Котел птвм от котельного завода г. бийска. Как это выглядит на практике? Порядок заказа автоматики или полного комплекса работ по техническому перевооружению котлов серии «птвм»

Котел водогрейный ПТВМ- 30М/ 50/ 100/ 120/ 180

Техническое описание водогрейного котла ПТВМ-30М

Котёл водогрейный газомазутный предназначен установки в отопительных котельных в качестве основного источника теплоснабжения для получения горячей воды температурой 150 °С, используемой в системах отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения.

Котел — прямоточный с П-образной сомкнутой компоновкой поверхностей нагрева. Топка котла полностью экранирована трубами Ø60×3 мм, расположенными с шагом S=64 мм, и оборудована шестью газомазутными горелками МГМГ — 6, установленными встречно на боковых стенках.

Конвективные поверхности нагрева расположены в конвективном газоходе с боковыми стенками, экранированными трубами Ø83×3,5 мм, которые являются стояками конвективных секций, выполненных из труб Ø28×3 мм. Задняя стенка конвективного газохода экранирована трубами Ø60×3 мм.

Трубная система котла ПТВМ-30М опирается на каркасную раму на отметке 5,14 м.

Диапазон регулирования нагрузки котлов 30 -100% от номинальной производительности. Изменение теплопроизводительности котла осуществляется изменением числа работающих горелок.

Расход воды через котел должен поддерживаться постоянным, при изменении тепловой нагрузки изменяется разность температур воды на входе и выходе из котла.

Котлы, работающие на мазуте , могут быть оборудованы устройством газоимпульсной очистки (ГИО) для удаления наружных отложений с труб конвективной поверхности на грева.

Котел водогрейный ПТВМ-30М

Техническое описание водогрейных котлов ПТВМ-50, ПТВМ-100, ПТВМ-120

Котлы водогрейные предназначены для получения горячей воды температурой 150 °С в отдельно стоящих котельных, используемой в системах отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения и на ТЭЦ.

Котлы ПТВМ-50 и ПТВМ-100 могут эксплуатироваться как в основном режиме, так и в пиковом (для подогрева сетевой воды) соответственно от 70 до 150 °С и от 110 до 150 °С.

Котлы имеют башенную компоновку : над вертикальной топочной камерой располагается конвективная поверхность нагрева. Топочная камера экранирована трубами Ø60х3 мм.

Конвективная поверхность нагрева котлов ПТВМ-100 и ПТВМ-120 состоит из восьми пакетов, а котла ПТВМ-50 — из четырех пакетов, набирается из U-образных ширм из труб Ø28х3 мм. Боковые стены конвективного газохода закрыты трубами Ø83х3,5 с шагом 128 мм и являются одновременно стояками конвективных полусекций.

Трубные системы котлов подвешиваются к каркасу за верхние коллекторы и свободно расширяются вниз.

Котёл ПТВМ-50 оборудован 12 газомазутными горелками МГМГ-6 – по шесть с каждой стороны.

Котёл ПТВМ-100

Котёл ПТВМ-120 оборудован 16 газомазутными горелками МГМГ-8 – по восемь с каждой стороны.

Каждая горелка снабжена индивидуальным дутьевым вентилятором.

По согласованию котлы также могут быть оборудованы зарубежными и отечественными газовыми горелками соответствующей производительности (имеющими необходимые технические характеристики, сертификат соответствия и разрешение на применение Ростехнадзора).

Обслуживание горелочного устройства, его описание и технические характеристики приводятся в документации, прилагаемой к горелочным устройствам.

Котлы имеют облегченную обмуровку и теплоизоляцию.

Котел водогрейный ПТВМ-50


Котел водогрейный ПТВМ-100


Техническое описание водогрейного котла ПТВМ-180

Теплофикационный водогрейный газомазутный котел теплопроизводительностью 209 (180) МВт (Гкал/час). ПТВМ-180 устанавливается на ТЭЦ для покрытия пиков теплофикационной нагрузки.

Котел ПТВМ-180 башенного типа, водотрубный, радиационный прямоточный, с принудительной циркуляцией. Изменение теплопроизводительности котла осуществляется изменением количества работающих горелок при постоянном расходе воды и переменном температурном перепаде.

Котел оборудован 20 газомазутными горелками МГМГ-10 с индивидуальным дутьевым вентилятором на каждой горелке.

Топочная камера предназначена для сжигания высокосернистого мазута и природного газа. Стены топочной камеры полностью экранированы трубами Ø60х3,5мм. Трубы экранов соединены между собой двумя горизонтальными поясами жёсткости. Топочная камера разделена на три части двумя двухсветными экранами.

Конвективная часть состоит из 176 секций (U-образные змеевики из труб Ø28х3, вваренные в стояки Ø83х4 мм). По ходу газов конвективная часть разделена на два пакета.

Каркас котла состоит их 4-х плоских рам общей высотой 13,2 м. На верхней отметке расположены грузовые ригели рам и несущие балки потолка, к которым за специальные тяги подвешивается весь котёл. Для придания общей пространственной жёсткости всей конструкции используются помосты, опоясывающие каркас на трёх отметках. Для очистки конвективной части котла от наружных загрязнений предусмотрена обмывка сетевой водой.

Котел имеет облегченную обмуровку и теплоизоляцию.

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

хорошую работу на сайт">

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

Министерство путей сообщения Российской Федерации

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

Кафедра: "Теплоэнергетика железнодорожного транспорта"

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: "Оборудование и эксплуатация тепловых станций с водогрейными котлами"

тема: "Котельная с водогрейными котлами ПТВМ-60"

1. Расчет тепловой схемы котельной

1.1 Тепловая схема

1.2 Расчет максимально зимнего режима

1.2.1 Определение расхода воды в тепловой сети

1.2.2 Определения температуры воды в обратной сети

1.2.4 Расход воды на рециркуляцию

1.2.5 Определение тепловых нагрузок

1.3.2 Определение температуры воды в обратной сети

1.3.3 Определение температуры воды за котлом

1.3.4 Расход воды на собственные нужды

1.3.5 Расход воды на рециркуляцию и перепуск

2. Тепловой расчет котла ПТВМ-60

2.1 Расчет горения топлива

3. Аэродинамический расчет котла

3.2 Сопротивление конфузора

3.4 Расчет самотяги трубы

1. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ

1.1 Тепловая схема

Основной целью расчета тепловой схемы котельной является:

определение общих тепловых нагрузок, состоящих из внешних нагрузок и расходов тепла на собственные нужды;

распределение этих нагрузок для обоснования выбора основного оборудования;

определение всех тепловых и массовых потоков, необходимых для выбора вспомогательного оборудования и определения диаметров трубопроводов и арматуры;

определение исходных данных для дальнейших технико-экономических расчетов. Расчет тепловой схемы позволяет определить суммарную теплопроизводительность котельной при нескольких режимах ее работы.

По известным расходам воды производится выбор типа, количества и производительности котельных агрегатов.

Основной целью поверочного теплового расчета котла является определение теплоты сгорания топлива, вычисление объемов и энтальпий продуктов сгорания, составление теплового баланса, расчет температуры газов на выходе из топки, определение поверхности нагрева конвективной части и увязка его конструктивных характеристик с результатами теплового расчета. Расчет тепловой схемы котельной производится с целью определения расхода воды для отдельных узлов при характерных режимах работы котельной и составления общего материального баланса воды. Расчетом также определяется температура различных потоков воды. Результаты расчетов являются исходными данными для выбора оборудования отдельных узлов тепловой схемы и основных трубопроводов котельной.

Система теплоснабжения потребителей присоединенных к тепловым сетям РТС - закрытая, двухтрубная. Теплоноситель- перегретая вода с температурным графиком 150-70.

В двухтрубных системах тепловая сеть состоит из двух линий: подающей и обратной. По подающей линии горячая вода подводится от станции к абонентам, по обратной линии охлажденная вода возвращается на станцию. Преимущественное применение в городах двухтрубных систем объясняется тем, что эти системы требуют меньших начальных вложений и дешевле в эксплуатации.

С обоих направлений обратная сетевая вода поступает через грязевик во всасывающий колектор сетевых насосов. Также во всасывающую линию тепловых насосов подается вода для собственных нужд РТС и подпиточная вода. Далее под действием сетевых насосов вода поступает в котлы.

1.2 Расчет максимального зимнего режима

1.2.1 определение расхода воды в теплой сети

где: - расход воды в тепловой сети.

Теплоемкость воды.

Температура воды в прямой линии.

Температура воды после систем отопления и вентиляции.

Расход тепла на отопление и вентиляцию (180 МВт)

Расход тепла на потери.

Расход тепла на утечки.

Объем тепловой сети.

1.2.2 Определение температур воды в обратной сети

где: - температура воды в обратной сети.

Расход тепла на горячее водоснабжение.

КПД теплообменника.

1.2.3 Определение расхода воды на собственные нужды

Составим 2 уравнения теплового баланса.

отсюда найдем

где: - температура воды между подогревателями сырой и химочищенной воды.

Температура воды за подогревателем сырой воды.

Температура сырой воды.

Температура воды за котлом.

Температура воды перед деаэратором.

Температура воды за системой ХВО.

Температура греющей воды за подогревателем сырой воды.

1.2.4 Расход воды на рециркуляцию и перепуск

где: - расход воды на рециркуляцию.

Производительность котла.

Расход воды на собственные нужды.

Расход воды на перепуск.

Производительность котла. ПТВМ - 60.

Число котлов ПТВМ - 60.

Расход котлов:

Расход воды на рециркуляцию:

1.2.5 Определение тепловых нагрузок на теплообменники.

1.3 Расчет режима холодного месяца

1.3.1 Определение расхода воды в тепловой сети

Расход тепла на отопление и вентиляцию:

Температура сети: - из температурного графика.

Температура воды после систем отопления и вентиляции: .

Расход тепла на потери:

Объем тепловой сети.

Расход тепла на утечки:

Расход тепла на горящее водоснабжение (ГВС).

Расход воды в тепловой тети: ,

1.3.2 определение температуры воды в обратной сети

1.3.3. Определение температуры воды за котлом.

Температура воды за котлом:

1.3.4 Определение расхода воды на собственные нужды

Температура воды между подогревателями сырой и химочищенной воды.

1.3.5 Определение расхода воды на рециркуляцию и перепуск

Определим температуру воды в точек А.

1.3.6 Определение тепловых нагрузок на теплообменник

Режим отопительного сезона. В точке перелома температурного графика и летний режим рассчитывается аналогично режиму холодного месяца. Полученные данные сведены в таблицу №1.

Таблица №1

Наименование величины

Тепловыережимы

Температура наружного воздуха,

Температура прямой сети,

Температура обратной сети,

Температура воды за котлом,

Температура воды за системой отопления,

Температура воды в точке А,

Расход воды в тепловой сети,

Расход воды на утечки,

Расход воды на собственные нужды,

Расход воды на рециркуляцию,

Расход воды на перепуск,

Потери тепла,

Расход тепла на отопление и вентиляцию,

Производительность котла,

Теплопроизводительность теплообменника подогрева сырой воды,

Теплопроизводительность подогревателя химочищеной воды,

Количество котлов,

2.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЛА ПТВМ-60

Описание котла ПТВМ-60.

Водогрейный котел ПТВМ-60 предназначен для работы на тепловых станциях (котельных), используя топливо - природный газ является основным источником теплоснабжения.

Котел имеет башенную компоновку. Конвективные поверхности располагаются непосредственно над топочной камерой которая полностью экранирована. Конвективная поверхность нагрева имеет площадь 1378 м, образована трубами диаметром 28х3 и выполнена в виде змеевиковых пакетов с шахматным расположением труб с шагами: вертикальным 64 мм, горизонтальным 33мм. Средняя длина змеевиков 8,32 м.

На боковых стенках котла устанавливаются 12 газовых горелок ГГРУ-600 (по шесть горелок на каждой стороне) с индивидуальными дутьевыми вентиляторами Ц-14-46-4.

