Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В данной курсовой работе выполнен поверочно-конструкторский расчет котла ДКВр 20-13 - двухбарабанного котла, вертикально-водотрубного реконструированного.

Для топочной камеры и конвективных котельных пучков выполнен поверочный расчет.

Для водяного экономайзера - конструктивный расчет.

Также разрабатывается проект котельного агрегата с экономайзером.

Исходные данные:

Поверхность нагрева, установленная за котлом - экономайзер

Номинальная паропроизводительность котла - 20 т/ч

Давление пара - 14 атм (ата)

Температура питательной воды (после деаэратора) - 80 0 С

Вид топлива - г/д Саратов-Москва

Способ сжигания топлива - в факеле

Температура наружного воздуха (в котельной) - 25 0 С

В первой главе производится расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания при б=1. Для этого рассчитывается теоретическое количество воздуха необходимое для полного сгорания топлива и минимальный объем продуктов сгорания, которые получились бы при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха.

Во второй главе приводится описание котла ДКВР 20-13, производится выбор топочного устройства по исходным данным, приводятся расчетные характеристики топки, определение коэффициентов избытка воздуха, рассчитываются энтальпии продуктов сгорания для разных участков, тут же строится J-и диаграмма продуктов сгорания, производится расчет теплового баланса и расхода топлива, а также тепловой расчет топки, расчет конвективных пучков.

В третьей главе проводится конструктивный расчет водяного экономайзера, находится его поверхность нагрева, число и ряд труб.

В четвертой главе производится определение расчетной невязки теплового баланса.

В пятой главе составляется таблица теплового расчета котельного агрегата.

Описание топлива:

В качестве топлива в котельном агрегате используется природный газ, поступающий из газопровода Саратов-Москва

В качестве газообразного топлива используется природный газ газоконденсатных и газонефтяных месторождений. Природные газы подразделяются на три группы:

1. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений. В основном состоят из метана и являются тощими или сухими. Содержание тяжелых углеводородов (от пропана и выше) в сухих газах 50 мг/м 3 .

2. Газы, которые выделяются из скважин нефтяных месторождений совместно с нефтью. Такие газы называются попутными. Кроме метана также газы содержат обычно свыше 150 мг/м 3 тяжелых углеводородов. Они являются жирными газами. Жирными газами называются такие газы, которые представляют собой смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции и газового бензина.

3. Газы, добываемые из конденсатных месторождений. Такие газы состоят из смеси сухого газа и паров конденсата, которые выпадают при сжижении. Пары конденсата представляют собой смесь паров тяжелых углеводородов, содержащих С 5 и выше (бензин, керосин и лигроин).

Природный газ не имеет запаха. До подачи в сеть его одорируют, т.е. придают резкий не приятный запах, который ощущается при 1% концентрации.

Газообразное топливо очищают от примесей.

Природный газ состоит из метана СН 4 (до 98%) и других углеводородов. Теплота сгорания =28000-46000 кДж/м 3 . Природные газы отличаются малым содержанием балласта, отсутствием серы, окиси углерода и пыли.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащих некоторое количество примесей. К горючим газам относятся углеводороды, водород и оксид углерода. Негорючими компонентами являются азот, диоксид углерода и кислород. Они составляют балласт газообразного топлива.

В сравнении с твердым топливом применение в котельных установках жидкого и газообразного топлива значительно выгоднее т.к. упрощается его транспортировка, хранение и сжигание, а также значительно повышается коэффициент полезного действия котла. При использовании газа автоматизируется производство, и ликвидируются складские помещения.

Расчетные характеристики топлива:

Месторождение - г/д Саратов-Москва

Состав газа по объёму :

С 5 Н 12 и более=0,3%

Плотность, кг/м 3 (при 0 0 С и 760 мм рт. ст.), =0,837 кг/м 3

8550 ккал/м 3 =10215 кДж/кг

1. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания при б=1 (для газообразного топлива)

Теоретическое количество воздуха необходимое для полного сгорания топлива:

Минимальный объем продуктов сгорания, которые получились бы при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (б=1):

2. Котел. Описание котла типа ДКВр 20-13

Котельные установки - это теплогенерирующие установки, т.е. целью их работы является получение тепловой энергии сгорания сжигаемого в них топлива и передачи полученной теплоты теплоносителю.

Котельные установки подразделяются по роду вырабатываемого теплоносителя на паровые и водогрейные, а по характеру обслуживания потребителей - на отопительные, отопительно-производственные и производственные. Котельные производственные и отопительные (предназначенные для покрытия отопительных нагрузок) работают определенное количество дней в году, в зависимости от характера производства и длительности отопительного периода.

Проектируемой теплогенерирующей установкой является котельный агрегат ДКВр 20-13.

Котел ДКВр 20-13 (первое число после наименования котла обозначает паропроизводительность, т/ч; второе число - давление пара в барабане котла, кгс/смІ ати) - двухбарабанный, вертикально-водотрубный с естественной циркуляцией, реконструированный, бескаркасной конструкции. Он используется для производства насыщенного и перегретого (при установке пароперегревателя) пара давлением 14 и 24 кгс/см 2 .

Котел предназначен для производственно-отопительных и районных котельных. При сжигании газообразного топлива компонуется камерной топкой.

Котельный агрегат ДКВр 20-13 представляет собой два продольно-расположенных барабана, установленных друг над другом, диаметром 1000 мм и сваренных из листовой стали. Поверхность верхнего барабана должна быть хорошо изолирована огнеупорным материалом для обеспечения требуемого срока службы котла.

