Реферат: Система автоматизации на котлоагрегатах

Энергетика является ведущим звеном современного индустриально развитого народного хозяйства. Понятием «энергетика» охватывается, как известно, широкий круг установок для производства, транспорта и использования электрической и тепловой энергии и всех других энергоносителей, как-то: сжатый воздух, искусственный кислород и др. В их числе особо важное значение имеет электроэнергия в силу универсальности её применения в промышленности, на транспорте и в быту и большой транспортабельности – на многие сотни километров при минимальных потерях.

В СССР, как в принципе и сейчас в Казахстане, примерно 85% электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС), важнейшим звеном которых являются котельные установки, вырабатывающие пар для турбогенераторов.

В дальнейшем, при учете строительства мощных гидроэлектростанций (ГЭС) и более широкого промышленного освоения атомных электростанций (АЭС), процент «топливной электроэнергии» несколько снизится, но все же он составит, по- видимому, не мене 80% общего её производства. В общем, топливном балансе страны районные тепловые электростанции занимают около 15%, а, включая находящиеся в системе промышленных предприятий – примерно 25%. Значительно большое количество топлива, порядка 35%, потребляется промышленностью для производственных целей, а оставшиеся 40% приходится на все виды транспорта и коммунальное хозяйство. Если учесть широкое распространение на водном и железнодорожном транспорте паросиловых установок и применение различных котлов в коммунальном хозяйстве, можно констатировать, что не менее 55-60% производимого в стране топлива сжигается в топках котлов того или иного назначения.

Нужно указать далее, что промышленная энергетика является наиболее сложным энергетическим комплексом.

В его состав входят, помимо обычных котельных установок и паросиловых установок, специальные воздуходувные и кислородные станции, промышленные печи различного назначения, газификационные аппараты, сушильные и теплообменные устройства, тепловые и газовые сети, а также многообразное электрооборудование промышленных предприятий.

При выработке пара исходными рабочими веществами являются: топливо, окислитель - в основном кислород атмосферного воздуха и питательная вода, из которой получается пар нужных параметров, а производственными отходами – охлажденные дымовые газы и шлакозоловые остатки топлива. Дымовые газы получаются при сжигании (окислении) топлива в специальном устройстве – топке.

Тепло образующихся здесь горячих дымовых газов используется далее поверхностями нагрева для подогрева питательной воды, её испарения при определенном давлении, перегрева полученного пара, а также для нагрева воздуха, поступающего в топку для окисления горючих элементов топлива.

Дымовые газы, пройдя указанные теплоиспользующие устройства, выбрасываются затем в атмосферу. Вместе с ними уносится часть золы топлива, а остальная её часть в виде сплавленного шлака выпадает в нижней части топки, откуда она и выводится - непрерывно или периодически.

Сочетание топки и теплоиспользующих поверхностей именуется котельным агрегатом; котельная установка является более широким понятием, включающим дополнительно устройства для приготовления и ввода в топку топлива, вентиляторы для подачи воздуха и отвода в атмосферу охлажденных дымовых газов, питательные насосы и другое, более мелкое вспомогательное оборудование.

Промышленное применение пара имеет на сегодня почти двухвековую историю, считая со времен Ползунова (1728-1766 гг.) и Уатта (1736-1819 гг.), историю непрерывного прогресса в области паровых двигателей и паровых котлов. Однако значительные достижения были достигнуты в этих областях в 1930-1940 гг. За этот сравнительно весьма ограниченный отрезок времени в котельной технике достигнуто в количественном и качественном отношениях значительно больше, нежели за все предыдущие 150 лет.

Большие сдвиги котельной техники в1930-1640 гг., отражая общее ускорение темпов промышленно- технического прогресса, обуславливаются в основном бурным развитием за эти годы электроэнергетиков связи с интенсивным ростом энерговооруженности народного хозяйства, большой концентрацией мощностей и применением транспорта электроэнергии на огромные расстояния. Нужно указать, что до Октябрьской революции котлостроения в СССР фактически не было, как и многих других отраслей тяжелой промышленности, а вся сравнительно небольшая потребность в паровых котлах покрывалась импортом их из Германии и Англии. Начиная с 1928-1930 гг. у нас создается собственная и мощная топочно-котельная промышленность, концентрируемая на ряде специализированных заводов, важнейшими из которых являются Таганрогский, Подольский, Барнаульский и Белгородский.