Над каждым котлом устанавливают стальную дымовую трубу, которая упирается на каркас. Труба имеет диаметр 2,5 м. Котел предназначен для работы с естественной тягой, поэтому высота трубы достигает 70 м.

Котел установлен полуоткрыто, поэтому в закрытом помещении располагается только нижняя часть котла (до отметки 6 м), где размещены горелочные устройства, арматура и дутьевые вентиляторы. Обмуровка котла выполнена натрубной облегченного типа. Вся трубная часть котла подвешивается к раме каркаса.

Топочная камера разделена на четыре угловых блока. Конвективная часть на шесть блоков.

Вода в котле подается с помощью насосов. Вода из теплосети подводится в нижний коллектор заднего экрана и последовательно проходит через все элементы поверхности нагрева котла, после чего через нижний коллектор фронтового экрана отводится в тепловую сеть.

2.1 Расчет горения топлива

Расчеты теоретического объема воздуха и продуктов сгорания определяются в кубических метрах при нормальных условиях (0,760 мм рт ст) на 1мсухого газообразного топлива. Состав топлива задается в процентах.

Таблица 2.1.

Cастав газа по объему, %

Объемы воздуха и продукты сгорания при сжигании 1нм сухого газообразного топлива определяются по формулам:

Теоретическое количество воздуха

Объем трехатомных газов

Теоретический объем азота.

Теоретический объем водяных паров

Теоретический объем дымовых газов

Полученные данные сведены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

Объем продуктов сгорания зависит от коэффициента избытка воздуха и определяется по формуле:

Определяем объемные доли трехатомных газов в продуктах сгорания и заносим их в таблицу 2.3.

Таблица 2.3.

Cсредний объем, нм

Энтальпия дымовых газов на 1мтоплива подсчитывается по формуле:

Энтальпия газов при и температуре газов

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при Н.У.:

Подсчитываем энтальпии уходящих газов при =1 и температуре газов 100:

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при Н.У. и температуре 100.

Энтальпия 1м влажного воздуха,углекислого газа,азота,и водяных паров определяется по таблице,Энтальпия газообразных продуктов сгорания,.

Энтальпия дымовых газов на топлива при=1.05 (на выходе из топки):

Энтальпия дымовых газов на топлива при=1.08 (на выходе из котла):

Подсчитываем энтальпии продуктов сгорания при значениях а на выходе из топки и котла и заносим в таблицу 2.4

Таблица 2.4

2.2 Тепловой баланс котельного агрегата

Составление теплового баланса котельного агрегата заключается в установлении равенства между поступившим в агрегат количеством тепла, называемым теплом Q , и суммой полезно использованного тепла, и тепловых потерь. На основании теплового баланса вычисляют КПД и необходимый расход топлива.

Общее уравнение теплового баланса:

где -потеря тепла с уходящими газами;

Потеря тепла от химической неполноты сгорания;

Потеря тепла от механической неполноты сгорания;

Потеря тепла от наружного охлаждения;

Потеря с теплом шлаком;

Потеря тепла с уходящими газами определяется как разность энтальпий продуктов сгорания на выходе из котельного агрегата и холодного воздуха:

где I-энтальпия уходящих газов с температурой 170 (принята в первом приближении) при коэффициeнте избытка воздуха =1.08;

I-энтальпия холодного воздуха, поступающего на горение, с температурой -26

Расход топлива, подаваемого в топку, определяется по формуле:

2.3 Тепловой расчет топочной камеры

Геометрические характеристики топки.

полная поверхность стен топки, вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающий объем топочной камеры. Границами поверхностей экрана являются осевые плоскости экранных труб:

где -поверхности топочной камеры:

Лучевоспринимающая поверхность камеры сгорания находится как сумма лучистых поверхностей переднего и заднего экранов, боковых стен и окна фестона:

где х-угловой коэффициент, зависит от отношения шага труб к их диаметру. При s/d=64/60=1.067; х=0.99

Неэкранированная поверхность топочной камеры.

Эффективная толщина излучающего слоя в топке вычисляется по формуле:

где -объем топочной камеры.

2.4 Расчет теплообмена в топке

Расчет основывается на приложении теории подобия к топочным процессам.

Расчетная формула связывает безразмерную температуру газов на выходе из топки с критерием Больцмана Во, степенью черноты топки а и параметром М, учитывающим характер распределения температуры по высоте топки и зависящим от относительного местоположения максимума температуры пламени.

Исходной для расчета теплообмена является формула

действительная для значений

Здесь - абсолютная температура газов на выходе из топки, К;

Температура газов, которая была бы при адиабатическом сгорании, К.

Адиабатическая температура, определяется по полезному тепловыделению в топке, равному энтальпии продуктов сгорания, при избытке воздуха в конце топки.

По таблице 3.4 методом интерполяции определяем адиабатическую температуру:

Для однокамерных топок параметр М определяется в зависимости от относительного положения максимума температуры пламени на высоте топки.

При сжигании мазута и газа:

Приведенные рекомендации по значениям М относятся к случаям, когда максимум температур факела располагается на уровне горелок. В случаях, когда максимум температур располагается выше или ниже уровня горелок, к величине следует вводить поправку:

При сжигании газа и встречном расположении горелок

Отопительный уровень расположения горелок определяется из отношения:

где -высота расположения осей горелок относительно пода топки или середины холодной воронки;

Общая высота топки от пода топки или середины холодной воронки до середины выходного окна из топки или до ширм в случае полного заполнения ими верхней части топки.

При расположении горелок в несколько рядов

где п- количество горелок в первом и втором ряду;

В- расход топлива через горелку;

h - высота расположения осей горелок первого и второго рядов.

Критерий Больцмана Во рассчитывается по формуле:

где - расчетный расход топлива, ;

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов;

4,9- коэффициент излучения абсолютно черного тела, ;

V- cсредняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 нм топлива в интервале температур;

Коэффициент сохранения тепла.

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности экранов определяют по формуле:

где -коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения или закрытия изоляцией поверхностей равный 0,65.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания, адиабатной и на выходе из топки, 1 нмтоплива в интервале температур определяется по формуле:

Коэффициент сохранения тепла определяем по формуле:

Степень черноты экранированных топок определяется по формуле:

Степень черноты факела

В пламени газа и мазута основными излучающими компонентами являются трехатомные газы СОи взвешенные в них мельчайшие сажистые частицы.

При сжигании газообразного и жидкого топлив эффективная степень черноты факела

где - степень черноты, какой обладал бы факел при заполнении всей камеры соответственно только светящимся пламенем или только несветящимися трехатомными газами. где определяются по формулам:

т -коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объема. т=0,188;

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

где -температура газов в конце топки, принимаем 1601 К, (1328);

Суммарное парциальное давление газов, кгс/см.

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами:

где -коэффициент избытка воздуха в топке;

Соотношение содержания углерода и водорода в рабочей массе топлива. Для газа:

Окончательно температура газов на выходе из топки равна:

2.5 Расчет теплообмена в конвективной части поверхностей нагрева

Исходные данные.

Диаметр труб, мм: 28х3; 83х3,5.

Шаги труб, мм: =64; =33.

Расположение труб шахматное.

Средняя длинна змеевика, м: =8,32.

Количество рядов, 56.

Количество труб в ряду, .

Поверхность нагрева конвективной части,: Н=1372.

Сечения для проходоа газов, : F=9.66.

Относительные шаги:

Скорость воды в конвективном пучке [w] оценочно принята 1.1 м/с.

Температура воды в конвективе.

Количество тепла воспринятого топкой:

Расход воды через котел:

Степень нагрева воды в топке:

с- средняя теплоемкость воды.

Средняя температура нагрева воды в одном экране котла:

Отсюда оценочно принимаем:

Температура воды в конвективных трубках со стороны фронтового экрана:

Температура воды в конвективных трубках со стороны заднего экрана: 69,1-97,7 .

Средняя температура воды в конвективе:

Основные уравнения

Для расчета конвективных поверхностей нагрева используется два уравнения.

Уравнение теплообмена:

где Q - тепло, воспринятое рассчитываемой поверхностью конвекцией и излучением, отнесенное топлива, Ккал/нм;

k - коэффициент теплопередачи, отнесенный к расчетной поверхности нагрева, ;

Температурный напор,;

В- расчетный расход топлива, ;

Н - расчетная поверхность нагрева, м.

В конвективных пучках расчетная поверхность нагрева принимается равной полной поверхности труб с наружной (газовой) стороны.

В уравнении теплового баланса тепло, отданное дымовыми газами, приравнивается к теплу, воспринятому водой.

Тепло, отданное газами:

где - коэффициент сохранения тепла, учитывающий его потери в окружающую среду, =0,9956;

Энтальпия газов на входе в поверхность нагрева и на выходе из нее, ;

Количество тепла, вносимого присылаемым воздухом, .

Тепло, воспринятое обогреваемой средой вследствие охлаждении газов, рассчитывается по формуле:

где G- расход воды через рассчитываемую поверхность, кг/ч;

Энтальпия воды на выходе и входе из поверхности нагрева, Ккал/кг.

Расчет конвективной части считается законченным, если тепловосприятие, подсчитанное по формуле (1) расходится с величиной, подсчитанной по уравнению теплового баланса (2) или (3), не более чем на 2%. При большем расхождении величин принимают новое значение конечной температуры и повторяют расчет.

Температурный напор.

Температурный напор определяется как средне логарифмическая разность температур по формуле:

где - разность температур сред в том конце поверхности, где она больше, ;

Разность температур на другом конце поверхности, ;

Поскольку конструкция котла устроена таким образом, что змеевики конвективной части крепятся к фронтовому и заднему экрану и теплоноситель имеет в них разную температуру, то температурный напор вычисляется сначала для змеевиков фронтового экрана, а затем для заднего экрана. Из полученных данных определяется среднее значение температурных напоров.

Коэффициент теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для многослойной плоской стенки выражается формулой:

где - коэффициенты теплоотдачи от греющей среды к стенке и от стенки к обогреваемой среде, Ккал/;

Толщина и коэффициент теплопроводности металлической стенки трубы, м и Ккал/;

Толщина и коэффициент теплопроводности слоя золы или сажи на наружной поверхности трубы, м и Ккал/;

Тепловое сопротивление загрязняющего слоя, называемое коэффициентом загрязнения, ;

Толщина и коэффициент теплопроводности слоя накипи на внутренней поверхности трубы, м и Ккал/.

Если одна или обе теплообменивающиеся среды представляют собой дымовой газ или воздух, то термическое сопротивление на газовой и воздушной сторонах () будет значительно больше термического сопротивления металла труб; последним в этом случае принебригают ().

При нормальной эксплуатации отложение накипи не должны достигать толщины, вызывающей существенное повышение термического сопротивления и рост температуры стенки трубы, поэтому в тепловом расчете оно не учитывается ().

Коэффициент загрязнения зависит от большого количества факторов: рода топлива, скорости газа, диаметра труб, их расположения, крупности золы и др. Из-за отсутствия в ряде случаев этих данных применяются два метода оценки загрязнения: с помощью коэффициента загрязнения и коэффициента эффективности, представляющего собой отношение коэффициентов теплопередачи загрязненных и чистых труб.

Коэффициент теплопередачи гладкотрубных шахматных и коридорных пучков при сжигании газа и мазута рассчитывается при помощи коэффициента тепловой эффективности:

Для котлов, работающих на природном газе при средней температуре газов большей 400.

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке для конвективных пучков:

где - коэффициент использования, учитывающий уменьшение тепловосприятия поверхности нагрева вследствие неравномерного омывания ее газами, частичного перетекания газов помимо нее и образования застойных зон. Для поперечно омываемых пучков труб коэффициент =1.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией Ккал/;

Коэффициент теплоотдачи излучением Ккал/.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией зависит от скорости и температуры потока, определяющего линейного потока, расположения труб в пучке, вида поверхности (гладкая или ребристая) и характера ее обмывания (продольное, поперечное или косое), физических свойств омываемой среды и (в отдельных случаях) от температуры стенки.

