Устройство и принцип действия

Вся серия унифицированных котлоагрегатов типа ДКВР на давление 13 кг/см 2 имеет общую конструктивную схему - двухбарабанные котлоагрегаты с естественной циркуляцией и экранированной топочной камерой, с продольным размещением барабанов и коридорным расположением кипятильных труб.

Котлоагрегаты типа ДКВР-20/13 производительностью 20 т/ч рассчитаны на абсолютное рабочее давление 13 кг/см 2 (1,37 МПа) и предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара с температурой до 250°С.

Технологический процесс в паровом котле - это процесс сгорания топлива и выработки пара при нагреве воды.

Природный газ, основную горючую часть которого составляет метан СН 4 (94%), по топливопроводу котла поступает в горелку ГМГ-2М и по мере выхода из нее сгорает в виде факела в топочной камере. Воздух для поддержания процесса горения подается с помощью вентилятора ВД-6.

Так как теплота сгорания газа высока и составляет 8500 ккал/м 3 , то удельная потребность в подаваемом воздухе велика: на 1 м 3 газа требуется 9,6 м 3 воздуха, а с учетом коэффициента избытка воздуха = 1,05 - 10 м 3 .

В результате непрерывного горения топлива в топочной камере образуются нагретые до высокой температуры газообразные продукты сгорания. Они омывают снаружи топочные экраны, которые состоят из труб с циркулирующей внутри них водой и пароводяной смеси. Затем продукты сгорания, охлажденные в топочной камере до температуры 980 о С, непрерывно двигаясь по газоходам котла, омывают вначале пучок кипятильных труб, затем экономайзер ЭТ2-106, охлаждаются до температуры 115 о С и дымососом ДН-10 удаляются через дымовую трубу в атмосферу.

Питательная вода предварительно проходит через фильтры механической и химической очистки, а затем поступает в деаэратор ДС-75, где происходит удаление кислорода О 2 и двуокиси углерода СО 2 из воды за счет ее подогрева паром до температуры 104 о С, что соответствует избыточному давлению в деаэраторе 0,02 ч 0,025 МПа. Выделившийся из воды воздух уходит через трубу в верхней части деаэраторной колонки в атмосферу, а очищенная и подогретая вода выливается в бак-аккумулятор, расположенный под колонкой деаэратора, откуда расходуется для питания котла. В верхний барабан котла питательная вода подается по двум питательным линиям после дополнительного подогрева в экономайзере до температуры 91-100 о С. В котле ДКВР-20/13 имеется три контура естественной циркуляции воды. Первый - контур конвективного пучка: котловая вода из верхнего барабана опускается в нижний барабан по кипятильным трубам конвективного пучка, расположенным во втором газоходе - в области более низких температур топочных газов. Образующаяся пароводяная смесь поднимается в верхний барабан по кипятильным трубам, расположенным в первом газоходе - в области более высоких температур топочных газов. Два других контура составляют левый и правый боковые топочные экраны: котловая вода из верхнего барабана по опускной трубе подводится к нижнему коллектору левого (или правого) бокового экрана; к коллектору также подводится вода из нижнего барабана по перепускным трубам, после чего вода распределяется по коллектору, а образующаяся пароводяная смесь по трубам левого (правого) бокового экрана поднимается в верхний барабан. В верхнем барабане происходит отделение (сепарация) пара от воды. Насыщенный пар затем через главный запорный вентиль по паропроводу котельного агрегата направляется в главный паропровод котельной. Отделившаяся от пара в барабане котла вода смешивается с питательной водой.

Таблица 1

Технические характеристики котла ДКВР 20/13

Параметр	Ед. измерения	Значение
Паропроизводительность
Кол-во горелок
Давление пара
Расход газа
Расход питательной воды
Давление газа к котлу
Давление воздуха после вентилятора
Давление питательной воды
Разрежение в топке
Температура пара
Температура мазута
Температура отходящих газов за экономайзером
Температура газов за котлом, 0 С
Температура питательной воды после экономайзера
Уровень воды в барабане
Поверхность нагрева: радиационная/ конвективная/ общая		47,9/229,1/227,0
Коэффициент избытка воздуха
Продольный шаг труб кипятильного пучка
Поперечный шаг труб кипят. пучка
Диаметр экранных и кипятильных труб

Паровой котёл серии ДКВР, оборудованный мазутными газовыми топками двухбарабанного типа и вертикально-водотрубной конфигурации, используется с целью выработки пара (перегретый, насыщенный). Генерируемый продукт применяется в технологических процессах на промышленных объектах, в вентиляционной и отопительной системе, горячем водоснабжении.

Рис. 1

Преимущества агрегатов серии ДКВР

Образец этой серии котел ДКВР 4 13, обладает ярко выраженными преимуществами, свойственные всем изделиям этого модельного ряда:

• КПД 91% - достигается у котлов ДКВР 6 5 13 благодаря качественной аэродинамической и гидравлической схеме функционирования;
• дешёвое обслуживание и эксплуатация;
• простота и удобство монтажа котлов ДКВР 6 5 13 – сборная конструкция изделия, позволяет его устанавливать, не производя демонтаж стен;
• универсальность - возможность переоборудования, позволяющего использовать разные виды топлива;
• доступно регулирование степени производительности котлов ДКВР 6 5 13 – 40 – 150% (максимально эффективное и экономичное использование);
• наличие водогрейного режима;
• разнообразие комплектаций, позволяющее совмещать котел ДКВР 4 13 с автоматизированными горелками.

Конструктивные особенности изделий серии ДКВР

Схема агрегата, имеющего уровень производительности 10т/ч, абсолютно не зависит от устройства топки и вида топлива. Предусмотрено оснащение котлов ДКВР 6 5 13 парой барабанов, располагающихся вдоль его оси. Кипятильный пучок формируется из изогнутых труб, а топочная камера экранируется. Паровой котел ДКВР 4 13 отличается удобной конструкцией топки, разграниченной перегородкой из шамотного кирпича, благодаря чему образуется камера догорания.

Рис. 2

Внимание! Подобная конструкция топки парового котла ДКВР 20 13, позволяет исключить затягивание в пучок открытого пламени и существенно снижает потери, возникающие из-за химического недожога и уноса.

Иную конструкцию имеет паровой котёл ДКВР 10 13, у которого отделение камеры догорания осуществляется посредством труб, относящихся к заднему экрану. Независимо от модификации изделия, предусмотрено разделение шамотной перегородкой двух рядов труб, относящихся к пучку, благодаря чему он не контактирует с камерой догорания.

Каждый котел оснащается перегородкой из чугуна, находящейся в пучке. Таким образом, они разделяется на два газохода. Благодаря подобной конструктивной схеме, гарантируется разворот газов в горизонтальной плоскости. Трубы будут омываться в поперечной плоскости.

Характерной особенностью котла ДКВР 4 13, считается выход газов по асимметричной траектории, как из камеры догорания, так и из самого котла. Отдельные кипятильные трубы монтировать не обязательно, в том случае, когда пароперегреватель, установлен в газоходе №1.

Обязательно котел оснащается овальными лазами, используемыми в следующих целях:

• профилактический осмотр барабанов парового котла ДКВР 20 13;
• монтаж устройств в барабанах;
• очищение труб, находящихся на днище парового котла ДКВР 20 13.

Размеры лазов составляют 32.5 ×40см.

Оснащается котел ДКВР 4 13 барабанами, имеющими внутренний диаметр до одного метра и рассчитанными на работу при давлении 1.4Мпа. Барабан производится из 2-х видов стали: 09Г2С, 16ГС (толщина до 13мм). Изготовление котельных кипятильных пучков и экранов осуществляется с применением бесшовных труб. Нижние экранные камеры оснащаются торцевыми люками, используемыми с целью продувки и удаления шлама, посредством специальных штуцеров (D=32×2мм).

Преимущества и конструкция пароперегревателей

Характерной особенностью пароперегревателей котлов этой серии, считается унифицированное строение, позволяющее их совмещать с конструкциями, имеющими равное давление, но не способствующее взаимодействию с агрегатами, обладающими разной степенью производительности.

Рис. 3

Благодаря оснащению котлов ДКВР 4 13 одноходовыми пароперегревателями, удаётся генерировать перегретый продукт, не требуется обработки специальными охладителями. Камера, аккумулирующая перегретый пар, фиксируется на верхний барабан, одна из её опор статичная, а вторая динамичная.

Принцип работы агрегата, проще понять, взглянув на схему циркуляции, в соответствии с которой вода доставляется в район барабана, посредством пары линий. Здесь её переправляют в нижний сегмент, используя с этой целью трубы, относящиеся к конвективному пучку.

Особенности схемы агрегатов серии ДКВР

Экраны, в соответствии со схемой питаются посредством необогреваемых труб, имеющихся барабане. Иначе выглядит схема питания парового котла ДКВР 10 13, в котором вода циркулирует по опускным трубам, относящимся к верхнему барабану. Получаемая пароводяная смесь, формируемая в подъёмных трубах и экране, перенаправляется к верхнему барабану.

