Дипломная работа: Автоматизація котельні на ТЗВ "Волинь-Шифер"

Основними елементами робочого процесу, що здійснюється в котловій установці, є:

1) процес горіння палива;

2) процес теплообміну між продуктами згоряння та водою; 3)процес пароутворення, що складає з нагрівання води, її випару і нагрівання отриманої пари.

Під час роботи в котлоагрегатах утворяться два взаємодіючих один з одним потоки: потік робочого тіла і потік теплоносія, що утвориться в топці.

У результаті цієї взаємодії на виході об'єкта виходить пара заданого тиску і температури.

Однієї з основних задач, що виникає при експлуатації котлового агрегату, є забезпечення рівності між виробленою і споживаною енергією. У свою чергу процеси пароутворення і передачі енергії в котлоагрегаті однозначно зв'язані з кількістю речовини в потоках робочого тіла і теплоносія.

Горіння палива є суцільним фізико-хімічним процесом. Хімічна сторона горіння являє собою процес окислювання елементів палива киснем, що протікає при визначеній температурі і супроводжується виділенням тепла. Інтенсивність горіння, а так само економічність і стійкість процесу горіння палива залежать від способу підведення і розподілу повітря між частками палива. Умовно прийнято процес спалювання палива поділяти на три стадії: запалювання, горіння і допалювання. Ці стадії в основному протікають послідовно в часі, частково накладаються одна на іншу.

Розрахунок процесу горіння звичайно зводиться до визначення кількості повітря в м³ , необхідного для згоряння одиниці чи маси обсягу палива кількості і складу теплового балансу і визначенню температури горіння.

Значення тепловіддачі полягає в теплопередачі теплової енергії, що виділяється при спалюванні палива, води, з якої необхідно одержати пару, або пари, якщо необхідно підвищити її температуру вище температури насичення. Процес теплообміну в котлах йде через водогазонепроникні теплопровідні стінки, що називаються поверхнею нагрівання. Поверхні нагрівання виконуються у виді труб. Усередині труб відбувається безупинна циркуляція води, а ззовні вони омиваються гарячими топковими газами, а також сприймають теплову енергію випромінюванням. У такий спосіб у котлоагрегаті мають місце усі види теплопередачі: теплопровідність, конвекція і випромінювання. Відповідно поверхня нагрівання підрозділяється на конвективну і радіаційну. Кількість тепла, передана через одиницю площі нагрівання в одиницю часу - зветься тепловою напругою поверхні нагрівання. Величина теплової напруги обмежена, по-перше, властивостями матеріалу поверхні нагрівання, по-друге, максимально можливою інтенсивністю теплопередачі від гарячого теплоносія до поверхні, від поверхні нагрівання до холодного теплоносія.

Інтенсивність коефіцієнта теплопередачі тим вища, чим вища різниця температур теплоносіїв, швидкість їхнього переміщення щодо поверхні нагрівання і чим вища чистота поверхні.

Утворення пари в котлоагрегатах протікає за визначеною послідовністю. Вже в екранних трубах починається утворення пари. Цей процес протікає при великих температурі і тиску. Явище випаровування полягає в тому, що окремі молекули рідини, що знаходяться в її поверхні і володіють високими швидкостями, а отже, і більшої в порівнянні з іншими молекулами кінетичною енергією, переборюючи силові впливи сусідніх молекул (поверхневий натяг), вилітають у навколишнє середовище. Зі збільшенням температури інтенсивність випаровування зростає. Процес зворотний пароутворенню називають конденсацією. Рідина, що утвориться при конденсації називають конденсатом. Вона використовується для охолодження поверхонь металу в пароперегрівниках.

Пара, утворена в котлоагрегаті, підрозділяється на насичену і перегріту. Насичену пару у свою чергу поділяють на суху і вологу. Якщо на теплоелектростанціях потрібна перегріта пара, то для його перегріву встановлюється пароперегрівники, у яких для перегріву пари використовується тепло, отримане в результаті згоряння палива і вихідних газів.

2.2 Підготовка води для живлення котлів

2.2.1 Характеристика природних вод

Природні води можна розділити на дві категорії: на води відкритих водойм (моря, ріки, озера, ставки і т.п.) і на підземні чи ґрунтові води (артезіанські, ключові і т.п.). Природні води завжди містять деяку кількість різних домішок, як, наприклад, кухонної солі, солей кальцію і магнію, а також газів — кисню, вуглекислоти і т.п.), що додають їм мутність. Склад природних вод дуже різноманітний і залежить головним чином від того, у яких породах протікають ці води і які речовини вони вимивають, а також і від ряду інших причин. Усяка вода, що містить у собі розчинені солі, називається "твердою " водою, і, навпаки, якщо вода таких солей не містить (наприклад, дощова чи дистильована), вона називається "м'якою". Зовнішньою ознакою м'якої води є гарне омилення. Твердість води вимірюється особливими одиницями - градусами твердості. За одиницю твердості води приймається вміст одного міліграм-еквівалента кальцію чи магнію в1л води (мг-екв/л) чи тисячна частка міліграм - еквівалента -мікрограм - еквівалента в1л води (мкг-екв/л). Вміст лугу у воді також вимірюється в мг-екв чи в мкг-екв/л.