1. Технологический участок образования пара, как объект АСУ

1. Технология парообразования и оборудование

1.1.1 Описание технологического процесса производства пара

Технологическая схема производства пара на паротурбинной электрической станции с прямоточными котлами и сжиганием твердо­го топлива в пылевидном состоянии показана на рис.1. Твердое топливо в виде кусков поступает в приемно-разгрузочное помещение в железнодорожных вагонах. Вагоны заталки­ваются в вагоноопрокидыватели и вместе с ни­ми, поворачиваясь вокруг своей оси примерно на 180°, разгружаются в расположенные ниже бункера. С помощью автоматических питате­лей топливо поступает на ленточные конвейе­ры первого подъема, передающие его в дро­билки. Отсюда поток измельченного топлива— дробленки (размеры кусочков топлива не бо­лее 25 мм) конвейером второго подъема по­дается в бункера котельной. Далее дробленка поступает в углеразмолъные мельницы, где окончательно измельчается и подсушивается. Образовавшаяся топливно-воздушная смесь поступает в топочную камеру.

Рис.1 Технологическая схема производства пара

1-штабель угля; 2- ленточный транспортер; 3 и 4-бункер; 5- вагоноопрокидыватель с железнодорожным вагоном; 6- дробильный завод; 7- бункер дробилки; 8- угле размольная мельница; 9- первичный воздух; 10- пылевоздушная смесь; 11- горелки; 12- фронт котла; 13- паровой котел; 14- топочная камера; 15- вторичный воздух; 16- НРЧ; 17- СРЧ; 18- ВРЧ; 19- перегретый пар; 20- конвективный пароперегреватель; 21- забор воздуха из помещения; 22- забор наружного воздуха; 23- короб холодного воздуха; 24- промежуточный паронагреватель; 25- горизонтальный газоход; 26- конвективная шахта (вертикальный газоход); 27- экономайзер; 28- питательная вода; 29- воздухоподогреватель; 30- дутьевой вентилятор; 31- золоуловитель; 32- дымосос; 33- дымовая труба; 34- шлакозоловой канал.

Примечание: парогенератор иногда называют также котлоагрегатом, или паровым котлом.

В отечественной энергетике наиболее ши­рокое распространение получили паровые кот­лы с П-образным профилем - это две вертикальные призматиче­ские шахты, соединенные вверху горизонталь­ным газоходом. Первая шахта - большая по размерам - является топочной камерой (топ­кой). В зависимости от мощности агрегата и сжигаемого топлива ее объем колеблется в широких пределах - от 1000 до 30000 м³ и более. В топочной камере по всему периметру и вдоль всей высоты стен обычно располага­ются трубные плоские системы — топочные экраны. Они получают теплоту прямым излучением от факела и являются радиационными поверхностями нагрева. В современных агрега­тах топочные экраны часто выполняют из плавниковых труб, свариваемых между собой и образующих сплошную газо-плотную (газо­непроницаемую) оболочку. Газо-плотная 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.

Вторая вертикальная шахта и соединяю­щий ее с топочной камерой горизонтальный газоход служат для размещения поверхно­стей нагрева, получающих теплоту конвекцией, и потому называются конвективными газохо­дами, а сама вертикальная шахта—коллективной шахтой. Поверхности нагрева, разме­щаемые в конвективных газоходах, получили название конвективных.

После отдачи теплоты топочным экранам продукты сгорания покидают топку при тем­пературе 900—1200°C (в зависимости от вида топлива) и поступают в горизонтальный газо­ход.

По мере движения в трубах топочных экранов вода превращается в пар. Поверхно­сти нагрева, в которых образуется пар, явля­ются испарительными, парообразующими. В прямоточном котле испарительная поверх­ность нагрева располагается в нижней части топки и потому называется нижней радиаци­онной частью (НРЧ). При СКД в ней разме­щается радиационный экономайзер. Вода, по­ступающая в паровой котел, называется пи­тательной водой.