Рис. 4

Согласно со схемой, каждый из котлов оснащается сепарирующими пар устройствами, помещёнными во внутреннее пространство барабана и позволяющего генерировать продукт. Отдельные модификации агрегатов, имеют вид единого транспортабельного блока и поставляются в разобранном состоянии. Каждый котел ДКВР 4 13 комплектуется сварной опорной рамой, изготавливаемой с применением стального проката.

Стандартный паровой котел ДКВР 10 13 не оснащается опорной рамой, у него есть жёстко зафиксированная точка, в виде передней опоры, относящейся к нижнему барабану. Прочие опорные элементы, в совокупности с камерами, расположенных по бокам экранов, сформированы в виде скользящих деталей. Относящиеся к заднему и фронтальному экрану камеры, фиксируются посредством кронштейнов к каркасу, а боковые закрепляются непосредственно к опорной раме.

Подобная схема котла, обеспечивает эффективную работу и высокий КПД.

Измерительные приборы и арматура

Традиционно котел ДКВР 4 13 оснащается измерительными контрольными приборами и соответствующей арматурой:

• клапаны – предохранительные;
• вентили (запорные) – продувка барабанов, отбор пара (насыщенного, перегретого), ввод химикатов;
• манометры – дополняются трёхходовыми кранами;
• рамки с запорными устройствами – указывают уровень;
• вентили, спускающие воду в нижнем барабане;
• вентили – отбираются пробы пары.

Стандартный паровой котел ДКВР 10 13, дополнительно комплектуется игольчатым и запорным вентилями, обеспечивающими непрекращающуюся продувку барабана. Важным аспектом, считается оснащение согласно со схемой газоходов подобного оборудования чугунной гарнитурой. Система труб котла присоединяется к барабану посредством вальцованных швов, благодаря чему существенно повышается уровень ремонтопригодности и степень надёжности всей конструкции.

Обмуровка котлов

Неотъемлемой частью конструкции считается обмуровка стандартного котла ДКВР 10 13, выполняющая важную функцию.

Рис. 5

Общая характеристика обмуровки

Техническая справка! Обмуровка, представляет собой, оградительную систему агрегата, призванную отделить газоходы с топкой от внешней среды. Обмуровка, применима исключительно в случае с изделиями, не оснащёнными цельносварными экранами. Обмуровка формирует нужное направление газовых дымовых потоков в агрегате, тем самым снижая тепловые потери.

Попутно исключается возможность присосов воздушных масс снаружи, норовящих проникнуть в газоходы, когда возникает разреженная атмосфера или повышенное давление, приводящее к выбиванию газа в помещение котельной. Обмуровка призвана создать нужный температурный режим на всей поверхности конструкции в процессе работы.

Если окружающий воздух прогревается не более чем, до 25°C, то температура поверхности должна варьироваться в пределах 45 - 55°C.

Котельная обмуровка, имеет вид комбинированной системы, состоящей из следующих компонентов:

• огнеупорные плиты;
• скрепляющие металлические детали;
• изоляционный слой;
• кирпичная кладка;
• уплотнительный обмазочный слой;
• обшивка – стальная.

Виды обмуровки

Различают 3-и вида обмуровки:

• тяжёлая обмуровка – кирпичная стеновая: опирается на фундаментную плиту;
• облегчённая обмуровка – огнеупорный кирпич, обшивка из стали и изоляционный слой: фиксируется на каркасе, посредством металлических крепёжных элементов;
• лёгкая обмуровка - бетонные жаростойкие плиты, в совокупности с теплоизоляционным материалом, уплотнительной обмазкой и обшивкой из металла.

Тяжёлая обмуровка совместима с агрегатами, имеющими малую мощность. Высота стен здесь достигает 12м, а в качестве основного материала применяют обычный кирпич, облицованный в высокотемпературных зонах шамотом. Обмуровка подобного типа очень толстая (64см), а её масса достигает 1.2 тонны/1м2.

Кладка обмуровки испещрена температурными швами, в которых в качестве наполнителя используется асбестовый шнур, гарантирующий свободное расширение.

Конструкции, имеющий высокий и средний уровень производительности оснащаются облегчённой обмуровкой, фиксируемой на каркасе парового котла ДКВР 4 13 и состоящей из следующих компонентов: шамотная кирпичная кладка; изоляция в виде вермикулита и шлаковой ваты.

Масса подобной обмуровки достигает 0.4тонны/м2. Благодаря снижению веса обмуровки и уменьшению её толщины, она выполняется любой высоты и монтируется в совокупности с разгрузочными поясами, устанавливаемыми через 1.5 метра. Стена разделяется на ярусы, опирающиеся на кронштейны, фиксируемые на каркасе парового котла ДКВР 4 13, способного выдержать такие нагрузки.

Особенности обмуровки котлов серии ДКВР

Эксплуатируя котлы ДКВР 20 13, выполняют тяжёлую обмуровку, возводя стены толщиной 5.1 метр (в 2 кирпича). Исключением считается задняя стена, толщина которой составляет 3.8м (1.5 кирпича).

Рекомендуется покрывать заднюю стену обмуровки снаружи покрывать штукатуркой (2см), благодаря чему удастся избежать присосов. Формируемая тяжёлая обмуровка создаётся из красного кирпича. Шамотный материал используется исключительно с целью обкладки стен, обращённых в топку. Если участок экранируемый, то толщина слоя достигает 12.5см, а противном случае она увеличивается до 2.5см и формируется перегородка, разделяющая трубы котла ДКВР 20 13.

Предусмотрена поставка агрегатов с облегчённой обмуровкой, изготавливаемой с применением следующих материалов:

• легковесный шамот - 1,0 т/м3;
• перлит;
• обмазка - защита от открытого пламени;
• савелит;
• слой, сочетающий штукатурку из савелита и обмазки газоуплотнительного типа.

Лёгкая обмуровка не применяется с паровыми котлами ДКВР 20 13 и прочими агрегатами, рассматриваемой серии. Обмуровка во многом создаёт среду, в которой дозволяется эксплуатировать агрегат. Выбор разновидности обмуровки определяется конструкцией изделия и его технических характеристик.

Например, котел ДКВР 10 13 характеристики имеет следующие:

• минимальное значение абсолютного давления – 0.7Мпа (7кгс/см2);
• уровень рабочего давления – 1.4Мпа;
• температура насыщения пара - 20°С.

Обмуровка в подобном случае, обеспечит полноценный режим работы в любых условиях, независимо от состояния атмосферной среды.

Автоматика стандартного котла ДКВР 10 13 и прочих агрегатов этой серии

Если детально рассмотреть чертёж котла ДКВР 10 13, то легко определить, значимость автоматической системы управления, получившей название «Контур». Основным каркасом, выполняющим функцию остова системы, считается импульсный регулятор Р25. Конструктивная схема представлена в виде однотипных блоков, представляющих собой, функционально завершённые компоненты.

Каждый из блоков выполняет определённые операции, в соответствии с которыми элементы автоматики котлов ДКВР 20 13 делятся на следующие типы:

• измерительные;
• регулирующие;
• функциональные.

Рис. 6

Измерительные компоненты автоматики выполняют функцию суммирования сигналов, передаваемых датчиками. Осуществляется их сравнение на основе, имеющегося задания, после чего генерируется сигнал рассогласования. Регулирующие сигналы автоматики котлов ДКВР 20 13, призваны сформировать корректирующее воздействие, посредством преобразования рассогласования в соответствии с имеющимся алгоритмом. Функциональные сигналы автоматики котлов ДКВР 20 13, призваны создать дискретное, а в отдельных случаях динамическое преобразование.

Виды датчиков

Есть несколько типов датчиков, которые совместимы с автоматикой системы «Контур», устанавливаемой на котёл ДКВР 20 13:

• дифтягомер ДТ-2;
• дифманометр ДМ;
• манометр МЭД;
• термический преобразователь сопротивления;
• термоэлектрический преобразователь.

Регуляторы автоматики котлов ДКВР 20 13, комплектуются системой ручного управления и индикатором, отображающим положение исполнительного механизма. Предусмотрены пускатели ПМРТ и реле электрогидравлического типа.

Основные системы автоматики котлов ДКВР 10 13, 20 13

Система управления автоматики модификации котлов ДКВР 20 13 включает следующие элементы:

• топливно-воздушное АСР;
• разрежение в котельном потоке АСР;
• количество воды, находящейся в верхнем барабане АСР.

Автоматика котлов ДКВР 20 13, относящаяся к топливно-воздушной системе АСР, состоит из следующих компонентов:

• первичный преобразователь (модель ДТ2-1000);
• блок регулировки (модель Р25.1);
• исполнительный механизм (модификация МЭО 100/63 – имеет улучшенные характеристики).