Загальна твердість води складається з карбонатної (тимчасовий) твердості і некарбонатної (постійної) твердості. Карбонатна твердість характеризується наявністю у воді в розчиненому виді бікарбонатів (двовуглекислих солей) кальцію Са(НСОз) і магнію Мg(НСОз), а некарбонатна твердість - наявністю у воді сульфатів (сірчанокислих солей) і хлоридів (хлористих солей) кальцію і магнію - СаSО₄ , МgS0₄ , СаС1₂ і МgС1₂ . Якщо "тверду " воду нагрівати до температури вище 70°С, то солі твердості, що знаходяться в ній, будуть кристалізуватися і поступово випадати з розчину на внутрішні поверхні нагрівання у виді твердих відкладень різного хімічного складу, які утворюють накип. Основним джерелом відкладень накипоутворювачів в котлах і теплообмінниках є солі кальцію (СаSО₄ ) і магнію (МgSО₄ ), що потрапляють з водою, у якій вони знаходяться в розчиненому виді.

2.2.2 Якість води для парогрійних котлів

Для забезпечення нормальної роботи парогрійних котлів і теплових мереж вода, яка в них використовується повинна мати визначену якість. Основними показниками якості води для парогрійних котлів і мереж є вміст агресивних газів (СО₂ і О₂ ), прозорість води, тобто вміст зважених речовин, які видаляються легко при фільтруванні, і твердість води, тобто вміст у воді солей кальцію і магнію.

Варто також відмітити, що природна вода являє собою слабкий розчин електролітів, дисоційованих на позитивно заряджені іони чи катіони Са ⁺ , Na⁺ , Мg²⁺ , Fе²⁺ , H і ін. і негативно заряджені іони чи аніони ОН, НСО, SО, Сl і ін. Якщо концентрація водневих іонів H дорівнює концентрації гідроксильних іонів ОН, то вода нейтральна; при перевазі гідроксильних іонів вода лужна.

Концентрацію водневих іонів виражають показником ступеня без знака мінус; цей показник позначається рН і називається водневим. Якщо Н=10, то рН=7. При рН<7 реакція кисла, при рН=7 - нейтральна і при рН>7 - лужна.

Широке поширення одержав обмінний метод пом'якшення води - так званий натрій-катіонний метод. Сутність його полягає в тому, що воду фільтрують через шар глауконіту чи сульфовугілля, що міститься в спеціальному апараті - катіонному фільтрі (рисі).

Катіонний фільтр - це металічний резервуар циліндричної форми, всередині якого міститься сульфовугілль. Висота шару сульфовугілля залежить від твердості вхідної води; при більшій твердості шар вище. У нижній частині фільтра під шаром сульфовугілля розташовується дренажний пристрій, що складається з колектора і системи труб, приєднаних до нього. До верхньої частини цих труб приварені патрубки з різьбленням для нагвинчування спеціальних щілинних дренажних ковпачків, виготовлених із пластмаси. Ці ковпачки на своїх гранях мають вузькі щілини, ширина яких менша найменшого зерна сульфовугілля, що запобігає виносу матеріалу з водою під час його роботи і регенерації.

Сульфовугілля - це кам'яне вугілля, оброблене міцною сірчаною кислотою. Насипна вага повітряносухого сульфовугілля дорівнює 0,55 т/м³ , розмір зерен - 0,3 до 1,2 мм і ємність поглинання 280-360 г-екв/м³ . Сульфовугілля вилучає з води катіони кальцію і магнію і обмінюється катіонами натрію. Обмін катіонами відбувається в строго рівнозначних (еквівалентних) кількостях. Температуру води при натрій-катіонному методі рекомендується тримати не вище 60°С. Цей метод дозволяє майже цілком вилучити з води накипоутворювачі; залишкова твердість пом'якшеної води звичайно не перевищує 35 мкг-екв/л. В результаті такого пом'якшення води замість сульфатів і хлоридів кальцію і магнію утворюються легкорозчинні, що не здатні до накипоутворення, сірчанокислий натрій Ка₂ SО (глауберова сіль) і хлористий натрій NаСІ (кухонна сіль); замість бікарбонатів кальцію і магнію утвориться еквівалентна кількість добре розчинного у воді бікарбонату натрію NaНСО₃ .

Рис. 1 Вертикальний натрій-катіонний фільтр

1-вхід сирої води; 2-вихід пом'якшеної води; 3-підведення сольовогорозчину; 4-сульфовугілля; 5-бетон; 6-дренажний пристрій; 7-корпус фільтра;8-спускна труба; 9-щільовий дренажний ковпачок.

В процесі роботи сульфовугілля, в результаті поглинання катіонітів кальцію і магнію, поступово втрачає свою здатність до обміну катіонами. Величина обмінної здатності сульфовугілля визначається хімічним аналізом пом'якшеної води. Якщо твердість її підвищується, то фільтр необхідно регенерувати, це означає зробити відновлення здатності сульфовугілля шляхом розпушення зворотним потоком води і пропусканням через нього 5-10-процентного розчину кухонної солі (NаСІ), що готується в солерозчиннику. При цьому процесі катіоніти натрію кухонної солі заміщають в сульфовугіллі солі кальцію і магнію, розчин яких відводиться в каналізацію. Для звільнення вихідної води від механічних домішок її насосом проганяють через кварцовий фільтр, після якого вона надходить у катіонний, де обробляється.

2.2.3 Регулювання температури вихідної води

Вода, що надходить на установку водопідготовки, підігрівається в теплообмінниках до температури, що забезпечує оптимальне протікання технологічного процесу. Регулювання температури підігрітої води здійснюється регулятором температури, що змінює подачу гріючого середовища, (води) у теплообмінник.