Проектирование автоматизации водогрейного котла

Современное промышленное производство невозможно без автоматизации. Широта автоматизации управления различными процессами на том или ином предприятии или объекте во многом характеризует общий уровень и культуру производства на данном предприятии, или же уровень и совершенство данного технического объекта. Передовые области промышленности и энергетики немыслимы без широкой и полной автоматизации управления. Облегчая труд человека, повышая культуру человеческого труда во всех ее видах, устраняя различия между физическим и умственным трудом. Автоматизация в то же время в сотни раз повышает производительность труда, позволяет полнее удовлетворять многообразные потребности человека. Автоматизация делает практически осуществимым целый ряд таких производств и новых видов технологий, которые без нее были бы невозможны.

При автоматизации котельной автоматизируются все основные и вспомогательные технологические процессы. Это ведет к освобождению обслуживающего персонала от необходимости регулировать эти процессы вручную. Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха. В последние годы все большее внимание уделяется вопросам комплексной автоматизации промышленных котельных. И это не случайно: в какой энергетике сжигается свыше 50% всего топлива, добываемого в стране. Учитывая, что автоматизация процессов горения дает до 10% экономии топлива, становится ясным повышенный интерес к комплексной автоматизации котельных.

1. Характеристика объекта автоматизации

1.1 Описание технологического процесса

Водогрейный котел КВ-ГП-10 предназначен для нагрева воды, которая используется для горячего водоснабжения и отопления. Вода, идущая к потребителю, называется прямой, а возвращающая обратно от потребителя в котел – обратной. Вода используется химически очищенная, так как содержащиеся в природной воде растворимые газы (кислород и углекислота) разрушают металл котельного агрегата и трубопроводы. Также использование природной воды приводит к отложению накипи, которая вызывает перегрев металла в следствии ухудшения отвода тепла. Для восполнения неизбежных потерь воды, требуется вода для подпитки обратной воды. Питательная вода применяется химически очищенная. Нагрев воды происходит за счет тепла, выделяющегося при сжигании топлива. Вода в котел (поз.7 рис. 1.1.) поступает с температурой 750С и нагревается до температуры 1500С.

Горение – это процесс химической реакции соединений горючих элементов газа с кислородом, способствовавшему повышению температуры и происходящему с выделением тепла. Процесс горения газообразного топлива состоит из образования горючей смеси, нагревании ее до температуры воспламенения и горения.

К горелке котла подводятся газ и воздух. Воздух подается дутьевым вентилятором (поз.1, рис.1.1) Горючая смесь, которая образуется в горелке, воспламеняется и отдает тепло в топочную камеру. В результате процесса горения образуются газообразные продукты – дымовые газы. Их отсасывает дымосос, а затем выбрасывает в атмосферу (поз. 3 рис. 1.1). Сжигание осуществляется факельным способом. При сжигании газового топлива необходимо обеспечить: хорошее предварительное перемешивание газа с воздухом, ведение процесса с малыми избытками воздуха, разделение потока смеси на отдельные струи. Подогрев газовоздушной смеси и химическая реакция горения протекают очень быстро. Основным фактором длительности горения является время, затраченное на перемешивание газа с воздухом в горелке. От быстроты и качества перемешивания газа с необходимым количеством воздуха, зависит скорость и полнота сгорания газа, длина факела топки и температура пламени. Для процесса горения дымососом создается необходимое разряжение и обеспечивается полное удаление продуктов сгорания. Если достигнуть соотношения расхода воздуха в соответствии с подачей топлива, процесс сжигания будет осуществляться с максимальной экономичностью.

1.2 Характеристика технологического оборудования

Водогрейный котел КВ-ГН-10 представляет собой теплообменное устройство с принудительной циркуляцией воды, оборудованный отдельным дымососом типа ДН12,5У и вентилятором ВДН10У.

Теплопроизводительность 10 Гкал/ч.

Площадь поверхности нагрева:

радиационная 89 м2;

конвективная 141,9 м2.

Температура воды:

на входе в котел 75 0С;

на выходе из котла 150 0С.

Давление воды:

на входе 16 кгс/см2;

на выходе 10 кгс/см2.

Давление газа перед горелками 2330 кгс/м2.

Ширина котла 3,84 м

Длина 4,90 м

Высота 4,75 м.

Масса металлической части 11,8 т.

Особенностью конструкции котла является наличие трех ступенчатых экранов, которые делят топку на четыре отсека. Кроме того, в топке размещены боковые и потолочные экраны, последний переходит частичново фронтовой экран. Ширина отсеков 740 мм.Топка котла выполнена в виде прямоугольной шахты. Плотное экранирование позволило применить печную натрубную обнуровку. Котлы отличаются сильно развитой поверхностью нагрева. Конвективная поверхность нагрева размещена в газоходе и представляет змеевиковый экономайзер, состоящий из 16 секций. Секции набирают таким образом, чтобы змеевики располагались параллельно фронту котла в шахматном порядке. Для сжигания газа установлены горелки с прямой щелью, заканчивающейся расширением. Горелки размещены между вертикальными топочными экранами. Продукты горения поступают из топки в конвективный газоход через проем высотой 100 мм в верхней части, под разделительной стенкой.

1.3 Характеристика применяемых в процессе материалов

Исходные продукты – вода, воздух, газ. Готовый продукт – горячая вода.

Вода – жидкость, не имеющая цвета и запаха. Химическая формула – H2O. Вода, поступающая в котел, проходит химическую очистку и деаэрацию, и не должна содержать соли, газы. Основные показатели воды после очистки поступающей в котел: жесткость не более 20 мкг.экв/кг, солесодержание 245 мг/кг, щелочность pH =7, содержание углекислоты недопустимо, содержание O2 до 30 мкг/кг, вязкость μ=0,135 спз, плотность ρ=1006,7 кг/м3.

Газ используется природный. Газовое топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов (метан, этан, пропан, бутан, водород, окись углерода, азот, углекислый газ, кислород). Основным элементов газовой смеси является метан. Это газ без цвета, почти без запаха, практически нерастворим в воде, химически малоактивен. Химическая формула CH4.

Жаропроизводительность газа2040 0С. Плотность газа – в 2 раза легче воздуха. Теплота сгорания: QH=8500 ккал/м3, QВ=9500 ккал/м3. Пределы воспламенения: нижний 5%, верхний 15%.

В состав воздуха входят:

азот 78,8%;

кислород 20,95%;

инертные газы 0,94%;

углекислый газ 0,03%.

Готовым продуктом является вода с температурой 1500С, расходом 123,5 т/ч. Эта вода используется для горячего водоснабжения и отопления.