Усовершенствование системы автоматического регулирования процесса производства пара в паровом котле



Тип работы:  Курсовая работа
Бесплатно:  Антиплагиат
Объем: 25 страниц
В избранное:   
Усовершенствование системы автоматического регулирования процесса производства пара в паровом котле
Бу қазандығындағы бу өндіру процессінің автоматты реттеу жүйесін жетілдіру

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ОБЩАЯ ЧАСТЬ
1 Описание технологического процесса производства пара
Водяной пар
Фазовые состояния воды
Процесс получения водяного пара из воды
Описание конструкции котельной установки
Общие сведения
Основные виды котельных агрегатов
Энергетические котельные агрегаты
Водогрейные котлы
3 Обоснование необходимости контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
4 Исследовательская часть
4.1 Объект исследования
Разработка системы управления
Расчет системы автоматического регулирования температуры
5 Экономическая часть
5.1 Смета стоимости средств автоматизации
5.2 Расчет амортизационных отчислений
5.3 Расчет численности рабочих
.4 Расчет годового фонда заработной платы специалистов
.5 Расчет заработной платы
.6 Смета эксплуатационных затрат
.7 Расчет экономической эффективности САР
. Безопасность жизнедеятельности и экология
.1 Охрана труда
.2 Меры защиты работников от воздействий вредных факторов
.3 Мероприятия по охране окружающей среды
.4 Расчет выбросов от котельной, работающей на природном газе
.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях
Список использованных источников

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Описание технологического процесса производства пара

Водяной пар

Промежуточное состояние вещества между состоянием реального газа и жидкостью принято называть парообразным или просто паром. Превращение жидкости в пар представляет собой фазовый переход из одного агрегатного состояния в другое. При фазовом переходе наблюдается скачкообразное изменение физических свойств вещества.
Примерами таких фазовых переходов является процесс кипения жидкости с появлением влажного насыщенного пара и последующим переходом его в лишенный влаги сухой насыщенный пар или обратный кипению процесс конденсации насыщенного пара.
Одно из основных свойств сухого насыщенного пара заключается в том, что дальнейший подвод теплоты к нему приводит к возрастанию температуры пара, т. е. перехода его в состояние перегретого пара, а отвод теплоты -- к переходу в состояние влажного насыщенного пара.

1.2 Фазовые состояния воды

Рисунок 1.1 Фазовая диаграмма для водяного пара в T, s координатах.

Область I - газообразное состояние (перегретый пар, обладающий свойствами реального газа);
Область II - равновесное состояние воды и насыщенного водяного пара (двухфазное состояние). Область II также называют областью парообразования;
Область III - жидкое состояние (вода). Область III ограничена изотермой ЕК;
Область IV - равновесное состояние твердой и жидкой фаз;
Область V - твердое состояние;
Области III, II и I разделены пограничными линиями AK (левая линия) и KD (правая линия). Общая точка K для пограничных линий AK и KD обладает особыми свойствами и называется критической точкой. Эта точка имеет параметры pкр , vкр и Ткр, при которых кипящая вода переходит в перегретый пар, минуя двухфазную область. Следовательно, вода не может существовать при температурах выше Ткр.
Критическая точка К имеет параметры:

pкр = 22,136 МПа; vкр = 0,00326 м3кг; tкр = 374,15 °С. (1)

Значения p, t, v и s для обеих пограничных линий приводятся в специальных таблицах термодинамических свойств водяного пара.

1.3 Процесс получения водяного пара из воды

На рисунках 2 и 3 изображены процессы нагрева воды до кипения, парообразования и перегрева пара в p, v -- и T, s-диаграммах.
Начальное состояние жидкой воды, находящейся под давлением p0 и имеющей температуру 0 °С, изображается на диаграммах p, v и T, s точкой а. При подводе теплоты при p = const температура ее увеличивается и растет удельный объем. В некоторый момент температура воды достигает температуры кипения. При этом ее состояние обозначается точкой b. При дальнейшем подводе теплоты начинается парообразование с сильным увеличением объема. При этом образуется двухфазная среда -- смесь воды и пара, называемая влажным насыщенным паром. Температура смеси не меняется, так как тепло расходуется на испарение жидкой фазы. Процесс парообразования на этой стадии является изобарно-изотермическим и обозначается на диаграмме как участок bc. Затем в некоторый момент времени вся вода превращается в пар, называемый сухим насыщенным. Это состояние обозначается на диаграмме точкой c.

