Проектирование системы автоматизированного управления технологическими процессами котельной "Заводская" в г. Покровск Республики Саха (Якутия)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Негосударственное образовательное учреждение

высшего образования

Московский технологический институт

Направление Теплоэнергетика и теплотехника

Профиль Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике и теплотехнике

Форма обучения - заочная

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

на тему: «Проектирование системы автоматизированного управления технологическими процессами котельной «Заводская» в г. Покровск Республики Саха (Якутия)»

2017

Содержание

• Введение
• Глава 1. Предпосылки разработки автоматических систем регулирования потребления тепла в котельных
• 1.1 Тепловой контроль и автоматика
• 1.2 Параметры, подлежащие контролю при работе котлоагрегата
• 1.3 Параметры, подлежащие контролю при работе паротурбинной установки
• Глава 2. Расчет тепловой нагрузки и выбор технологического оборудования котельной
• 2.1 Определение теплоты сгорания топлива
• 2.2 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания
• 2.3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания
• 2.4 Тепловой расчет котла ПК-39-II M (1050 т/ч) при сжигании смеси углей
• 2.5 Аэродиамический расчет котла ПК-39-II M. Расчет тяги и дутья
• Глава 3. Обоснование и выбор аппаратуры учета, контроля, регулирования и диспетчеризации котельной
• 3.1 Автоматизация технологического процесса
• 3.1.1 Объекты и объемы автоматизации котельной установки
• 3.1.2 Контур регулирования давления пара в барабане котла
• 3.1.3 Контур регулирования соотношения "газ-воздух"
• 3.1.4 Контур регулирования разрежения
• 3.1.5 Контур регулирования уровня в барабане котла
• 3.2 Выбор и обоснование технических средств автоматизации
• Глава 4. Технико-экономическое обоснование проекта, анализ безопасности и экологичности
• 4.1 Комплексная оценка экономической эффективности
• 4.2 Расчет затрат на разработку программного обеспечения
• 4.3 Затраты на изготовление, внедрение и отладку системы
• 4.4 Выводы по разделу
• 4.5 Безопасность и экологичность проекта
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

Одним из важнейших направлений в создании материально-технической базы является комплексная механизация и автоматизация производственных процессов.

При комплексной механизации ручной труд как на основных, так и на вспомогательных участках производственного процесса заменяется работой механизмов.

Вручную выполняются только работы, связанные с управлением механизмами. Комплексная механизация не только повышает производительность труда, но и облегчает труд человека.

Следующим этапом совершенствования производственных процессов является их автоматизация. Автоматизация -- это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем.

Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

При комплексной автоматизации на автоматическое управление переводятся как основные, так и вспомогательные процессы, участки и агрегаты цеха или предприятия. При этом используются всевозможные средства автоматизации, в том числе и управляющие вычислительные машины, если применение их обосновано экономически.

Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживанию средств автоматизации и наблюдению за их действием.

Техническое перевооружение с заменой оборудования позволило обеспечить производственные цеха теплоносителем с необходимыми параметрами без содержания кислорода и углекислоты. Автоматизация котельной позволяет стабильно поддерживать давление в паропроводе, но самое главное преимущество в том, что исключены аварийные остановки. Технологическая цепочка производственных цехов в момент аварийной ситуации в системе пароснабжения, вынуждена останавливать выпуск продукции в момент не законченной операции, что приводило к высокому проценту брака от общего объема производства.

При реконструкции особое внимание уделено вопросам установки приборов безопасности. Система защиты и оповещения о пожарной опасности и загазованности помещения котельной, надежно защищает и предотвращает возгорание.

Используемые современные изоляционные материалы, примененные при реконструкции паропроводов, позволяют обеспечить низкую травмоопасность, повысить энергоэффективность предприятия.

Новейшие разработки в области автоматизации, позволяют архивировать текущее состояние всего оборудования, что удобно для анализа работы оборудования и для поиска причины неисправности в случае аварийной ситуации.

Оперативный и быстрый анализ ускорит процесс ремонта и восстановления узлов и механизмов системы пароснабжения.

Основное назначение системы пароснабжения состоит в обеспечении потребителя необходимым количеством теплоты требуемых параметров, с учетом технологических процессов и сложности операций, зависящих от качественного обеспечения паром. Замена оборудования позволяет поддерживать давление и температуру пара в широком диапазоне в зависимости от тепловой нагрузки потребителя. После реконструкции, предприятие автономно и независимо от городской электросети и тепловой энергии, что является приоритетным условием реализации данного проекта.

В нашем государстве работают огромное количество разных по проекту и оснащению котельных. На данный момент все больший интерес проявляется к котельным на газовом топливе. Важным фактором является более простая транспортировка, несложный технологический процесс сжигания газа и степень загрязнения окружающей среды значительно ниже.

Отопительные и отопительно-производственные котельные имеют существенные позиции среди потребителей топливных ресурсов, расходуя вплоть до половины добываемого в России топлива. На данный момент деревнях и городах насчитывается больше 120 000 котельных, из их числа свыше 100 000 функционируют на мазуте и газовом топливе.

Технологический уровень автоматизации технологических установок на котельных по прежнему считается весьма невысоким. Котельные главным образом эксплуатируются с обслуживающим персоналом напрямую участвующим в управлении технологическим процессом. Используемые способы автоматизации и оборудование, приборы главным образом непосредственного воздействия без применения технологического контроллера.

Техническая эксплуатация отопительно-производственных котельных неразрывно сопряжена с сложными и изнурительными для ручного применения процедурами. Нарушения стандартного хода технологических процессов на котельных могут спровоцировать аварии отопительных конструкций и тяжкие последствия. По этой важной причине обязательным условием использования котельных признано считается автоматизирование процессов функционирования вспомогательного и основного оборудования, которое обеспечивает поддержку материального и энергетического равновесия установки при рациональном значении КПД, наименьшим загрязнении экологии, наименьших потребностях топливно-энергетических ресурсов, не опасном функционировании при различных нагрузках.