Питательная вода содержит примеси. В процессе парообразования увеличивается содержание пара, вода при этом упаривается, а концентрация примесей возрастает. При достижении определенных концентраций в конце зоны парообразования на внутренней поверхности труб образуются отложения в ви­де накипи. Теплопроводность отложений в де­сятки раз меньше теплопроводности металла, из которого выполнены поверхности нагрева. Это ухудшает теплопередачу к рабочей среде и при интенсивном обогреве в топочной каме­ре приводит к перегреву металла труб, сни­жению прочности и разрыву под действием внутреннего давления рабочей среды.

Поверхность нагрева, в которой завер­шается парообразование и осуществляется переход к перегреву пара, называют переход­ной зоной. В этой зоне преимущественно и об­разуются отложения. Для облегчения работы металла в ранних конструкциях прямо­точных котлов переходную зону выносили из топоч­ной камеры в конвективный газо­ход, где ин­тенсивность обогрева примерно на порядок меньше - вынесенная переход­ная зона. В на­стоящее время прямоточные котлы питаются практически чистой водой и накипь не образуется, поэтому в современных котлах вынесенной переходной зоны не делают и ра­бочая среда из НРЧ поступает непосредствен­но в вышерасположенные то­почные экраны, в которых пар уже перегревается - радиаци­онный пароперегреватель. Он может состоять либо из двух поверхностей нагрева: средней радиационной части (СРЧ) и верхней радиа­ционной части (ВРЧ), включенных между со­бой по пару после­довательно, либо только ВРЧ, включенной непосредственно за НРЧ. Из ВРЧ частично перегретый пар поступает в последнюю по ходу пара поверхность на­грева, располо­женную в конвективном газохо­де — конвективный пароперегреватель, в кото­ром он доводится до необходимой температу­ры. Из конвективного пароперегревателя пере­гретый пар заданных параметров (давления и температуры) направляется в турбину. Как и любая конвективная поверхность нагрева, конвективный пароперегреватель представляет собой систему большого числа параллельно включенных между собой трубчатых змееви­ков из стальных труб, объединенных на входе и выходе коллекто­рами.

Температура продуктов сгорания за конвективным пароперегревателем достаточно вы­сока (800—900°С). Частично отработавший в турбине пар снова направляют в паровой котел для вторичного (промежуточного) пере­грева до температуры, обычно равной темпе­ратуре пара, выдаваемого основным паропе­регревателем. Этот пароперегреватель получил название промежуточного.

На выходе из промежуточного паропере­гревателя продукты сгорания имеют еще вы­сокую температуру (500—600°С) и поэтому содержащуюся в них теплоту утилизируют в конвективном экономайзере. В него посту­пает питательная вода, которая подогревается до температуры, меньшей температуры насы­щения. При этой температуре вода поступает в НРЧ. За экономайзером температура про­дуктов сгорания составляет 300—450°C и бо­лее. Дальнейшая утилизация теплоты осу­ществляется в следующей конвективной по­верхности нагрева для подогрева воздуха – воздухоподогревателе. Воздухоподогреватель часто представляет собой систему вертикаль­ных труб, через которые проходят продукты сгорания, а между трубами—нагреваемый воздух. Температура воздуха на входе в воз­духоподогреватель (холодный воздух) 30— 60°C, на выходе (горячий воздух) 250—420°С в зависимости от топлива и способа его сжи­гания.

При сжигании твердого топлива в пыле видном состоянии горячий воздух делят на два потока. Первичный воздух служит для подсушки топлива при размоле и транспорта готовой топливной пыли через горелки в топочную камеру. Температура топливно-воздушной смеси 70—130°С. Вторичный воздух поступает через горелки в топку непосредст­венно (минуя мельничную систему) при температуре за воздухоподогревателем.

После воздухоподогревателя продукты сго­рания имеют уже достаточно низкую темпера­туру (110—160°С). Дальнейшая утилизация теплоты этих продуктов сгорания экономиче­ски нецелесообразна, и их выбрасывают дымо­сосом через дымовую трубу в атмосферу. Они получили название уходящих газов,