Расчетная скорость дымовых газов определяется по формуле:

где F - площадь живого сечения, (конструкторские данные);

Расчетный расход топлива, ;

V- объем газов на 1, определенный по среднему избытку воздуха в газоходе, ;

Средняя температура газов в конвективном пучке.

Расчетная температура потока газов равна сумме средней температуры обогреваемой среды и температурного напора.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании коридорных пучков и ширм, отнесенный к полной поверхности труб (по наружной окружности), вычисляется по формуле:

где С - поправка на число рядов труб по ходу газов, определяется в зависимости от среднего числа рядов в отдельных пакетах рассчитываемого пучка. При;

С- коэффициент, определяемый в зависимости от относительного поперечного шага и значения

средний относительный диагональный шаг труб

Относительный продольный шаг труб

Коэффициент теплопроводности при средней температуре потока, Ккал/:

Коэффициент теплопроводности дымовых газов среднего состава, определяется в зависимости от температуры уходящих газов, =5,9 Ккал/.

Множитель определяется в зависимости от и температуры газов. =1,04.

[ Ккал/]=72,16[Вт/м ];

Коэффициент кинематической вязкости при средней температуре потока, :

Коэффициент кинематической вязкости дымовых газов среднего состава, определяется в зависимости от температуры уходящих газов, =77,18 .

Множитель определяется в зависимости от и температуры газов. =1,02.

d - диаметр труб, м;

w - скорость теплоносителя, м/с;

Pr - критерий Прандтля при средней температуре потока:

Критерий Прандтля для дымовых газов среднего состава, определяется в зависимости от температуры уходящих газов, =0,679

Множитель определяется в зависимости от. =1,04.

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания

Коэффициент теплоотдачи излучением продуктов сгорания для газового потока (при отсутствии золы) находится по следующим формулам:

где а- степень черноты загрязненных стенок лучевоспринимающих поверхностей, а=0,8.

а - степень черноты потока газов при температуре Т, определяемая по формуле:

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания. Для котлов без наддува р=1 кгс/см;

s - эффективная толщина излучающего слоя, м:

Усредненные по поверхности нагрева поперечный и продольный шаги труб, м:

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами. Определяется по формуле:

где - температура уходящих газов, К;

Суммарная объемная доля трехатомных газов;

Суммарное парциальное давление газов, кгс/см.

Т - абсолютная температура продуктов сгорания, К

Т=496,4+273=769,4

Абсолютная температура загрязненной наружной поверхности, К

при сжигании газа для всех поверхностей нагрева принимают:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к обогреваемой среде

Коэффициент теплоотдачи при продольном обтекании поверхности нагрева однофазным турбулентным потоком при давлении и температуре, далеких от критических, определяется по формуле:

где - коэффициент теплопроводности при средней температуре среды. Для воды при

Коэффициент кинематической вязкости при средней температуре потока. Определяется по формуле:

Коэффициент динамической вязкости

v - удельный объем воды. При

w - расчетная скорость воды;

Эквивалентный диаметр, м;

Pr - критерий Прандтля, для воды при при

Поправка, зависящая от температуры потока и стенки. Для воды и других капельных неметаллических жидкостей (Pr>0.7):

Динамическая вязкость жидкости при средней температуре и температуре стенки:

Поправка вводится только при течении в кольцевых каналах и одностороннем обогреве. При двустороннем обогреве =1.

Поправка на относительную длину вводится в случае прямого входа в трубу без закругления при значениях l / d <50. В нашем -случае не учитывается.

Определяем погрешность вычислений:

<2%, следовательно расчет закончен.

3. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОТЛА

3.1 Сопротивление конвективной части котла

Местные сопротивления рассчитываются по формуле:

где - коэффициент местного сопротивления, который зависит в основном от геометрической формы расматреваемого участка, а иногда от числа Рейнольдса;

w - скорость газов, м/с;

Плотность дымовых газов, кг/м.

Коэффициент местного сопротивления гладкотрубного шахматного пучка определяется по формуле:

где - число рядов труб по глубине пучка;

Коэффициент сопротивления, отнесенный к одному ряду пучка и зависящий от:

Для всех шахматных пучков, с 3< при >1.7

где - коэффициент формы шахматного пучка, который при для пучков с определяется из выражения:

3.2 Сопротивление конфузора

Коэффициент местного сопротивления конфузора определяется по формуле:

где - коэффициент полноты удара. Определяется в зависимости от вида конфузора и его суммарного угла раскрытия;

Коэффициент сопротивления при резких изменениях сечения.

3.3 Сопротивление дымовой трубы

Сопротивление цилиндрической дымовой трубы определяется как сумма потерь по длине (на трение) и потерь на выходе из трубы.

Сопротивление дымовой трубы по длине рассчитывается по формуле:

где - коэффициент сопротивления трения. При турбулентном движении потока определяется из выражения:

k - абсолютная шероховатость стенки, м. Для газо- и воздухопроводов из стали (с учетом сварных швов) k=0.4.

Сопротивление на выходе из дымовой трубы:

Суммарное сопротивление котла:

3.4 Расчет cамотяги котла

Величина самотяги любого участка газового тракта вычисляется по формуле:

где Н - расстояние по вертикали между серединами конечного и начального сечений рассчитываемого участка тракта, м;

р - абсолютное среднее давление газов на участке, кгс/см;

Плотность дымовых газов при 760 мм рт ст и;

Средняя температура газового потока на данном участке, ;

0,132 - плотность наружного воздуха при 760 мм рт ст и;

Самотяга топки:

Самотяга конвективного пакета:

Самотяга трубы с конфузором:

Суммарная самотяга:

Давление в топке:

Подобные документы

    Построение для котельной с водогрейными котлами графика температур. Расчет газового тракта котельной. Выбор диаметра и высоты дымовой трубы. Определение производительности насосов, мощности и числа оборотов электродвигателей. Выбор теплового контроля.

    курсовая работа , добавлен 07.06.2014

    Сведения о топке и горелке котла. Топливо, состав и количество продуктов горения, их теплосодержание. Тепловой расчет топки. Расчет сопротивления газового котла, водяного экономайзера, газоходов, дымовой трубы. Выбор дымососа и дутьевого вентилятора.

    курсовая работа , добавлен 06.05.2014

    Расчет горения топлива. Тепловой баланс котла. Расчет теплообмена в топке. Расчет теплообмена в воздухоподогревателе. Определение температур уходящих газов. Расход пара, воздуха и дымовых газов. Оценка показателей экономичности и надежности котла.

    курсовая работа , добавлен 10.01.2013

    Выбор типа котла. Энтальпия продуктов сгорания и воздуха. Тепловой баланс котла. Тепловой расчет топки и радиационных поверхностей нагрева котла. Расчет конвективных поверхностей нагрева котла. Расчет тягодутьевой установки. Расчет дутьевого вентилятора.

    курсовая работа , добавлен 07.11.2014

    Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания. Тепловой баланс теплогенератора. Поверочный тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева, водяного экономайзера. Выбор дымососа и дутьевого вентилятора. Технико-экономические показатели работы котельной.

    курсовая работа , добавлен 17.05.2015

    Описание конструкции котлоагрегата, его поверочный тепловой и аэродинамический расчет. Определение объемов, энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Расчет теплового баланса и расхода топлива. Расчет топочной камеры, разработка тепловой схемы котельной.

    курсовая работа , добавлен 07.01.2016

    Характеристика котла ДЕ-10-14ГМ. Расчет объемов продуктов сгорания, объемных долей трехатомных газов. Коэффициент избытка воздуха. Тепловой баланс котельного агрегата и определение расхода топлива. Расчет теплообмена в топке, водяного экономайзера.

    курсовая работа , добавлен 20.12.2015

    Поверочный тепловой расчет котла КВ-Р–4,65–150. Конструктивный расчет хвостовых поверхностей нагрева. Тепловой баланс котельного аппарата. Предварительный подбор дымососов и дутьевых вентиляторов. Аэродинамический расчет газовоздушного тракта котлов.

    дипломная работа , добавлен 15.10.2011

    Cоставление тепловой схемы котельной. Выбор основного и вспомогательного оборудования. Тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата. Технико-экономическая реконструкция котельной с установкой котлов КВ-Рм-1 и перехода на местные виды топлива.

    дипломная работа , добавлен 20.04.2014

    Основы проектирования котельных, выбор их производительности и типа. Тепловой расчет агрегата, определение количества воздуха, необходимого для горения, состава и количества дымовых газов. Конструктивный расчет экономайзера, проверка теплового баланса.

В данном дипломном проекте рассмотрена автоматизация водогрейного котла птвм-60, - страница №1/4

Лист


Введение

В данном дипломном проекте рассмотрена автоматизация водогрейного котла ПТВМ-60, 2-Правобережной котельной с разработкой АСР тепловой нагрузки котла.

2-я Правобережная котельная введена в эксплуатацию в 1976г. Её мощность в 2006г. составляла 278,5 Гкал/час. После реконструкции по замене паровых котлов на водогрейные, а водогрейные котлы ПТВМ-50 на более мощные котлы ПТВМ-60 и строительство нового котла типа ПТВМ-120, позволило увеличить мощность котельной с использованием существующего здания и установленного в нем оборудования до 438,5 Гкал/час. Все котлоагрегаты были оснащены автоматической системой розжига и регулирования горения «Амакс».

Существующая система управления водогрейным котлом ПТВМ-60 реализована на базе ПЛК КПС-19-06 с использованием современного оборудования, но без частотного регулирования. Это свидетельствует о моральном устаревании данной САУ, не смотря на удовлетворительную эффективность работы водогрейного котла.

В процессе эксплуатации желательно плавное регулирование температуры сетевой воды за котлом. Это возможно с помощью использования частотных регуляторов, которые плавно изменяют производительность дутьевых вентиляторов и давление газа перед котлом.

Поэтому предлагаемая система управления будет также реализовываться на базе ПЛК КПС-19-06, но уже с внедрением подсистемы с применением частотных преобразователей. Предлагаемая подсистема будет реализовываться в среде моделирования Trace Mode 6 и по результатам моделирования будет произведена оценка качества управления.

1. ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ

1.1. Техническая характеристика котла ПТВМ-60

Водогрейным котлом называется устройство, предназначенное для получения горячей воды. Тепло водогрейный котёл передаёт жидкому теплоносителю, в данном случае, воде. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования горячей воды, служит топливо.

Объектом автоматизации является водогрейный котёл ПТВМ-60М (пиковый теплофикационный водогрейный газомазутный модернизированный котёл теплопроизводительностью 60 Гкал/ч), установленный на 2-ой Правобережной котельной ГУП «ТЭК СПб» по адресу Ванеева д.3. Котел выполнен на базе котла ПТВМ-50 аналогичного назначения, однако конструкция претерпела существенные изменения.

Были выполнены следующие мероприятия:

Изменен диаметр труб конвективных пакетов с ø 28 х 3 мм до ø 38х 3 мм для увеличения их поверхности нагрева с 1110 м2 до1361 м2;

Дополнительно запроектированы 4 топочные ширмы, располагаемые в топке ниже первого, конвективного пакета из труб ø 38 х 3 мм, поверхность которых составила 65,9 м2;

Поверхности нагрева конвективных пакетов выполнены мембранными, посредством варки между трубами полосы шириной 17 мм и толщиной 4 мм;

На боковых экранах топки, в одной горизонтальной плоскости,установлены, вместо ранее использовавшихся 12 горелок,специально разработанные для этого котла 4 газомазутные горелки СГМТ 20 (секторные газомазутные Тасса).

При пуске и эксплуатации котла ПТВМ-60 на газе отмечены следующие показатели:

При подаче дымовых газов рециркуляции в горелки, что было выполнено при нагрузке 50 %, в количестве 12 % к объему воздуха, было отмечено снижение выхода NОx в 2,6 раза, т.е. со 155 до 59 мг/м 3 .

Надежность работы дополнительной поверхности нагрева топочных ширм проверена, приращение температуры среды в ширмах составляет до 50 0 С, температура металла не превышает 180 0 С.