Усовершенствование приборов, устройств и методов измерения дает возможность получать более верные результаты измерений, в частности существенно уменьшить погрешность измерения расхода газа, что даст возможность потребителю экономить значительные финансовые средства. При автоматизации и управлении технологическими объектами достаточно широко используют микропроцессорные средства контроля и управления.

Источники литературы, на основе которых выполнена выпускная квалификационная работа, позволили произвести расчеты.

Тепловой расчет котла произведен на основе издания -Тепловой расчет котлов: нормативный метод - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Издательство НПО ЦКТИ, 1998. и «Тепловой расчет промышленных парогенераторов» коллектив авторов: В.И. Частухин, Е.Л. Заречанский, С.М.

Константинов, А.А. Лабутин, В.П. Тройно. Перечисленная литература является главным руководящими документом для выполнения одной из самых важных частей проекта. Для приведения коэффициентов пересчета теплосодержания и других величин использованы издания; Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. - М.: Изд-во МЭИ, 2006.

Долговечность и работоспособность основного оборудования зависит от качества котловой воды, и этот фактор предопределяет в итоге эффективность работы котло-агрегатов, в том числе деаэраторов и теплообменных аппаратов. При выборе установок ХВО использовалась литература-Копылов, А.С. Водоподготовка в энергетике/ А.С. Копылов, В.М. Лавыгин, В.Ф. Очков. - М.: Изд-во МЭИ, 2006.

Источником исходных данных для проведения расчетов оборудования послужили руководства по эксплуатации, заводские чертежи и рекомендации производителей. Для определения нормативных показателей параметров использовались следующие своды правил СП 61.13330.2012 «СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов», СП 74.13330.2012 «СНиП 2.04.86 Тепловые сети», СП 131.13330.2012 «СНиП 23-01-99 Строительная климатология».

Основной целью выпускной квалификационной работы является: проектирование системы автоматизированного управления технологическими процессами котельной «Заводская» в г. Покровск Республики Саха (Якутия).

В основу данной работы положены теоретические и экспериментальные исследования. При анализе процесса горения топлива использован нормативный метод теплового баланса котла.

Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованной литературы.

Глава 1. Предпосылки разработки автоматических систем регулирования потребления тепла в котельных

1.1 Тепловой контроль и автоматика

автоматизированный управление диспетчеризация котельная

Современная энергетика развивается преимущественно за счет строительства паротурбинных и атомных энергоблоков. К ним предъявляются повышенные требования по надежности и экономичности в работе. Работать они должны в условиях неравномерного графика электрической нагрузки в течение суток и недели. Это вызывает необходимость глубокой разгрузки энергоблоков тепловых электростанций или останова их с последующим пуском после кратковременного простоя.

Такие режимы работы паротурбинного энергоблока требуют от обслуживающего персонала выполнения большего числа операций, особенно в периоды плановых остановов и последующих пусков. Поскольку традиционные средства не обеспечивают автоматизацию режимов пуска и останова, возникла необходимость создания и внедрения систем всережимной автоматизации энергоблоков.

В связи с этим были развернуты работы по созданию и внедрению автоматизированных систем управления (АСУ).

АСУ представляет собой целесообразную совокупность средств управления, обеспечивающих эффективное управление энергоблоком во всех эксплуатационных режимах. Приборы и средства автоматизации: [Текст]: Каталог. Т.1. Приборы для измерения температуры. - М.: ООО Издательство "Научтехлитиздат", 2004. - 276 с. Роль оператора в автоматизированной системе возрастает, так как он является ее главнейшим командным звеном.

По выполняемым функциям АСУ энергоблока может быть расчленена на следующие подсистемы: информационно-вычислительную, автоматического регулирования, функционально-группового управления, технологических защит, дистанционного управления.

Информационно-вычислительная подсистема собирает и обрабатывает обширную информацию о протекании технологических процессов и состоянии оборудования; регистрирует срабатывания защит, показатели наиболее важных параметров и сигнализирует об их отклонениях; рассчитывает технико-экономические показатели работы оборудования.

Важнейшие параметры, характеризующие режим и безопасность работы оборудования, контролируются обслуживающим персоналом с блочного щита управления Дежурный персонал имеет возможность оперативного вмешательства в работу оборудования, если возникает необходимость изменения режима работы, а также в аварийных ситуациях. Для этого на блочный щит управления выведена необходимая информация и установлены средства дистанционного управления.

Подсистема автоматического регулирования обеспечивает требуемые значения технологических параметров в регулируемом диапазоне нагрузок, а также при пуске, останове оборудования и в аварийных ситуациях. Важнейшая задача этой подсистемы -- обеспечить поддержание требуемой мощности энергоблока, либо ограничить его нагрузку в соответствии с состоянием основного и вспомогательного оборудования. В состав подсистемы входят всережимные и пусковые регуляторы. Всережимные регуляторы вводятся в действие при пуске оборудования и действуют в широком диапазоне изменений нагрузок. Пусковые регуляторы вводятся в действие только на период пуска оборудования.

Подсистема функционально-группового управления осуществляет автоматический пуск и останов оборудования, а также управляет им при изменениях режима работы энергоблока. Для этого оборудование энергоблока (парогенераторная и турбинная установки, генератор и общеблочные устройства) разбивается на ряд технологических узлов -- функциональных групп. Каждая функциональная группа решает определенную технологическую задачу. Так, например, оборудование мощного газомазутного прямоточного парогенератора может быть разбито на следующие функциональные группы: температура первичного пара, температура вторичного пара, питание водой, пускосбросной узел, газовоздушный тракт, подача топлива.

Функциональная группа объединяет механизмы, запорную и регулирующую арматуру, а также автоматические регуляторы, средства контроля, технологической защиты и сигнализации. Действует функциональная группа автономно, так как она оснащается собственной системой управления, которая условно делится на уровни. Количество уровней -- 2, 3 и более. Управляющие воздействия поступают от вышестоящего уровня к нижестоящему, а информация о выполнении команд -- от нижестоящего уровня к вышестоящему.