Котельный агрегат обмурован со всех сторон тяжелыми кирпичными стенами толщиной 510 мм за исключением задней стенки толщиной 380 мм. Котел устанавливается на бетонном основании выше уровня чистого пола.

По боковым стенам обмуровки котельного агрегата вмонтированы люки для осмотра котла изнутри. Штампованное днище нижнего барабана имеет специальные лазы, закрываемые люками. Таким образом, у котла имеются четыре люка для ревизии с правой и с левой сторон (по два на каждую) и один с фронтовой стороны между газовыми горелками. С левой и с задней сторон можно произвести тщательный наружный осмотр котельного агрегата, а также произвести качественную регулировку расхода пара, благодаря смотровым площадкам, закрепленным на металлическом каркасе, который опоясывает обмуровку котла. В данном проекте запроектировано три смотровые площадки, подъем на которые можно осуществить по металлическим лестницам, приваренным к каркасу площадок. В свою очередь все смотровые площадки оборудованы перилами, установленными для предотвращения падения служебного персонала с этих площадок.

В верхней части котельного агрегата установлены два взрывных клапана. При нерасчетном режиме работы котельного агрегата - взрыве, резко возрастает объем дымовых газов. Дымовые газы свободно проходят через крупноячеистую сетку, затем разрушают асбестовую плиту и выходят по направляющей трубе наружу.

На верхнем барабане запроектирована вся необходимая запорно-регулирующая, предохранительная, контрольно-пропускная арматура, а также манометр, измеряющий давление в барабане котлоагрегата. На передней части котла установлены водоуказательные приборы.

На фронтовой части котла установлены три газомазутные горелки типа ГМГм, через которые топливо подается в топку котельного агрегата. Для этого во фронтальной стене обмуровки имеются расширяющиеся отверстия в топку, необходимые для образования факела горения и раскрытия его на необходимый угол.

По боковым сторонам за пределы вынесены трубы, соединенные с верхними и нижними коллекторами и обоими барабанами. Эти трубы - выносные циклоны. Выносные циклоны необходимы для разделения пароводяной смеси соответственно на пар и воду. От выносных циклонов в верхней части котла к верхнему барабану выходят две трубы, по которым движется пар.

С задней стороны в обмуровке имеется отверстие, через которое из конвективной части котла выходят дымовые газы. К этому отверстию возможно присоединение поверхностей нагрева - воздухоподогревателя или экономайзера. По заданию необходимо рассчитать и запроектировать поверхность нагрева - экономайзер, который соединен с котлом с помощью специального короба.

На наружной поверхности обмуровки имеются отверстия, в которые вмонтированы трубы периодической продувки. В нижний барабан дополнительно подведены трубы для прогрева котла паром при растопке.

Котел ДКВр 20-13 состоит из двух продольно-расположенных барабанов, которые соединяются между собой пучком кипятильных (конвективных) труб. Трубы боковых экранов приварены к верхним коллекторам. Нижние концы экранных труб приварены к нижним коллекторам. В нижнем барабане расположены трубы периодической продувки и спускная линия.

Перед кипятильным пучком котлов расположена топочная камера, которая для уменьшения потерь тепла с уносом и химическим недожогом делится кирпичной шамотной перегородкой на две части: собственно топку и камеру догорания. Дымовые газы совершают в котле горизонтально-поперечное с несколькими поворотами движение. Это обеспечивается установкой между кипятильными трубами чугунных перегородок, которые делят их на первый и второй газоходы. Выход газов из камеры догорания и из котла, как правило, асимметричен.

Вода в трубы боковых экранов поступает одновременно из верхнего и нижнего барабанов.

В котлах ДКВр 20-13 применено двухступенчатое испарение. Первая ступень испарения включает конвективный пучок, фронтовой и задний экраны, а также боковые экраны заднего топочного блока. Боковые экраны переднего топочного блока включены во вторую ступень испарения. Сепарационными устройствами второй ступени испарения являются выносные циклоны центробежного типа. Циркуляционные контуры второй ступени испарения замыкаются через выносные циклоны и их опускные трубы; первой ступени испарения - через опускную часть конвективного пучка. Питание циркуляционного контура второй ступени испарения осуществляется из нижнего барабана в выносные циклоны.

Газоходы разделены между собой чугунной перегородкой по всей высоте газохода котла с окном (от фронта котла) справа. Передняя часть нижнего барабана крепится неподвижно, а остальные части котла имеют скользящие опоры, а также реперы, которые контролируют удлинения элементов при температурном расширении.

Топка сформирована экранными трубами, которые образуют соответственно: передний или фронтовой экран, левый боковой экран, правый боковой экран (аналогично левому), задний экран топки.

Барабаны котла, рассчитанные на давление 14 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 заднем и переднем днищах имеются лазы. В водяном пространстве верхнего барабана находится питательная труба для непрерывной продувки; в паровом объеме - сепарационные устройства также устанавливается воздушный кран и собственно паропровод, на котором установлен главный парозапорный вентиль. Следует также отметить, что в данной работе запроектирован кран для отвода пара на собственные нужды котельной. В верхнем барабане над топкой установлены две легкоплавкие вставки (смесь олова и свинца), которые плавятся при температуре около 300°С, что приводит к выпуску воды в топку, прекращению горения топлива и предохранению барабана от перегрева. На верхнем барабане установлена арматура: водоуказательные приборы, предохранительные клапаны, термометр, манометр. На всех котлах ДКВР над топкой и газоходом установлены взрывные и предохранительные клапаны. В нижнем барабане установлены перфорированная труба для периодической продувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для спуска воды.