Сопоставление результатов испытания водогрейного котла ПТВМ-60 с серийным котлом ПТВМ-50 позволяет сделать следующие выводы:

Тепловая мощность котла увеличилась на 10 Гкал/ч (20 %);

Коэффициент полезного действия котла возрос на ~ 2 %;

Количество устройств управления горелками уменьшилось с 12 до 4;

Количество вращающихся механизмов уменьшилось с 12 до 3;

Выход оксидов азота уменьшился (при подаче рециркуляции) в 2,6 раза до величины 60 ÷ 80 мг/м3;

Осуществлена полная автоматизация работы котла.

Водогрейный котёл ПТВМ-60 предназначен для получения горячей воды давлением до 1,35 МПа и номинальной температурой 150°С используемой в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения, а также для технологических целей. В качестве топлива используется природный газ или мазут.

В топочной камере котла по всему периметру и вдоль всей высоты стен располагаются трубные плоские системы – топочные экраны. Они выполнены из свариваемых между собой труб, образующих сплошную (газонепроницаемую) оболочку. Газоплотная экранная система покрыта оболочкой из теплоизоляционного материала, которая уменьшает потери теплоты от наружного охлаждения стен агрегата, обеспечивает нормальные санитарно-гигиенические условия в помещении и исключает возможность ожогов персонала.

Котёл имеет башенную компоновку: над вертикальной топочной камерой прямоугольной формы располагается конвективная поверхность нагрева. Конвективная поверхность нагрева имеет площадь 1361 м. Конвективная поверхность нагрева котла ПТВМ-60 состоит из четырех пакетов, расположенных в вертикальной, полностью экранированной шахте, набирается из U – образных секций из труб ø38 × 3 с шагом S1=64мм, S2=33мм.

Боковые стены конвективного газохода закрыты трубами ø83×3,5мм с шагом 128мм и являются одновременно стояками конвективных секций. Трубная система котла подвешивается к каркасу за верхние коллекторы и свободно расширяется вниз. Котёл имеет облегченную обмуровку и теплоизоляцию.

Котел ПТВМ-60 оборудован четырьмя газомазутными горелками СГМТ-20, расположенными попарно на боковых стенках по две штуки. Группа горелок (2 горелки) работает с одним общим дутьевым вентилятором ВДН-13-1000. Давление газа для горелок до 11 КПа. Тягодутьевая установка котла включает два дутьевых вентилятора ВДН-13-1000 и один дымосос рециркуляции дымовых газов ДН-10-1000.

Рециркуляция дымовых газов из газохода в общий воздуховод котла применена для предварительного подогрева воздуха до положительной температуры и для подавления выхода оксидов азота.

Над каждым котлом устанавливается стальная дымовая труба, которая упирается на каркас. Труба имеет диаметр 2,5 м. Котел предназначен для работы с естественной тягой, поэтому высота трубы достигает 70 м.

Котел установлен полуоткрыто, поэтому в закрытом помещении располагается только нижняя часть котла (до отметки 6 м), где размещены горелочные устройства, арматура и дутьевые вентиляторы.

Вода в котле подается с помощью насосов. Вода из теплосети подводится в нижний коллектор заднего экрана и последовательно проходит через все элементы поверхности нагрева котла, после чего через нижний коллектор фронтового экрана отводится в тепловую сеть. Котёл имеет облегченную обмуровку и теплоизоляцию.
Рис.1.1. Котел ПТВМ-60

1.2. Описание технологического процесса и основного оборудования котла ПТВМ-60

Водогрейный котел ПТВМ-60 представляет собой сложный производственный объект. Управление таким объектом требует быстрого принятия ответственных решений, поскольку перерывы и отказы в его работе ведут к серьёзным экономическим и социальным последствиям.

Технологический процесс в водогрейном котле – это процесс нагрева воды при сгорании топлива.

Для осуществления процесса нагрева сетевой воды, с начальной температурой 70 о С, к газомазутным горелкам по газо и мазутопроводам подается топливо (газ или мазут) через запорную арматуру, отсечные клапана и регулирующие органы. Природный газ, основную горючую часть которого составляет метан СН 4 (94%), поступает на горелки СГМТ-20 и по мере выхода из них сгорает в виде факела в топочной камере. Воздух для поддержания процесса горения подается с помощью вентилятора ВДН-13-1000. Так как теплота сгорания газа высока и составляет 8500 ккал/м 3 , то удельная потребность в подаваемом воздухе велика: на 1 м 3 газа требуется 9,6 м 3 воздуха, а с учетом коэффициента избытка воздуха  = 1,12 – 1,36.

В результате непрерывного горения топлива в топочной камере образуются нагретые до высокой температуры газообразные продукты сгорания. Они омывают снаружи топочные экраны, которые состоят из труб с циркулирующей внутри них водой и пароводяной смеси. Тепло передаваемое экранным трубам горячими газами нагревает воду до заданной температуры. И далее нагретая вода до 150 о С требуемыми показателями идет к потребителю.

Газообразные продукты сгорания удаляются из топки котла с помощью дымоотводящего тракта, который соединяет топку котла и дымовую трубу. С помощью дымососа ДН-10-1000 продукты сгорания удаляются через дымовую трубу в атмосферу.

Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной для закрытой системы теплоснабжения с расчетным температурным режимом 70 – 150 °С показана на рис.1.2.

Установленный на обратной линии сетевой (циркуляционный) насос (1) обеспечивает поступление питательной воды в котел и далее в систему теплоснабжения. Обратная и подающая линии соединены между собой перемычками – перепускной и рециркуляционной. Через первую из них при всех режимах работы, кроме максимального зимнего, перепускается часть воды из обратной в подающую линию для поддержания заданной температуры.

По условиям предупреждения коррозии металла температура воды на входе в котел при работе на газовом топливе должна быть не ниже 60 °С во избежание конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах. Так как температура обратной воды почти всегда ниже этого значения, то в котельных со стальными котлами часть горячей воды подается в обратную линию рециркуляционным насосом.
Рис. 1.2. Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной

1 – сетевой насос; 2 – подпиточный насос; 3 – бак-аккумулятор подпиточной воды; 4 – насос исходной воды; 5 – насос подачи воды к эжектору; 6 – расходный бак эжекторной установки; 7 – водоструйный эжектор; 8 – охладитель выпара; 9 – вакуумный деаэратор; 10 – подогреватель химически очищенной воды; 11 – фильтр химводоочистки; 12 – подогреватель исходной воды; 13 – водогрейный котёл; 14 – рециркуляционный насос; 15 – линия перепуска.

В коллектор сетевого насоса (1) из бака-аккумулятора (3) поступает подпиточная вода (насос, компенсирующая расход воды у потребителей). Исходная вода, подаваемая насосом (4), проходит через подогреватель (12), фильтры химводоочистки (11) и после умягчения через второй подогреватель (10), где нагревается до 75 - 80 °С. Далее вода поступает в колонку вакуумного деаэратора (9). Вакуум в деаэраторе поддерживается за счет отсасывания из колонки деаэратора паровоздушной смеси с помощью водоструйного эжектора (7). Рабочей жидкостью эжектора служит вода, подаваемая насосом (5) из бака эжекторной установки (6). Пароводяная смесь, удаляемая из деаэраторной головки, проходит через теплообменник – охладитель выпара (8). В этом теплообменнике происходит конденсация паров воды, и конденсат стекает обратно в колонку деаэратора. Деаэрированная вода самотеком поступает к подпиточному насосу (2), который подает ее во всасывающий коллектор сетевых насосов (1) или в бак подпиточной воды (3).

Подогрев в теплообменниках химически очищенной и исходной воды осуществляется водой, поступающей из котлов. Во многих случаях насос, установленный на этом трубопроводе (показан штриховой линией), используется также и в качестве рециркуляционного.

Газоснабжение котла осуществляется от газорегуляторного пункта (ГРП) расположенного в отдельно стоящем здании. ГРП обеспечен следующим оборудованием: отключающими устройствами, фильтрами, запорными и сбросными клапанами, регуляторами давления. В ГРП и между газопроводами котлов предусматриваются перемычки, позволяющие обеспечивать газом котлы в случае выхода из строя одной из линий редуцирования.

Тепловой баланс водогрейного котла

Суммарное количество теплоты, поступающее в котлоагрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Q р р. Между теплотой, поступившей в котлоагрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Тепловой баланс водогрейного котла имеет вид:


Q р р =Q 1 +Q 2 +Q 3 +Q 5 [кДж/м 3 ] (1.1.)

Если тепловой баланс выразить в процентах от располагаемой теплоты (Q р р =100%), то уравнение (1.1.) имеет вид:

100=q 1 +q 2 +q 3 +q 5 (1.2.)

где: q i =.

В этих формулах:

Q р р – располагаемая теплота, (кДж/м 3);

Q 1 (q 1) – полезная теплота, содержащаяся в горячей воде, (кДж/м 3);

Q 2 (q 2) – потеря теплоты с уходящими газами, (кДж/м 3);

Q 3 (q 3) – потеря теплоты от химической неполноты сгорания, (кДж/м 3);

Q 5 (q 5) – потеря теплоты котлом в окружающую среду, (кДж/м 3).

Полезная мощность водогрейного котла (кВт) рассчитывается по формуле:

Q 1 =Q в.к.. =G в (i г.к. -i х.в.) (1.3.)

где: G в – расход воды через водогрейный котел (кг/с);

i х.в – энтальпия холодной воды на входе в водогрейный котел, кДж/кг;

i г.к. - энтальпия горячей воды на выходе из водогрейного котла, кДж/кг.

Потеря теплоты с уходящими газами (q 2) обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котлоагрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха.
Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле:

q 2 = (1.4.)

где: I ух – энтальпия уходящих газов при соответствующих значениях α ух и выбранной температуре уходящих газов, кДж/кг;

I 0 х.в. - энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при температуре воздуха 30˚С по формуле (1.5.), кДж/кг;

α ух – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

Энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяемая при температуре воздуха 30˚С, рассчитывается по формуле:

I 0 х.в. =39,8V 0 (1.5.)

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q 3) обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов CO, H 2 , CH 4

Потеря теплоты котлом в окружающую среду (в процентах) определяется по формуле:



q 5= q 5ном (1.6.)

где: N ном – номинальная мощность водогрейного котла, МВт;

N – расчетная мощность водогрейного котла, МВт.
Располагаемая теплота для газообразного топлива может быть так же представлена в виде формулы:

Q р р =Q c н +Q в.вн. +i тл. (1.7.)


где: Q c н – низшая теплота сгорания сухой массы газа, (кДж/м 3);

Q в.вн – теплота, внесенная в котлоагрегат воздухом, (кДж/м 3), рассчитывается по приведенной ниже формуле:

Q в.вн =β΄(I o вп -I о х.в.) (1.8.)

где: β΄ - отношение количества воздуха на входе котла к теоретически необходимому;

I o вп - энтальпия теоретического объема воздуха при входе в котлоагрегат, кДж/кг.

Если формулы (1.1.) и (1.7.) приравнять друг к другу, то получим следующее выражение:

Q c н +Q в.вн. +i тл = Q 1 +Q 2 +Q 3 +Q 5 (1.9.)
Из данного выражения требуется найти температуру горячей воды на выходе из водогрейного котла. Подставив в уравнение (1.9.) значения всех его составляющих и сделав некоторые преобразования, получим уравнение для нахождения энтальпии горячей воды на выходе из водогрейного котла:

i г.в. = (1.10.)

Ниже приводится табл. 1 в соответствии, с которой, найдя значения энтальпии из уравнения (1.10.) можно определить температуру воды на выходе из котла.

Таблица 1.1.

Зависимость температуры воды на выходе котла от энтальпии



t, °C

Р, Па

i, кДж/кг

70

3,1161·10 4

292,97

80

4,7359·10 4

334,92

90

7,0108·10 4

376,94

100

1,0132·10 5

419,06

110

1,4326·10 5

461,32

120

1,9854·10 5

503,7

130

2,7012·10 5

546,3

140

3,6136·10 5

589,1

150

4,7597·10 5

632,2

160

6,1804·10 5

675,5

На котле установлены следующие устройства:

1. Вентиляторы дутьевые ВДН-13-1000 - предназначены для подачи воздуха в топки паровых и водогрейных котлов различной теплопроизводительностью для сжигания всех видов топлива.