Если система управления состоит из трех уровней, то к первому (нижнему) уровню относится управление отдельными исполнительными органами, работающими в режиме включен-отключен, открыто-закрыто и т. п. Сюда относятся электродвигатели собственных нужд, запорные органы и др. Приборы и средства автоматизации. [Текст]: Каталог. Т.2. Приборы для измерения давления, перепада давления и разряжения. - М.: ООО Издательство "Научтехлитиздат", 2004. - 168с.

Вторым (более высоким) уровнем является логическое устройство (логический автомат) управления. По заданной программе это устройство управляет группой взаимосвязанных исполнительных органов, автоматически включают резервный механизм при отключении работающего, формирует сигналы отсчета времени и др. При отказе логического устройства подчиненные ему исполнительные механизмы могут управляться дежурным персоналом.

Третьим уровнем является логическое устройства управления функциональной группой. Это логическое устройство формирует команды на нижестоящие уровни управления, осуществляя этапно-шаговый способ выполнения заданной программы.

Устройства функциональной группы осуществляют пуск и останов оборудования по заданной программе. Для некоторых функциональных групп предусматривается программа управления при изменениях режима работы оборудования.

Программа состоит из шагов. Каждый шаг соответствует элементарной технологической операции. Совокупность нескольких шагов образует этап, который охватывает законченную технологическую операцию. При выполнении каждого шага логическое устройство проверяет исходную информацию, в зависимости от которой формируются команды. Шаг состоит из одной или нескольких команд, выполняемых одновременно. Выполнение каждой команды проверяется по сигналу, поступающему в логическое устройство.

Программа, разбитая на шаги, может выполняться как поэтапно, так и непрерывно. При поэтапном выполнении программы разрешение на выполнение каждого этапа дает оператор. Такой порядок выполнения программы называется полуавтоматическим. При непрерывном выполнении программы оператор задает лишь конечную цель и разрешает начало операции. При этом программа выполняется автоматически.

Подсистема технологической защиты предназначена для выполнения операций управления оборудованием при возникновении аварийной ситуации. Действие защиты должно предотвратить развитие аварии, поэтому оно имеет приоритет над всеми видами управления оборудованием. Приоритет обеспечивается устройствами управления первого и второго уровней, которые воспринимают воздействия защит.

Подсистема дистанционного управления обеспечивает дежурному персоналу возможность воздействия в необходимых случаях на исполнительные органы. Дистанционное управление отдельными исполнительными органами осуществляется через устройства первого уровня. Дистанционное управление группой механизмов и исполнительных органов выполняется посредством устройств второго уровня.

АСУ в процессе управления производством давно признано одним из важнейших факторов увеличения технико-экономической эффективности производства.

Автоматизация технологических процессов в котельных преследует главную цель - улучшение исправности и рационального функционирования оборудования, а кроме этого также снижение числа необходимого обслуживающего персонала и создание лучших условий его трудовой деятельности. Приборы и средства автоматизации: [Текст]: Каталог. Т.1. Приборы для измерения температуры. - М.: ООО Издательство "Научтехлитиздат", 2004. - 276 с.

АСУ непосредственно состоит в автоматическом функционировании всех постоянно осуществляемых процессов ( питание котла, горение и т.д.), и помимо этого автоматическом управлении другими некоторыми отдельными операциями.

Система автоматического управления при осуществлении стандартной процедуры функционирования котельной не нуждается в использовании обслуживающего персонала; функцией персонала является лишь мониторинг за итогами функционирования устройств и их нормальным состоянием.

Автоматизация на некоторых вспомогательных участках осуществляется в том объеме, который призван обеспечить работу данных участков в отсутствии постоянного обслуживающего персонала.

С целью обеспечения надежной и непрерывной эксплуатации множества технологически непростых компонентов оборудования тепловой котельной используются предназначенные для этого приборы теплового контролирования. Подобные приборы имеют функции наглядной демонстрации в каждый момент времени характеристики функционирования некоторых агрегатов, элементов, механизмов, конструкций или узлов на электростанции и дают возможность определять появляющиеся отклонения от характеристик при обычной эксплуатации абсолютно всех компонентов оборудования электростанции.

Технологические процессы протекают в разнообразных объектах (аппаратах, машинах, двигателях и др.). Любой технологический процесс характеризуется одним или несколькими показателями (параметрами процесса). Такими показателями служат различные физические, химические или другие величины, например уровень воды в баке, температура в печи, содержание кислорода в дымовых газах парогенератора, частота вращения вала машины и т. п.

Во время работы объект, в котором протекает процесс, несет необходимую нагрузку. Для большинства объектов нагрузка изменяется во времени. Колебания нагрузки влекут за собой изменения параметра, характеризующего протекание процесса в объекте. Условия протекания процесса могут измениться также в результате нарушений, возникающих при работе объекта.

Задача регулирования состоит в том, чтобы поддерживать требуемые условия протекания процесса, восстанавливая их каждый раз, когда они нарушаются. Регулирование может осуществляться вручную обслуживающим персоналом или автоматически. Непрерывно протекающие технологические процессы, как правило, регулируются автоматическими регуляторами.

Автоматическим регулятором называется устройство, предназначенное для регулирования объекта без непосредственного участия человека. Объект, в котором протекает регулируемый процесс, принято называть регулируемым объектом (объектом регулирования).

Системой автоматического регулирования называется совокупность регулируемого объекта и управляющих им автоматических регуляторов.

Бак и регулятор, поддерживающий уровень жидкости в баке, являются примером простейшей системы автоматического регулирования.

Изображается простейшая система автоматического регулирования в виде замкнутого контура, состоящего из регулируемого объекта и регулятора. Назначение системы -- поддерживать на заданном значении регулируемый параметр <р. Заданное значение регулируемого параметра вводится в регулятор в виде задающего воздействия г), вырабатываемого специальным устройством -- задатчиком.

В регуляторе происходит сравнение величины регулируемого параметра с заданным значением.

Если эти величины в течение некоторого времени равны, регулятор не оказывает воздействия на объект, состояние системы автоматического регулирования называется установившимся. Установившееся состояние системы нарушается при возникновении возмущений.

Возмущением принято называть воздействие, нарушающее установившееся состояние системы регулирования, в результате которого регулируемый параметр отклоняется от заданного значения.