Движение топочных газов осуществляется следующим образом: Топливо и воздух подаются в горелки, а в топке образуется факел горения. Теплота от топочных газов в топке, за счет радиационного и конвективного теплообмена, передается всем экранным трубам (радиационным поверхностям нагрева), где эта теплота за счет теплопроводности металлической стенки и конвективного теплообмена от внутренней поверхности труб передается воде, циркулирующей по экранам. Затем топочные газы с температурой 900-1100 °С выходят из топки и через окно справа в кирпичной перегородке переходят в камеру догорания, огибают кирпичную перегородку с левой стороны и входят в первый газоход, где передают теплоту конвективному пучку труб. С температурой около 600 °С топочные дымовые газы, огибая чугунную перегородку с правой стороны, входят во второй газоход кипятильного пучка труб и с температурой около 200-250 °С, с левой стороны, выходят из котла и направляются в водяной экономайзер.

За котельным агрегатом устанавливается поверхность нагрева - экономайзер. Экономайзер является одной из составных частей котлоагрегата. Так как температура воды в котельном агрегате везде одинакова и растет с увеличением давления, то без установки водяного экономайзера глубокое охлаждение уходящих газов невозможно.

Котел оборудован устройствами и приборами, обеспечивающими безопасную работу котельного агрегата и позволяющими безотказно и быстро производить пуск, остановку и регулирование его работы. За нормальной эксплуатацией котельного агрегата необходимо наблюдать и контролировать происходящие в нем процессы. Для этого применяют различные контрольно-измерительные приборы. Изменение давления в котельном агрегате или отклонение уровня воды в барабане за допустимые пределы может вызвать аварийную ситуацию, связанную с непосредственной опасностью для обслуживающего персонала. Поэтому, согласно правилам, на паровом котле для непосредственного наблюдения и контроля за давлением и уровнем воды в барабане установлены манометр, водоуказательные приборы и предохранительные устройства.

Предохранительная арматура служит для ограничения движения, расхода и направления движения среды. К ней относятся: предохранительные клапаны на питательных линиях, автоматические быстрозапорные клапаны на паропроводах, обратные клапаны. Обратные клапаны пропускают среду только в одном направлении и автоматически закрываются при обратном ее движении. Устанавливают их на входе питательной воды в парогенератор для исключения возможности ее обратного движения из котла при падении давления в питательном трубопроводе. Обратные клапаны устанавливают также на напорных патрубках питательных насосов для предотвращения обратного движении воды при остановке последних.

Питательная вода по питательным трубопроводам 15 поступает в верхний барабан 16, где смешивается с котловой водой. Из верхнего барабана по последним рядам труб конвективного пучка 18 вода опускается в нижний барабан 17, откуда по подпиточным трубам 21 направляется в циклоны 8. Из циклонов по опускным трубам 26 вода подается к нижним камерам 24 боковых экранов 22 второй ступени испарения, пароводяная смесь поднимается в верхние камеры 10 этих экранов, откуда поступает по трубам 9 в выносные циклоны 8, в которых разделяется на пар и воду. Вода по трубам 31 опускается в нижние камеры 20 экранов, отсепарированный пар по перепускным трубам 12 отводится в верхний барабан. Циклоны соединены между собой перепускной трубой 25.

Рис. 1 Общая схема циркуляции воды в котле ДКВР-20-13

1 - вторая ступень испарения; 2 - фронтовой экран; 3 - камера; 4 - непрерывная продувка; 5 - рециркуляционные трубы; 6 - перепускная труба из верхнего коллектора в барабан; 7, 10, 11 - верхние камеры; 8 - выносные циклоны; 9 - перепускные трубы из верхней камеры в выносной циклон; 12 - перепускные трубы из выносного циклона в барабан; 13 - патрубок отвода пара; 14 - сепарационное устройство; 15 - питательные линии; 16 - верхний барабан; 17 - нижний барабан; 18 - конвективный пучок; 19, 20, 23, 24 - нижние камеры; 21 - подпиточные трубы; 22 - боковые экраны; 25 - перепускная труба; 26 - опускные трубы; 27, 29, 30, 31 - перепускные трубы; 28 - пароотводящие трубы.

Экраны первой ступени испарения питаются из нижнего барабана.

В нижние камеры 20 боковых экранов 22 вода поступает по соединительным трубам 30, в нижнюю камеру 19 заднего экрана по другим трубам. Фронтовой экран 2 питается из верхнего барабана - вода поступает в нижнюю камеру 3 по опускным трубам 27.

Пароводяная смесь отводится в верхний барабан из верхних камер 10 боковых экранов первой ступени испарения по пароотводящим трубам 28, из верхней камеры 11 заднего экрана трубами 29, из верхней камеры 7 фронтового экрана трубами 6. Фронтовой экран имеет рециркуляционные трубы 5.

2.1 Топка. Выбор топочного устройства. Описание топочного устройства и топочного объема

Топка - устройство, предназначенное для сжигания топлива с целью получения теплоты. Топка выполняет функцию горения и теплообменного аппарата - теплота излучением и конвекцией одновременно передается от факела горения и продуктов сгорания к экранным поверхностям, по которым циркулирует вода. Доля лучистого теплообмена в топке, где температура топочных газов порядка 1000°С, больше чем конвективного, поэтому, чаще всего, поверхности нагрева в топке называют радиационными.

Топочные устройства в зависимости от способа сжигания делятся на камерные и слоевые. Выбор способа сжигания и типа топочного устройства определяется видом топлива, его реакционными свойствами и физико-химическими свойствами золы, а также производительностью и конструкцией котла.

Топочное устройство должно обеспечивать экономичность работы котла в необходимых пределах регулирования нагрузки, бесшлаковую работу поверхностей нагрева, отсутствие газовой коррозии экранных труб, минимальное содержание окислов азота и сернистых соединений в уходящих газах.

