Технологических процессов

Технологические процессы получения тепловой энергии в

теплогенерирующих установках характеризуются рядом взаимосвязанных

параметров. Изменение одного из них, например температуры уходящих продуктов сгорания, приводит к изменению других, таких как количество вырабатываемой котлом тепловой энергии, расход топлива и воздуха, идущего на горение и т.п.

Естественно, что человек не в силах уследить за всеми изменениями параметров в технологических процессах, и в этом ему должна помочь автоматика котла. Надо заметить, что только за счет автоматизации технологических процессов производства тепловой энергии можно добиться наиболее экономичной работы котлов и теплогенерирующей установки в целом.

Автоматизация теплогенерирующих установок предполагает механизацию оперативного управления работой оборудования котельного агрегата с помощью различных средств и устройств, при этом предусматривается осуществление заданного технологического режима без непосредственного участия человека.

Система автоматического регулирования состоит из объекта регулирования (котел) и взаимодействующих с ним автоматических регуляторов с датчиками.

При автоматизации технологического процесса в работающей

теплогенерирующей установке должны поддерживаться на заданном уровне те параметры, которые определяют нормальное протекание технологических

процессов. Управление этими процессами требует установки аппаратуры для

контроля, регулирования и управления параметрами и режимами работы. Такой аппаратурой являются контрольно-измерительные приборы, с помощью которых осуществляется оперативное управление технологическими процессами, обеспечивающее надежную, безопасную и экономичную работу оборудования.

При работе оборудования тешюгенерирующей установки технологическому контролю обычно подлежат следующие параметры (например, для водогрейного котла):

в него;

температура уходящих продуктов сгорания;

в газоходы котла);

теплогенерирующей установки;

Для удобства обслуживания оборудования теплогенерирующей установки приборы контроля и управления обычно располагают на щитах управления.

Для нормальной работы теплогенерирующей установки необходимо

наблюдать и контролировать параметры происходящих в ней технологических процессов, для чего применяют контрольно-измерительные приборы: термометры, манометры, расходомеры, водоуказательные устройства и др. Минимально необходимое число приборов на котлах устанавливают в соответствии с нормативными требованиями [6-8], под действие которых подпадает работа теплогенерирующей установки.

В зависимости от устройства, характера фиксирования измеряемых величин

параметров среды, назначения, приборы, используемые в теплогенерирующих установках, подразделяют на следующие типы: показывающие; самопишущие (регистрирующие); сигнализирующие. Кроме того, приборы подразделяются по измеряемому параметру. Для измерения давления используют следующие группы:

манометры - для измерения избыточного давления; барометры - для измерения атмосферного давления; вакууметры - для измерения разрежения; мановакууметры (тягонапоромеры) - для измерения разрежения и относительно небольших перепадов давлений. Приборы для измерения температуры могут быть:

жидкостные и газовые; манометрические; дилатометрические; биметаллические;

термоэлектрические (термопары); термометры сопротивления; пирометры.

Измерение расходов жидкости и газов в теплогенерирующих установках

осуществляется расходомерами: скоростными (счетчики); объемными;

ротационными; дроссельными и др. Кроме вышеуказанных, применяют приборы для измерения состава воды, состава газового топлива и продуктов сгорания, уровня жидкости и др.

При автоматизации теплогенерирующих установок предполагают, что

технологические процессы должны проходить без непосредственного участия человека. Это обеспечивается за счет механизации оперативного управления работой оборудования с помощью различных средств и устройств, которые выполняют следующие функции.

Автоматизация процесса горения в топочной камере. При такой

автоматизации подача топлива и воздуха в топочную камеру зависит от требуемых параметров пара или горячей воды, которые должны быть направлены потребителю. Одновременно с регулировкой подачи в топочную камеру топлива и воздуха регулируется работа дымососа, служащего для поддержания необходимого разрежения в топочной камере и газовом тракте котла. Таким образом, в систему автоматического регулирования процесса горения входят регуляторы давления и разрежения, соотношения "топливо-воздух" и др.

Автоматизация питания котла водой. Для питания парового котла водой и обеспечения необходимого уровня воды в заданных пределах в барабане котла необходимо поддерживать требуемое соотношение между количеством подаваемой в котел воды, количеством образующегося пара и количеством удаляемой из котла продувочной воды. Для этого используются датчики уровня воды в барабане котла и регуляторы питания, воздействующие на количество подаваемой питательными насосами воды.

