Проект блочно-модульной котельной для теплоснабжения зданий ФГУ комбината "Заречье"

Для отвода продуктов сгорания от газовых аппаратов и печей должен предусматриваться обособленный дымоход от каждого аппарата или печи. Допускается в существующих зданиях присоединение к одному дымоходу не более двух газовых аппаратов или печей, расположенных на одном или разных этажах, при условии ввода продуктов сгорания в дымоход на различных уровнях не ближе 50 см друг от друга или устройства в дымоходе на такую же высоту рассечек.

Расстояние от соединительной дымоотводящей трубы до потолка из негорючих материалов или стены должно приниматься не менее 5 см. При наличии деревянных отштукатуренных потолков и стен это расстояние принимается не менее 25 см. В случае обивки указанных конструкций кровельной сталью по листу асбеста толщиной 3 мм расстояние можно уменьшить до 10 см. Обивка должна выступать за габариты дымоотводящей трубы на 15см с каждой стороны.

Использование для отвода в атмосферу продуктов сгорания газа дымоходы, выполненные из силикатного кирпича, шлакобетонных и других неплотных или пористых материалов запрещается. Во время эксплуатации дымоходов от газовых аппаратов и печей необходимо производить периодическую проверку и чистку каналов. Дымоходы подлежат периодической проверке и чистке в следующие сроки: один раз в квартал - кирпичные дымоходы от проточных газовых нагревателей, один раз в год - асбоцементные дымоходы, выполненные из специальных блоков жаростойкого бетона, дымоходы от проточных водонагревателей, оборудованных автоматикой по тяге, дымоходы от отопительных и отопительно-варочных печей.

5.3 Общие положения и требования при работе котлоагрегатов

Порядок допуска к обслуживанию котла. Права и обязанности оператора котельной.

К обслуживанию котлоагрегата могут быть допущены лица не моложе 18 лет, которые прошли медицинский осмотр, обученные по утверждённой программе для операторов и имеющие соответствующие удостоверение квалификационной комиссии учебно-курсового комбината о сдаче экзамена по этой программе, которые прошли инструктаж по охране труда и стажировку на рабочем месте.

Оценка знаний операторов проводится не реже одного раза в год.

При эксплуатации котельных установок обслуживающий персонал должен руководствоваться производственной инструкцией и режимными картами котлов. Эти документы с приложением оперативной схемы трубопроводов вывешиваются на рабочем месте.

В котельной должны быть часы и телефон.

В котельную не должны допускаться посторонние лица. В необходимых случаях они получают разрешение администрации и сопровождаются её представителем.

Режимные карты работы котлов составляет наладочная организация по результатам проведённых теплотехнических испытаний.

Они вмещают значения параметров, соблюдение которых обеспечивает безопасную и экономичную работу в нужном диапазоне производительности. Испытания должны проводится не реже одного раза в три года.

Режимная карта составляется на 30%, 50%, 75% и 100% производительности котла и является основным оперативным документом, в соответствии с которым эксплуатационный персонал регулирует работу котла при изменении его производительности. В котельной на каждом котле должен быть дубликат режимной карты с указанием даты её составления, подписанный представителем наладочной организации и утверждённый главным инженером предприятия.

Подготовка котла к розжигу

Перед розжигом котла оператор обязан тщательно проверить:

а) наличие распоряжения начальника котельной о розжиге котла, где должно быть указано время розжига, температура воды, которой должен заполнятся котёл, а также продолжительность розжига;

б) исправность топки и газоходов, запорных и регулирующих устройств;

в) исправность контрольно-измерительных приборов, арматуры, гарнитуры, питательных устройств, дымососа и вентилятора;

г) исправность оборудования для сжигания газообразного (жидкого) топлива;

д) заполнение котла водой к отметке нижнего рабочего уровня. Заполнение производить, выпуская воздух;

е) поддержания уровня воды в котле, наличие пропусков её через лючки фланцы и арматуру;

и) нет ли заглушек до и после предохранительных клапанов на паро-, мазуто- и газопроводах, на питательной, спускной и продувочных линиях;

ж) отсутствие в топке и газоходах людей или инородных тел;

з) наличие необходимого давления топлива для работы газовых горелок или мазутных форсунок.

Непосредственно перед розжигом котла необходимо тщательно провентилировать топку и газоходы в течении 10 ч 15 мин.

До включения дымососа для вентиляции топки и газоходов котла, который работает на газообразном топливе, нужно убедится в том, что ротор не касается корпуса дымососа, для чего ротор прокручивают вручную.

Перед розжигом котла, при работе на газе необходимо:

1) проверить исправность газопровода и установленной на нём арматуры (вся запорная арматура на газопроводах должна быть закрыта, а продувочные “свечи” - открыты);

2) продуть газопровод через продувочную “свечу”, постепенно открывая задвижку на ответвлении газопровода к котлу, после продувки “свечу” закрыть;

3) убедится в отсутствии утечки газа из газопроводов, газового оборудования и арматуры;

4) проверить по манометру отсутствие давления газа и воздуха перед горелкой;

5) отрегулировать тягу разжигаемого котла, установив минимальное разряжение вверху топки на уровне 1 ч 1,5 мм.вод. ст.

Перед разжиганием котла, работающие на жидком топливе, температуру топлива нужно привести к величине, установленной инструкцией.

Котлы разжигают на протяжении времени, установленного администрацией, при слабом огне, уменьшенной тяге, закрытом паровом вентиле и открытом предохранительном клапане или вентиле для выпуска воздуха. Во время розжига котла необходимо обеспечить равномерное прогревание его элементов, а если котлы имеют устройство в нижнем барабане для подогрева воды, то необходимо его включить.

Розжиг газовых горелок следует проводить в таком порядке:

1) внести в топку (через лючок) к газовыпускным отверстиям горелки зажжённый запальник;

2) подать газ, медленно открывая, рабочий" кран (задвижку) перед горелкой и следя, чтобы газ загорелся;

3) установить давление газа на горелку (30% по режимной карте),

4) отрегулировать горение (подачей воздуха и регулируя разрежение) по цвету и характеру пламени,

5) после получения устойчивого факела запальник погасить и удалить из топки.