Автоматика модификации котла ДКВР 20 13, относящаяся к процессу разряжения, формирующегося в котельной топке, представлена следующими элементами:

• первичный прибор (модель ДТ2 50);
• блок регулировки;
• исполнительный механизм (модификация МЭО 250/63).

Автоматика модификации котла ДКВР 20 13, относящаяся нагрузке АСР, формируется следующими элементами:

• первичный преобразователь (модель МЭД-22364);
• блок регулировки;
• исполнительный механизм.

Автоматика модификации котла ДКВР 20 13, определяющая количество воды в верхнем барабане, представлена следующими компонентами:

• дифманометр (модель ДМ 3583М);
• блок регулировки;
• исполнительный механизм.

Измерение давления воздуха окружающей среды проводится с помощью автоматики модификации котла ДКВР 10 13, представленной дифференциальным тягомером, дифманометром и исполнительным механизмом.

Государственный комитет РФ по высшему образованию

Пермский государственный технический университет

Кафедра электрификации и автоматизации

горных предприятий

Группа ЭПУ-01

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Автоматизация парового котла ДКВР 20 - 13

Выполнил: студент Сопов С. А.

Проверил: преподаватель Сажин Р.А.

Пермь 2005 г.

1. Краткое описание котельной.

2. Автоматизация парового котла.

3. Выбор системы автоматизации

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ КОТЕЛЬНОЙ

Котельная Теплогорского литейно-механического завода предназначена для выработки пара отпускаемого для приготовления горячей воды и отопления цехов. Система теплоснабжения закрытая. Топливом для котельной служит газ теплотой сгорания Q н = 8485 ккал/м 3 . Котельная оборудована двумя котлами ДКВР - 20/13 без пароперегревателей. Производительность котла в соответствии с расчетными данными 28 т/час. Давление пара 13 кгс/см 2 . Максимальное количество тепла, выдаваемого котельной в виде горячей воды составляет 100% . Возврат конденсата 10% . Исходная вода для питания котлов - речная осветленная или артезианская. Котельный агрегат ДКВР - 20/13 рис.3 комплектуется одноходовым чугун

Рис.1 Котел марки ДКВР.

1- экранные трубы; 2- верхний барабан; 3- манометр; 4- предохранительные клапаны; 5- трубы питательной воды; 6- сепаратор пара; 7- предохранительная пробка; 8- камера догорания; 9- перегородки; 10- конвективные трубки; 11- обдувочное устройство; 12- нижний барабан; 13- продувочный трубопровод.

ным экономайзером системы ВТН с трубами длиной 3м. Регулятор питания установлен до ВЭК, неотключаемый как по газу, так и по воде. Предусмотрена сгонная линия с автоматическим устройством для ограничения повышения температуры воды после ВЭК выше 174 0 С. Движение газов в экономайзере сверху вниз. Газы из экономайзера направляются к дымососу, установленному в стенах котельной. Дутьевой вентилятор монтируется под котлом. Забор воздуха вентилятором осуществляется по металлическому воздуховоду. Нагнетательный воздух к горелочному устройствам проходит в фундаменте котла. Котел оборудован тремя газомазутными горелками ГМГП рис.2.

Номинальная тепловая мощность горелки ГМГП-120 - 1,75 МВт. Она предназначена для совместного сжигания газа и мазута. Распыл мазута обеспечивается водяным паром. Горелка снабжена диффузором (6), задающим угол раскрытия факела, и имеет раздельные газовые (4) и мазутные (5) сопла. Воздух подается в межсопловое пространство. Благодаря утопленному положению сопел на выходе горелки создается эжекционный эффект. Конструкция горелки обеспечивает легкий розжиг печи при пуске установки (подача только газа), хорошее смешение распыленного жидкого топлива с воздухом, подсос дымовых газов в корень факела (эжекционный эффект). Подача воздуха в межсопловое пространство (между потоков газа и жидкого топлива) создает условия двухстадийного сжигания топлива.

На рис.2 показан профиль пламени форсунки ГМГП-120 с двухфронтальным сгоранием топлива. Первичный воздух подается в межсопловое пространство с коэффициентом избытка воздуха ~1,0 и смешивается с жидким топливом. Испарившееся горючее и кислород воздуха поступают во внутренний фронт горения, где происходит неполное сгорание. Продукты химического недожога практически полностью сгорают во внешнем фронте пламени. Кислород во внешний фронт последнего поступает диффузией из воздуха, подсасываемого через амбразуру форсунки в топочное пространство. Суммарный коэффициент избытка воздуха а составляет 1,10–1,15. Кроме этого, за счет эжекционного эффекта в корень факела подсасываются дымовые газы, понижая содержание кислорода в подаваемом в межсопловое пространство воздухе, что приводит к понижению температуры горения на 50–70°С.
Понижение температуры горения замедляет скорость химических реакций и приводит к заметному удлинению факела пламени. Учитывая, что в технологической печи около 80% тепла передается радиацией, то радиационный тепловой поток остается практически неизменным и сохраняется тепловой баланс печи.

Котлы ДКВР состоят из следующих основных частей: двух барабанов (верхний и нижний); экранных труб; экранных коллекторов (камер).

Барабаны котлов на давление 13 кгс/см 2 имеют одинаковый внутренний диаметр (1000 мм) при толщине стенок 13 мм.

Для осмотра барабанов и расположенных в них устройств, а также для очистки труб шарошками на задних днищах имеются лазы; у котла ДКВР-20 с длинным барабаном имеется еще лаз на переднем днище верхнего барабана.

Для наблюдения за уровнем воды в верхнем барабане установлены два водоуказательных стекла и сигнализатор уровня. У котлов с длинным барабаном водоуказательные стекла присоединены к цилиндрической части барабана, а у котлов с коротким барабаном к переднему днищу. Из переднего днища

верхнего барабана отведены импульсные трубки к регулятору питания. В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба, у котлов ДКВР 20-13 с длинным барабаном - труба для непрерывной продувки; в паровом объеме - сепарационные устройства. В нижнем барабане установлены перфорированная труба для периодической продувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для спуска воды.

Боковые экранные коллекторы расположены под выступающей частью верхнего барабана, возле боковых стен обмуровки. Для создания циркуляционного контура в экранах передний конец каждого экранного коллектора соединен опускной необогреваемой трубой с верхним барабаном, а задний конец - перепускной трубой с нижним барабаном.

Вода поступает в боковые экраны одновременно из верхнего барабана по передним опускным трубам, а из нижнего барабана по перепускным. Такая схема питания боковых экранов повышает надежность работы при пониженном уровне воды в верхнем барабане, увеличивает кратность циркуляции.

Экранные трубы паровых котлов ДКВР изготовляют из стали 51´2.5 мм.

В котлах с длинным верхним барабаном экранные трубы приварены к экранным коллекторам, а в верхний барабан ввальцованы.

Шаг боковых экранов у всех котлов ДКВР 80 мм, шаг задних и фронтовых экранов - 80 ¸130 мм.

Пучки кипятильных труб выполнены из стальных бесшовных гнутых труб диаметром 51´2.5 мм.

Концы кипятильных труб паровых котлов типа ДКВР прикреплены к нижнему и верхнему барабану с помощью вальцовки.

Циркуляция в кипятильных трубах происходит за счет бурного испарения воды в передних рядах труб, т.к. они расположены ближе к топке и омываются более горячими газами, чем задние, вследствие чего в задних трубах, расположенных на выходе газов из котла вода идет не вверх, а вниз.

Топочная камера в целях предупреждения затягивания пламени в конвективный пучок и уменьшения потери с уносом (Q 4 - от механической неполноты сгорания топлива), разделена перегородкой на две части: топку и камеру сгорания. Перегородки котла выполнены таким образом, что дымовые газы омывают трубы поперечным током, что способствует теплоотдаче в конвективном пучке.

Технологические параметры.

Таблица 1

Параметр

Производительность

Температура перегретого пара

Давление в барабане котла

Температура питательной воды после экономайзера

Температура отходящих газов

Давление газа перед горелками

Разрежение в топке

мм.вод.ст.

Уровень в барабане относительно его оси

2. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ ПАРОВОГО КОТЛА

Обоснование необходимости контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров.

Регулирование питания котельных агрегатов и регулирование давления в барабане котла главным образом сводится к поддержанию материального баланса между отводом пара и подачей воды. Параметром характеризующим баланс, является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котельного агрегата во многом определяется качеством регулирования уровня. При повышении давления, снижение уровня ниже допустимых пределов, может привести л нарушению циркуляции в экранных трубах, в результате чего произойдет повышение температуры стенок обогреваемых труб и их пережег.

Повышение уровня также ведет к аварийным последствиям, так как возможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. В связи с этим, к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования. Качество регулирования питания также определяется равенством подачи питательной воды. Необходимо обеспечить равномерное питание котла водой, так как частые и глубокие изменения расхода питательной воды могут вызвать значительные температурные напряжения в металле экономайзера.