Для сжигания природного газа, мазута и пылевидного твердого топлива обычно используют камерные топки. В конструкции камерной топки можно выделить четыре основных элемента: топочную камеру, экранную поверхность, горелочное устройство и систему удаления шлака и золы.

Обмуровкой называют ограждения, отделяющие топочную камеру и газоходы котельного агрегата от внешней среды. Обмуровку выполняют из красного или диатомового кирпича, огнеупорного материала или из металлических щитов с огнеупорами. Внутренняя часть обмуровки в топке, или футеровка, со стороны топочных газов и шлаков, выполняется из огнеупорных материалов: шамотного кирпича, шамотобетона и других огнеупорных масс. Обмуровка и футеровка должны быть достаточно плотными, особо высокоогнеупорными, стойкими к химическому воздействию шлаков и иметь малый коэффициент теплопроводности. Несмотря на более высокую стоимость шамотного кирпича или другого огнеупорного материала по сравнению с обычным красным кирпичом, все эксплуатационные расходы покроют капитальные, благодаря высоким теплофизическим свойствам, а также высокой стойкостью к продуктам сгорания.

Экранная радиационная поверхность нагрева выполнена из стальных труб. Экраны воспринимают теплоту за счет радиации и конвекции и передают ее воде или пароводяной смеси, циркулирующим по трубам. Экраны защищают обмуровку от мощных тепловых потоков.

В камерных топках котлов паропроизводительностью до 25 т/ч сжигается газообразное топливо и мазут.

Таблица №1. Расчетные характеристики топки

	Наименование величин	Обозначение	Размерность	Величина
	Видимое теплонапряжение зеркала горения
	Видимое теплонапряжение топочного объема
	Коэффициент избытка воздуха в топке
	Потеря тепла от химнедожога
	Потеря тепла от мехнедожога
	Доля золы топлива в шлаке и провале
	Доля золы топлива в уносе
	Давление воздуха под решеткой		мм вод. ст.
	Температура дутьевого воздуха

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки принимаем из таблицы «Расчетные характеристики камерной топки» (РН 5-02, РН 5-03).

Коэффициент избытка воздуха для других участков газового тракта получаются путем прибавления к б т присосов воздуха принимаемых по , РН 4-06.

Для выполнения теплового расчета газовый тракт котельного агрегата делят на самостоятельные участки: топочную камеру, конвективные испарительные пучки и экономайзер.

Таблица №2. Средние характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева котла

	Наименование величин	Размерность	V=9.52нм 3 /кг V=7,6 нм 3 /кг	V=1,037 нм 3 /кг V=2,11 нм 3 /кг
				Конвективные пучки	Экономайзер
	Коэффициент избытка воздуха перед газоходом б"
	Коэффициент избытка воздуха за газоходом б”
	Коэффициент избытка воздуха (средний) б
	V=V+0,0161·(-1)·V о
	V г =V+V+V+(-1)·V о

Энтальпия газов, представляющая собой произведение объема газов на их теплоемкость и температуру, возрастает с повышением температуры.

При вычислении I-и таблицы рекомендуется для каждого значения коэффициента избытка воздуха б определить величину лишь в пределах, немного превышающих реально возможные пределы температур в газоходах. Величина представляет собой разность двух соседних по горизонтали значений при одном б.

Результаты вычислений сводятся в таблицу 3.

По расчетным данным таблицы 3 строится диаграмма I-и продуктов сгорания.

Таблица №3. Тепловой баланс и расход топлива

	Наименование величины	Обозначение		Размерность
	Располагаемое тепло топлива		Q=c тл ·t тл, при t тл =0
	Температура уходящих газов		По приложению IV
	Энтальпия уходящих газов		Из диаграммы I-и
	Температура холодного воздуха		Согласно заданию
	Энтальпия холодного воздуха		I хв = ух ·V о (с и) хв
	Потери тепла от мех. недожога		По характеристикам топки
	Потери тепла от хим. недожога		По характеристикам топки
	Потеря тепла с уходящими газами		Q 2 =(I ух - ух ·I хв)·
	Потеря тепла в окружающ. среду
	Коэффициент сохранения тепла
	Потеря тепла с физическим теплом шлаков		где: а шл - по расчетным характеристикам топки; (с и) шл - энтальпия шлака, при t шл =600 о С по РН4-04 (с и) шл =133,8 ккал/кг
	Сумма потерь тепла		Уq=q 2 +q 3 +q 4 +q 5 +q 6 , при сжигании газа и мазута
	К.П.Д. котлоагрегата		з ка =100-Уq
	Энтальпия насыщенного пара		Из термодинамических таблиц согласно Р нп (приложение V )
	Энтальпия питательной воды		Из термодинамических таблиц согласно t" пв (приложение V )
	Тепло, полезно использованное в котлоагрегате		Без пароперегревателя Q ка =D·(i"" нп - i" пв)
	Полный расход топлива
	Расчетный расход топлива		В р =В·, при сжигании газа и мазута