Возмущающие воздействия, нарушая нормальный ход процесса, приводят систему регулирования в неустановившееся состояние. При этом регулируемый параметр отклоняется от заданного значения. На входе регулятора появляется сигнал разности между заданным и действительным значениями регулируемого параметра, который называют ошибкой регулирования, или сигналом рассогласования. При наличии сигнала рассогласования на входе регулятора на выходе его вырабатывается сигнал, определяющий управляющее воздействие р, возвращающее систему в установившееся состояние.

Элементы, входящие в систему автоматического регулирования, обычно обладают свойством направленного действия. Поступающие сигналы передаются лишь в одном направлении, например с выхода объекта на вход регулятора и т. д.

Виды систем автоматического регулирования

В зависимости от требуемого закона изменения регулируемого параметра системы автоматического регулирования принято делить на системы стабилизации, программного регулирования и следящие. Перечисленные системы используются для автоматизации тепловых процессов на электростанциях.

Наибольшее распространение получили системы стабилизации, в которых регулируемый параметр поддерживается постоянным в течение длительного промежутка времени. Величина регулируемого параметра и любой момент может отклониться от заданного значения вследствие влияния возмущений. Основная задача системы стабилизации состоит в том, чтобы свести к наименьшему значению сигнал рассогласования, восстановив тем самым заданное значение регулируемого параметра. Для парогенератора, например, постоянными поддерживаются температура пара, уровень воды в барабане и др.

В системах программного регулирования значение регулируемого параметра изменяется во времени по заранее заданной программе. Выполнение программы регулирования с заданной точностью -- такова главная задача системы программного регулирования. Кроме того, система программного регулирования должна устранять влияние возмущений, отклоняющих регулируемый параметр от значения, заданного программой. Программное регулирование находит применение, например, при автоматизации регулирования перегрева пара в процессе пуска парогенератора.

В следящих системах регулируемая величина измеряется в зависимости от какой-либо другой величины, характер изменения которой заранее неизвестен.

Примером следящей системы может служить регулирование подачи воздуха в топку парогенератора в зависимости от расхода топлива.

Одной из существенных характеристик систем автоматического регулирования является зависимость между установившимся значением регулируемого параметра и положением регулирующего органа. По виду таких характеристик различают статические и астатические системы.

Система автоматического регулирования называется линейной или нелинейной в зависимости от того, линейной или нелинейной является математическая зависимость, связывающая между собой выходные и входные величины системы.

Любая система автоматического регулирования должна быть устойчивой и обеспечивать требуемое качество регулирования.

В общем случае независимо от конструкции автоматический регулятор состоит из следующих основных элементов:

Измерительного устройства, регулирующего прибора, управляющего устройства, исполнительного механизма и регулирующего органа.

Основной частью измерительного устройства является чувствительный элемент, воспринимающий отклонение регулируемого параметра. В измерительном устройстве отклонение регулируемого параметра преобразуется в сигнал, поступающий в регулирующий прибор.

В регулирующем приборе сигнал от измерительного устройства сравнивается с заданием, усиливается. На выходе прибора вырабатывается сигнал, с помощью которого приводится в действие исполнительное устройство, состоящее из исполнительного механизма и регулирующего органа.

Исполнительный механизм предназначен для перемещения регулирующего органа.

Примером регулирующего органа может служить клапан, управляющий поступлением воды в парогенератор.

Регулирующий орган в комплекте с исполнительным механизмом называется исполнительным устройством. Характеристики исполнительных устройств в значительной мере определяют качество регулирования..

Классификация автоматических регуляторов

Существенным признаком, характеризующим автоматические регуляторы, является отсутствие или наличие подвода к ним вспомогательной энергии от внешних источников. В соответствии с этим различают регуляторы прямого и непрямого действия.

У регуляторов прямого действия при изменении регулируемого параметра регулирующий орган приходит в действие непосредственно от усилий, возникающих в чувствительном элементе без использования вспомогательной энергии.

Регуляторы прямого действия просты по устройству, надежны и требуют незначительных эксплуатационных расходов. Вместе с тем они обладают невысокой чувствительностью и развивают незначительные усилия для правления регулирующими органами.

Регуляторы прямого действия применяются в тех случаях, когда чувствительный элемент развивает достаточное усилие для непосредственного перемещения регулирующего органа.

У регуляторов непрямого действия для перемещения регулирующего органа при изменении регулируемого параметра используется энергия внешнего источника.

В зависимости от вида энергии регуляторы непрямого действия делятся на электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные

Электрические регуляторы компактны, имеют малые массу и габариты. Применяемые в них сигналы можно усиливать, преобразовывать и передавать на значительные расстояния. Основными недостатками этих регуляторов являются громоздкость и сложность исполнительных механизмов электрического типа. Стоимость электрических регуляторов выше стоимости пневматических и гидравлических регуляторов.

Гидравлические регуляторы характеризуются высокой надежностью в работе. Исполнительные двигатели регуляторов развивают значительные усилия при высоком быстродействии. Однако эти регуляторы пожароопасны при применении масел в качестве рабочей жидкости. В случае применения воды они быстро изнашиваются из-за коррозии.

Пневматические регуляторы в сравнении с гидравлическими взрывопожаробезопасны. Однако они требуют установки весьма громоздких и дорогих компрессорных установок и тщательной очистки воздуха.

В процессе совершенствования появились комбинированные регуляторы, у которых измерительная часть выполняется электрической, а исполнительные механизмы -- гидравлические или пневматические.

В зависимости от характера связи между отдельными элементами регуляторы бывают непрерывного и прерывистого действия.

У регуляторов непрерывного действия непрерывное изменение входных сигналов приводит к непрерывному изменению выходных величин.

К регуляторам непрерывного действия относятся все регуляторы прямого действия, а также гидравлические и пневматические регуляторы.

В конструкции регулятора прерывистого действия имеется элемент, работающий в режиме «включено - выключено». К этим регуляторам относится большая часть электрических регуляторов.

Регуляторы часто называют по наименованию управляемых ими процессов, например регуляторы горения, перегрева пара и т. д., или по названию регулируемого параметра: регулятор давления, температуры и т. д.