Барабанам котла с естественной циркуляцией присуща значительная аккумулирующая способность, которая проявляется в переходных режимах. Если в стационарном режиме положение уровня воды в барабане котла определяется состоянием материального баланса, то в переходных режимах на положение уровня влияет большое количество возмущений. Основными из них являются.изменение расхода питательной воды, изменение паросъема котла при изменении нагрузки потребителя, изменение паропроизводительности при изменении при изменении нагрузки топки, изменение температуры питательной воды.

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 1.10. 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 4мм.вод.ст.). 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.

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 экранов. 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. По своему действию защиты подразделяются на действующие на останов парогенератора; снижение нагрузки парогенератора; выполняющие локальные операции.

Согласно вышеперечисленного автоматизация работы парового котла должна осуществляться по следующим параметрам: по поддержанию постоянного давления пара;

по поддержанию постоянного уровня воды в котле;

по поддержанию соотношения "газ - воздух";

по поддержанию разрежения в топочной камере.

3. ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

3.1.Для автоматизации работы котла выбираем программируемый контроллер семейства МИКРОКОНТ-Р2.

Программируемые контроллеры МИКРОКОНТ-Р2 имеют модульную конструкцию, что позволяет произвольно наращивать число входов-выходов в каждой точке управления и сбора информации.

Высокая вычислительная мощность процессора и развитые сетевые средства позволяют создавать иерархические АСУ ТП любой сложности.

3.2.Конструктивное исполнение микроконтроллера МИКРОКОНТ.

Данный микроконтроллер имеет модульную конструкцию (рис. 4)

Все элементы (модули) семейства выполнены в закрытых корпусах единого исполнения и ориентированы на установку в шкафах.

Присоединение модулей ввода/вывода (EXP) к модулю вычислителя (СРU) выполняется с помощью гибкой шины расширения (плоский кабель) без использования шасси ограничивающего возможности расширения и снижающего гибкость при компоновке

В состав данного микроконтроллера входят следующие модули:

Модуль процессора.

CPU-320DS центральный процессор, RAM-96 K, EPROM-32 K, FLASH32 K, SEEPROM 512.

Модули ввода-вывода

Bi/o16 DC24 дискретный ввод/вывод,16/16 =24 В,I вх =10 мА,I вых =0,2 А;

Bi 32 DC24 дискретный ввод, 32 сигнала =24 В, 10 мA;

Bi16 AC220 дискретный ввод, 16 сигналов ~220 В, 10 мА;

Bo32 DC24 дискретный вывод, 32 сигналов =24 В, 0,2 А;

Bo16 ADC дискретный вывод, 16 сигналов ~220 В, 2,5 А;

MPX64 коммутатор дискретных входов, 64 входа, =24 В, 10 мА;

Ai-TC 16 аналоговых входов от термопар;

Ai-NOR/RTD-1 20 аналоговых входов i или U;

Ai-NOR/RTD-2 16 входов i или U, 2 термопреобразователей сопротивления;

Ai-NOR/RTD-3 12 входов i или U, 4 термопреобразователей сопротивления;

Ai-NOR/RTD-4 8 входов i или U, 6 термопреобразователей сопротивления;

Ai-NOR/RTD-5 4 входа i или U, 8 термопреобразователей сопротивления;

Ai-NOR/RTD-6 10 термопреобразователей сопротивления;

PO-16 пульт (дисплей - 16 букв, 24 клавиши).

Модули ввода - вывода имеют разъемы ввода-вывода с зажимами под винт, совмещающие функции разъемов и клеммных соединений, которые упрощают объем оборудования в шкафу и обеспечивают быстрое подключение/ отключение внешних цепей.

Пульт оператора

РО-04 - пульт для установки на щит. ЖКИ - индикатор (2 строки по 20 знаков), встроенная клавиатура (18 клавиш), возможность подключения 6-ти внешних клавиш, интерфейс RS232/485, питание = нестабилизированное 8¸15 В;

РО-01 - портативный пульт. ЖКИ - индикатор (2 строки по 16 знаков), клавиатура, интерфейс RS232/485, питание: а) = 8¸15 В; б) батарея.

Для подготовки и отладки прикладных программ автоматизации технологического оборудования предусматривается применение персонального компьютера (типа IBM PC), подключаемого к каналу информационной сети через адаптер AD232/485.

Подготовка прикладных программ осуществляется на одном из двух языков:

РКС (язык технологического программирования, оперирующий типовыми элемен-тами релейно-контактной логики и автоуправления;

АССЕМБЛЕР.

Допускается компоновка программы из модулей, написанных на любом из указанных языков. При отладке прикладных программ модуля сохраняется штатный режим работы прикладных программ остальных модулей и обмена по каналу локальной сети.

3.3. Назначение и технические характеристики основных модулей микроконтроллера.

Модуль процессора CPU-320DS.

Модуль процессора CPU-320DS предназначен для организации интеллектуальных систем управления и функционирует как автономно, так и в составе локальной информационной сети.

Связь с объектами управления осуществляется через модули ввода/вывода, подключаемые к CPU посредством шины расширения.

Модуль CPU-320DS может быть подключен к двум локальным сетям BITNET (ведомый-ведущий; моноканал; витая пара; RS485; 255 абонентов) и выполнять функции как ведущего так и ведомого в обеих сетях.

Модуль CPU-320DS может выполнять функции активного ретранслятора между двумя сегментами локальной сети (до 32 х абонентов в каждом сегменте).

Модуль CPU-320DS включает в себя источник питания использующийся как для питания внутренних элементов так и для питания модулей ввода/вывода (до 10-и модулей ввода/вывода).

БИС процессора - DS80C320;

Время цикла команды “Регистр-регистр” - 181 нс;

Тактовая частота генератора - 22.1184 МГц;

Энергонезависимое ОЗУ - 96 К;

Системное ППЗУ - 32 К;

ЭППЗУ пользователя с электрической

перезаписью (FLASH) - 32 К;

· ЭППЗУ системных параметров - 512 байт;

· Погрешность часов реального времени - не более ± 5 с в сутки;

Время сохранения данных в энергонезависимом

ОЗУ и работы часов реального времени при

отключенном питании модуля - 5 лет;

· Последовательные интерфейсы COM 1 - RS485 с гальванической развязкой или RS232;

COM 2 - RS485 с гальванической развязкой или RS232;

· Время цикла обращения к внешним устр-вам

по шине расширения - 1266 нс;

· Скорость обмена данными в информа-

ционной сети (кБод) - 1,2 ¸ 115,2;

· Длины кабеля связи соответственно (км) - 24 ¸ 0,75;

· Кабель информационной сети - экранированная витая пара.

· Напряжение питания - ~220 В (+10 %, -30 %);

· Максимальная потребляемая мощность

встроенного блока питания при подклю-

ченных модулях ввода/вывода (Вт) - не более 20 Вт;

встроенного блока питания: по +5 В - 2,0 A

· Собственное потребление модуля CPU-320DS по питанию + 5 В - не более 200 мA

· Наработка на отказ - 100000 час

· Температура окружающей среды: для CPU-320DS - от 0 ° С до +60 °С

· Относительная влажность окружающей среды - не более 80 % при t=35 °С Степень защиты от воздействия окружающей среды - IP-20

Подключение модулей ввода/вывода (EXP)

Подключение модулей ввода/вывода к модулю CPU-320DS выполняется с помощью гибкой шины расширения см.рис.5.1.1.(плоский кабель, 34 жилы).

Модули ввода/вывода могут располагаться как слева, так и справа от процессора.

Максимальная длина кабеля шины расширения - 2500 мм.

Максимальное количество подключаемых модулей ввода/вывода - 16. При подключении к шине более 10 модулей ввода/вывода рекомендуется располагать их поровну с разных сторон от CPU (см.рис.4)

Модуль ввода аналогового сигнала.

Модуль аналогового ввода Ai-NOR/RTD предназначен для автоматического сканирования и преобразования сигналов от датчиков с нормированным токовым выходом, и от термопреобразователей сопротивления в цифровые данные с последующей записью их в двухпортовую память, доступную для модуля CPU по шине расширения.

Полное обозначение модуля аналогового ввода Ai-NOR/RTD-XXX-X:

Первые две буквы обозначают тип модуля: Ai - аналоговый ввод.

Следующие буквы - тип входного сигнала: NOR - нормированный аналоговый сигнал, RTD - термопреобразователь сопротивления).

Следующие три цифры определяют:

первая цифра - число и соотношение аналоговых входов. Предусмотрено шесть вариантов соотношения нормированных входов и входов от термопреобразователей сопротивления.

Ai-NOR/RTD-1X0 -20 нормированных входов, RDT входов – нет;

Ai-NOR/RTD-2XX - 16 нормированных входов, 2 входа RTD;

Ai-NOR/RTD-3XX - 12 нормированных входов, 4 входа RTD;

Ai-NOR/RTD-4XX - 8 нормированных входов, 6 входов RTD;Ai-NOR/RTD-5XX - 4 нормированных входа, 8 входов RTD;

Ai-NOR/RTD-60X - отсутствуют нормированные входы, 10 входов RTD.