Таблица №4. Тепловой расчет топки

Наименование величины	Обозначение	Расчетная формула или способ определения	Размерность
Объем топочной камеры		По данным приложения I
Полная луче-воспринимающая поверх. нагрева		По данным приложения I
Поверхность стен
Степень экранирования топки		для камерных топок	для слоевых топок
Площадь зерк. гор.		По приложению III
Поправочный коэффициент		По приложению VI
Абсолютное давление газов в топке		Принимается р=1,0
		Принимается предварительно по приложению VII
Коэффициент ослабления лучей в пламени		Для светящегося пламени: Для несветящегося k=k г ·(р+р), где: k г - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяемый по номограмме IX . Для полусветящегося k=k г ·(p+p)+k n ·µ, где k n - коэффициент ослабления лучей золовыми частицами, определяемый по номограмме Х ; µ- концентрация золы в дымовых газах, г/нм
Произведение
Степень черноты топочной среды		Принимается по номограмме ХI
Эффективная степень черноты факела
Условный коэффициент загрязнения
Произведение
Параметр, учиты-вающий влияние излучения горящего слоя
Степень черноты топки		Для слоевых топок: Для камерных топок:
Присос холодного воздуха в топку
Коэффициент избытка воздуха, организованно поданного в топку		б т =б т Ш-Дб т, где б т Ш принимается из табл. №1
Температура горячего воздуха		Принимается согласно расчетным характеристикам топки
Энтальпия горячего воздуха		I гв =б т ·V o ·(c и) гв
Энтальпия холодного воздуха		I хв =б т ·V o ·(c и) хв при наличии подогрева воздуха I хв =Дб т ·V o ·(c и) хв
Тепло, вносимое воздухом в топку		При отсутствии подогрева воздуха при наличии подогрева воздуха Q в =I хв +I гв = Дб т ·V o ·(c и) хв +б т ·V o ·(c и) гв
Тепловыделение в топке на 1кг (1нм 3) топлива
Теоретическая (адиабатическая) температура горения		По I-и диаграмме согласно величине Q т
Тепловыделение на 1 м 2 поверхности нагрева			ккал/м 2 ч
Температура газов на выходе из топки		По номограмме I
Энтальпия газов на выходе из топки		По I-и диаграмме согласно величине Q т Ѕ
Тепло, переданное излучением в топке		Q л =ц·(Q т -I т Ѕ)
Тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева топки			ккал/м 2 ч
Видимое тепло-напряжение топочного объема			ккал/м 3 ч
Приращение энтальпии воды в топке

2.2 Конвективные пучки. Общее описание конвективных пучков

Испарительная поверхность нагрева вертикально-водотрубных котельных агрегатов состоят из развитого пучка кипятильных труб вальцованных в верхний и нижний барабаны, топочных экранов питаемых водой из котельных барабанов через опускные и соединительные трубы из коллекторов. Коллектор выполнен из труб диаметром до 219 мм, экранные трубы присоединены к ним сваркой. Как правило, котел ДКВр имеет три циркуляционных контура: один, образуемый кипятильными трубами котла, и два, образуемые экранами. Часть питательной воды, поступающей в верхний барабан котла по группе кипятильных труб, являющихся опускными, проходит в нижний барабан. Здесь вода разделяется на 3 потока: один из них по группе кипятильных труб, являющихся подъемными, возвращается в верхний барабан в виде пароводяной смеси, а два других по соединительным трубам проходят в нижние коллекторы экранов, затем в экранные трубы и, наконец, также в виде пароводяной смеси, в верхний барабан котла. Другая часть питательной воды, поступающей в котел, из верхнего барабана по опускным трубам также поступает в коллектор.

Для обеспечения надежной работы и расчетной производительности котельного агрегата большое значение имеет правильная организация движения воды в испарительных поверхностях нагрева. Надежная работа может быть обеспечена в том случае, когда вода, движущаяся в кипятильных и экранных трубах работающих при повышенной температуре, создает необходимое охлаждение металла этих труб, так как снижение механической прочности металла при повышении температуры может привести к их разрушению.

Следует отметить, что естественная циркуляция в кипятильных и экранных трубах происходит под действием гравитационных сил, обуславливаемых разностью плотностей воды и пароводяной смеси.

При расчете используются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса, а расчет выполняется для 1 м 3 газа при нормальных условиях.

Таблица №5. Расчет кипятильного пучка

Наименование величины	Обозначение	Расчетная формула, способ определения	Размерность
а) расположение труб		По данным приложения I		коридорное
б) диаметр труб
в) поперечный шаг
г) продольный шаг
д) число труб в ряду первого газохода
е) число рядов труб в первом газоходе
ж) число труб в ряду второго газохода
з) число рядов труб во втором газоходе
и) общее число труб
к) средняя длина одной трубы		По данным приложения I
л) конвективная поверхность нагрева		Н к =z·р·d н ·l ср
Среднее сечение для прохода газов		По данным приложения I
Температура газов перед кипятильным пучком 1 го газохода		Из расчета топки (без пароперегревателя) иґ 1кп =QЅ т -(30ч40) о С
Энтальпия газов		По диаграмме J-и
Температура газов за кипятильным пучком 2 го газохода		Предварительно принимаем по приложению VIII
Энтальпия газов за 2 ым газоходом		По диаграмме J-и при иЅ 2кп и б 2кп
Средняя температура газов		и ср =0,5·(иґ 1кп +иЅ 2кп)
Тепловосприятие кипятильных пучков		Q б =ц·(Jґ 1кп -JЅ 2кп +?б кп ·J)
Секундный объем газов
Средняя скорость газов		щ г.ср =V сек /F ср
Температура насыщения при давлении в барабане котла		По приложению V
Коэффициент загрязнения		Принимается по номограмме XII
Температура наружной стенки трубы
Объемная доля водяных паров		r=0,5·(рґ+рЅ), где рґи рЅ-парциальное давление водяных паров на входе и выходе из пучков (табл.2)
Коэффициент теплообмена конвекцией		б к =б н ·С z ·C ср По номограмме II
Объемная доля сухих трехатомных газов		Из табл.2 проекта r=р
Объемная доля трехатомных газов
Эффективная толщина излучающего слоя
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов		р г ·s=r г ·s
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами		По номограмме IX
Сила поглощения газового потока		k г ·p г ·s г ·р, где р=1 ата
Поправочный коэффициент		По номограмме XI
Коэффициент теплообмена излучением		б л =б н ·С г ·а По номограмме XI то же из пункта 22 расчета
Коэффициент омывания поверх-ности нагрева		По приложению II
Коэффициент теплопередачи
		Tґ=иґ 1кп -t s
Температурный напор на выходе газов		TЅ=иЅ 2кп -t s
Среднелогарифми-ческий температур-ный напор
Тепловосприятие поверхности нагре-ва по уравнению теплопередачи
Отношение расчетных величин тепловосприятия		Если Q б и Q Т отличаются меньше, чем на 2%, расчет считается законченным, в противном случае расчет повторяется с изменением величины иЅ 2кп
Приращение энтальпии воды