Рисунок 1.2 Диаграмма p, v для воды и водяного пара.

Рисунок 1.3 Диаграмма T, s для воды и водяного пара.

При дальнейшем подводе теплоты температура пара будет увеличиваться и будет протекать процесс перегрева пара c -- d. Точкой d обозначается состояние перегретого пара. Расстояние точки d от точки с зависит от температуры перегретого пара.
Индексация для обозначения величин, относящихся к различным состояниям воды и пара:
величина с индексом 0 относится к начальному состоянию воды;
величина с индексом ′ относится к воде, нагретой до температуры кипения (насыщения);
величина с индексом ″ относится к сухому насыщенному пару;
величина с индексом x относится к влажному насыщенному пару;
величина без индекса относится к перегретому пару.
Процесс парообразования при более высоком давлении p1 p0 можно отметить, что точка a, изображающая начальное состояние воды при температуре 0 °С и новом давлении, остается практически на той же вертикали, так как удельный объем воды почти не зависит от давления.
Точка b′ (состояние воды при температуре насыщения) смещается вправо на p, v-диаграмме и поднимается вверх на T,s-диаграмме. Это потому, что с увеличением давления увеличивается температура насыщения и, следовательно, удельный объем воды.
Точка c′ (состояние сухого насыщенного пара) смещается влево, т. к. с увеличением давления удельный объем пара уменьшается, несмотря на увеличение температуры.
Соединение множества точек b и c при различных давлениях дает нижнюю и верхнюю пограничные кривые ak и kc. Из p, v-диаграммы видно, что по мере увеличения давления разность удельных объемов v″ и v′ уменьшается и при некотором давлении становится равной нулю. В этой точке, называемой критической, сходятся пограничные кривые ak и kc. Состояние, соответствующее точке k, называется критическим. Оно характеризуется тем, что при нем пар и вода имеют одинаковые удельные объемы и не отличаются по свойствам друг от друга. Область, лежащая в криволинейном треугольнике bkc (в p, v-диаграмме), соответствует влажному насыщенному пару.
Состояние перегретого пара изображается точками, лежащими над верхней пограничной кривой kc.
На T, s-диаграмме площадь 0abs′ соответствует количеству теплоты, необходимого для нагрева жидкой воды до температуры насыщения.
Количество подведенной теплоты, Джкг, равное теплоте парообразования r, выражается площадью s′bcs, и для нее имеет место соотношение:
r = T(s″ -- s′). (2)

Количество подведенной теплоты в процессе перегрева водяного пара изображается площадью s″cds.
На T, s-диаграмме видно, что по мере увеличения давления теплота парообразования уменьшается и в критической точке становиться равной нулю.
Обычно T, s-диаграмма применяется при теоретических исследованиях, так как практическое использование ее сильно затрудняется тем, что количества теплоты выражаются площадями криволинейных фигур.