Однако наиболее важно деление регуляторов в зависимости от реализуемых ими законов регулирования.

1.2 Параметры, подлежащие контролю при работе котлоагрегата

Котельные агрегаты оснащают регулярно функционирующими приборами, призванными осуществлять контроль важнейших характеристик, представленных в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Важнейшие характеристики

Характеристики, которые контролируются приборами котельных агрегатов	Уровень воды в барабане котла. Для необходимого контроля нахождения уровня воды к рабочему месту машиниста котла выводят непременно два пониженных указателя уровня
	Давление пара в барабане котла либо на выходе из пароперегревателя, а кроме того давление питательной воды до регулирующей задвижки
	Паропроизводительность котельного аппарата, характеризуемую значениями паромеров, которые установлены непосредственно на паропроводах котла
	Температура пара за пароперегревателем
	Потребление питательной воды на котел, которое определяется с помощью водомера
	Разрежение в верхней части топки
	Температура высвобождаемых из котельного аппарата дымовых газов - с целью исследования загрязнений внешних поверхностей нагрева и определения значений КПД котельного аппарата
	Содержание кислорода (О2) или углекислого газа (СО2) в газоходах с целью уточнения правильности процесса горения
	Давление жидкого горючего после регулирующих клапанов - с целью исследования функционирования мазутных форсунок
	Давление первичного воздуха перед предтопком
	Температурные показатели горячего воздуха перед предтопком
	Показатели силы тока практически всех электродвигателей топливоподающго агрегата и т.д

Регулирование тепловой нагрузки котла.

Давление пара приходит в стабильное состояние в границах регулирования 4 МПа.

Изменение температуры дымовых газов из предтопка 950-1050 оС.

Ограниченный диапазон направляющего аппарата ВГД 40 - 60 %

Показатель давления природного газа на 1 горелке топки - 25 кПа.

Значение давления мазута на 1 горелке топки - 2,5-1,7МПа

Показательно влажности твердого топлива предпочтительно в диапазоне 55-65%.

Значение давления пара в паровой магистрали либо расходование пара из котла регулируется с помощью перемены подачи твердого горючего в предтопок и расхода природного газ либо мазута, который сжигается в горелках топки.

Температурные показания дымовых газов приводятся в стабильность с помощью горелки (форсунки). Осуществляется автоматическое разжигание горелок предтопка и топки. Оператору показывается сообщение о включении либо выключении горелки. Регулируется соотношение топливо-воздух на каждой горелке.

1.3 Параметры, подлежащие контролю при работе паротурбинной установки

Паротурбинные конструкции оснащают устройствами, служащими с целью измерения ниже перечисленных характеристик: Приборы и средства автоматизации. [Текст]: Каталог. Т.2. Приборы для измерения давления, перепада давления и разряжения. - М.: ООО Издательство "Научтехлитиздат", 2004. - 168с.

· показатель количества оборотов турбины;

· значение температурных показаний пара в одних и тех же точках;

· показатель давления пара перед основными пусковыми задвижками, за регулирующими и перегрузочными клапанами, стопорными клапанами, перед эжектором, в камерах отборов, и пусковым масляным турбонасосом;

· показатели объема выработанной энергии и частоты тока;

· значения давления и температуры масла непосредственно по всей масляной системе;

· температурные показатели воздуха до и после охладителя генератора и т.д.

Все аппараты собственного расхода, редукционно-охладительную установку, питательную установку, химводоочистку также оснащают нужными устройствами с целью замера самых главных характеристик важнейших параметров, от каждодневного контролирования показателей и значений которых находится в прямой зависимости безопасная эксплуатация электростанции.

Автоматическое регулирование и защита турбины.

Турбина оснащена системой автоматического регулирования, которая призвана обеспечить ниже перечисленные режимы функционирования: Приборы и средства автоматизации. [Текст]: Каталог. Т.2. Приборы для измерения давления, перепада давления и разряжения. - М.: ООО Издательство "Научтехлитиздат", 2004. - 168с.

· автоматическое сохранение показателей давления пара в производственном отборе;

· автоматическая регулировка частоты вращения ротора;

· удержание турбины на холостом ходу при отключении генератора от питания;

· автоматическое сохранение параметров давления пара за турбиной (противодавления).

Автоматизированное регулирование показателя частоты вращения ротора обеспечивается трансформатором давления и осуществляет: 1) автоматическое сохранение установленной нагрузки в регулировочном диапазоне при одновременной работе; 2) изменение частоты вращения ротора турбины на холостом ходу во время синхронизации генератора; 3) автоматическое поддержание частоты вращения ротора при перемене нагрузки в ситуации функционирования на индивидуальную электросеть.

Уровень погрешности автоматизированного регулирования показаний частоты вращения ротора турбины - 4-5% номинальной.

Уровень нечувствительности системы автоматизированной регулировки показаний частоты вращения не больше 1/3% номинальной частоты вращения ротора.

Диапазон синхронной работы - 1/10 номинальной частоты вращения.

Степень неравномерного регулирования показаний давления пара: в производственном отборе - 1/10 поминальной величины; за турбиной (противодавление) - 1/5 номинальной величины. Управление синхронизирующим механизмом устройства автоматического регулирования частоты вращения ротора осуществляется с помощью использования электрического двигателя, расположенного на щите управления, или же вручную с помощью маховика.

Управление регуляторами давления пара в отборе и противодавлении производится с помощью электрического двигателя, находящегося на щите щита управления, или же вручную с помощью нужного маховика.

На турбине располагаются такие приборы защиты: Приборы и средства автоматизации. [Текст]: Каталог. Т.3. Приборы для измерения расхода и количества жидкости, газа, пара и учета тепловой энергии. - М.: ООО Издательство "Научтехлитиздат", 2004. - 238с.