Если во время розжига пламя запальника или горелки погасло, необходимо немедленно прекратить подачу газа на горелку, запальник погасить и удалить его из топки, провентилировать ее и газоходы на протяжении 10-15 мин. Только после этого можно снова приступить к розжигу горелки.

При наличии в котле нескольких горелок, розжиг их осуществляется последовательно в таком порядке, чтобы не делать температурных перекосов в топке.

Если во время розжига погаснут все или часть разожженных горелок, следует немедленно прекратить подачу газа к ним, погасить запальник и вынести его из топки, провентилировать топку и газоходы на протяжении 10-15 мин. Только после этого можно повторно разжигать горелки.

Включение котла в работу

Перед включением котла в работу необходимо выполнить:

а) проверку исправности действия предупредительных клапанов, водоуказательных приборов, манометра и питательных устройств;

б) проверку и включение автоматики безопасности, регулирование и сигнализации;

в) продувку котла.

Запрещается включать в работу котлы с неисправной арматурой, питательными устройствами, автоматикой безопасности и устройствами противоаварийной защиты и сигнализации.

Включение котла в общекотельный паровой коллектор должно осуществляться медленно, после тщательного прогрева и продувки коллектора. Во время прогревания необходимо открыть вентиль на дренажной линии для сброса конденсата. Плавно открывать главный парозапорный вентиль, но не более чем на 50 %. Когда паропровод прогреется, главный парозапорный вентиль открыть полностью.

Во время прогрева следить за исправностью коллектора, его опор, а также за равномерным расширением. При появлении вибрации или резких ударов необходимо прекратить прогревание до устранения выявленных дефектов.

При включении котла в действующий паровой коллектор давление в котле должно быть равно давлению в действующем паропроводе или на 0,5 кгс/см2 меньше, чем давление в паропроводе (коллекторе), при этом горение в топке следует уменьшить. Если в этом случае в паровом коллекторе возникнут толчки или гидравлические удары, необходимо немедленно прекратить включение котла и увеличить продувку общекотельного парового коллектора.

Время начала розжига, и включение котла в работу записывается в сменный журнал.

Обслуживание котлов во время работы

Во время дежурства персонал котельной должен постоянно следить за исправностью, как основного, так и вспомогательного оборудования и строго придерживаться установленных режимов работы котлов

Выявленные в процессе работы оборудования неисправности необходимо записывать в сменный журнал. Персонал должен немедленно предпринять меры для устранения неисправностей, которые угрожают безопасной и безаварийной работе оборудования. Если устранить неисправности своими силами невозможно, необходимо известить об этом лицо, ответственное за безопасную эксплуатацию котельной.

Особое внимание следует уделять исправности оборудования котельной, контрольно-измерительных приборов и системы автоматики.

Проверка исправности действия манометра с помощью трехходового крана или запорного вентиля, который его заменяет, должна проводиться не менее одного раза в смену.

Проверку предохранительных клапанов подрывом нужно осуществлять для котлов с рабочим давлением:

1) до 24 кгс/см² -- каждого клапана не меньше, как раз в смену,

Проверку водоуказательных приборов нужно осуществлять продувкой для котлов с рабочим давлением;

2) до 24 кгс/см² -- не менее одного раза в смену;

Проверку исправности питательных насосов нужно проводить кратковременным пуском в работу каждого из них для котлов с рабочим давлением:

3) до 24 кгс/см² -- в сроки, указанные производственной инструкцией. Все указанные проверки записываются в сменный журнал с указанием времени

При увеличении нагрузки котла, который работает на природном газе, нужно постепенно увеличить сначала подачу газа, потом воздуха и отрегулировать разрежение, а для уменьшения -- сначала уменьшить подачу воздуха, потом газа; после чего отрегулировать разрежение

Если котел работает на жидком топливе, то для увеличения нагрузки сначала увеличивают разрежение, потом воздух, а затем подачу мазута (на паровых форсунках перед увеличением подачи мазута увеличивают подачу пара); для уменьшения -- сначала уменьшают подачу мазута, (пар для распыления), воздуха, а потом и разрежение.

Периодическая продувка котла

Периодическая продувка котла осуществляется через определенный промежуток времени и служит для удаления шлама и грязи из нижних точек: барабана, коллекторов.

Она проводится кратковременно, но с большим выбросом котловой воды, захватывающей при своем движении шлам, находящийся в барабане или коллекторах, и выносит его в так называемый расширитель (барботер), предназначенный для охлаждения котловой воды. Охлаждение осуществляется смешиванием ее с холодной водопроводной водой до температуры 60-70°С, при которой ее можно выпускать в канализацию.

Периодическую продувку проводят не реже одного раза в смену. При плохом качестве питательной воды по рекомендации лаборанта водоподготовки делают повторную продувку. Продолжительность, и очередность этой операции указывается в производственной инструкции для каждого котла. О проведении продувки предупреждают персонал котельной, а также всех, кто занят ремонтом соседних котлов. При размещении продувочной арматуры возле фронта котла, продувку может выполнять один оператор, а если она находится по бокам и сзади котла, то ее выполняют два оператора. Периодическую продувку выполняют в такой последовательности:

1. Проверяют исправность продувочных линий на ощупь. До первого вентиля труба должна быть горячей, а после второго вентиля - холодной. Арматуру проверяют на легкость вращения маховиков вентилей.

2. Проверяют исправность питательных насосов и наличие достаточного запаса питательной воды.

3. Продувают водоуказательные приборы.

4. Подпитывают котел до верхнего рабочего уровня или на 3/4 по водоуказательному прибору.

5. Уменьшают горение в топке.

6. На линии, которая по инструкции должна продуваться первой, осторожно открывают сначала второй по ходу продувки от котла продувочный вентиль, а потом слегка ослабляют ближний к котлу продувочный вентиль с целью прогрева продувочной линии. После прогрева его осторожно открывают. Второй оператор в это время должен наблюдать за уровнем воды в котле и давлением пара в барабане. В случае появления в продувочных линиях гидравлических ударов, вибрации трубопроводов или других неполадок, продувку нужно прекратить.