3. Описание водяного экономайзера

Водяные экономайзеры устанавливают для снижения температуры уходящих газов, а, следовательно, для повышения коэффициента полезного действия котельной установки. Чугунные экономайзеры изготовляются по отраслевым стандартам «Экономайзеры чугунные блочные» ГОСТ 24.03.002.

Экономайзеры бывают индивидуальные и групповые. Как правило, устанавливать индивидуальные экономайзеры, так как они работают равномерно и с наименьшим избытком воздуха.

Водяные экономайзеры изготавливаются чугунными и стальными.

В данной курсовой работе в качестве поверхности нагрева запроектирован индивидуальный экономайзер, установленного за котлом. Компоновка - одноколонковый экономайзер (несколько горизонтальных рядов труб образуют группы, которые компонуют в одну или две колонки). Группы в требуемом количестве собираются в пакет. Пакет собирают в каркасе с глухими стенками, состоящими из изоляционных плит, обшитых металлическими листами. Торцы экономайзеров закрываются четырьмя съёмными металлическими щитами, запроектированными для возможности качественного осмотра внутренней части экономайзера и для его очистки.

Проектируемый экономайзер имеет собственный фундамент из-за значительной массы устройства. Фундамент экономайзера не связан с фундаментом котельного агрегата.

Экономайзер соединен с котлом с помощью специального короба, непосредственно по которому двигаются дымовые газы. В коробе имеется мягкая вставка для предотвращения передачи вибрации. На верхней части короба установлен взрывной клапан.

В нижней части имеется дымоход, по которому осуществляется выход отработанных дымовых газов. Внизу устроены люки для чистки.

На внешней поверхности экономайзера имеется ввод питательной воды в нижнем ряду и выход отепленной питательной воды из верхнего ряда.

Приборы на входе питательной воды расположены непосредственно у дымохода, а приборы на выходе - на питательном трубопроводе рядом с верхним барабаном котла, над задней смотровой площадкой. Приборы запроектированы так, чтобы обслуживающему персоналу было удобно обеспечить их регулировку и снимать показания с измерительных приборов, а также во избежание их помех при эксплуатации.

Предусмотрена установка чугунного экономайзера, так как чугунные экономайзеры возможно применять при давлениях до 23 ати. Чугунные экономайзеры не допускают кипения воды в них, т. к. при гидравлическом ударе они могут выйти из строя. Температура воды на выходе из чугунного экономайзера на 20 °С ниже температуры кипения воды в барабане котла.

Чугунные экономайзеры собирают из чугунных ребристых труб и соединяют чугунными коленами (дугами и калачами). Питательная вода должна последовательно пройти по всем трубам экономайзера снизу вверх. Такое ее движение необходимо, т.к. при нагревании воды падает растворимость находящихся в ней газов, и они выделяются из нее в виде пузырьков, которые постепенно продвигаются вверх, где и удаляются через воздушный сборник. Скорость движения воды должна быть не менее 0,3 м/с, чтобы лучше смывать пузырьки.

На концах труб экономайзера имеются квадратные приливы - фланцы, которые при монтаже образуют две сплошные металлические стенки. Стыки между фланцами герметизируются асбестовым шнуром для устранения присосов воздуха. Сбоку стенки с дугами и калачами закрываются съемными крышками.

Температура воды при входе в экономайзер превышает температуру точки росы дымовых газов не менее чем на 10 °С. Это необходимо для того, чтобы исключить конденсацию водяных паров, входящих в состав дымовых газов и осаждение влаги на трубах экономайзера.

Чугунный экономайзер прост и надёжен в эксплуатации. Он устойчив против коррозии, поэтому его применению следует отдать предпочтение перед воздухоподогревателями в тех случаях, когда подогрев воздуха является необходимым для интенсификации процесса горения или для повышения КПД топки.

Рис. 2 Детали чугунного водяного экономайзера системы ВТИ: а - ребристая труба; б - соединение труб.

Чугунный экономайзер является не менее надёжной частью агрегата, чем собственно котёл. Он не требуют частых остановок, поэтому он не имеет обводных боровов, являющихся источником значительных присосов воздуха в газовый тракт.

Циркуляция в экономайзере происходит следующим образом. Вода из питательной линии подается в одну из крайних нижних труб, а затем последовательно проходит через все эти калачи по всем трубам, после чего поступает в котел.

Вода движется по трубам снизу вверх. Газы, омывая трубы снаружи, движутся сверху вниз. При такой схеме движения (противотоке) газов и воды обеспечивается лучшее удаление выделяемых из воды пузырьков воздуха с внутренней стенки трубы, а также уменьшается количество золы и сажи, осаждающихся на наружной поверхности труб. Водяные экономайзеры с ребристыми трубами сравнительно быстро загрязняются золой и сажей, поэтому периодически наружные поверхности экономайзеров обдуваются перегретым паром или сжатым воздухом.