Вторая цифра - диапазон нормированного токового или потенциаль-ного входного сигнала. Предусмотрено семь вариантов нормированных сигналов.

Ai-NOR/RTD-X1X -диапазон входного сигнала -10 В¸10 В;

Ai-NOR/RTD-X2X -диапазон входного сигнала 0 В¸10 В;

Ai-NOR/RTD-X3X -диапазон входного сигнала -1 В¸1 В;

Ai-NOR/RTD-X4X -диапазон входного сигнала -100 мB¸100 мВ;

Ai-NOR/RTD-X5X -диапазон входного сигнала 0¸5 мA;

Ai-NOR/RTD-X6X -диапазон входного сигнала 0¸20 мA;

Ai-NOR/RTD-X7X -диапазон входного сигнала 4¸20 мA.

Третья цифра - тип термопреобразователя сопротивления. Предусмот-рено подключение пяти типов термопреобразователей сопротивления.

Ai-NOR/RTD-XX1 - термопреобразователь сопротивления - медный типа ТСМ-50М, значение W 100 =1,428;

Ai-NOR/RTD-XX2 - термопреобразователь сопротивления - медный типа ТСМ-100М, значение W 100 =1,428;

Ai-NOR/RTD-XX3 - термопреобразователь сопротивления - платиновый типа ТСП-46П, значение W 100 =1,391;

Ai-NOR/RTD-XX4 - термопреобразователь сопротивления - платиновый типа ТСП-50П, значение W 100 =1,391;

Ai-NOR/RTD-XX5 - термопреобразователь сопротивления - платиновый типа ТСП-100П, значение W 100 =1,391.

Диапазон температур и электрических сопротивлений термо-преобразователей приведены в табл.2.

Замыкающая шифр буква - тип клеммного соединения (подключение кабеля): R - подключение справа, L - подключение слева, F - подключение с фронта.

Таблица 2.

Тип термопреобразо-вателя сопротивления

Диапазон температур,

Электрическое сопротивление, Ом

78,48 ¸ 177,026

39,991 ¸133,353

79,983 ¸266,707

Подключение к модулю CPU.

Подключение к модулю CPU выполняется при помощи гибкой шины расширения.

Максимальная длина шины расширения зависит от типа применяемого модуля CPU и указывается в его техническом описании. Распределение сигналов шины распределения по контактам и их назначение приведено в техническом описании на модуль CPU.

Максимальное количество модулей аналогового ввода, подключаемых к одному CPU определяется их потреблением от источника питания, встроенного в CPU, но не должно превышать 8.

Для адресации аналогового модуля в адресном пространстве модуля CPU, на задней панели аналогового модуля имеется переключатель адреса. На каждом аналоговом модуле, подключенном к шине расширения модуля CPU должен быть установлен индивидуальный адрес переключателем. Разрешенная область установки адресов от 0 до 7 (по положению переключателя).

Описание работы модуля.

Модуль ввода аналоговых сигналов Ai-NOR/RTD производит преобразование нормированных токовых сигналов и сигналов термосопротивлений в цифровые данные.

Преобразование входных аналоговых сигналов производится путем автоматического последовательного сканирования (подключения) входных цепей к входу общего нормирующего усилителя. Усиленный нормирующим усилителем входной сигнал (0¸10)В подается на высокостабильный преобразователь “аналог – частота”, время преобразования которого составляет 20 мс или 40 мс и устанавливается программно.

Преобразователь “аналог – частота” линейно преобразует входное напряжение (0¸10)В в частоту (0¸250) кГц.

Выработанное преобразователем количество импульсов за установленное время записывается в счетчик импульсов, входящий в состав однокристальной ЭВМ аналогового модуля. Таким образом, зафиксированное в счетчике цифровое значение является необработанным цифровым значением аналогового входного сигнала.

Однокристальная ЭВМ модуля производит обработку полученных цифровых значений:

Линеаризацию,

Компенсацию температурного дрейфа,

Смещения (если необходимо),

Проверку аналоговых датчиков на обрыв.

Необходимые данные для реализации вышеперечисленных функций хранятся в электрически перезаписываемом ПЗУ модуля.

Обрабатываемые цифровые значения аналоговых сигналов помещаются в двухпортовую память, доступную для модуля CPU по шине расширения.

Обмен по шине расширения с модулем CPU обеспечивается через двухпортовые ОЗУ по принципу “команда – ответ”. Модуль CPU записывает в двухпортовое ОЗУ аналогового модуля код команды передачи аналоговых данных и номер канала аналогового ввода.

Однокристальная ЭВМ аналогового модуля считывает из двухпортового ОЗУ полученную команду, и, при условии полной обработки запрошенного сигнала, помещает в двухпортовое ОЗУ код ответа.

При получении кода ответа модуль CPU переписывает обработанное цифровое значение запрошенного аналогового канала в свой буфер и переходит к запросу и вводу следующего канала.

После ввода последнего аналогового канала модуль CPU запрашивает “статусный” регистр аналогового модуля, в котором отображаются состояния внутренних устройств модуля, а также исправность аналоговых датчиков, и только после этого переходит ко вводу первого аналогового канала. “Статусный” регистр сохраняется в памяти модуля CPU. Кроме того, в памяти CPU хранится содержимое EEPROM аналогового модуля, которое переписывается однократно, при включении питания, а также регистр “управления”, включающий ввод аналоговых данных. Все данные, относящиеся к аналоговому модулю доступны для считывания программным обеспечением верхнего уровня, например, программой “Справочник”

Модуль дискретного ввода – вывода.

Модуль дискретного ввода/вывода предназначен для преобразования дискретных входных сигналов постоянного тока от внешних устройств в цифровые данные и передачу их по шине расширения в процессорный модуль (CPU), а также для преобразования цифровых данных, поступающих от процессорного модуля, в бинарные сигналы, их усиления и вывод на выходные разъемы для управления подключенным к ним устройствам.

Все входы и выходы гальванически развязаны с внешними устройствами.

Основные технические характеристики.

Число входов - 16

Число выходов - 16

Тип гальванической развязки:

По входам - групповая; один общий провод на каждые четыре входа

И выходам - один общий провод на каждые восемь входов

Параметры входов:

питание входных цепей - внешний источник (24¸36)В,

Уровень логической единицы - >15В

Уровень логического нуля - <9В

Параметры выходов:

Номинальный входной ток - 10 мА

Питание выходных цепей - внешний источник (5¸40)В

Максимальный выходной ток - 0,2A

Напряжение питания модуля - +5В

Ток потребления - 150 мA

Наработка на отказ - 100 000 час.

Рабочий диапазон температуры - от -30С до +60С

Относительная влажность окружающего воздуха - не более 95% при 35С

Степень защиты от воздействия окружающей среды - IP-20.

Подключение дискретных датчиков и внешних устройств

Дискретные датчики и внешние устройства подключаются к разъемам модуля B i/o 16DC24 согласно рис.6. К разъемам XD1 и XD2 подключаются внешние устройства У1-У16, к разъемам XD3 и XD4 дискретные датчики К1-К16.

Мощность источников U1 и U2 должна быть равной или большей суммы мощностей нагрузок, подключаемых к ним, U3 - источник 220БП24 или аналогичный с током нагрузки 700 мA.

Если не требуется гальванической развязки между группами по восемь выходов, можно объединить провода - 24 В у источников U1-U2, или использовать всего один источник питания при условии достаточности мощности для питания всех внешних выходных устройств.

Рис.6. Подключение дискретных датчиков и пускателей

исполнительных механизмов к модулю. Пульт оператора.

Пульт оператора ОР-04 (далее пульт) предназначен для реализации человеко-машинного интерфейса (MMI) в системах контроля и управления выполненных на базе контроллеров Микроконт-Р2 или иных, имеющих свободно программируемый интерфейс RS232 или RS485.

Технические характеристики

· Интерфейс связи - RS232 или RS485;

· Скорость связи - программируемая из ряда:

300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600,

· Число строк ЖК индикатора - 2;

· Число знаков в строке - 20;

· Высота знака в строке - 9,66 мм;

· Цифровая клавиатура - 18 клавиш;

Степень защиты - IP56;

· Напряжение питания - +10¸30 В (нестабилиз.) ;

или 5 В (стабилиз.) ;

· Потребляемая мощность - не более 2,0 Вт;

· Наработка на отказ - 100 000 час;

· Температура окружающей cреды - от -10° до +60°С;

· Средний срок службы - 10 лет;

Пульт состоит из:

ЦПУ фирмы ATMEL

ОЗУ объемом 32 кБайт

Микросхемы интерфейса типа ADM241 (DD2) или ADM485 для согласования уровня ТТЛ процессора с интерфейсом RS232 или RS485 соответственно.

Источника питания на базе микросхемы LT1173-5.