Вентиляторы предназначены для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -30 °С и не выше +40 °С. Максимально допустимая температура перемещаемой среды на входе в вентиляторы + 200 °С.
Рис. 1.3. Дутьевой вентилятор ВДН-13-1000
Устройство вентиляторов:

Основными узлами вентиляторов типа ВДН являются рабочее колесо, улитка (корпус), всасывающий патрубок, осевой направляющий аппарат и постамент.

Рабочие колеса вентиляторов правого и левого направления вращения состоят из крыльчатки сварной конструкции и ступицы.

Вентиляторы выполняются без автономной ходовой части с непосредственной посадкой рабочих колес на вал электродвигателя-привода.

Ступицы рабочих колес вентиляторов имеют шлицевые пазы, что обеспечивает возможность применения вентиляторов в качестве дымососов на газомазутных котлах.

Улитки вентиляторов - сварные из листовой и профильной сталей. Для создания необходимой жесткости торцевые стенки улиток усиливаются оребрением из полос.

Производительность, полное давление, мощность на валу и КПД вентиляторов определяются при различных режимах работы по аэродинамическим характеристикам.
Таблица 1.2.

Технические характеристики ВДН-13-1000



№ п/п

Наименование параметра

Ед. изм.

Значение

1

Производительность

м 3 /ч

40000

2

Частота вращения

об/мин

1000

3

Давление

Па

2250

4

Потребляемая мощность

кВт

34

5

Масса

кг

1475

6

Электродвигатель

-

5АМ250S6

2. Дымосос ДН-10-1000 - это дымосос с назад загнутыми лопатками и диаметром рабочего колеса 10 дм и с частотой вращения 1000 об/мин. Предназначен для создания искусственной тяги для удаления из котла продуктов сгорания. Дымосос установлен за котлом.

Таблица 1.3.

Технические характеристики ДН-10



№
Наименование параметра

Ед. изм.

Значение

1

Производительность

м 3 /ч

13620

2

Частота вращения

об/мин

1000

3

Давление

Па

990

4

Потребляемая мощность

кВт

4,6

5

Масса

кг

708

6

КПД

%

62

Тягодутьевые устройства котла – вентилятор и дымосос (рис. 1.4.) – состоят из электродвигателя, установленного на металлической подмоторной раме, осевого направляющего аппарата и корпуса (улитки). Подачу воздуха и тягу регулируют направляющим аппаратом вентилятора или дымососа. Направляющий аппарат изготовлен из металлического кольца, внутри которого размещены поворотные лопатки. С помощью поворотного механизма лопатки перемещаются на одинаковый угол от открытия до полного закрытия.

Рис. 1.4. Тягодутьевые устройства котла

3 – электродвигатель, 4 – подмоторная рама
3. Газомазутная горелка СГМТ 20 создана в результате стендовой и промышленной обработки технических решений.

Горелка содержит секционированный воздушный короб, в котором вмонтированы:

Аксиальный лопаточный регистр с плавноизогнутыми лопатками с постоянным радиусом закрутки по высоте, коническим сужающимся ободом и расширяющейся втулкой;

Газовыдающий коллектор из двух труб, объединенных торцевой заглушкой и коническим насадком с двумя рядами газовыпускных отверстий (8 отв. ∅ 10 мм, 8 отв. ∅ 25 мм).

Кольцевая щель между втулкой и коническим насадком служит для подачи к насадку и головке форсунки охлаждающего воздуха.

Регистр секционирован посредством объединения межлопаточных каналов (через один) с различными секциями воздушного короба, при этом сечения секций составляют 30 и 70 %.

Использование только одной из секций позволяет существенно расширить возможности горелки.

Горелка заканчивается биконической амбразурой с пережимом. Газопроводы горелок оснащены клапанными блоками «Амакс». Горелка сертифицирована.

Таблица 1.4.

Характеристики горелки СГМТ-20



№ п/п

Наименование величины

Размерность

Значение

1

Тепловая мощность

Гкал/ч

15 - 60

2

Расход газа (при 20 С)

м 3 /ч

1995 - 8205

3

Давление газа перед горелкой

кПа

0,70 - 11,85

4

Давление воздуха перед горелкой

кПа

0,08 - 1,05

5

Коэффициент избытка воздуха

-

1,12 - 1,07

6

Наличие СО в дымовых газах

%

0 - 0,012

7

Выход оксидов азота при α= 1,4

мг/м 3

100 - 210

8

КПД «брутто»

%

94,13 - 92,05

5. Деаэраторы вакумные ДВ-300/75. Деаэраторы вакуумные ДВ предназначены для удаления коррозионно-агрессивных газов (кислорода и углекислоты) из питательной воды котлов, главным образом водогрейных и подпиточной воды систем горячего водоснабжения.

Вакуумный деаэратор состоит из бака и установленной на нём деаэрационной колонки.

Таблица 1.5.

Технические характеристики ДС-75

1.3. Анализ технологического процесса как объекта автоматизации

Водогрейный котел является сложным объектом автоматического регулирования с большим числом регулируемых параметров и регулирующих воздействий. Для поддержания стабильного режима работы котла на нем установлены следующие регуляторы:


  • Регулятор тепловой нагрузки, являющийся источником корректирующих сигналов управления давлением газа перед котлом для поддерживания заданной температуры воды после котла;

  • Регулятор поддерживания заданного давления газа перед котлом;

  • Регулятор давления воздуха перед котлом;

  • Регулятор разрежения в топке;

  • Регуляторы уравнивания давления газа на горелках по давлению перед ведущей горелкой (для каждой горелки);

  • Регуляторы соотношения топливо - воздух (для каждой горелки).

Регуляторы предназначены для поддержания технологических параметров в соответствии с заданным значением.

Важнейшим признаком водогрейных котлов при выработке тепловой энергии является невозможность резервирования готовой продукции и необходимость баланса между нагрузкой (с учетом теплоаккумулирующей способности потребителей и сетей) и суммарными мощностями. Появление небаланса сопровождается изменением температуры и давления теплоносителя в прямой и обратной магистралях, отклонения которых от номинальных значений лимитированы.

Таким образом, очевидна важность соблюдения теплового режима работы котла. Основным документом, регламентирующим работу котла в отопительный период, является температурный график центрального регулирования тепловой нагрузки котла, который представляет собой зависимость температуры теплоносителя в прямой и обратной линиях теплосети от температуры наружного воздуха t н.в. (рис. 1.5.).


Рис. 1.5. Температурный график центрального регулирования тепловой нагрузки котла ПТВМ-60

Тепловая нагрузка котла ПТВМ-60 имеет следующие основные составляющие: отопление, вентиляция, горячее водоснабжение (рис. 1.6.).


Рис.1.6. Среднее соотношение видов тепловой нагрузки котла ПТВМ-60

Каждый вид тепловой нагрузки характеризуется своим законом изменения во времени и тепловым потенциалом. Так, в течение всего периода теплоснабжения температура горячей воды у потребителя должна быть на уровне 55-60 °С . С учетом необходимого температурного перепада между греющей сетевой и нагреваемой водопроводной водой температура в подающей линии тепловой сети должна быть не ниже 60-70 °С. В осенне-весенний период для отопления необходима более низкая температура теплоносителя. Это привело к необходимости излома температурного графика центрального регулирования, т.е. поддержания температуры сетевой воды в подающей линии на уровне 60-70 °С в течение всего переходного периода . На рис. 1.5 изображены зависимости температуры сетевой воды в прямой и обратной линиях теплосети от температуры наружного воздуха. Температура обратной линии теплосети зависит от характера нагрузки горячего водоснабжения и ее зависимость от температуры наружного воздуха на практике может отличаться от показанной на рис. 1.5. Заданный график регулирования температуры прямой линии теплосети в зависимости от температуры наружного воздуха (рис. 1.5) должен соблюдаться при ведении теплового режима на котле ПТВМ-60.

Основными факторами, обуславливающими режим работы котла ПТВМ-60, являются температура окружающей среды и присоединенная тепловая нагрузка. Изменение температуры окружающей среды представляет собой сложный случайный процесс и влияет на изменение присоединенной тепловой нагрузки котла ПТВМ-60.

Кроме этого, эти факторы изменяются в разных временных интервалах (в течение года, месяца и суток), что определяет основную характеристику ПТВМ-60 - непостоянство тепловой нагрузки.

На годовой диаграмме выработанной теплоты, можно выделить периоды отопительного и неотопительного сезонов работы 2-ой Правобережной котельной ГУП «ТЭК СПб» (рис.1.7.).

В неотопительный сезон (май - сентябрь) отопительные нагрузки отсутствуют и тепловая станция работает только на горячее водоснабжение, поэтому тепловая нагрузка небольшая. Температурный график в это время 70-40 °С. С началом отопительного сезона тепловая нагрузка возрастает и колеблется в зависимости от температуры окружающей среды. Теплопроизводительность меняется в разных временных интервалах (в течение месяца и суток) и характер ее изменения зависит от времени года.

В неотопительный сезон изменение теплопроизводительности происходит за счет непостоянства во времени такой тепловой нагрузки как горячее водоснабжение (ГВС), которая в данный период преобладает, поскольку теплопотребление населением в выходные и праздничные дни, а также в утренние и вечерние часы повышается .
Рис. 1.7. Годовая диаграмма выработанной теплоты

Котлы типа ПТВМ, установленные на большинстве котельных ГУП «ТЭК СПб», имеют возможность работы только на четном количестве горелок (во избежание температурного«перекоса» котла) . Это затрудняет ведение теплового режима котельных в неотопительный сезон (особенно если котельная оснащена котлами большой производительности), когда в работе один котел, и затруднительно точное покрытие текущей тепловой нагрузки (четырех работающих горелок котла мало, а шести - много, или шести - мало, а восьми - много и т.д.). Кроме этого, существует проблема работы ряда станций на минимальных нагрузках (минимально возможный отпуск тепла РТС на некоторых временных интервалах превышает требуемый потребителями). Данная особенность эксплуатации котлов типа ПТВМ вынуждает прибегать к учащенным пускам (остановам) горелок котла, отклонениям от режимной карты котла, подмесу холодной воды в подающую линию теплосети и в целом негативно влияет на режим работы оборудования и всей котельной.

1.4. Характеристика КТС существующей системы автоматического управления

Существующую систему автоматизации можно представить в виде следующей иерархической системы:


тепла, воды и газа.

2. Средний уровень – программируемый логический контроллер КПС-19-06, программно технический комплекс «АМАКС» для автоматического розжига горелок, регуляторы ИРТ-5922.

3. Верхний уровень – панель оператора с системой регистрации и управления на основе SCADA системы.

В качестве измерительных приборов используются:

1. датчик избыточного давления Метран-100-Ди, верхний предел измерений 100 кПа. Изготовитель ПГ «Метран» г.Челябинск.

2. датчик давления-разрежения Метран-100-ДИВ, верхний предел измерений ±0,2 кПа. Изготовитель ПГ «Метран» г.Челябинск.

3. термопреобразователь сопротивления платиновый технический ТПТУ-1 с унифицированным выходным сигналом 4-20мА. Защитная арматура ст. 12Х18Н10Т. Диапазон измерения 0-300 0 С. Длина рабочей части 250мм. Изготовитель ЗАО «ТЕРМИК», г. Москва (Зеленоград).

4. прибор измерения расхода газа ИРВИС-К300».Выходной сигнал 4-20мА. Пределы измерения 200-12000м 3 /ч. Изготовитель ЗАО «СПБ институт Теплоэнергетики».

В качестве ИМ использованы механизмы исполнительные электрические однооборотные с соединительной тягой МЭО-40/63-0,25у-99, МЭО-250/63-0,25у-99, МЭО-630/63-0,25у-92К номинальный крутящийся момент на выходном валу 40 нм, 250нм, 630нм, время полного хода выходного вала 63с, полный ход выходного вала 0,25 об, датчик токовый с унифицированным сигналом 4..20 мА. Изготовитель Чебоксарский ПО «Промприбор».