7. При снижении уровня воды до нижнего рабочего уровня (по сигналу второго оператора) постепенно закрывают ближний к котлу продувочный вентиль (первый), а потом -- второй.

8. Таким же образом продувают остальные линии, наблюдая за уровнем воды.

9. После окончания продувки котла нужно убедиться в надежном закрытии продувочной арматуры и включить котел в нормальную работу.

10. Сделать запись в сменном журнале с указанием времени начала и окончания продувки.

11. Через 30 мин. нужно проверить, насколько плотно закрыта продувочная арматура. Если арматура будет пропускать воду, то следует сообщить об этом начальнику котельной и продолжать следить за уровнем воды в котле.

Нормальная остановка котлов

Остановка котлов бывает нормальная -- по письменному распоряжению лица, ответственного за котельную, и аварийная, которая проводится без распоряжения с последующим сообщением администрации.

Последовательность нормальной остановки:

1) снизить нагрузку котла по возможности в несколько этапов (100%, 75%, 50%, 30%), добиваясь постепенного охлаждения котла и топки;

2) выключить газовые горелки -- закрыть „рабочий" кран (задвижку) и „контрольный" кран (задвижку), открыть продувочную „свечу" между ними;

3) закрыть задвижку на газопроводе перед котлом и открыть продувочную „свечу" газового коллектора котла;

4) отключить котел от общекотельного парового коллектора;

если давление в котле поднимается выше допустимого, стравить его через предохранительный клапан в атмосферу;

5) по мере необходимости поддерживать уровень воды в котле между высшим и низшим;

6) через 10-15 мин. выключить вентилятор и дымосос, дальнейшее охлаждение топки вести естественным путем. Повторная искусственная вентиляция топки разрешается только через 6-8 часов;

7) сделать запись в сменном журнале об остановке котла с указанием времени.

Охлаждение котла нужно вести медленно за счет естественного остывания: дверки, лючки и лазы держать закрытыми.

Быстрое охлаждение может привести к нарушению герметичности котла. Спуск воды из котла необходимо выполнять только после падения давления до нуля, снижении температуры до 70-80°С и остывании кладки обмуровки. Спуск следует делать медленно и при поднятом предохранительном клапане.

После спуска воды устанавливают заглушки на паровых, питательных, продувочных и спускных линиях котлоагрегата, который выключается, для того, чтобы отделить его от других работающих котлоагрегатов. Только после этого можно проводить на нем любые ремонтные работы.

Категорически запрещается оставлять неработающий котлоагрегат присоединенным к общекотельному паровому коллектору, поскольку в этом случае в его барабаны может поступать пар. При этом может появиться протекание воды в швах и вальцовочных соединениях, которое может стать причиной коробления стенок барабана.

Аварийная остановка котлов

Котел должен быть немедленно остановлен и отключен действием защиты или персоналом в случаях, предусмотренных производственной инструкцией.

Порядок аварийной остановки котла непременно следует указать в производственной инструкции. Причины аварийной остановки котла должны быть записаны в сменном журнале.

Во время аварийной остановки котла необходимо без получения распоряжения:

а) прекратить подачу топлива и воздух, резко ослабить тягу (закрыть рабочие "контрольные" краны (задвижку) и открыть “свечу” безопасности.);

б) после того, как горение в топке прекращено, открыть на некоторое время дымовую заслонку;

в) отключить котел от главного парового коллектора;

г) если нужно, то пар выпустить через приподнятые предохранительные клапаны, кроме случаев: повышения уровня воды выше верхнего допустимого уровня и прекращения действия всех питательных насосов.

Причины возможных неисправностей и условия для безопасной эксплуатации котлов

Неисправности в паровых и водогрейных котлах могут быть причинами несчастных случаев. Снижение уровня воды в водогрейных котлах может привести к их взрыву; неисправности перепускных клапанов и манометров приводят к тому, что в котлах повышается давление, а это также может вызвать взрыв котла; появление в трубопроводах трещин, разрывов может вызвать ожог паром или горячей водой. Образование трещин в котлах и водоводах наблюдается при появлении накипи, которая способствует неравномерному нагреванию отдельных частей агрегата. Причиной аварии в котельных может быть взрыв газа. Ответственность за содержание и безопасную эксплуатацию паровых котлов, оборудования и помещений возлагается на работника, назначаемого приказом по предприятию. В вахтенном журнале, который хранится в котельной, сменный кочегар расписывается о приеме и сдаче смены, вносит сведения о техническом состоянии оборудования. Водогрейные и паровые котлы следует устанавливать в отдельных зданиях не ниже II степени огнестойкости. Площадь помещения котельной (для одного котла) должна быть не менее 18 м², высота - 2,6 м. Помещения котельных должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией, аварийным освещением, иметь медицинскую аптечку. Монтаж и ремонт котельных установок производятся специализированными монтажными организациями. Арматура, контрольно-измерительные приборы безопасности водогрейных котлов должны быть доступны для наблюдения и обслуживания. Для контроля за давлением пара на котлах устанавливают манометры. Уровень воды контролируют по водоуказательным приборам, которых должно быть не менее двух. Каждый котел должен быть снабжен предохранительными клапанами заводской конструкции. Их следует оборудовать устройствами, предохраняющими обслуживающий персонал от ожогов при срабатывании клапанов. Топливные резервуары с жидким топливом должны располагаться на расстоянии не менее 12 м от помещения котельной и иметь молниезащитное устройство. Склады твердого топлива могут примыкать к помещению котельной при условии отделения их противопожарной стеной. Суточный расход топлива допускается хранить в котельном помещении. Если расход топлива превышает 1000 кг/ч, то его подачу следует механизировать. Если топливо жидкое, то топливные баки следует устанавливать вне котельной. Техническое освидетельствование котлов производится под руководством ответственного за их содержание и безопасную эксплуатацию в соответствии с требованиями, установленными Госгортехнадзором России. Оно состоит из осмотра и гидравлического испытания. Гидравлические испытания котлов, находящихся в эксплуатации, с пробным давлением (0,2 МПа) должны проводиться через каждые 6 лет, а котлов, недоступных для внутреннего осмотра, через каждые 3 года. Контроль и безопасную работу котельных установок, работающих на сельскохозяйственных предприятиях, осуществляет Госгорэнергонадзор. Пробным давлением испытывают также котлы после их ремонта с применением сварки, клепки, замены жаровых труб и других элементов конструкции, работающих под давлением. Рабочим давлением котлы испытывают ежегодно после каждого ремонта и чистки. Результаты ремонта, чистки и технического освидетельствования котла -- разрешение (или запрещение) на его работу и сроки следующего освидетельствования -- должны быть занесены в паспорт котла. Котлы высокого давления освидетельствует инспектор в присутствии ответственного за эксплуатацию котлов. Освидетельствование проводится в следующие сроки:

1) первичное -- для вновь установленных котлов;

2) периодическое -- внутренний осмотр не реже 1 раза в 4 года и гидравлическое испытание не реже 1 раза в 8 лет. Правилами запрещается устанавливать котлы в школах, клубах, банях и т.д., а также в зданиях, примыкающих к складу горючих материалов, за исключением склада топлива самой котельной. В целях обеспечения безопасности и улучшения условий труда обслуживающего персонала для котлов следует устанавливать металлическую лестницу с перилами. При высоте более 1,5 м лестницу ставят с уклоном не более 50° к горизонту. Освещение котельной площадью 250 м² и менее обычное от электросети и аварийное от аккумуляторной батареи переносного типа «летучая мышь». Если же площадь котельной более 250 м², то котельная должна иметь самостоятельный источник электроэнергии.

Для обеспечения безопасной эксплуатации котельных установок необходимы следующие условия: исправность предохранительного устройства и измерительного аппарата котельных установок; водогрейные котлы на трубе с горячей водой должны иметь манометры; следить за исправностью манометров, чтобы на месте всегда были пломба, целое стекло, проверенное клеймо, стрелка влажности должна возвращаться к нулю при выключении; ответственность за содержание и безопасность эксплуатации котлов возлагается на заведующего котельной. В случае отсутствия этой должности приказом по предприятию должен быть назначен на эту должность один из штатных рабочих. В его обязанности входит содержание котлов и другого оборудования котельной, а также помещения в соответствии с требованиями обеспечения своевременного ремонта котлов, оборудования и помещения, а также технического освидетельствования. Кроме того, он Должен распределять обязанности всех лиц, обслуживающих котельную; осуществлять надзор за тем, чтобы обслуживающий персонал выполнял требования безопасности эксплуатации котлов.

6. АВТОМАТИЗАЦИЯ ГАЗОВОГО ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА

6.1 Основные позиции

Автоматизация - это система технических, организационных и других мероприятий, дающая возможность осуществлять технологические процессы без постоянного участия человека, но под его контролем. Процесс автоматизации приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества производства, снижает число сотрудников обслуживающих объект, рабочий ресурс машин, снижает затраты материалов, повышает условия труда и техники безопасности.

В проектируемых котельных необходимо предусмотреть защиту оборудования (автоматика безопасности), автоматическое регулирование и контроль, сигнализацию и управление технологическими процессами. В зданиях и сооружениях котельных возможна установка центральных, групповых, или местных щитов управления.

В дипломном проекте проектируется автоматизация низкотемпературного газового водогрейного котла Vitoplex 200 тип SX2A фирмы "Viessmann" (Германия). По плану раздела «Автоматизация» подготовлена функциональная схема автоматизации, выбраны измерительные и регистрирующие приборы фиксирующие температуру, давление, расход, и автоматические регуляторы с исполнительными механизмами и регулирующими клапанами.

Целью автоматизации является: регулирование давления газа, эффективность работы вентилятора, прекращение подачи газа при затухании факела и контроль и управление с панели приборов.

Далее в подразделах представлены современные способы решения задач автоматизации, с учетом требований правил эксплуатации теплопотребляющих установок, что создаёт возможность проведения наладочных работ во время эксплуатации оборудования и технологических средств автоматизации.

6.2 Система автоматизации водогрейных котлов

Технологические процессы происходящие в котле в период его работы, можно охарактеризовать несколькими параметрами. Изменение одного из этих параметров, допустим, температуры воды, должно сказывается на изменении всех остальных, таких как: расход топлива, количество воздуха и выведенных дымовых газов и т.д. При автоматизации заданный технологический режим осуществляется без прямого участия обслуживающего персонала. Система автоматического включает в себя: объект регулирования и взаимодействующий с ним автоматический регулятор. Водогрейный котел, как регулируемый объект, требует постоянного контроля ряда параметров, таких как: температура или давление пара (воды), объем сжигаемого топлива и расход воздуха, разряжение в топке и за котлом, обеспечение электропитанием, устойчивость горения топлива, подача воздуха к топливосжигающим устройствам котла. Основными составляющими САР, кроме объекта автоматического регулятора, служат:

- усилитель - блок для улучшения качества сигнала за счет использования дополнительного источника энергии;

- исполнительный механизм - устройство, взаимодействующее на регулируемый объект;

- чувствительный элемент - устройство,реагирующее на отклонение регулируемого параметра (датчика);

- задающее устройство - механическое, ручное или автоматическое устройство для настройки заданных условий;

- преобразователь - исполнительный орган, преобразующий сигнал чувствительного элемента в электрические импульсы, удобные для усиления;

- корректирующее устройство - стабилизирующие процесс регулирования воздействия на работу регуляторов: в качестве корректирующих устройств используются внутренние обратные связи и дифференцирующие элементы.