Автоматическое регулирование непрерывной продувки. Для поддержания

постоянного солесодержания котловой воды в водотрубной системе котла

необходимо часть солесодержащей воды непрерывно удалять из барабана котла и заменять ее чистой питательной водой. Для такой регулировки обычно используются датчики-солемеры котловой воды и регуляторы непрерывной продувки.

В настоящее время разработано значительное число разнообразных систем автоматизации теплогенерирующих установок, которые описаны в литературе.

Перечислить и пояснить все их в данном пособии не представляется возможным, поэтому ниже для примера рассмотрена работа системы автоматизации водогрейного котла КВ-ГМ-10, работающего на газе. Принципиальная схема автоматизации котла показана на рис. 9.1. Целью автоматического регулирования технологического процесса получения горячей воды в водогрейном котле для нужд отопления в данном случае является поддержание на заданном уровне температуры воды на выходе из котла в зависимости от изменяющейся температуры наружного воздуха. Непрерывная циркуляция с постоянным расходом сетевой воды через котел при такой системе регулирования позволяет отказаться от системы

автоматики по расходу воды.

Процесс получения горячей воды с заданной температурой и постоянным расходом происходит следующим образом. Центробежными сетевыми насосами непрерывно по магистрали Т2 подают воду через автоматическую задвижку 13 в котел. Вода, проходя через конвективные и экранные поверхности котла, которые находятся в конвективной шахте 9 и топочной камере 7, нагревается. После котла вода с заданной температурой направляется через автоматическую задвижку 14 в подающую магистраль Т1. Температура воды в подающей Т1 и обратной Т2 магистралях измеряется с помощью датчиков 11 и 12, сигнал от которых передается на терморегулятор 16, который при необходимости подает сигнал на исполнительный механизм регулирующего органа 17, увеличивая или уменьшая расход топлива в топочной камере котла и регулируя интенсивность горения. Это вызывает повышение или понижение давления продуктов сгорания на выходе из топочной камеры 7.

Одновременно с воздействием регулирующего органа 17 на расход топлива регулятор 18 измеряет изменение расхода воздуха с помощью датчика 2 и воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора 19 через регулирующий орган V2, за счет чего изменяется расход воздуха, идущего на горение. Это регулирование позволяет обеспечить при горении оптимальное соотношение "топливо - воздух".

От датчика разрежения 8, установленного на выходе продуктов сгорания из

топочной камеры 7, сигнал поступает на регулятор разрежения 15, который выдаст сигнал на регулирующий орган V3 дымососа 10. На регулятор 15 возложена задача поддерживать на выходе из топочной камеры постоянное разрежение за счет воздействия на исполнительный механизм направляющего аппарата дымососа 10.

Для розжига горелки 5 котла и пуска его в эксплуатацию используется

соответствующая система, состоящая из ручного газового крана 4, запальника 6.

Для автоматического отключения подачи газа в аварийных ситуациях служит электромагнитный отсечной клапан 3, а для перекрытия подачи газа на котельную - задвижка 1.

Кроме вышеперечисленных систем автоматизации, в современных теплогенерирующих установках используются и многие другие, с действием

которых можно ознакомиться в справочной литературе.

Объемно планировочное решение стационарной котельной

При проектировании котельных следует обеспечить единое архитектурное и композиционное решение всех зданий и сооружений, простоту фасадов, а также предусмотреть применение экономичных конструкций. Проектирование встроенных, пристроенных и крышных котельных должно вестись в соответствии с требованиями строительных норм и правил тех зданий и сооружений, для теплоснабжения которых они предназначены.

Объемно-планировочные и конструктивные решения зданий и сооружений котельных должны допускать возможность их расширения, для чего должна быть оставлена свободной одна из торцевых стен здания котельной, когда там используются только паровые или только водогрейные котлы, и две свободных торцевых стены, когда там используются водогрейные и паровые котлы. В последнем случае расширение в одну сторону идет при использовании паровых котлов и в другую сторону - при использовании водогрейных котлов. Конструкция торцевых стен должна предусматривать возможность такого расширения.

Встроенные котельные от смежных помещений, а пристроенные котельные от основного здания, следует отделять противопожарными стенами 2 типа.

Внутренние поверхности стен встроенных и крышных котельных должны быть окрашены влагостойкими красками.

В индивидуальных котельных, работающих на жидком и газообразном

топливе, следует предусматривать легкосбрасываемые ограждающие конструкции.

Расчет площади такой конструкции ведется из условия 0,03 м на 1 м объема помещения, в которых находятся котлы.