Рис. 3 Чугунный экономайзер марки ВТИ

В качестве предохранительного устройства экономайзера использован взрывной клапан, который устанавливается на верхнем коробе экономайзера, присоединенного к котлу. При нерасчетном режиме работы котельного агрегата - взрыве, резко возрастает объем дымовых газов. Дымовые газы свободно проходят через крупноячеистую сетку, затем разрушают асбестовую плиту и выходят по направляющей трубе наружу.

На экономайзере устанавливается следующая арматура:

а) на входе - регулирующий клапан, обводная линия с вентилем, задвижка, обратный клапан, вентиль и обратный клапан на дренаже, манометр, термометр, предохранительный клапан.

б) на выходе - вентиль для выпуска воздуха, манометр, предохранительный клапан, термометр, вантуз, вентиль и обратный клапан, установленные непосредственно на входе трубопровода питательной воды в верхний барабан котла.

К достоинствам чугунных экономайзеров относятся устойчивость к коррозии их внешней и внутренней поверхности, а также сравнительно небольшая стоимость, что оправдывает их применение в котельных небольшой мощности. Недостатками чугунных экономайзеров являются: громоздкость, особенно при больших площадях поверхности нагрева, низкая теплопередача и большая чувствительность к гидравлическим ударам, что не позволяет нагревать воду в них до кипения.

3.1 Расчет водяного экономайзера

Таблица №6. Расчет водяного экономайзера

Наименование величины	Обозначение	Расчетная формула, способ определения	Размерность
Конструктивные характеристики:
а) диаметр труб		По приложению I
б) расположение труб
в) поперечный шаг
г) продольный шаг
д) относительный поперечный шаг
е) относительный продольный шаг
ж) средняя длина одной трубы		Принимается по приложению IХ
з) число труб в ряду колонки
и) число рядов труб по ходу газов		Принимается предварительно в зависимости от вида топлива: а) газ, мазут z 2 =12; б) твердые топлива с W р > 22% - z 2 =14; в) твердые топлива с W р < 22% - z 2 =16.
Средняя скорость газов		Принимается равной 6ч8 м/сек
Температура газов на входе		Из расчета кипятильных пучков котла иґ вэ =иЅ кп
Энтальпия газов на входе		По J-и диаграмме
Температура газов на выходе		Из задания иЅ вэ =и ух
Энтальпия газов на выходе		По J-и диаграмме
Температура воды на входе в экономайзер		Из задания tґ=tґ пв
Энтальпия воды на входе в экономайзер		Согласно расчету теплового баланса котлоагрегата (табл.4)
Тепловосприятие экономайзера по балансу		Q б =ц·(Jґ вэ -JЅ вэ +?б вэ ·J)
Энтальпия воды на выходе из экономайзера		iЅ= iґ+Q б ·
Температура воды на выходе из экономайзера		По приложению V при Р к
Температурный напор на входе газов		Tґ=иґ вэ -tЅ
Температурный напор на выходе		TЅ=иЅ вэ -t "
Средний темпера-турный напор		T ср =0,5·(?tґ+?tЅ)
Средняя температура газов		и=0,5·(иґ вэ +иЅ вэ)
Средняя температура воды		t=0,5·(tґ+tЅ)
Объем газов на 1кг топлива		По табл.2 расчета
Сечение для прохода газов
Коэффициент теплопередачи		Пономограмме XVI
Поверхность нагрева
Число рядов труб по ходу газов
Число рядов труб, принятое по конструктивным соображениям		По приложению I
Число рядов труб в одной колонке		zґ 2к =0,5·z 2к
Высота колонки		h=s 2 ·zґ 2к +(500ч600)
Ширина колонки
Приращение энтальпии воды

4. Определение невязки теплового баланса

Таблица №7. Определение расчетной невязки теплового баланса

Наименование величины	Обозначение	Расчетная формула, способ определения	Размерность
Количество тепла, воспринятое на 1кг топлива лучевоспринимающими поверхностями топки, определенное из уравнения баланса		Из табл. №5
То же, кипятильными пучками		Из табл. №6
То же, экономайзером		Из табл. №7
Общее количество полезно использованного тепла		Q 1 =Q·з ка /100
Невязка теплового баланса		Q=Q 1 -(Q л +Q кп +Q эк)·(1-)
Приращение энтальпии воды в топке		Из табл. №5
То же, в кипятильных пучках		Из табл. №6
Приращение энтальпии воды в экономайзере		Из табл. №7
Сумма приращений энтальпий		I 1 =?i т +?i кп +?i эк
Невязка теплового баланса
Относительная величина невязки

5. Сводная таблица теплового расчета котлоагрегата

Таблица №98. Сводная таблица теплового расчета котлоагрегата

Наименование величин	Размерность	Наименование газохода
			кипятильные пучки	экономайзер
Температура газов на входе иґ
То же, на выходе иЅ
Средняя температура газов и
Энтальпия газов на входе Jґ
То же, на выходе JЅ
Тепловосприятие Q б
Температура вторичного теплоносителя на входе tґ
То же, на выходе tЅ
Скорость газов щ г
Скорость воздуха щ в

Заключение

котел воздух топливо экономайзер

В данной курсовой работе был проведен поверочно-конструкторский расчет котельного агрегата и экономайзера. Курсовая работа выполнена согласно заданию с использованием всей необходимой справочной и нормативной литературой и методов расчета. Для выполнения теплового расчета газовый тракт котлоагрегата разделен на ряд самостоятельных участков: топочную камеру, конвективные пучки, экономайзер.