2 стопорных клапана, которые в автоматическом режиме останавливают нового пара в турбину в случае падения показателя давления масла в быстрозапорных приборах до значения меньше 0,3МПа (3 кгс/см2) изб. В то же время прикрывается быстрозапорный клапан-захлопка на производственном отборе пара и при содействии реле закрытия клапанов совершается закрывание регулирующих клапанов и поворотной диафрагмы; регулятор безопасности, который осуществляет с помощью автоматического затвора закрывание стопорных клапанов при увеличении значения частоты вращения ротора турбины до 56,0 1/с (3360 оборотов в минуту).

В автоматическом режиме затвор также действует в случае нажимания кнопки ручного выключателя автоматического затвора.

Турбина оснащена прибором, который дает возможность осуществлять испытание регулятора безопасности на функционирующей турбине без использования увеличения частоты вращения ротора и срабатывания стопорных клапанов;

гидравлическое реле давления в смазочной системе, которое обеспечивает автоматизированное закрывание стопорных клапанов в ситуации падения показателей давления в смазочной системе до 25кПа (0,2 кгс/см2) изб;

дистанционный выключатель с электромагнитным приводом, который обеспечивает автоматизированное закрывание стопорных клапанов в ситуациях поступления электрического сигнала в таких вариантах: Приборы и средства автоматизации. [Текст]: Каталог. Т.3. Приборы для измерения расхода и количества жидкости, газа, пара и учета тепловой энергии. - М.: ООО Издательство "Научтехлитиздат", 2004. - 238с.

· сдвига с оси ротора от рабочего положения на + - 0,8 мм;

· снижения показателя давления основного масляного насоса-регулятора до 25 кПа (0,25 кгс/см2) изб;

· снижении значения давления в смазочной системе до 25 кПа (0,25кгс/см2) изб;

· увеличении показаний давления масла в системе регулирования до 1,18 МПа (11.8кгс/см2 ) изб;

· увеличении числа частоты оборотов ротора до 55 1/с (3300 об/мин);

· повышение вибрации заднего либо переднего подшипника турбины до 11,2 мм/с (равно двойной амплитуде виброперемещений 100 мкм);

· снижение температурного показателя поступающего пара до 410 °С;

· путем нажимания кнопки внизу таблички "Остановка турбины", расположенной на щите контроля и управления турбины.

· реле закрывания регулирующих клапанов, которое предназначено для обеспечения возможности в одно время закрывать стопорные клапаны, регулирующие клапаны и попоротой диафрагмы.

· датчик-реле давления пускового масляного электронасоса (ПМН), который в автоматическом режиме включает ПМН при прекращении работы турбины и выключает ПМН при запуске турбины уже после, соответственно, снижения и повышения показателей давления на нагнетании ГМН до установленных параметров;

· датчик-реле давления аварийного масляного электронасоса, который служит для возможности автоматизированного включения аварийного либо стояночного насоса при снижении показателей давления в смазочной системе до 25 кПа (0.25 кгс/см:) изб:

· быстрозапорный клапан-захлопка на паропроводе производственного отбора, предназначен для устранения обратного потока пара в турбину из коллектора тепловой сети;

· паровое импульсно-предохранительное устройство (импульсный и предохранительный пружинные клапаны), служит для возможности автоматизированного сброса пара в атмосферу в ситуации при повышения значения абсолютного давления пара в производственном отборе до 1,57 МПа (16,5 кгс/см2);

· паровые предохранительные клапаны (2 клапана рычажно-грузового типа), служат для автоматизированного выброса пара в атмосферу при увеличении показателя абсолютного давления пара за турбиной до 0,32 МПа (3,2 кгс/см2).

Глава 2. Расчет тепловой нагрузки и выбор технологического оборудования котельной

2.1 Определение теплоты сгорания топлива

Определяем низшую теплоту сгорания твердого топлива, по формуле

2.2 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания

Определяется теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания при сжигании твёрдого топлива V0, м3/кг, по формуле

Определяется теоретический объем азота в продуктах сгорания при сжигании твёрдого топлива , м3/кг, по формуле

0,79• V0+

Определяется объем трехатомных газов при сжигании твёрдого топлива , м3/м3, по формуле

Определяется теоретический объем водяных паров при сжигании твёрдого топлива , по формуле

Определяется избыточное количество воздуха , , по формуле

Определяется действительный объем водяных паров для угля , , по формуле

Определяется действительный суммарный объем продуктов сгорания , , по формуле



Определяются объемные доли трехатомных газов , по формуле

Определяется объемная доля водяных паров , по формуле

Определяется суммарная объемная доля , по формуле

Определяется концентрация золовых частиц в продуктах сгорания по формуле

Результаты расчета действительных объемов воздуха и продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводятся в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Объёмы продуктов сгорания, объёмные доли трёхатомных газов, концентрация золы

Величина	Теоретические объемы: ; ; ;
	Газоход
	топка	Пароперегреватель 1оч.	Пароперегреватель 2оч.	Пароперегреватель 3оч.	Пароперегреватель 4оч.	Экономайзер 2оч.	Воздухоподогреватель 2оч.	Экономайзер 1оч.	Воздухоподогреватель 1оч.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Коэффициент избытка воздуха после поверхности нагрева	1,2	1,2	1,23	1,26	1,29	1,37	1,40	1,48	1,51
Средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева	1,23	1,23	1,245	1,26	1,275	1,295	1,325	1,345	1,375
Объем водяных паров, м3/кг	0,6	0,6	0,626	0,627	0,629	0,631	0,634	0,636	0,639
Полный объем продуктов сгорания, м3/кг	8,5	8,5	8,598	8,697	8,796	8,928	9,127	9,259	9,457
Объемная доля трехатомных газов	0,14	0,14	0,141	0,139	0,138	0,136	0,133	0,131	0,128
Объемная доля водяных паров	0,07	0,07	0,07	0,069	0,068	0,067	0,066	0,065	0,064
Суммарная объемная доля	0,21	0,21	0,211	0,208	0,206	0,203	0,199	0,196	0,192
Концентрация золы в продуктах сгорания, г /м3	18,44	18,44	18,23	18,02	17,82	17,56	17,18	16,93	16,58

2.3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Определяется энтальпия теоретического объема воздуха для температуры 22000С , кДж/кг, по формуле

Определяем энтальпию теоретического объема продуктов сгорания для температуры 22000С , кДж/кг, по формуле

Определяем энтальпию избыточного количества воздуха для температуры 2200С , кДж/кг, по формуле

Определяем энтальпию золы при температуре 2000 0С, кДж/кг, по формуле

Определяем энтальпию продуктов сгорания при температуре 2200 0С , кДж/кг, по формуле

Аналогично проводим расчет энтальпий продуктов сгорания для всего выбранного диапазона температур, результаты расчетов сводятся в таблицу 2.2.