Иногда, используют системы с регулятором прямого действия, в котором отсутствует преобразователь и усилитель, а чувствительные элементы воздействуют непосредственно на исполнительные органы. Системы автоматического регулирования водогрейных котлов и котельных классифицируются по построению и методам реализации функциональных возможностей. По принципу работы они делятся на комбинированные системы с автоматическим регулированием тепловой мощности отопительных котельных и на системы с регулированием тепловой мощности по возмущению. Регулирование по возмущению выполняют функции управления. По этому принципу, температура горячей воды на выходе из водогрейного котла изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, изменение которой, есть возмущающий фактор. Поступающее на вход регулятора возмущение изменяет величину регулирующего воздействия, так что она компенсирует влияние изменения температуры наружного воздуха на температуру помещения.

Комбинированные САР включают в себя системы регулирования и управления. Постоянное значение регулируемого параметра поддерживается воздействием по возмущению. В системе с воздействием по возмущению регулятор работает с опережением, т.е. начинает действовать сразу вслед за возмущающим воздействием до момента изменения регулируемой величины. Последняя контролируется, а изменение сигнала подается на вход регулятора. Кроме того, вводится задающее воздействие, зависящее от возмущения.

Существуют системы с регулированием по отклонению, т.е. воздействие на объект регулирования зависит от изменения регулируемого параметра.

САР по виду регулирования делятся на системы постоянные и многопозиционные. В системах постоянного регулирования при изменении возмущающего воздействия состояние регулирующего органа изменяется плавно. В системах многопозиционных регулирующий орган всегда занимает одно из крайних положений.

6.3 Системы защиты оборудования водогрейного котла

Система защиты предохраняет котел в таких аварийных ситуациях, как: повышение температуры воды за котлом или давления пара в паросборнике сверх допустимого, падение разряжения в топке, угасание пламени горелки или форсунки, падение давления воздуха перед горелкой, отключение электропитания в цепях автоматики.

В паровых котлах, использующих в качестве топлива газ, независимо от их давления и мощности следует предусмотреть устройства, которые автоматически прекращают подачу топлива к горелкам при:

- изменении давления топлива перед горелками;

- снижении разряжения в топке;

- понижении давления воздуха перед горелками;

- погасании факелов горелок, отключение которых при работе котла не допускается;

- повышении давления пара при работе котельных без постоянного контроля;

- понижении или повышении уровня воды в барабане;

- неисправности электросетей защиты.

В водогрейных котлах, использующих в качестве топлива газ, следует предусмотреть устройства, автоматически прекращающие подачу топлива к горелкам при:

- повышении или понижении давления газообразного топлива перед горелками;

- понижении давления жидкого топлива перед горелками, кроме котлов, оборудованных ротационными горелками;

- уменьшении разряжения в топке;

- понижении давления воздуха перед горелками;

- погасание факелов горелок, отключение которых при работе котла не допускается;

- понижении давления воздуха перед горелками для котлов, оборудованных горелками с принудительной подачей воздуха;

- понижении или повышении давления воды на выходе из котла;

- повышении температуры воды на выходе из котла;

- неисправности электроцепей защиты.

6.4 Сигнализация и системы оповещения

Котельные, работающие без постоянного обслуживаемого персонала, следует оборудовать диспетчерским пунктом, на который выводятся сигналы (звуковые и световые):

- о неисправности оборудования, при этом в котельной фиксируется причина вызова;

- о срабатывании главного быстродействующего запорного клапана топливоснабжения котельной;

- для котельных, работающих на газообразном топливе, при уровне загазованности помещения 10% от границы воспламенения природного газа.

В котельных, с постоянным обслуживающим персоналом, проектируется светозвуковая сигнализация:

- при остановке котла;

- по причинам срабатывания защиты;

- при понижении температуры и давления жидкого топлива в общем трубопроводе к котлам;

- при повышении или понижении давления газа;

- при понижении давления в каждой питательной магистрали;

- при повышении или понижении давления воды в обратном трубопроводе тепловой сети;

- при повышении или понижении уровня воды в баках;

- при повышении температуры подшипников электродвигателей и технологического оборудования;

- при понижении величины pH в обрабатываемой воде;

- при понижении давления (разряжения) в деаэраторе;

6.5 Автоматическое регулирование котлов

Котлы, использующие в качестве топлива твердые, газообразные и жидкие вещества, а также котлы со слоевыми механизированными топками должны оснащаться системами автоматического регулирования процессов горения позволяющих автоматизировать их работу.

Котельные, работающие без постоянного обслуживаемого персонала, должны быть оборудованы системами автоматического регулирования, предусматривающими автоматическую работу основного и вспомогательного оборудования котельной, в зависимости от заданных параметров работы и с учетом автоматизации теплопотребляющих установок. Запуск таких котлов при аварийном отключении должен осуществляться только после устранения неисправностей вручную.

Также в котельной следует запроектировать устройства для автоматического поддержания заданной температуры воды, поступающей в системы теплоснабжения и горячего водоснабжения, а также заданную температуру обратной воды, поступающей в котлы, если это предусмотрено заводом изготовителем.

С целью поддержания контроля над параметрами, которые необходимы для эксплуатации котельной, следует запроектировать следующие показывающие приборы:

- сигнализирующие приборы, для контроля над параметрами, изменение которых может привести к аварийному состоянию оборудования;

- регистрирующие или суммирующие приборы, для контроля параметров, учет которых необходим для анализа работы оборудования или хозяйственных расчетов;

Водогрейные котлы с температурой воды более 110 ⁰С, должны быть оборудованы следующими показывающими приборами для измерения:

- газоанализаторы на уходящие газы;

- давления воды на входе в котел после запорной арматуры и на выходе из котла до запорной арматуры;

- давления воздуха после дутьевого вентилятора и каждого регулирующего органа для котлов, имеющих зонное дутье, перед горелками за регулирующими органами и пневмозабрасывателем;

- давления жидкого и газообразного топлива перед горелками после регулирующего органа;

- разряжения в топке;

- разряжения перед дымососом;

- расхода воды через котел;

- расхода топлива - температуры воды на входе в котел после запорной арматуры;

- температуры воды на выходе из котла до запорной арматуры;

- температуры воздуха до и после воздухоподогревателя ;

- температуры уходящих газов.