Все двери котельной должны открываться только наружу.

При проектировании отопления и вентиляции в зданиях котельных следует

предусматривать: вентиляцию с механическим побуждением. Механическую вентиляцию желательно не использовать во избежание разрежения в котельном цехе; топливе, без учета воздуха, требующегося на горение. Конструкция вытяжных вентиляторов для таких цехов должна исключать возможность искрообразования; атмосферу; котельной не ниже 12 °С и не выше чем на 5 °С по отношению к наружной температуре воздуха в летний период.

Компоновка (расположение) оборудования котельной должна обеспечивать оптимальную механизацию и автоматизацию технологических процессов, удобство и безопасность работы эксплуатационного и ремонтного персонала, минимальную протяженность трубопроводов, газовоздуховодов, минимальные затраты на сооружение котельной и т.п. Все решения при компоновке оборудования должны отвечать требованиям санитарных норм, правил техники безопасности, противопожарных норм и других руководящих документов.

Наиболее экономичной и рациональной компоновкой паровых и водогрейных котлов считается параллельное их расположение, а также параллельное расположение вспомогательного оборудования.

Вне зданий котельных, на открытых площадках, допускается размещать

тягодутьевые машины, золоуловители, деаэраторы, осветлители, баки различного назначения, подогреватели мазута. При этом следует предусматривать мероприятия по защите трубопроводов и арматуры от замерзания в период отрицательных температур наружного воздуха, а также мероприятия по охране окружающей среды от загрязнения и защите от шума.

При проектировании котельных для Северной строительно-климатической зоны вне здания котельной допускается размещать золоуловители, баки- аккумуляторы системы централизованного горячего водоснабжения и осветлители, а системы шлакозолоудаления следует предусматривать с сухим механическим или пневматическим удалением шлака и золы. Сами котельные, сооружаемые в Северной зоне, относят к первой категории, независимо от категории потребителей теплоты по надежности теплоснабжения.

Открытая установка тягодутьевых машин в районах с расчетной температурой наружного воздуха ниже минус 30 °С возможна, если это допускается инструкцией завода-изготовителя.

Для встроенных котельных должно предусматриваться технологическое

оборудование, технические характеристики которого позволяют устанавливать его без фундаментов.

При размещении котлов и вспомогательного оборудования в котельных,

устройстве площадок и лестниц для обслуживания следует руководствоваться "Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов" [8], утвержденными Госгортехнадзором РФ, и другими руководящими документами.

Компоновка оборудования выбирается при проектировании в соответствии с климатическими условиями и районом расположения котельной, также зависит от вида топлива, типа и мощности котлов, способов очистки газов и других факторов и может быть подразделена на типы, показанные на рис. 10.1.

Открытая компоновка оборудования, когда котлы и оборудование

располагаются вне здания котельной, применяется при благоприятных

климатических условиях. В условиях России она практически не используется.

Рис. 10.1. Типы компоновок оборудования теплогенерирующих установок

Полуоткрытая компоновка предполагает, что часть оборудования находится вне здания котельной или же нижняя часть котлов находится в помещении, а верхняя часть - вне здания. Такой тип достаточно широко используется в южных районах России и ее средней полосе.

Закрытую компоновку оборудования теплогенерирующих установок, когда котлы и оборудование находятся в помещении котельной, рекомендуется применять в районах с жесткими климатическими условиями.

Паровые и водогрейные стационарные котлы (давление более 0,17 МПа, температура теплоносителя более 115 °С) относятся к объектам, поднадзорным Госгортехнадзору РФ, пуск в работу и эксплуатация которых строго регламентирована "Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов" [8].

В процессе эксплуатации периодически производят обследование и

техническое освидетельствование котлов с целью проверки технического

состояния, соответствия его "Правилам" и для определения возможности

дальнейшей эксплуатации.

Эксплуатация котла обслуживающим персоналом заключается в проведении

операций, показанных на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Этапы обслуживания теплогенерирующей установки

Расчет составляющих себестоимости отпускаемой тепловой энергии по

формуле (10.2) проводится с использованием специальных методик, строительномонтажных и сметных норм с учетом существующих цен на топливо, воду, электроэнергию и другие материалы и оборудование.

Часто возникает необходимость сравнить несколько возможных вариантов

проектного решения теплогенерирующей установки и выбрать для строительства оптимальный. Для этого определяются приведенные затраты на единицу отпускаемой тепловой энергии по формуле, р./ГДж