Таблица 2.2. Расчет энтальпий продуктов сгорания

Поверхность нагрева						Н
1	2	3	4	5	6	7
верх топочной камеры фестон б=1,23	2200	22165,00	26254,62	5097,95	-	31352,57
	2100	21073,00	24933,01	4846,79	-	29779,8
	2000	19981,00	23286,5	4595,63	459,9045	28342,03
	1900	18889,00	22317,44	4344,47	395,01	27056,92
	1800	17797,00	21005,47	4093,31	343,596	25442,38
	1700	16731,00	19715,39	3848,13	324,4725	23887,99
	1600	15671,50	18431,67	3604,445	294,8468	22330,96
	1500	14605,50	17150,62	3359,265	276,507	20786,39
	1400	13539,50	15896,03	3114,085	248,7623	19258,88
	1300	12473,50	14619,78	2868,905	213,9638	17702,65
	1200	11440,00	13375,43	2631,2	189,5108	16196,14
	1100	10400,00	12155,35	2392	172,425	14719,78
	1000	9360,00	10938,55	2152,8	154,7123	13246,06
	900	8352,50	9732,36	1921,075	137,6265	11791,06
	800	7371,00	8538,21	1695,33	120,5408	10354,08
пароперегреватель 1-й степени б=1,23	1400	13539,50	15896,03	3114,085	248,7623	19258,88
	1300	12473,50	14619,78	2868,905	213,9638	17702,65
	1200	11440,00	13375,43	2631,2	189,5108	16196,14
	1100	10400,00	12155,35	2392	172,425	14719,78
	1000	9360,00	10938,55	2152,8	154,7123	13246,06
	900	8352,50	9732,36	1921,075	137,6265	11791,06
	800	7371,00	8538,21	1695,33	120,5408	10354,08
	700	6383,00	7370,79	1468,09	104,082	8942,962
пароперегреватель 2-й степени б=1,26	1300	12473,50	14619,78	3243,11	213,9638	18076,85
	1200	11440,00	13375,43	2974,4	189,5108	16539,34
	1100	10400,00	12155,35	2704	172,425	15031,78
	1000	9360,00	10938,55	2433,6	154,7123	13526,86
	900	8352,50	9732,36	2171,65	137,6265	12041,64
	800	7371,00	8538,21	1916,46	120,5408	10575,21
	700	6383,00	7370,79	1659,58	104,082	9134,452
	600	5408,00	6232,48	1406,08	88,0935	7726,654
	1200	11440,00	13375,43	3317,6	189,5108	16882,54
пароперегреватель 3-й степени б=1,29	1100	10400,00	12155,35	3016	172,425	15343,78
	1000	9360,00	10938,55	2714,4	154,7123	13807,66
	900	8352,50	9732,36	2422,225	137,6265	12292,21
	800	7371,00	8538,21	2137,59	120,5408	10796,34
	700	6383,00	7370,79	1851,07	104,082	9325,942
	600	5408,00	6232,48	1568,32	88,0935	7888,894
	500	4459,00	5130,21	1293,11	72,105	6495,425
пароперегреватель 4-й степени б=1,32	1100	10400,00	12155,35	3328	172,425	15655,78
	1000	9360,00	10938,55	2995,2	154,7123	14088,46
	900	8352,50	9732,36	2672,8	137,6265	12542,79
	800	7371,00	8538,21	2358,72	120,5408	11017,47
	700	6383,00	7370,79	2042,56	104,082	9517,432
	600	5408,00	6232,48	1730,56	88,0935	8051,134
	500	4459,00	5130,21	1426,88	72,105	6629,195
	400	3529,50	4043,1	1129,44	56,58675	5229,127
	500	4459,00	5130,21	1783,6	72,105	6985,915
водяной экономайзер 2-й ступени б=1,4	400	3529,50	4043,1	1411,8	56,58675	5511,487
	300	2626,00	2989,02	1050,4	41,382	4080,802
	200	1735,50	1966,76	694,2	26,6475	2687,608
	500	4459,00	5130,21	1917,37	72,105	7119,685
воздухоподогреватель 2 ступени б=1,43	400	3529,50	4043,1	1517,685	56,58675	5617,372
	300	2626,00	2989,02	1129,18	41,382	4159,582
	200	1735,50	1966,76	746,265	26,6475	2739,673

Определяется энтальпия теоретического объема воздуха для температуры 22000С , кДж/кг, по формуле



Определяем энтальпию теоретического объема продуктов сгорания для температуры 22000С , кДж/кг, по формуле

Определяем энтальпию избыточного количества воздуха для температуры 2200С , кДж/кг, по формуле

Определяем энтальпию золы при температуре 2000 0С, кДж/кг, по формуле

Определяем энтальпию продуктов сгорания при температуре 2200 єС , кДж/кг, по формуле

2.4 Тепловой расчет котла ПК-39-II M (1050 т/ч) при сжигании смеси углей

Тепловой баланс котлоагрегата

Определяем располагаемую теплоту смеси топлива , кДж/кг, по формуле

кДж/кг

Определяем энтальпию теоретического объема холодного воздуха при температуре 30оС, Н0х. в, кДж/кг, по формуле

кДж/кг

Определяем энтальпию уходящих газов при температуре 160оС Hух, кДж/кг, по формуле

где - энтальпия большая, соответствующая 200оС, кДж/м3;

- температура, для которой вычисляется энтальпия, оС, = 160оС;

- температура, соответствующая меньшей энтальпии, оС, = 100оС.

кДж/кг

Определяем потерю теплоты с уходящими газами q2, %, по формуле



где - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, =1,375;

- потери теплоты от механической неполноты горения, %, .