Регистра с SPI интерфейсом для сканирования клавиатуры и управления LCD. ЦПУ управляет обменом с внешними устройствами, сканирует клавиатуру и выводит информацию на жидкокристаллический дисплей. Жидкокристаллический дисплей имеет две строки по 20 символов. Подключаемая клавиатура имеет 24 клавиши: 6 скан-линий * 4 линии данных. При нажатии на любую клавишу формируется прерывание INT0 на ЦПУ. ОР – 04 позволяет управлять LCD на базе контроллера HD44780 фирмы HITACHI. В ОР-04 использован 4-х битный интерфейс связи с LCD модулем. ОР-04 сопрягается с внешним устройством посредством RS232 или RS485 интерфейса. В первом случае устанавливается микросхема (ADM241), во втором – (ADM485).

В соответствие с технологией работы парового котла и техническими данными системы автоматизации Микроконт – Р2 принимаем к установке следующие модули:

модуль процессора CPU-320DS;

модуль дискретного ввода/вывода - Bi/o16 DC24;

модуль аналогового ввода - Ai-NOR/RTD 254;

пульт оператора ОР-04.

Для обеспечения контроля за работой котловых агрегатов контроллеры соединяем в локальную сеть по протоколу RS-485 на верхнем уровне которого находится IBM совместимый компьютер, с установленной Windows и программой СТАЛКЕР предназначенной для сбора данных, контроля и управления системой автоматизации.

Системой сталкер обеспечивается:

Контроль несанкционированного доступа к управлению и информации станции;

Управление вводом/выводом данных полевого уровня, поступающих из локальной сети;

Работа системы контроля и управления в реальном времени;

Преобразование сигналов полевого уровня в события точек контроля системы;

Динамическая интеграция новых устройств во время эксплуатации системы;

Сигнализация неисправности локальной сети или устройств сбора данных и фиксация недостоверности данных;

Возможность резервирования каналов связи и защиты от сбоев;

Возможность резервирования компьютеров;

Возможность подключения клиентов к рабочей станции посредством сети EtherNet;

Обработка данных полевого уровня;

Динамическое управление (включение/выключение) обработкой данных;

Трансляция аппаратных значений полевого уровня, поступающих из локальной сети, в физические значения точек контроля;

Контроль достоверности значений точек контроля;

Анализ уровня тревоги точек контроля;

Вычисления и анализ значений точек контроля по заданным алгоритмам управления, обеспечивающим выполнение математических, логических, специальных функций;

Регистрация;

Динамическое управление (включение/выключение) регистрацией;

Непрерывная регистрация последовательности событий всех точек контроля;

Непрерывная регистрация тенденций изменения средних значений аналоговых данных в широких временных диапазонах;

Регистрация непредвиденных или планируемых ситуаций для последующего анализа с использованием неравномерной шкалы времени;

Регистрация истории течения технологического процесса и долговременное сохранение ее в архиве.

Графический интерфейс с пользователем

Оперативное представление процесса на детализированных рисунках, позволяющих наблюдать и вмешиваться в протекающие процессы в реальном времени. Рисунки размещаются на пультах и панелях, представляемых в виде стандартных окон Windows. Управление окнами пультов и панелей (открытие, закрытие, работа с меню, ввод текстов, перемещение и т.д.) осуществляется с использованием стандартного интерфейса Windows

Пульт – графическая оконная форма, включаемая функциональной клавишей с алфавитно-цифровой клавиатуры или графической клавишей с другого пульта или панели

Панель – графическая оконная форма, принадлежащая по технологическому или какому-либо другому признаку пульту и включаемая только графической клавишей с пульта или другой панели (рис.8

Рис.8 Мнемоническая схема работы парового котла.

Представление тенденций изменения средних значений аналоговых данных на панелях в виде гистограмм и графиков.

Представление на панелях списков событий и текущих состояний точек контроля.

Сигнализация об отклонениях от нормального течения процесса

Печать данных системы и графических форм, отображаемых на пультах и панелях

Поддержка существующих и проектирование новых графических панелей во время эксплуатации системы.

4. ДАТЧИКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ПАРОВОГО КОТЛА.

Для измерения давления топлива перед горелкой используются пружинные манометры со встроенным преобразователем для дистанционной передачи показаний. Тоже самое используется для измерения давления пара и воздуха в воздухопроводе.

Для измерения давления в газопроводе в режиме проверки герметичности клапанов достаточно электроконтактного манометра.

Для измерения разряжения используется тягонапорометр со встроенным преобразователем.

Для измерения уровня воды в верхнем барабане используем промышленный уровнемер с дифференциальным манометром (рис.8).

Данная система работает следующим образом. На чувствительный элемент дифманометра 1 воздействуют два столба жидкости. Столб из сосуда постоянного уровня 3 подсоединен к плюсовой камере дифманометра. Сосуд постоянного уровня соединен с паровым пространством барабана котла. В нем все время происходит конденсация паров. Минусовая камера дифманометра через тройник 5 присоединяется к сосуду переменного уровня 2. В этом сосуде устанавливается уровень равный отметке уровня воды в барабане котла. Дифманометр показывает разницу двух столбов жидкости. Но так как один (плюсовой) столб имеет постоянный уровень, дифманометр показывает уровень воды в барабане котла. Такое устройство позволяет показывающий прибор уровня устанавливать на площадке обслуживающего оператора, которая находится ниже барабана котла.

Для измерения всех вышеперечисленных величин применим приборы измерения давления серии Сапфир-22, в которых для преобразования силового воздействия давления в электрический сигнал используется сапфировая мембрана с напыленными кремниевыми резисторами.

Преобразователи "Сапфир-22" имеют на выходе токовый сигнал 0-5 мА (0-20, 4-20 мА) при сопротивлении нагрузки до 2,5 кОм (1 кОм), предельная погрешность приборов 0,25; 0,5 %, напряжение питания преобразователей 36 В. Приборы выпускают в нескольких модификациях, предназначенных для измерения избыточного давления (ДИ), вакуума (ДВ), избыточного давления и вакуума (ДИВ), абсолютного давления (ДА), разности давлений (ДД), гидростатического давления (ДГ).

Основным достоинством преобразователей "Сапфир-22" является использование небольших деформаций чувствительных элементов, что повышает их надежность и стабильность характеристик, а также обеспечивает виброустойчивость преобразователей. При осуществлении тщательной температурной компенсации предельная погрешность приборов может быть снижена до 0,1 %.

Для измерения температуры мазута и отходящих газов берем термопреобразователи из числа предлагаемых в комплекте с модулем ввода аналоговых сигналов (таб.2).

Для розжига и контроля наличия пламени в топке котла применяем устройство контроля пламени Факел-3М-01 ЗЗУ.

Это устройство предназначено для контроля наличия факела в топке котла и для дистанционного розжига горелок с помощью запального устройства имеющего ионизационный датчик собственного пламени.

Факел-3М-01 состоит из сигнализатора, фотодатчика, запального устройства с ионизационным датчиком и блока искрового розжига. Блок искрового розжига на выходе дает импульсное напряжение до 25кВ, достаточное для поджога газа подаваемое в запальное устройство.

Для обеспечения безопасности при возможном появлении природного или угарного газа примем к установке систему автоматического контроля загазованности САКЗ – 3М.

Данная модульная система автоматического контроля загазованности САКЗ-М предназначена для непрерывного автоматического контроля содержания топливного углеводородного (C n H m ; далее - природного) и угарного (моноксида углерода CO) газов в воздухе помещений c выдачей световой и звуковой сигнализации и перекрытием подачи газа в предаварийных ситуациях.
Область применения: обеспечение безопасной эксплуатации газовых котлов, газонагревательных приборов и другой газоиспользующей аппаратуры в котельных, газоперекачивающих станциях, производственных и бытовых помещениях.
Применение системы значительно повышает безопасность эксплуатации газового оборудования и является необходимым в соответствии с предписывающими документами ГОСГОРТЕХНАДЗОРа.

5. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ

АВТОМАТИЗАЦИИ РАБОТЫ ПАРОВОГО КОТЛА.

Автоматизация работы парового котла ведется по четырем параметрам: поддержание давления пара на заданном уроне, поддержание соотношения газ-воздух, поддержание разряжения в топке котла и уровня воды в барабане.

Регулирование давления происходит за счет изменения подачи топлива в горелку. Технически это выполняется изменением положения заслонки снабженной электроприводом. В следствии этого происходит изменение давления топлива, которое регистрируется манометром, силовое воздействие которого преобразуется в электрический сигнал и поступает на вход модуля ввода аналоговых сигналов. Там этот сигнал подвергается оцифровке и в виде кодовой комбинации поступает в модуль центрального процессора и обрабатывается по заранее запрограммированному алгоритму. А так как мы имеем требование поддержания соотношения газ-воздух в пределах 1,1 то подается сигнал на на блок дискретного ввода-вывода на изменение положения шибера воздуходувки, пока не будет достигнуто заданное соотношение.

Данное соотношение давления газа и воздуха подбирается опытным путем во время пусконаладочных работ.