Система управления горелками ПТК «АМАКС» позволяет полностью автоматизировать розжиг горелок котла, и комплектуется следующими устройствами и приборами:


  • Электрифицированная задвижка газа;

  • Быстродействующий отсечной клапан на общем газопроводе;

  • Поворотные заслонки газа и воздуха для горелок;

  • Шибера воздуха;

  • Блок газовый, обеспечивает подачу и регулирование расхода газа на горелку;

  • Комплект защитно-запального устройства Ф34.2. Изготовитель ОАО «Московский завод тепловой автоматики» г.Москва;

  • Шкаф управления горелками. Обеспечивает, в соответствии с программой управления, розжиг и отключение горелок по командам оператора котла.
Компьютер обеспечивает передачу команд машиниста на ШУКР, а также сбор, регистрацию и отображение информации в виде мнемосхем на мониторе оператора, архивирование технологических параметров, аварийных, предупредительных сообщений, а также ведет архив действий оператора;

  • Устройство связи с объектом (УСО). Обеспечивает сбор дискретной и аналоговой информации с горелочного оборудования, преобразование и передачу ее на центральный шкаф управления горелками (ШУКР). Обеспечивает прием команд от ШУКР, оператора и распределение их на арматуру газового блока с соблюдением соответствующих блокировок и локальных защит при розжиге с УСО, или отсутствии связи;

  • Шкаф горелок. В этом шкафу расположены, автоматические выключатели питания приводов газовых заслонок газа, шиберов воздуха, направляющих аппаратов дымососа и вентилятора. Блоки питания токовых датчиков, термометров сопротивления;

  • Шкаф питания. В этом шкафу расположены агрегаты бесперебойного питания шкафов УСО, ШУКР, автоматические выключатели к ним, реле контроля напряжения, а также автоматические выключатели питания периферии УСО;

КПС19-06 - программируемый контроллер. Контроллер предназначен для управления различным промышленным оборудованием по программам, записываемым в его запоминающее устройство с помощью предоставленных потребителю средств программирования и отладки. Контроллер выполнен в конструктивах рекомендованных МЭК (Международная Электротехническая Комиссия) и встраивается в нормализованные оболочки, изготовляемых по ГОСТ 22789-80, низковольтных комплектных устройств управления (НКУ), либо непосредственно в конструктивны оболочки производственного оборудования и механизмов.

В контроллер КПС19-06 установлены следующие блоки:


  • Б630 - блок питания кассеты (5 В/12 А, 24 В/2,5 А);

  • Б832 - блок процессора;

  • Б101 - 32 канала; исполнения на -/~ 24 В, = 15(12) В, = 5 В групповая (по 8), гальваническая развязка между каналами;

  • Б116 - для связи с датчиками с нормализованными выходными сигналами (8/16 каналов, 0…10 B, -10…10 B, 0…5 мA, 0…20 мА, 12 разрядов);

  • Б201 - 32 канала, коммутируемое напряжение – 4,5...30 В, номинальный ток нагрузки по каналу – 0,35 А;

  • Б73 - интеллектуальный преобразователь интерфейсов RS-232/485;

  • СУ94 - для ввода и отображения технологической информации, 16 клавиш, ЖКИ с подсветкой (4x20 символов), канал RS-485;

  • Б95 - блок управления, 24/24 входа/выхода логического уровня, 8 каналов АЦП.
Таблица 1.6.

Характеристики контроллера КПС19-06



Основные характеристики

Напряжение питающей сети, В

220 ± 0/25%

Частота питающей сети,Гц

50

Максимальное число дискретных каналов входов

1024

Максимальное число дискретных каналов выходов

1024

Максимальное количество инициативных входов

240

Наработка на отказ, час, не менее

15000

Среднее время восстановления, час

0,5

Срок гарантии со дня пуска в эксплуатацию

2 года

Измеритель-регулятор технологический ИРТ-5922/ RS -232 . Входной сигнал 4-20мА. Изготовитель «Элемер». Измерители-регуляторы технологические ИРТ 5922 предназначены для измерения и контроля неэлектрических величин, значение которых преобразуются в электрические сигналы силы и напряжения постоянного тока или активное сопротивление.

По типу обработки сигнала измерители-регуляторы относится к микропроцессорному изделию. ИРТ 5922 используется в составе систем управления технологическими процессами в промышленности.

Особенности:


  • Измеритель-регулятор является одноканальным, программируемым потребителем изделием;

  • Конфигурация осуществляется с кнопочной клавиатуры или по интерфейсу RS232;

  • ИРТ 5922 сохраняет установленные параметры конфигурации при выключении питания;

  • Для объединения большого количества приборов в сеть можно воспользоваться преобразователем интерфейса ПИ 232 / 485;

  • Прибор комплектуется встроенным модулем токового выхода 0…5, 0…20, 4…20 мА;

  • ИРТ 5922 имеет 3 релейных выхода, имеющие свободную логику программирования;

  • Прибор имеет встроенный блок питания 24 В (22 мА) для питания датчиков с унифицированным выходным сигналом.
Таблица 1.7.

Основные технические характеристики ИРТ-5922



Параметры

Значение

50М, 53М, 50П



100М, 100П, Pt100

-50…+200 °С; погрешность ± 0,25 %.

50П, 100П, Pt100

-50…+600 °С; погрешность ± 0,25 %.

ТЖК(J)

50…+1100 °С; погрешность ± 0,5 %.

ТХК ХК(L)

-50…+600 °С; погрешность ± 0,5 %.

ТХА ХА(К)

-50…+1300 °С; погрешность ± 0,5 %.

ТПП ПП(S)

0…1700 °С; погрешность ± 0,5 %.

ТПР ПР(В)

+300…+1800 °С; погрешность ± 0,5 %.

ТВР(А-1)

0…2500 °С; погрешность ± 0,5 %.

Ток

0…5 мА; 4…20 мА; 0…20 мА; погрешность ± 0,2 %.

Напряжение

0…75 мВ; 0…100 мВ; 0…10 В; погрешность ± 0,2 %.

Сопротивление

0…320 Ом

Напряжение питания

~187…242 В, 50 Гц;

Потребляемая мощность

8 ВА

Время установления рабочего режима

не более 30 минут

Коммутация переменного тока сетевой частоты:

  • при напряжении 250 В до 5 А;

  • при напряжении 250 В до 2 А.

  • на активную нагрузку;

  • на индуктивную нагрузку (cos j ≥0,4).

Коммутация постоянного тока:

  • при напряжении 250 В до 0,1 А;

  • при напряжении 30 В до 2 А.

  • на активную и индуктивную нагрузку;

  • на активную и индуктивную нагрузку.

Группа исполнений С3.

-10…+50 ºС

SCADA–система EISA предназначена для создания верхнего уровня автоматизированных систем (подсистем) управления технологическими процессами (АСУ ТП).

EISA является системой, которая работает в реальном времени и позволяет оператору, используя входящие в систему аппаратные и программные средства, обеспечивать автоматизированное управление, надежную и экономичную работу технологического оборудования.

Верхний уровень реализовывается на базе полнофункциональной фирменной SCADA–системы EISA. В стандартном варианте система строится на базе двух компьютеров офисного исполнения. Компьютеры подключаются к котроллерам нижнего уровня через преобразователи интерфейсов USB - RS–485.

Система позволяет:


  • отображать в реальном времени информацию от технологического оборудования в виде мнемосхем;

  • дистанционно управлять работой технологического оборудования;

  • фиксировать аварийные и предупредительные сообщения от технологического оборудования с занесением их в архив;

  • фиксировать действия оператора с занесением в архив;

  • осуществлять контроль обмена по магистралям с выдачей сообщений оператору об отсутствии связи с тем или иным оборудованием нижнего уровня;

  • регистрировать аналоговые параметры, поступающие в систему в виде трендов с возможностью просмотра на базе времени от 1 минуты до 1 суток;

  • выводить предупредительную сигнализацию при достижении аналоговыми параметрами границ допустимых значений;

  • принимать данные от OPC–серверов сторонних производителей;

  • передавать данные другим SCADA–системам с помощью встроенного OPC–сервера.
Рис. 1.8. Пример мнемосхемы технологического оборудования

Основным видом предоставления информации оперативному персоналу являются мнемосхемы. Информация на мнемосхемах группируется по функциональному признаку и отображается в виде фрагментов технологических схем.

Работа оперативного персонала с системой ведется с помощью специальной функциональной клавиатуры промышленного исполнения, а также с помощью манипулятора «мышь».

2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

2.1. Анализ существующей системы управления

Существующую систему управления можно представить в виде следующей иерархической системы:

1. Нижний уровень – датчики, исполнительные механизмы, счётчики
тепла, воды и газа.

2. Средний уровень – программируемый логический контроллер КПС-19, программно технический комплекс «АМАКС» для автоматического розжига горелок, регуляторы ИРТ-5922.

3. Верхний уровень – панель оператора с системой регистрации и управления на основе SCADA системы.

Структурная схема управления представлена на рис. 2.1.


Рис. 2.1. Структурная схема системы управления ПТВМ-60

Нижний уровень


  • Формирование аналоговых сигналов соответствующих текущим значениям технологических параметров (давление, расход, температура, разряжение).

  • Формирование дискретных сигналов аварий и защит.

  • Формирование дискретных сигналов состояния технологического оборудования.
Средний уровень системы выполняет следующие функции:

  • Сбор и контроль информации о состоянии технологического оборудования котла.

  • Контроль и обработка технологических параметров котлового контура.

  • Формирование технологических защит оборудования котла.

  • Формирование управляющих воздействий в соответствии с режимной картой и текущими условиями работы.

  • Формирование аварий и событий.

  • Хранение информации соответствующей настройкам регуляторов, технологическим уставкам, диапазонам измерений и соотношениям рабочих сред.

  • Информационная связь с верхним уровнем системы.
Верхний уровень системы выполняет следующие функции:

  • Сбор, отображение и архивирование параметров и информации о состоянии технологического оборудования котла.

  • Ведение журнала аварий и событий.

  • Система пользователей и контроля доступа.

  • Изменения технологических уставок и настроек температурного графика.

Существующая система управления водогрейного котла ПТВМ-60 выполнена в щитовом варианте, с использованием современного оборудования, но без частотного регулирования. Это свидетельствует о моральном устаревании данной САУ, не смотря на удовлетворительную эффективность работы водогрейного котла.

В процессе эксплуатации желательно плавное регулирование температуры сетевой воды за котлом, с помощью плавного изменения производительности дутьевых вентиляторов и плавного изменения давления газа перед котлом.

В связи с постоянным включением и отключением дутьевых вентиляторов происходит быстрое снашивание электродвигателей, из-за того что включение происходит не плавно, следовательно, оборудование чаще подлежит замене или ремонту, на что затрачиваются не малые денежные средства.


2.2. Выбор и обоснование предлагаемой системы управления

Возможность котла ПТВМ-60 работать только на четном количестве горелок при наличии дутьевых вентиляторов постоянной производительности затрудняет ведение теплового режима. При эксплуатации котла ПТВМ-60 возникает проблема плавного изменения теплопроизводительности, в особенности в летнее время года. Для решения данной проблемы поставим задачу создания автоматизированной подсистемы, позволяющей плавно изменять теплопроизводительность котла ПТВМ-60 в диапазоне нагрузок от минимальной до средней. Поскольку в установившемся режиме осуществляется качественное изменение теплопроизводительности котла (расход сетевой воды через котел и ее температура перед котлом поддерживаются на заданном значении и изменяются в достаточно узких пределах), задача сводится к реализации возможности плавного регулирования температуры сетевой воды за котлом. Поставленную задачу можно решить за счет реализации частотно-регулируемого привода (ЧРП) вентиляторов горелок котла с целью плавного изменения производительности дутьевых вентиляторов в диапазоне от минимально устойчивого до максимально возможного режимов работы четного количества горелок.