Применяются потери от химической неполноты горения , по формуле

Определяются потери теплоты от наружного охлаждения , %, по формуле

где - потери теплоты от наружного охлаждения при номинальной нагрузке парового котла, %, ;

- расчетная нагрузка парового котла, т/ч, ;

- номинальная нагрузка парового котла, т/ч, .

Определяется полезная мощность парового котла , кВт, по формуле

где hп.в - энтальпия питательной воды, кДж/кг, hп.в=1039,1 кДж/кг;

hкип - энтальпия кипящей воды в барабане котла, кДж/кг, hкип=1616,1 кДж/кг;

P - непрерывная продувка парового котла, %, P=2.

кВт

Принимаем потери тепла в виде физической теплоты шлака q6шл = 0, так как АР < 2,5 .

Определяется КПД парового котла по уравнению обратного баланса , %, по формуле

Определяется расход топлива, подаваемого в топку парового котла , кг/с, по формуле

кг/с

Определяется расчетный расход топлива Вр, кг/с, по формуле

кг/с

Определяется коэффициент сохранения теплоты , по формуле

2.5 Аэродиамический расчет котла ПК-39-II M. Расчет тяги и дутья

Аэродинамический расчет газового тракта

Расчет конвективного пароперегревателя (по ходу газов)

Определяется коэффициент сопротивления 1-й части пароперегревателя , по формуле

Определяется сопротивление 1-й ступени пароперегревателя , , по формуле

где - динамическое. .

Определяется коэффициент сопротивления 2-й ступени пароперегревателя , по формуле

Определяется сопротивление 2-й части пароперегревателя , , по формуле

Определяется коэффициент сопротивления 3-й ступени пароперегревателя , по формуле

Определяется сопротивление 3-й части пароперегревателя , , по формуле

Определяется коэффициент сопротивления 4-й ступени пароперегревателя , по формуле

Определяется сопротивление 4-й части пароперегревателя , , по формуле

Определяется сопротивление конвективного пароперегревателя, , , по формуле

где K - коэффициент, K=1,2.

Расчет поворотной камеры

Определяется динамическое давление в повороте , , по формуле

Определяется сопротивление поворотной камеры , , по формуле

где - коэффициент сопротивления резкого поворота на 90 , .

Расчет 1-й части водяного экономайзера (по ходу газов)

Определяется диагональный шаг труб в пучке , мм, по формуле

Определяется сопротивление 1-й части водяного экономайзера, , кг/, по формуле

где K - поправочный коэффициент, K=1,2;

- сопротивление пучка, .

кг/

Расчет 1-й ступени воздухоподогревателя (по ходу газов)

Определяется отношение живого сечения труб к площади газохода , по формуле



где - внутренний диаметр труб в воздухоподогревателе,

Определяется сопротивление 1-й ступени воздухоподогревателя , по формуле

,

где - динамическое давление, ;

- коэффициент сопротивления входа и выхода.

;

- сопротивление трения в трубах трубчатых воздухоподогревателей, .

Расчет 2-й ступени водяного экономайзера (по ходу газов).

Определяется сопротивление пучка 2-й части водяного экономайзера , , по формуле

где - коэффициент формы шахматного пучка, ;

- коэффициент диаметра шахматного пучка, ;

- число рядов труб в экономайзере, .

Определяется сопротивление 2-й ступени водяного экономайзера с учетом поправочного коэффициента , ,по формуле

где K - поправочный коэффициент, K = 1,2.

Расчет 2-й ступени воздухоподогревателя (по ходу газов).

Определяется отношение живого сечения труб к площади газохода , по формуле

Определяется сопротивление 2-й ступени воздухоподогрева- теля, , , по формуле

где K - поправочный коэффициент, K=1,1;

- динамическое давление,;

- коэффициент сопротивления входа и выхода.

;

- сопротивление трения в трубах трубчатых воздухоподогревателей, .

Расчет суммарного сопротивления котлоагрегата

Определяется суммарное сопротивление котла , , по формуле

Расчет участка выход из воздухоподогревателя, дымосос

Определяется коэффициент резкого поворота диффузора на 135 по формуле

где - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости стенок,

B - коэффициент, определяемый в зависимости от угла поворота, B=0,52;

С - коэффициент, определяемый для отводов и коленьев с закруглением кромок в зависимости от отношения размеров поперечного сечения, C = 1,0;

- исходный коэффициент сопротивления поворота, зависящий от формы и относительной кривизны его,

Определяется скорость газов в расчетном сечении , м/с, по формуле



Определяется сопротивления резкого поворота конфузора на 135, ,, по формуле

Определяется коэффициент резкого поворота диффузора на 45, по формуле

Определяется сопротивление поворота диффузора на 45, ,, по формуле

Определяется коэффициент резкого поворота диффузора на 35, по формуле

Определяется скорость газов при повороте конфузора на 35, м/с, по формуле

Определяется сопротивление поворота конфузора на 35, ,, по формуле

Определяется сопротивление порота диффузора на 55 , по формуле

Определяется скорость газов перед шибером ,м/с, по формуле

Определяется сопротивление шибера , , по формуле

Определяется сопротивление собирающего короба с боковым отводом , , по формуле

Определяется скорость газов в меньшем сечении резкого поворота на 45, , , по формуле

Определяется сопротивление резкого поворота на 45, ,

, по формуле

Определяется скорость газов в перед шибером, , , по формуле

Определяется сопротивление шибера ,, , по формуле

Определяется скорость газов в меньшем сечении конфузора, , , по формуле

Определяется сопротивление конфузора в прямом канале , , по формуле

Определяется суммарное сопротивление тракта котел - дымосос ,, по формуле

,

где - сопротивление гравитационного очистителя, .

Сопротивление трака «дымосос выход в атмосферу»

Определяется скорость газов в меньшем сечении диффузора за дымососом , , по формуле

Определяется сопротивление конфузора за дымососом , , по формуле

Определяется скорость газов в меньшем сечении плавного поворота диффузора на 45 , , по формуле

Определяется сопротивление плавного поворота диффузора на 45 , , по формуле