат, 1984. - с. 248., ил.