Расчеты и практика подтверждают высокую эффективность частотного управления скоростью короткозамкнутых асинхронных двигателей на основе преобразователя частоты .

Практика применения частотных преобразователей для управления насосами и вентиляторами доказывает целесообразность не просто включения преобразователя для управления агрегатом, а создания специализированной подсистемы управления технологическим процессом. Именно такой подход позволяет получить наилучший результат с технической (решение проблемы плавного изменения теплопроизводительности котла) и экономической (снижение потребляемой из сети электрической энергии, уменьшение эксплуатационных расходов) точки зрения.

Возможны два режима работы рассматриваемой подсистемы: с дискретным и плавным изменением тепловой производительности котла. В период отопительного сезона, когда проблема плавного изменения теплопроизводительности котлов не является острой (в работе несколько котлов) управление дутьевыми вентиляторами предлагается осуществлять напрямую (минуя ПЧ), благодаря реализации схемы прямого управления приводом (ПУП) вентиляторов в подсистеме электроснабжения котла (рис. 2.2.). При этом дискретное изменение тепловой производительности отдельного котла существенно не повлияет на изменение температуры в общую теплосеть и, следовательно, не скажется негативным образом на тепловом режиме котельной. Однако в летнее время года (в работе один котел), когда проблема плавного изменения теплопроизводительности котла встает особенно остро, управление вентиляторами котла предлагается осуществлять посредством ЧРП, благодаря реализации соответствующей схемы управления в подсистеме электроснабжения котла.
Рис. 2.2. Принципиальная схема управления приводом дутьевых вентиляторов котла
В рассматриваемой подсистеме все управляющие команды, а также регулирующие воздействия должны поступать от АСУ котла, кроме этого в АСУ котла необходимо поступление всей необходимой информации как от ПЧ, так и от самого объекта управления.

Поскольку управление тепловой производительностью является сложной и ответственной задачей, ключевая роль в автоматизированной системе управления теплопроизводительностью котла отводится оператору, осуществляющему супервизорное управление путем выдачи задания по температуре сетевой воды за котлом. Таким образом, данный параметр является основной регулируемой величиной рассматриваемой системы. На рис.2.3. представлена структурная схема регулирования температуры сетевой воды за котлом.

При изменении частоты тока меняется скорость вращения вала двигателя дутьевого вентилятора ДВ, что ведет к изменению давления дутьевого воздуха. Сигнал по текущей частоте тока f поступает также на преобразователь П, выходом которого является задание регулятору газа РГ, который посредством исполнительного механизма воздействует на поворотно-регулируемую заслонку ПРЗ, изменяя давление газа к котлу Рг. Зависимость Рг от f определяется в результате режимно-наладочных испытаний. Таким образом, осуществляется плавное изменение подачи газовоздушной смеси в топку котла, а, следовательно, и температуры сетевой воды за котлом.

Рис.2.3. Структурная схема регулирования температуры сетевой воды за котлом


Для реализации рассматриваемой подсистемы в составе АСУ котла необходимо введение ряда управляющих и информационных сигналов, подлежащих обработке контроллером КПС-19-06 фирмы «АМАКС» , на базе которого строится АСУ ТП.

Информационные сигналы:

- значение текущей частоты частотного преобразователя ПЧ;

Состояние «авария частотного преобразователя ПЧ»;

Состояние наличия максимальной частоты;

Состояние «частотный преобразователь ПЧ в работе»;

Состояние активизации схемы прямого управления вентиляторами;

Состояние активизации схемы частотного управления вентиляторами;

Положение ручных ключей выбора режима управления вентиляторами.

Управляющие сигналы:

- включить частотный преобразователь (ПЧ);

Включить схему прямого управления приводами дутьевых вентиляторов (ПУП);

Включить схему частотно-регулируемого привода (ЧРП);

Задание частотного преобразователя ПЧ по частоте.

Кроме этого, необходимо создание дополнительных блоков и модулей в составе специального ПО АСУ ТП котла для реализации алгоритма смены режима управления приводом дутьевых вентиляторов, схемы регулирования температуры сетевой воды за котлом и создания окна подсистемы управления теплопроизводительностью котла в пределах мнемосхемы котла. Данные мероприятия проводятся в процессе статической отладки специального ПО.

Для управления дутьевыми вентиляторами рассмотрим сдедующие частотные преобразователи: Simovert Masterdrive, фирмы SIEMENS и VLT 2805 фирмы Danfoss.


SIEMENS Simovert Masterdrive

SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES - преобразователи частоты для промышленных приводов. Серия Vector Control отличается расширенными функциональными возможностями и самой мощной системой управления.


Благодаря модульной конструкции и гибкой системе управления преобразователи SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control прекрасно подходят для самых разнообразных областей применения, но в наибольшей степени их возможности проявляются в:

  • точных и высокопроизводительных электроприводах с жесткими требованиями к динамическим характеристикам

  • машинах с резкопеременной нагрузкой

  • крупных автоматизированных установках
Модульность - всеобщий принцип построения преобразователей SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES.

  • CUVC - базовый блок, реализует основные функции управления и содержит минимальное число входов-выходов

  • CBP, CBC, SLB - коммуникационные модули для шин PROFIBUS, CAN и SIMOLINK

  • T300/T400 - технологические модули, позволяющие решать задачи электрического вала, позиционирования и др.

  • EB1, EB2 - модули расширения цифровых и аналоговых входов и выходов.
Любой преобразователь - от 2.2 до 5000кВт, для синхронных и асинхронных двигателей состоит из одинаковых аппаратных модулей с единой системой подключений и стандартным интерфейсом, одинаковым программным обеспечением. Следовательно, не вызывает трудностей интеграция приводов в систему управления верхнего уровня, замена модулей и модернизация оборудования. Кто научился работать с одним устройством, сможет работать со всеми остальными.

Мощная и гибкая система управления.

Принцип построения системы управления - одна из основных особенностей SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES. Процесс построения системы управления можно сравнить с разработкой электрической схемы. Технологический ПИД-регулятор и многие другие доступны даже в минимальной аппаратной конфигурации.

Высокая динамика

Достигается за счет применения наиболее совершенных на сегодняшний день алгоритмов векторного управления и высокой скорости вычислений.


Экономичность

Рекуперация энергии в сеть обеспечивает хорошие энергетические показатели даже в тяжелых пуско-тормозных режимах. Настройка частоты модуляции силовых транзисторов позволяет свести к минимуму потери энергии.

Удобство работы

Единая концепция управления, комфортная панель значительно облегчают первоначальную наладку и эксплуатацию преобразователя. Программа Simovis, работающая под Windows 95 позволяет просматривать списки параметров и структуру системы управления, управлять преобразователем, проводить диагностику и настройку. Преобразователи "SIMOVERT MASTERDRIVES" модульного исполнения, в диапазоне напряжений от 380 до 690В, с мощностью от 45 до 5000кВт. Шкафы комплектуются дистанционными пультами или дисплейными станциями с необходимыми органами управления и индикации технологических параметров.

Преобразователи в шкафном исполнении - это готовые к подключению шкафы как для одиночных, так и для групповых приводов, и обладающие опциями для любой возможной области применения.
Danfoss VLT 2805

Серия VLT 2805 представляет собой малогабаритные многофункциональные преобразователи частоты. Конструкция предусматривает экономно расходующий пространство монтаж "стенка-к-стенке". VLT 2805 может быть дополнен выходным дросселем, фильтром RFI, выходным LC-RFI фильтром.

VLT 2805 – это развитый и многоцелевой привод, удобный при установке, эксплуатации и обслуживании.


Введение

В данном дипломном проекте рассмотрена автоматизация водогрейного котла ПТВМ-60, 2-Правобережной котельной с разработкой АСР тепловой нагрузки котла.

2-я Правобережная котельная введена в эксплуатацию в 1976г. Её мощность в 2006г. составляла 278,5 Гкал/час. После реконструкции по замене паровых котлов на водогрейные, а водогрейные котлы ПТВМ-50 на более мощные котлы ПТВМ-60 и строительство нового котла типа ПТВМ-120, позволило увеличить мощность котельной с использованием существующего здания и установленного в нем оборудования до 438,5 Гкал/час. Все котлоагрегаты были оснащены автоматической системой розжига и регулирования горения «Амакс».

Существующая система управления водогрейным котлом ПТВМ-60 реализована на базе ПЛК КПС-19-06 с использованием современного оборудования, но без частотного регулирования. Это свидетельствует о моральном устаревании данной САУ, не смотря на удовлетворительную эффективность работы водогрейного котла.

В процессе эксплуатации желательно плавное регулирование температуры сетевой воды за котлом. Это возможно с помощью использования частотных регуляторов, которые плавно изменяют производительность дутьевых вентиляторов и давление газа перед котлом.

В связи с постоянным включением и отключением дутьевых вентиляторов происходит быстрое снашивание электродвигателей, из-за того что включение происходит не плавно, следовательно, оборудование чаще подлежит замене или ремонту, на что затрачиваются не малые денежные средства.

Поэтому предлагаемая система управления будет также реализовываться на базе ПЛК КПС-19-06, но уже с внедрением подсистемы с применением частотных преобразователей. Предлагаемая подсистема будет реализовываться в среде моделирования Trace Mode 6 и по результатам моделирования будет произведена оценка качества управления.

^ 1. ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ

1.1. Техническая характеристика котла ПТВМ-60

Водогрейным котлом называется устройство, предназначенное для получения горячей воды. Тепло водогрейный котёл передаёт жидкому теплоносителю, в данном случае, воде. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования горячей воды, служит топливо.

Объектом автоматизации является водогрейный котёл ПТВМ-60М (пиковый теплофикационный водогрейный газомазутный модернизированный котёл теплопроизводительностью 60 Гкал/ч), установленный на 2-ой Правобережной котельной ГУП «ТЭК СПб» по адресу Ванеева д.3. Котел выполнен на базе котла ПТВМ-50 аналогичного назначения, однако конструкция претерпела существенные изменения.

Были выполнены следующие мероприятия:

Изменен диаметр труб конвективных пакетов с ø 28 х 3 мм до ø 38х 3 мм для увеличения их поверхности нагрева с 1110 м2 до1361 м2;

Дополнительно запроектированы 4 топочные ширмы, располагаемые в топке ниже первого, конвективного пакета из труб ø 38 х 3 мм, поверхность которых составила 65,9 м2;

Поверхности нагрева конвективных пакетов выполнены мембранными, посредством варки между трубами полосы шириной 17 мм и толщиной 4 мм;

На боковых экранах топки, в одной горизонтальной плоскости,установлены, вместо ранее использовавшихся 12 горелок,специально разработанные для этого котла 4 газомазутные горелки СГМТ 20 (секторные газомазутные Тасса).

При пуске и эксплуатации котла ПТВМ-60 на газе отмечены следующие показатели:

При подаче дымовых газов рециркуляции в горелки, что было выполнено при нагрузке 50 %, в количестве 12 % к объему воздуха, было отмечено снижение выхода NОx в 2,6 раза, т.е. со 155 до 59 мг/м 3 .

Надежность работы дополнительной поверхности нагрева топочных ширм проверена, приращение температуры среды в ширмах составляет до 50 0 С, температура металла не превышает 180 0 С.

Сопоставление результатов испытания водогрейного котла ПТВМ-60 с серийным котлом ПТВМ-50 позволяет сделать следующие выводы:

Тепловая мощность котла увеличилась на 10 Гкал/ч (20 %);

Коэффициент полезного действия котла возрос на ~ 2 %;

Количество устройств управления горелками уменьшилось с 12 до 4;

Количество вращающихся механизмов уменьшилось с 12 до 3;

Выход оксидов азота уменьшился (при подаче рециркуляции) в 2,6 раза до величины 60 ÷ 80 мг/м3;

Осуществлена полная автоматизация работы котла.

Водогрейный котёл ПТВМ-60 предназначен для получения горячей воды давлением до 1,35 МПа и номинальной температурой 150°С используемой в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения, а также для технологических целей. В качестве топлива используется природный газ или мазут.