6.6 Принципиальная функциональная схема автоматического регулирования котла “ ViessmannVitoplex 200 SX2”

Проект автоматизации предусматривает контроль, защиту и регулирование котлоагрегатов и вспомогательного оборудования. Работа котельной предусматривается в автоматическом режиме.

Котельная оборудована двумя котлами «ViessmannVitoplex 200 SX2» мощностью по 1950 кВт каждый. Котлы оборудованы модуляционными газовыми горелками GL 9/1-D, 2", исп. ZMD фирмы Weishaupt. Система автоматики горелки и контроллер котлового блока служат для управления работой котла в следующих режимах:

- автоматический розжиг;

- двухступенчатое регулирование теплопроизводительности котла;

- поддержание оптимального соотношения газ-воздух;

- аварийное отключение подачи газа;

- сигнализация аварийной ситуации.

Подача топлива в котельную прекращается, путем закрытия клапана - отсекателя газа на вводе газопровода в котельную при:

- сигнале от датчика загазованности по метану и СО;

- наличии пожара по сигналу от ППКОП “Intal”;

- отсутствии напряжения в сети.

Для учета тепловой энергии отпускаемой котлами используется тепловой счетчик СТ-10 с вычислителем ВТЭ-1.

Все приборы питания и регулирования устанавливаются на щите вспомогательного оборудования.

- Питание щита220В;

- На щите запроектирована свето-звуковая сигнализация;

- отклонение от нормы давления обратной сетевой воды;

- отклонение от нормы давления газа на вводе к каждому котлу;

- состояние котлов;

- состояние насосов;

- срабатывание клапана-отсекателя на газе;

- загазованности в котельной по СО и МЕТ.

Схема предусматривает прекращение подачи топлива к горелке при:

- погасании факела;

- повышении давления воды за котлом;

- отсутствии расхода воды через котел;

- повышении температуры воды на выходе из котла;

- понижении давления газа перед горелкой;

- понижении давления воздуха;

- неисправности цепей защиты.

Трехходовые клапаны предусмотрены для более быстрого разогрева котлов, управляемые с помощью ТРМ-12 по температуре воды на выходе из котла.

В проекте предусмотрено автоматическое прекращение подачи газа в котельную (срабатывание клапана-отсекателя) в случаях, когда происходит:

- превышение допустимой концентрации природного газа в воздухе котельной (10% НКПР);

- превышение допустимой концентрации оксида углерода в воздухе котельной (5 ПДК);

- пожар в котельной;

- отключение электроэнергии в котельной.

В комнате для обслуживающего персонала, предусмотрена сигнализация аварийных ситуаций.

С целью осуществления контроля параметров необходимых для наладки и эксплуатации котельной предусмотрены показывающие приборы.

Контроль НКПР метана в воздухе котельной осуществляется сигнализатором типа СТМ 10 с подачей сигнала о загазованности.

Контроль СОв воздухе котельной производится сигнализатором оксида углерода СОУ-1.

Питание установок автоматизации производится электроэнергией напряжением 220 В (однофазные электроприемники) частотой 50 Гц.

Звуковой сигнал отключается дежурным, а световой сохраняется до ликвидации аварии.

Котлы “ViessmannVitoplex 200 SX2” предназначены для систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Котлы выпускаются для работы при допустимом рабочем давлении 5 бар и допустимой температурой подачи воды до 120⁰С.

6.7 Система управления контуром котловой воды

В комплект поставки производитель рекомендует включать щит управления контура котловой воды ЩК-2, который осуществляет управление работой горелочного устройства и обеспечивает безопасность работы котловой установки.

6.8 Описание установки безопасности

Щит управления контура котловой воды ЩК-2 (рисунок 12), выполнен в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа, водогрейных котлов и водонагревателей с температурой нагрева воды не выше 393К.

Рисунок 12 - Щит управления и аварийных блокировок

6.9 Состав комплектации водогрейного котла “Vitoplex 200 SX2”

Метрологическая карта средств измерения котла марки “Vitoplex 200 SX2” представлена в Таблице 7.

- Предельный термостат - осуществляет защиту от перегрева котловой воды. Установка температуры производится в зависимости от выбранного графика, но не более 120С;

- Регулировочный термостат - предназначен для ступенчатого регулирования работы горелочного устройства. Установку производит пусконаладочная организация, имеющая все необходимые сертификаты;

- Предохранительный клапан - устанавливается в корпус котла между патрубками подачи и выхода котловой воды;

- Показывающие приборы:

- манометры осуществляют измерение давления в подающем трубопроводе котла

- термометры осуществляют измерение температуры прямой и обратной магистрали котловой воды

- термометры необходимы для измерения температуры отходящих газов;

- Запорная арматура на подающем и обратном трубопроводах;

- Обратный клапан - с целью предотвращения реверсирования циркуляции теплоносителя;

- Ограничитель максимального и минимального давления котловой воды - врезается в подающий трубопровод;

- Циркуляционные насосы.

Итак, применение автоматически в регулировании и управлении приводит к централизованному контролю над работой автоматизированных котельных без постоянного присутствия обслуживающего персонала в них, с помощью данной аппаратуры и каналов связи.