Разряжение в топке котла отслеживается самостоятельно и поддерживается

на уровне 5мм.рт. столба.

Также поддерживается уровень воды в барабане путем открытия или закрытия клапана подпиточной воды.

Розжиг котла происходит в следующем порядке:

Сперва проветривается топка котла при включенном дымососе и воздуходувке, чтобы не произошло взрыва газовоздушной смеси;

Потом при закрытых клапане безопасности и клапане-отсекателе проводится контроль отсутствия давления газа (датчик давления разомкнут) в течение 5 мин;

Открывается клапан-отсекатель на время 2с;

При закрытых клапане-безопасности и клапане-отсекателе проводится контроль наличия давления газа (датчик давления замкнут) в течение 5 мин;

Открывается клапан безопасности на 5с;

Проводится контроль отсутствия давления газа (датчик давления ра- зомкнут);

После проверки герметичности газопровода подается сигнал на открытие клапана запальной горелки и подаются импульсы на катушку зажигания. При розжиге факела запальной горелки подается устойчивый сигнал с электрода контроля пламени запальника, вследствие чего открывается клапан основной горелки и котел выводится в рабочий режим.

Также данная система автоматизации обеспечивает прекращение подачи топлива при следующих аварийных режимах:

при упуске воды;

при остановке дымососа;

при остановке воздуходувки;

при снижении давления в топливопроводе;

при взрыве газа в топке котла;

при срабатывании датчика загазованности;

при резком повышении давления пара.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Е. Б. Столпнер Справочное пособие для персонала газифицированных котельных. Недра. 1979г.

2. В. А. Гольцман. Приборы контроля и автоматики тепловых процессов. Высшая школа. 1976г.

3. И. С. Берсеньев. Автоматика отопительных котлов и агрегатов. Стройиздат. 1972г.

6.http://www.ump.mv.ru/f-3m.htm

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Паровой котел ДКВр-20-13 ГМ -вертикально-водотрубный котёл с экранированной топочной камерой и кипятильным пучком, которые выполнены по конструктивной схеме «Д». Отличительной чертой данной схемы является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной камеры.

ОБЩИЙ ВИД КОТЛА ДКВР-20-13 ГМ

БАЗОВАЯ И ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ КОМПЛЕКТАЦИИ КОТЛА ДКВР-20-13 ГМ

Базовая комплектация россыпью	Котел россыпью, лестницы и площадки, горелки ГМГ-5 - 3 шт.
Базовая комплектация в сборе	3 блока(конвективный,передний и задний топочные), лестницы и площадки, горелки ГМГ-5 - 3 шт.
Дополните льная комплектиция	Экономайзер БВЭС-V-1 или Экономайзер чугунный ЭБ-1-808
	Воздухоподогреватель ВП-О-228
	Вентилятор ВДН-12,5-1000
	Дымосос ДН-13-1500
	Водоуказательные приборы и арматура к котлу ДКВр-20-13 ГМ

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ДКВР-20-13 ГМ

Котёл ДКВр-20-13 ГМ - паровой котёл, основными элементами которого являются два барабана: верхний короткий и нижний, а также экранированная топочная камера.

У котлов ДКВр-20-13 ГМ топка делится на две части: собственно топку и камеру догорания, отделённую от топки задним экраном котла. Горячие газы омывают кипятильные трубы котла прямым током по всей ширине пучка без перегородок. При наличии пароперегревателя часть этих труб не устанавливается. Пароперегреватель состоит их двух пакетов, расположенных с двух сторон котла. Перегретый пар отводится из обоих пакетов в сборный коллектор. Питательная вода подаётся в верхний барабан.

Стенки верхнего барабана охлаждаются потоком пароводяной смеси, выходящим из труб боковых экранов и труб передней части конвективного пучка.

Предохранительные клапаны, главный паровой вентиль или задвижка, вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды (обдувку) располагаются на верхней образующей верхнего барабана.

Питательная труба находится в водном пространстве верхнего барабана, в паровом объёме - сепарационные устройства. В нижнем барабане размещены перфорированная труба для продувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для спуска воды.

Для наблюдения за уровнем воды в верхнем барабане устанавливаются два указателя уровня.

Для отбора импульсов уровня воды на автоматику на переднем днище верхнего барабана установлено два штуцера.

Опускные и пароотводящие трубы привариваются к коллекторам и барабанам (или к штуцерам на барабанах). При питании экранов из нижнего барабана для предотвращения попадания в них шлама, концы опускных труб выведены в верхнюю часть барабана.

Шамотная перегородка, отделяющая камеру догорания от пучка, опирается на чугунную опору, укладываемую на нижний барабан.

Чугунная перегородка между первым и вторым газоходами собирается на болтах из отдельных плит с предварительным промазыванием стыков специальной замазкой или с прокладкой асбестового шнура, пропитанного жидким стеклом. В перегородке имеется отверстие для прохода трубы стационарного обдувочного прибора.

Окно для выхода газов из котла расположено на задней стенке.

В котле ДКВр-20-13 ГМ температура перегретого пара не регулируется.

Площадки котла ДКВр-20-13 ГМ расположены в местах, необходимых для обслуживания арматуры и гарнитуры котла:

• боковая площадка для обслуживания водоуказательных приборов
• боковая площадка для обслуживания предохранительных клапанов и запорной арматуры на барабане котла;
• площадка на задней стенке котла для обслуживания доступа в верхний барабан при ремонте котла.

На боковые площадки ведут лестницы, а на заднюю площадку - вертикальный трап.

Пароохладитель, установленный в нижнем барабане, имеет дренажный вентиль на соединительных паропроводах. Для регулирования количества поступающего в пароохладитель пара на перемычке между прямым и обратным паропроводами поставлен вентиль.

Для доступа в топочную камеру имеется лаз. Для шуровки топлива вблизи боковых стен, в зависимости от топочного устройства, сделаны шуровочные лючки. Два таких лючка установлены на боковых стенах камеры догорания в её нижней части. На боковых стенах котлов в области конвективного пучка предусмотрены лючки для очистки конвективных труб переносным обдувочным аппаратом.

Для контроля за состоянием изоляции нижней части верхнего барабана в топочной камере устанавливается лючок в месте разрежения труб бокового экрана.

В нижней части газохода с левой стороны котла размещены лазы для периодического удаления золы, осмотра пучка и эжекторов возврата уноса. Для наблюдения за изоляцией верхнего барабана в верхней части топки котлов предусматривается установка лючков.

Перевод парового котла ДКВр-20-13 ГМ в водогрейный режим позволяет, кроме повышения производительности котельных установок и уменьшения затрат на собственные нужды, связанные с эксплуатацией питательных насосов, теплообменников сетевой воды и оборудования непрерывной продувки, а также сокращения расходов на подготовку воды, существенно снижать расход топлива.

Среднеэксплуатационный КПД котлоагрегатов, использованных в качестве водогрейных, повышается на 2,0-2,5%.

Котельные с котлами ДКВр комплектуются вентиляторами и дымососами типа ВДН и ДН, блочными водоподготовительными установками ВПУ, фильтрами для осветления и умягчения воды ФОВ и ФиПА, термическими деаэраторами типа ДА, теплообменными устройствами, насосами, а также комплектами автоматики.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ КОТЛА ДКВР-20-13 ГМ

В котле ДКВр-20-13 ГМ применяется двухступенчатая схема испарения с установкой во второй ступени выносных циклонов. Это позволяет уменьшить процент продувки и улучшить качество пара при работе на питательной воде с повышенным солесодержанием. Во вторую ступень испарения входит часть труб боковых экранов переднего топочного блока. В котельный пучок вода подаётся из верхнего барабана через обогреваемые трубы последних рядов самого пучка.

Питание второй ступени испарения осуществляется из нижнего барабана. Выносные циклоны используются в качестве сепарационных устройств. Вода из циклонов поступает в нижние коллекторы экранов, а пар направляется в верхний барабан вместе с паром первой ступени испарения и дополнительно очищается, проходя через жалюзи и дырчатый лист. Непрерывная продувка второй ступени испарения ведётся из выносных циклонов.

В первой и второй ступенях испарения для постоянного контроля за соблюдением норм котловой воды на каждом котле должны быть установлены по два холодильника для отбора проб питательной воды.

Котлы ДКВр-20-13 ГМ снабжены рециркуляционными трубами, которые расположены в обмуровке боковых стенок топки, что повышает надёжность работы циркуляционных контуров боковых экранов. В верхних барабанах размещаются сепарационные и питательные устройства, нижние барабаны являются шламоотстойниками. По окружности верхнего барабана, в области труб экранов и подъемных труб котельного пучка, установлены щитки, подающие пароводяную смесь на зеркало испарения.

Для сжигания топлива котёл ДКВр-20-13 ГМ комплектуется газомазутными горелками типа ГМ.

Котёл ДКВр-20-13 ГМ имеет три опорные рамы: две – под два топочных блока и одна – под конвективный блок.