В топочной камере котла по всему периметру и вдоль всей высоты стен располагаются трубные плоские системы – топочные экраны. Они выполнены из свариваемых между собой труб, образующих сплошную (газонепроницаемую) оболочку. Газоплотная экранная система покрыта оболочкой из теплоизоляционного материала, которая уменьшает потери теплоты от наружного охлаждения стен агрегата, обеспечивает нормальные санитарно-гигиенические условия в помещении и исключает возможность ожогов персонала.

Котёл имеет башенную компоновку: над вертикальной топочной камерой прямоугольной формы располагается конвективная поверхность нагрева. Конвективная поверхность нагрева имеет площадь 1361 м. Конвективная поверхность нагрева котла ПТВМ-60 состоит из четырех пакетов, расположенных в вертикальной, полностью экранированной шахте, набирается из U – образных секций из труб ø38 × 3 с шагом S1=64мм, S2=33мм.

Боковые стены конвективного газохода закрыты трубами ø83×3,5мм с шагом 128мм и являются одновременно стояками конвективных секций. Трубная система котла подвешивается к каркасу за верхние коллекторы и свободно расширяется вниз. Котёл имеет облегченную обмуровку и теплоизоляцию.

Котел ПТВМ-60 оборудован четырьмя газомазутными горелками СГМТ-20, расположенными попарно на боковых стенках по две штуки. Группа горелок (2 горелки) работает с одним общим дутьевым вентилятором ВДН-13-1000. Давление газа для горелок до 11 КПа. Тягодутьевая установка котла включает два дутьевых вентилятора ВДН-13-1000 и один дымосос рециркуляции дымовых газов ДН-10-1000.

Рециркуляция дымовых газов из газохода в общий воздуховод котла применена для предварительного подогрева воздуха до положительной температуры и для подавления выхода оксидов азота.

Над каждым котлом устанавливается стальная дымовая труба, которая упирается на каркас. Труба имеет диаметр 2,5 м. Котел предназначен для работы с естественной тягой, поэтому высота трубы достигает 70 м.

Котел установлен полуоткрыто, поэтому в закрытом помещении располагается только нижняя часть котла (до отметки 6 м), где размещены горелочные устройства, арматура и дутьевые вентиляторы.

Вода в котле подается с помощью насосов. Вода из теплосети подводится в нижний коллектор заднего экрана и последовательно проходит через все элементы поверхности нагрева котла, после чего через нижний коллектор фронтового экрана отводится в тепловую сеть. Котёл имеет облегченную обмуровку и теплоизоляцию.

Рис.1.1. Котел ПТВМ-60
^ 1.2. Описание технологического процесса и основного оборудования котла ПТВМ-60

Водогрейный котел ПТВМ-60 представляет собой сложный производственный объект. Управление таким объектом требует быстрого принятия ответственных решений, поскольку перерывы и отказы в его работе ведут к серьёзным экономическим и социальным последствиям.

Технологический процесс в водогрейном котле – это процесс нагрева воды при сгорании топлива.

Для осуществления процесса нагрева сетевой воды, с начальной температурой 70 о С, к газомазутным горелкам по газо и мазутопроводам подается топливо (газ или мазут) через запорную арматуру, отсечные клапана и регулирующие органы. Природный газ, основную горючую часть которого составляет метан СН 4 (94%), поступает на горелки СГМТ-20 и по мере выхода из них сгорает в виде факела в топочной камере. Воздух для поддержания процесса горения подается с помощью вентилятора ВДН-13-1000. Так как теплота сгорания газа высока и составляет 8500 ккал/м 3 , то удельная потребность в подаваемом воздухе велика: на 1 м 3 газа требуется 9,6 м 3 воздуха, а с учетом коэффициента избытка воздуха  = 1,12 – 1,36.

В результате непрерывного горения топлива в топочной камере образуются нагретые до высокой температуры газообразные продукты сгорания. Они омывают снаружи топочные экраны, которые состоят из труб с циркулирующей внутри них водой и пароводяной смеси. Тепло передаваемое экранным трубам горячими газами нагревает воду до заданной температуры. И далее нагретая вода до 150 о С требуемыми показателями идет к потребителю.

Газообразные продукты сгорания удаляются из топки котла с помощью дымоотводящего тракта, который соединяет топку котла и дымовую трубу. С помощью дымососа ДН-10-1000 продукты сгорания удаляются через дымовую трубу в атмосферу.

Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной для закрытой системы теплоснабжения с расчетным температурным режимом 70 – 150 °С показана на рис.1.2.

Установленный на обратной линии сетевой (циркуляционный) насос (1) обеспечивает поступление питательной воды в котел и далее в систему теплоснабжения. Обратная и подающая линии соединены между собой перемычками – перепускной и рециркуляционной. Через первую из них при всех режимах работы, кроме максимального зимнего, перепускается часть воды из обратной в подающую линию для поддержания заданной температуры.

По условиям предупреждения коррозии металла температура воды на входе в котел при работе на газовом топливе должна быть не ниже 60 °С во избежание конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах. Так как температура обратной воды почти всегда ниже этого значения, то в котельных со стальными котлами часть горячей воды подается в обратную линию рециркуляционным насосом.

Рис. 1.2. Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной

1 – сетевой насос; 2 – подпиточный насос; 3 – бак-аккумулятор подпиточной воды; 4 – насос исходной воды; 5 – насос подачи воды к эжектору; 6 – расходный бак эжекторной установки; 7 – водоструйный эжектор; 8 – охладитель выпара; 9 – вакуумный деаэратор; 10 – подогреватель химически очищенной воды; 11 – фильтр химводоочистки; 12 – подогреватель исходной воды; 13 – водогрейный котёл; 14 – рециркуляционный насос; 15 – линия перепуска.

В коллектор сетевого насоса (1) из бака-аккумулятора (3) поступает подпиточная вода (насос, компенсирующая расход воды у потребителей). Исходная вода, подаваемая насосом (4), проходит через подогреватель (12), фильтры химводоочистки (11) и после умягчения через второй подогреватель (10), где нагревается до 75 - 80 °С. Далее вода поступает в колонку вакуумного деаэратора (9). Вакуум в деаэраторе поддерживается за счет отсасывания из колонки деаэратора паровоздушной смеси с помощью водоструйного эжектора (7). Рабочей жидкостью эжектора служит вода, подаваемая насосом (5) из бака эжекторной установки (6). Пароводяная смесь, удаляемая из деаэраторной головки, проходит через теплообменник – охладитель выпара (8). В этом теплообменнике происходит конденсация паров воды, и конденсат стекает обратно в колонку деаэратора. Деаэрированная вода самотеком поступает к подпиточному насосу (2), который подает ее во всасывающий коллектор сетевых насосов (1) или в бак подпиточной воды (3).

Подогрев в теплообменниках химически очищенной и исходной воды осуществляется водой, поступающей из котлов. Во многих случаях насос, установленный на этом трубопроводе (показан штриховой линией), используется также и в качестве рециркуляционного.

Газоснабжение котла осуществляется от газорегуляторного пункта (ГРП) расположенного в отдельно стоящем здании. ГРП обеспечен следующим оборудованием: отключающими устройствами, фильтрами, запорными и сбросными клапанами, регуляторами давления. В ГРП и между газопроводами котлов предусматриваются перемычки, позволяющие обеспечивать газом котлы в случае выхода из строя одной из линий редуцирования.

^ Тепловой баланс водогрейного котла

Суммарное количество теплоты, поступающее в котлоагрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Q р р. Между теплотой, поступившей в котлоагрегат и покинувшей его, должно существовать равенство. Тепловой баланс водогрейного котла имеет вид:
Q р р =Q 1 +Q 2 +Q 3 +Q 5 [кДж/м 3 ] (1.1.)

Если тепловой баланс выразить в процентах от располагаемой теплоты (Q р р =100%), то уравнение (1.1.) имеет вид:

100=q 1 +q 2 +q 3 +q 5 (1.2.)

В этих формулах:

Q р р – располагаемая теплота, (кДж/м 3);

Q 1 (q 1) – полезная теплота, содержащаяся в горячей воде, (кДж/м 3);

Q 2 (q 2) – потеря теплоты с уходящими газами, (кДж/м 3);

Q 3 (q 3) – потеря теплоты от химической неполноты сгорания, (кДж/м 3);

Q 5 (q 5) – потеря теплоты котлом в окружающую среду, (кДж/м 3).

Полезная мощность водогрейного котла (кВт) рассчитывается по формуле:

Q 1 =Q в.к.. =G в (i г.к. -i х.в.) (1.3.)

где: G в – расход воды через водогрейный котел (кг/с);

i х.в – энтальпия холодной воды на входе в водогрейный котел, кДж/кг;

i г.к. - энтальпия горячей воды на выходе из водогрейного котла, кДж/кг.

Потеря теплоты с уходящими газами (q 2) обусловлена тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котлоагрегат, значительно выше температуры окружающего атмосферного воздуха.
Потеря теплоты с уходящими газами определяется по формуле:

q 2 = (1.4.)

где: I ух – энтальпия уходящих газов при соответствующих значениях α ух и выбранной температуре уходящих газов, кДж/кг;

I 0 х.в. - энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяется при температуре воздуха 30˚С по формуле (1.5.), кДж/кг;

α ух – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

Энтальпия теоретического объема холодного воздуха, определяемая при температуре воздуха 30˚С, рассчитывается по формуле:

I 0 х.в. =39,8V 0 (1.5.)

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания (q 3) обусловлена появлением в уходящих газах горючих газов CO, H 2 , CH 4

Потеря теплоты котлом в окружающую среду (в процентах) определяется по формуле:

q 5= q 5ном (1.6.)

где: N ном – номинальная мощность водогрейного котла, МВт;

N – расчетная мощность водогрейного котла, МВт.
Располагаемая теплота для газообразного топлива может быть так же представлена в виде формулы:

Q р р =Q c н +Q в.вн. +i тл. (1.7.)
где: Q c н – низшая теплота сгорания сухой массы газа, (кДж/м 3);

Q в.вн – теплота, внесенная в котлоагрегат воздухом, (кДж/м 3), рассчитывается по приведенной ниже формуле:

Q в.вн =β΄(I o вп -I о х.в.) (1.8.)

где: β΄ - отношение количества воздуха на входе котла к теоретически необходимому;

I o вп - энтальпия теоретического объема воздуха при входе в котлоагрегат, кДж/кг.

Если формулы (1.1.) и (1.7.) приравнять друг к другу, то получим следующее выражение:

Q c н +Q в.вн. +i тл = Q 1 +Q 2 +Q 3 +Q 5 (1.9.)
Из данного выражения требуется найти температуру горячей воды на выходе из водогрейного котла. Подставив в уравнение (1.9.) значения всех его составляющих и сделав некоторые преобразования, получим уравнение для нахождения энтальпии горячей воды на выходе из водогрейного котла:
i г.в. = (1.10.)

Ниже приводится табл. 1 в соответствии, с которой, найдя значения энтальпии из уравнения (1.10.) можно определить температуру воды на выходе из котла.

Таблица 1.1.

Зависимость температуры воды на выходе котла от энтальпии


t, °C
Р, Па
i, кДж/кг

70
3,1161·10 4

292,97

80
4,7359·10 4

334,92

90
7,0108·10 4

376,94

100
1,0132·10 5

419,06

110
1,4326·10 5

461,32

120
1,9854·10 5

503,7

130
2,7012·10 5

546,3

140
3,6136·10 5

589,1

150
4,7597·10 5

632,2

160
6,1804·10 5

675,5

Похожие материалы

К чему снятся мыши в большом количестве?
Комнаты

К чему снятся мыши в большом количестве?

Награды вдв ВДВ ВС Министерства Обороны Российской Федерации
Комнаты

Награды вдв ВДВ ВС Министерства Обороны Российской Федерации

Займ под автомобиль с правом пользования - машина остаётся у вас!
Комнаты

Займ под автомобиль с правом пользования - машина остаётся у вас!