КПД котельного агрегата составляет 90,87 %. Расчетный расход топлива 1146,2 кг/ч. Тепло полезно используемое в котлоагрегате 11,714 Гкал/ч.

В качестве топлива в котельном агрегате используется природный газ, поступающий из третьей нитки газопровода Ставрополь-Москва. Тепловыделение в топке на 1 м 2 поверхности нагрева 196862,4 ккал/м 2 ч. Тепло переданное излучением в топке составляет 5529,22 ккал/кг топлива.Температура газов на выходе из топки 1160 °С.

Тепловосприятие кипятильных пучков 3830,94 ккал/кг, средняя температура газов 715 °С. При расчете было найдено тепловосприятие поверхности нагрева по уравнению теплопередачи, и по уравнению баланса, различие между которыми составило 1,58%, что в пределах нормы (<2%).

Поверхность нагрева установленная за котлом - экономайзер из чугунных ребристых труб длиной труб 3000 мм. Количество рядов труб в одной колонке, полученое в расчете, равно 9; число рядов труб по ходу газов, принятое по конструктивным соображениям, также равно 9. Средняя температура газов здесь составляет 245 °С. Температура воды на входе в экономайзер - 80 °С. Температура воды на выходе из экономайзера - 194,13 °С.

По определённому количеству полезного тепла, воспринимаемого различными поверхностями котельного агрегата, найдена тепловая невязка д 1 =2,05%. Также определена относительная величина тепловой невязки по энтальпии д 2 =2,3%.

По поверочно-конструктивному расчёту сконструирован водяной экономайзер. Выполнена обвязка котла и экономайзера с нанесением необходимой арматуры (предохранительные клапаны, вентили, обратные клапана, регулирующие клапаны, задвижки, воздушник, манометр, термометры, вантуз).

С писок литературы

1. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок. Издание 2, переработанное и дополненное. Издательство литературы по строительству. Москва, 1973. - 248 с.

2. Щёголев М.М., Гусев Ю.Л., Иванова М.С. Котельные установки. Издание 2, приработанное и дополненное. Издательство литературы по строительству. - Москва, 1972.

3. Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Пермяков Б.А. Теплогенерирующие установки. - Москва, Стройиздат, 1986. - 560 с.

4. СНиП II-35-76. Котельные установки.

5. Методические указания для расчета котельного агрегата и экономайзера. К курсовой работе по ТГУ для студентов специальности 270109 - Теплогазоснабжение и вентиляция / Сост.: А.Е. Ланцов, Г.М. Ахмерова. Казань, 2007. - 26 с.

6. Расчетные нормали, приложения и номограммы к поверочно-конструкторскому и аэродинамическому расчетам котельного агрегата и экономайзера к курсовой работе и курсовому проекту по ТГУ для студентов специальности 270109. / Сост.: А.Е. Ланцов, Г.М. Ахмерова. - Казань, 2009. - 54 с.

7. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Энергоатомиздат. - Ленинград, 1989. - 280 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Способы расчета котельного агрегата малой мощности ДЕ-4 (двухбарабанного котла с естественной циркуляцией). Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха. Определение КПД котла и расхода топлива. Поверочный расчёт топки и котельных пучков.

курсовая работа , добавлен 07.02.2011


Состав, зольность и влажность твердого, жидкого и газообразного топлива. Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания. Расход топлива котельного агрегата. Основные характеристики топочных устройств. Определение теплового баланса котельного устройства.

курсовая работа , добавлен 16.01.2015


Тепловой расчет котельного агрегата Е-25М. Пересчет теоретических объемов и энтальпии воздуха и продуктов сгорания для рабочей массы топлива (сернистый мазут). Тепловой баланс, коэффициент полезного действия (КПД) и расход топлива котельного агрегата.

курсовая работа , добавлен 17.03.2012


Основные конструктивные характеристики, расчеты по топливу, воздуху и продуктам сгорания, составление теплового баланса котельного агрегата ПК-19. Выявление потерь от механического и химического недожога и вследствие теплообмена с окружающей средой.

курсовая работа , добавлен 29.07.2009


Определение объема воздуха, продуктов сгорания, температуры и теплосодержания горячего воздуха в топке агрегата. Средние характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева. Расчет энтальпии продуктов сгорания, теплового баланса и пароперегревателя.

контрольная работа , добавлен 09.12.2014


Расчетные характеристики топлива. Материальный баланс рабочих веществ в котле. Характеристики и тепловой расчет топочной камеры. Расчет фестона и экономайзера, камеры охлаждения, пароперегревателя. Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания.

дипломная работа , добавлен 13.02.2016


Техническая характеристика водогрейного котла. Расчет процессов горения топлива: определение объемов продуктов сгорания и минимального объема водяных паров. Тепловой баланс котельного агрегата. Конструкторский расчет и подбор водяного экономайзера.

курсовая работа , добавлен 12.12.2013


Описание котла ДКВР 6,5-13 и схема циркуляции воды в нем. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Вычисление полезно-израсходованного тепла в котлоагрегате. Средние характеристики продуктов сгорания в топке. Описание кипятильного пучка.

курсовая работа , добавлен 09.02.2012


Описание конструкции котла. Особенности теплового расчета парового котла. Расчет и составление таблиц объемов воздуха и продуктов сгорания. Расчет теплового баланса котла. Определение расхода топлива, полезной мощности котла. Расчет топки (поверочный).

курсовая работа , добавлен 12.07.2010


Основные контуры естественной циркуляции промышленных котлов КЕ-25-14 ГМ. Расчет теплового баланса котельного агрегата и расхода топлива, конструктивных характеристик и теплообмена в топке, первого и второго конвективных пучков. Расчет экономайзера.

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

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