Таблица 7

Метрологическая карта средств измерения котла марки “Vitoplex 200 SX2”

№ п/п	Наименование оборудования	Пределы измерений	Диапазон показания шкалы прибора	Длина шкалы	Цена деления прибора	Чувствительность прибора	Класс точности	Погрешность измерения
1	2	3	4	5	6	7	8	9
11.	Теплосчетчик СТ 10	5-150°C	-	-	-	-	C	± 2 %
22.	Тепловычислитель ВТЭ-1	0-150°C	-	8				±0,3%
33.	Счетчик крыльчатый Ду 25ВСХ-25	+5-50°C	-	-	0.0005м3	0,05м3/ч	А, Б	-
44.	Манометр с трубчатой пружиной ДМ02-100-1-G1/2-0..6-1.5	0-1000 бар	-	-	20 бар	-		± 0,6 %
.4.	Биметаллический термометр ТБ-080-2-0...120-40-2,5	0-120°C	-	-	1 °C	-	||	±0,5°C
.5.	Биметаллический термометр ТБ-080-2-0...120-60-2,5	0-120°C	-	-	1 °C	-	||	±0,5°C
66.	Воздухоотводчик автоматический Ду 15 Wind	-	-	-	-	-		-
77.	Ротационный счетчик газа RVGG65	0,6-650 м3/ч	-	-	-	0,1 м3/ч	||	1,5 %
88.	Ротационный счетчик газа RVGG25	0,6-650 м3/ч	-	-	-	0,1 м3/ч	||	1,5 %
.9.	Манометр с трубчатой пружиной ДМ93-100- G1/2-0	01-160 МПа	-	-	0,05 МПа	-	|	-
.10.	Напоромер с мембранной коробкой НМ96-100-G1/2-400	0-40кПа	-	-	0,5 кПа	-	|	-

Спецификация на технические средства автоматизации представлена в таблице 8.

Таблица 8

Спецификация на технические средства автоматизации газового котла

Позиция	Условное графическое изображение	Наименование	Кол-во
1.		Теплосчетчик СТ 10	1
2.		Тепловычислитель ВТЭ-1	2
3.		Счетчик крыльчатый ВСХ-25	1
4.		Манометр с трубчатой пружиной ДМ02-100-1-G1/2-0..6-1.5	29
5.		Биметаллический термометр ТБ-080-2-0...120-40-2,5	10
6.		Биметаллический термометр ТБ-080-2-0...120-60-2,5	6
7.		Ротационный счетчик газа RVGG25	1
8.		Ротационный счетчик газа RVGG40	2
9.		Манометр с трубчатой пружиной ДМ93-100- G1/2-0	1
10.		Напоромер с мембранной коробкой НМ96-100-G1/2-400	2

6.10 Технико-экономическое обоснование автоматизации

Автоматизация позволяет человеку избавиться от необходимости прямого управления механизмами. Роль человека в процессе производства сводится к наладке, регулированию, обслуживанию средств автоматизации и наблюдению за их действиями. Автоматизация позволяет не только облегчить не только физический, но и умственный труд человека. Поддержание средств автоматизации в рабочем состоянии требует от рабочего персонала высокого уровня квалификации.

По степени автоматизации теплоэнергетика, по праву, занимает одно из лидирующих мест среди других отраслей промышленности. Процессы протекающие в теплоэнергетических установках имеют непрерывный характер, но при этом выработка тепловой энергии, в любой момент времени, должна соответствовать нагрузке. Автоматизация дает ряд преимуществ:

1) обеспечивает малую численность рабочего персонала, т.е. повышает производительности его труда.

2) изменяет характер труда обслуживающего персонала.

3) повышает уровень безопасности труда и надежности работы оборудования.

4) увеличивает экономичность работы котлоагрегата.

Автоматизация котлоагрегатов состоит из автоматического регулирования, дистанционного управления, технологической защиты, теплотехнического контроля, технологической блокировки и сигнализации.

Автоматическое регулирование обеспечивает непрерывность протекающим процессам в котлоагрегате (питание водой, горение и др.)

Дежурный персонал может дистанционно запускать и останавливать котел, переключать и регулировать его механизмы на расстоянии, с помощью пульта, где сосредоточены устройства управления.

Теплотехнический контроль над работой котла и его оборудования производится с помощью показывающих и самопишущих приборов, действующих автоматически. Приборы ведут постоянный контроль над процессами, протекающими в котле, или же подключаются к объекту измерения обслуживающим персоналом или информационно-вычислительной машиной. Приборы теплотехнического контроля размещают на панелях, щитах управления по возможности максимально удобно для наблюдения и обслуживания.

Технологические блокировки выполняют в заданной последовательности ряд операций при запуске и остановке механизмов котлов, а так же в тех случаях, когда происходит срабатывание технологической защиты. Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании котлоагрегата, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудования при возникновении чрезвычайной ситуации. Сигнализация информирует дежурный персонал о состоянии оборудования, предупреждает о приближении параметра к опасному значению, сообщает о возникновении аварийной ситуации в котле и его оборудовании. Применяются звуковая и световая сигнализация.

Эксплуатация котлов должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с “Правилами устройства и безопасной эксплуатации водогрейных котлов” Госгортехнадзора, ”Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей”, ”Правилами технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей” и др.

Эксплуатация котлов производится по производственным заданиям, составляемым по планам и графикам выработки тепловой энергии , расхода топлива, расхода электроэнергии на собственные нужды, обязательно ведется оперативный журнал, в который заносятся распоряжения руководителя и записи дежурного персонала о работе оборудования, а так же ремонтную книгу, в которую записывают сведения о замеченных дефектах и мероприятиях по их устранению.

Должны вестись первичная отчетность, состоящая из суточных ведомостей по работе агрегатов и записей регистрирующих приборов и вторичная отчетность, включающая обобщенные данные по котлам за определенный период. Каждому котлу присваивается свой номер, все коммуникации окрашиваются в определенный условный цвет, установленный ГОСТ-ом. Установка котлов в помещении должна соответствовать правилам Госгортехнадзора, требованиям техники безопасности, санитарно-техническим нормам, требованиям пожарной безопасности.

7. ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

Выброс в атмосферу токсичных и загрязняющих веществ вместе с дымовыми газами.

При сжигании различных топлив, наряду с основными продуктами сгорания (СО₂, Н₂О, N₂), в атмосферу поступают загрязняющие твёрдые (зола и сажа), а также газообразные токсичные вещества, а именно: сернистый и серный ангидриды (SО₂ и SO₃), окислы азота (NO и NO₂), фтористые соединения и соединения ванадия. В случаях когда происходит не полное сгорание топлива в топках уходящие газы могут содержать окись углерода СО, углеводороды СН₄, С₂Н₄, а также канцерогенные углеводороды, например бензапирен и др.