Неподвижной, жестко закрепленной точкой котла ДКВр-20-13 ГМ является передняя опора нижнего барабана. Остальные опоры нижнего барабана и камер боковых экранов выполнены скользящими. Для контроля за перемещением элементов котла выполняется установка реперов.

Камеры фронтового и заднего экранов крепятся кронштейнами к обвязочному каркасу, при этом одна из опор может быть неподвижной, а другая – подвижной. Камеры боковых экранов крепятся к специальным опорам.

Завод поставляет котлы ДКВр-20-13 ГМ тремя блоками:

• конвективный блок, состоящий из верхнего и нижнего барабанов с питательными и паросепарационными устройствами, кипятильного пучка и опорной рамы;
• два блока топочной камеры, состоящие из экранных труб, камер экранов и опорных рам;

в комплекте с КИП, арматурой и гарнитурой в пределах котла, лестницами, площадками, пароперегревателем (по требованию заказчика). Изоляционные и обмуровочные материалы в комплект поставки не входят.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДКВР-20-13

Показатель	Значение
Тип котла	Паровой
Вид расчетного топлива	Газ, Жидкое топливо
Паропроизводительность, т/ч	20
Рабочее (избыточное) давление теплоносителя на выходе, МПа (кгс/см)	1,3(13,0)
Температура пара на выходе, °С	насыщ. 194
Температура питательной воды, °С	100
Расчетный КПД (топливо газ), %	92
Расчетный КПД (топливо жидкое), %	90
Расход расчетного топлива (топливо газ) , кг/ч (м3/ч - для газа и жидкого топлива)	1470
Расход расчетного топлива (топливо жидкое) , кг/ч (м3/ч - для газа и жидкого топлива)	1400
Габариты транспортабельного блока, LxBxH, мм	5350x3214x3992/ 5910x3220x2940/ 5910x3220x3310
Габариты компоновки, LxBxH, мм	11500х5970х7660
Масса котла без топки (в объеме заводской поставки), кг	44634

Стационарные паровые котлы ДКВР (двухбарабанные котлы водотрубные, реконструированные) предназначены для производства насыщенного или перегретого пара. Котлы выпускаются паропроизводительностью 2,5; 4; 6,5; 10 и 20 т/ч в основном на рабочее давление 1,27 МПа (13 кгс/см2) для производства насыщенного пара и с пароперегревателем (кроме котлов паропроизводительностью 2,5 т/ч) для производства перегретого пара с температурой 250°С. Кроме того, котлы паропроизводительностью 6,5; 10 и 20 т/ч изготовляются на давление 2,25 МПа (23 кгс/см2) для производства перегретого пара до 370°С, а котлы паропроизводительностью 10 т/ч — также на давление 3,82 МПа (39 кгс/см2) для производства пара, перегретого до 440°С.

Типоразмеры выпускаемых в настоящее время котлов ДКВР и их основные параметры приведены в таблице.

Типоразмеры котлов ДКВР

Производительность, т/ч	Избыточное давление пара, кгс/см3
	13		23
	насыщенный пар	перегретый пар (250°С)	насыщенный пар	перегретый пар (370 °С)
2,5	ДКВР -2,5-13	-	-	-
4	ДКВР -4-13	ДКВР -4-13-250	-	-
6,5	ДКВР -6,5-13	ДКВР -6,5-13-250	ДКВР -6,5-23	ДКВР -6,5-23-370
10	ДКВР -10-13	ДКВР -10-13-250	ДКВР -10-23	ДКВР -10-23-370
20	ДКВР -20-13	ДКВР -20-13-250	ДКВР -20-23	ДКВР -20-23-370

Примечания:
1. Котлы типов ДКВР -10-13 с пароперегревателем и без него в низкой компоновке не являются серийными. Компоновка котлов и поставка их должны согласовываться с заводом.
2. Расчетная температура питательной воды принимается равной 100°С.

Топочное устройство	Рекомендуемый вид топлива	Топочное устройство	Рекомендуемый вид топлива
ПМЗ-РПК	Бурый и каменный уголь (кроме антрацитов)	ЦКТИ системы Померанцева	Дробленые отходы древесины и дре-весная кора с WB<55%
ПМЗ-ЛЦР
ПМЗ-ЧЦР
ЧЦР	Антрацит марок АС и AM	АКТИ системы Шершнева	Фрезерный торф с WP<55%

Паровые котлы ДКВР могут быть использованы как водогрейные . Для этого над котлом устанавливают стандартный пароводяной подогреватель (бойлер), который включается в его циркуляцию, при этом в днище нижнего барабана вваривают дополнительный штуцер для отвода конденсата из бойлера.

Для котлов ДКВР -2,5; ДКВР -4 и ДКВР -6,5 применяют также внутрибарабанные бойлеры с прямыми латунными трубками диаметром 16X1 мм, устанавливаемые в паровом пространстве верхнего барабана.

При этом и другом способах котел работает как паровой по замкнутой схеме и температура стенок поверхностей нагрева получается выше температуры точки росы, что предохраняет их от газовой коррозии.

При переводе котлов ДКВР на водогрейный режим хвостовые поверхности нагрева необходимо выполнять в виде теплофикационного экономайзера или воздухоподогревателя.

Для обеспечения необходимого напора ось выносного теплообменника должна располагаться выше оси верхнего барабана котла не менее чем на 1,5 м.

При работе котлов ДКВР в водогрейном режиме их теплопроизводительность (мощность) соответствует величинам, приведенным в таблице.

Тепло-производительность (мощность) котлов ДКВР при работе в водогрейном режиме

Тип котла	При работе на твердом топливе		При работе на газе и мазуте
	мощность, кВт	теплопроизвонительность, Гкал/ч	мощность, кВт	теплопроизводительность, Гкал/ч
ДКВР -2,5-13	1745	1,5	2 440	2,1
ДКВР -4-13	2910	2,5	4 070	3,5
ДКВР -6,5-13	4650	4	6510	5,6
ДКВР -10-13	7560	6,5	10 580	9,1

Эти теплопроизводительности «соответствуют номинальной паропроизводительности котла на твердом топливе и повышенной на 40%—на газе и мазуте.

Все котлы на давление 13 кгс/см2 унифицированы по мощности и выполняются по единой конструктивной схеме: с продольным расположением верхнего и нижнего барабанов, полностью экранированной топочной камерой и многотипными. У котлов этой серии верхний барабан выполнен более длинным, чем нижний. Внутренний диаметр барабанов на давление 13— 23 кгс/см2 равен 1000 мм. Барабаны котла соединены между собой пучком стальных труб диаметром 51X2,5 мм, образующих развитую конвективную поверхность нагрева. Трубы расположены в коридорном порядке с шагом в продольном направлении, равным 100 мм, и поперечном — 110 мм, и своими концами развальцованы в барабанах. Конвективный пучок разделен поперечной перегородкой на две части, образуя два горизонтальных газохода.

Котел имеет экранированную топку из труб диаметром 51х2,5 мм, расположенную под передней частью верхнего барабана. Трубы боковых экранов ввальцованы одним концом в верхний барабан, а другим приварены к нижним коллекторам.

Топочная камера котла состоит из двух частей: собственно топки и камеры догорания, которая образуется путем выкладывания шамотной стенки на заднем топочном пороге. Камера догорания служит для удлинения пути дымовых газов, благодаря чему устраняется возможность затягивания пламени в конвективный пучок и улучшаются условия для догорания уноса.

Пароперегреватель выполняется - из стальных цельнотянутых труб (сталь 10) диаметром 32X3 мм.

Для очистки наружных поверхностей нагрева применяется стационарный обдувочный прибор, обдувочные трубы которого выполнены из стали Х25Т. Обдувают поверхности насыщенным или перегретым паром.

Котлы , работающие на твердом топливе, оборудуют устройством для возврата уноса в топку .

Температура газов за котлами паропроизводительностью 2,5—10 т/ч в среднем равна: при работе на твердом топливе 310—345°С, на газе 300—325°С и на мазуте 350—400°С.

Верхний предел температур следует принимать для котлов с пароперегревателем. Для мазута и газа температуры приведены при работе котлов с увеличенной паропроизводительностью на 50%. При установке экономайзера температура уходящих газов снижается до 140—180°С.

Перед сжиганием в котлах сернистого мазута к нему необходимо добавлять жидкую присадку ВНИЦНП-106. При этом котлы должны работать при давлении не ниже 0,49—0,59 МПа (5—6 кгс/см2).

На котлах ДКВР устанавливается регулятор питания для автоматического регулирования уровня воды в верхнем барабане в пределах ±60 мм от среднего уровня, а также звуковая сигнализация.

Для сжигания газа или мазута в комплекте с котлами ДКВР поставляются газомазутные горелки типа ГМГ. Горелки устанавливаются на фронтовой стенке топочной камеры котла и предназначены для сжигания газа с теплотой сгорания QHг=3500—8000 ккал/м3 (при нормальных условиях) и мазута марок 40 и 100.