Продукты неполного сгорания являются вредными, но современная техника сжигания топлива может свести к минимуму их образование, так же это относится и к содержанию окислов азота в уходящих газах. Из всех окислов азота наиболее часто в дымовых газах встречается окись NO и двуокись NO₂, причём двуокись является одним из наиболее стойких продуктов. Высшие окислы - N₂O₂, N₂O₄ и N₂O₅ - существуют в атмосферных условиях только при низких температурах.

Суммарный выброс сернистых соединений (SO₂+SO₃) определяется содержанием серы в топливе и не может быть полностью исключён за счёт проведения каких-либо мероприятий по организации топочного процесса. Таким образом, добиться предельно допустимой концентрации сернистых и других соединений в атмосфере можно только путем выбора необходимой высоты дымовой трубы, способной обеспечить рассеивание оставшихся твёрдых частиц и вредных газов в атмосфере.

Критерием санитарной оценки является предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в воздухе. Под ПДК понимают такую концентрацию веществ и химических соединений, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо изменений или заболеваний. ПДК атмосферных загрязнений устанавливаются в двух показателях: как максимально-разовые загрязнения (за 20 мин) и среднесуточные (за 24 ч).

Из всех широко используемых видов топлива наиболее экологически чистым является природный газ. Самыми вредными веществами при сжигании в топке котла природного газа, являются окислы азота. Применяются промышленные способы, позволяющие существенно снизить количество образующихся окислов азота. Рассчитывается высота дымовой трубы, которая может рассеивать в слоях атмосферы эти вредные выбросы и, тем самым, не допускается превышение ПДК [15].

Способы подавления образования окислов азота в топках котлов

Окислы азота не благоприятно воздействуют на органы дыхания живых организмов и способны вызывать ряд серьёзных заболеваний, а также разрушают оборудование и материалы, способствуют образованию смогов и ухудшению видимости. Окислы азота очень токсичны. Так, максимально-разовая предельно допустимая концентрация двуокиси азота почти в 6 раз ниже, чем ПДК для сернистого ангидрида, и в 30 раз меньше, чем для окиси углерода. (ПДК двуокиси азота: максимально-разовая и среднесуточная составляет 0,085 мг/м³).

Окислы азота образуются за счёт окисления содержащегося в топливе азота и азота воздуха и содержатся в продуктах сгорания всех топлив - углей, мазутов и природного газа. Условием окисления азота воздуха является диссоциация молекулы кислорода воздуха под действием высоких температур в топке (1900-2000^оС). В результате реакций в топочной камере образуется в основном окись азота NO (более 95%). Образование двуокиси азота NO₂ за счёт доокисления NO требует значительного времени и происходит при низких температурах на открытом воздухе.

Образование окислов азота в процессе горения топлива уменьшается при снижении температуры горения, при сокращении времени пребывания азота и кислорода в высокотемпературной части факела, а также при уменьшении количества свободного кислорода в факеле. Анализ основных факторов, влияющих на образование окислов азота, позволяет наметить методы их подавления в топке.

Одним из способов радикального снижения образования окислов азота служит организация двухступенчатого сжигания топлива, т.е. применение двухступенчатых горелочных устройств. При этом методе в первую зону горения подаётся 50-70% необходимого для горения воздуха, остальная часть воздуха (50-30%) поступает во вторую зону, где происходит сгорание продуктов неполного горения. Отведение теплоты из первой зоны горения должно быть достаточно большим, чтобы конечная стадия процесса горения происходила при более низкой температуре. Этого же эффекта можно добиться, используя растянутый по длине топочной камеры факел, это должно обеспечить значительное снижение температурного уровня в топке и соответственно уменьшение образования окислов азота.

Следующим методом подавления образования окислов азота в топке является рециркуляция дымовых газов в топочную камеру. В этом случае дымовые газы при температуре 300-400^оС забираются из конвективной шахты котла и подаются в топочную камеру. Ввод газов в топочную камеру может осуществляться через шлицы под горелками, через кольцевой канал вокруг горелок или с помощью подмешивания газов в воздух перед горелками.

В результате исследований, наиболее эффективным оказался второй способ, при котором происходит наибольшее снижение температуры в ядре факела. Подмешивая до 20-25% дымовых газов, удаётся снизить содержание окислов азота на 40-50%. Рециркуляция газа, наряду с уменьшением температуры горения, приводит к снижению концентрации кислорода, т.е. уменьшению скорости горения, растягиванию зоны горения и более эффективному охлаждению этой зоны топочными экранами.

Подача воды и пара в зону горения также приводит к снижению образования окислов азота. Ввод воды или водяного пара в количестве 5-10% всего количества воздуха снижает температурный уровень в топке, так же как и при вводе рециркулирующего газа. Снижение температуры подогрева и уменьшение избытка воздуха в топке тоже несколько уменьшает образование окислов азота как за счёт снижения температурного уровня в топке, так и за счёт уменьшения концентрации свободного кислорода.

Перечисленные способы при комплексном их использовании могут существенно снизить образование окислов азота в топке [15].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проект блочно-модульной котельной для теплоснабжения зданий ФГУ Заречье в г. Вологда разработан в соответствии с СНиП II-35-76 "Котельные установки", СП 41-104-2000 "Проектирование автономных источников теплоснабжения".

Котельная автоматизированная водогрейная, по надежности теплоснабжения относится к 2 категории, по надежности отпуска тепла - к 2 категории.

Потребность в теплоте составляет: 6 240 000 Вт (5 367 500 ккал/ч), в том числе:

- отопление 5 582 400 Вт (4 800 000 ккал/ч);

- технологические потребности 460 000 Вт (395 530 ккал/ч);

- собственные нужды котельной 200 000 Вт (171 970 ккал/ч).

К установке приняты три низкотемпературных водогрейных котла Vitoplex 200 SX2 1950 кВт ф.Viessmann и один низкотемпературный трехходовой паровой котел Vitoplex 100-LS 460 кВт (0,7 т/ч пара).