Описание конструкции котельной установки

Общие сведения

Котельная установка состоит из котла и вспомогательного оборудования. Устройства, предназначенные для получения пара или горячей воды повышенного давления за счет теплоты, выделяемой при сжигании топлива, или теплоты, подводимой от посторонних источников (обычно с горячими газами), называют котельными агрегатами. Они подразделяются соответственно на котлы паровые и котлы водогрейные. Котельные агрегаты, использующие (те. утилизирующие) теплоту отходящих из печей газов или других основных и побочных продуктов различных технологических процессов, называют котлами- утилизаторами.
В состав котла входят: топка, пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель, каркас, обмуровка, тепловая изоляция, обшивка.
Вспомогательным оборудованием считают: тягодутьевые машины, устройства очистки поверхностей нагрева, топливо-приготовления и топливоподачи, оборудование шлакоудаления и золоудаления, золоулавливающие и другие газоочистительные устройства, газо-воздухопроводы, трубопроводы воды, пара и топлива, арматуру, гарнитуру, автоматику, приборы и устройства контроля и защиты, водоподготовительное оборудование и дымовую трубу.
К арматуре относят регулирующие и запорные устройства, предохранительные и водопробные клапаны, манометры, водоуказательные приборы.
В гарнитуру входят лазы, гляделки, люки, шиберы, заслонки.
Здание, в котором располагаются котлы, называют котельной.
Комплекс устройств, включающий в себя котельный агрегат и вспомогательное оборудование, называют котельной установкой. В зависимости от вида сжигаемого топлива и других условий некоторые из указанных элементов вспомогательного оборудования могут отсутствовать.
Котельные установки, снабжающие паром турбины тепловых электрических станций, называют энергетическими. Для снабжения паром производственных потребителей и отопления зданий в ряде случаев создают специальные производственные и отопительные котельные установки.
В качестве источников теплоты для котельных установок используются природные и искусственные топлива (каменный уголь, жидкие и газообразные продукты нефтехимической переработки, природный и доменный газы и др.), отходящие газы промышленных печей и других устройств, солнечная энергия, энергия деления ядер тяжелых элементов (урана, плутония) и т.д.
Технологическая схема котельной установки с барабанным паровым котлом, работающим на пылевидном угле, приведена на рис. 7.1. Топливо с угольного склада после дробления подастся конвейером в бункер сырого угля 1, из которого направляется в систему пылеприготовления, имеющую углеразмольную мельницу 2. Пылевидное топливо с помощью специального вентилятора 3 транспортируется по трубам в воздушном потоке к горелкам 4 топки котла 5, находящегося в котельной 14. К горелкам подводится также вторичный воздух дутьевым вентилятором 13 (обычно через воздухоподогреватель 10 котла). Вода для питания котла подается в его барабан 7 питательным насосом 12 из бака питательной волы 11, имеющего деаэрационное устройство. Перед подачей воды в барабан она подогревается в водяном экономайзере 9 котла. Испарение воды происходит в трубной системе 6. Сухой насыщенный пар из барабана поступает в пароперегреватель 5, затем направляется к потребителю.
Топливно-воздушная смесь, подаваемая горелками в топочную камеру (топку) парового котла, сгорает, образуя высокотемпературный (1500 °С) факел, излучающий тепло на трубы 6, расположенные на внутренней поверхности стен топки. Это -- испарительные поверхности нагрева, называемые экранами. Отдав часть теплоты экранам, топочные газы с температурой около 1000оС проходят через верхнюю часть заднего экрана, трубы которого здесь расположены с большими промежутками (эта часть носит название фестона), и омывают паро-перегреватель. Затем продукты сгорания движутся через водяной экономайзер, воздухоподогреватель и покидают котел с температурой, несколько превышающей 100°С. Уходящие из котла газы очищаются от золы в золоулавливающем устройстве 15 и дымососом 16 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 17. Уловленная из дымовых газов пылевидная зола и выпавший в нижнюю часть топки шлак удаляются, как правило, в потоке воды по каналам, а затем образующаяся пульпа откачивается специальными багерными насосами 18 и удаляется по трубопроводам.

Рисунок - 2.1 Технологическая схема котельной установки:
а - водяной тракт; б - перегретый пар; в - топливный тракт; г - путь движения воздуха; д - тракт продуктов сгорания; е - путь золы и шлака;
1- бункер топлива; 2- углеразмольная мельница; 3- мельничный вентилятор; 4- горелка; 5- контур топки и газоходов котельного агрегата; 6 - экраны топки; 7- барабан; 8- пароперегреватель;
9- водяной экономайзер; 10- воздухоподогреватель; 11- бак запаса воды с деаэрационным устройством; 12 - питательный насос; 13- вентилятор; 14- контур здания котельной (помещения котельного отделения); 15 - золоулавливающее устройство; 16 - дымосос;
17- дымовая труба; 18- насосная для откачки золошлаковой пульпы

На рисунке 7.1 показано, что барабанный котельный агрегат состоит из топочной камеры и газоходов, барабана, поверхностей нагрева, находящихся под давлением рабочей среды (воды, пароводяной смеси, пара), воздухоподогревателя, соединительных трубопроводов и воздуховодов. Поверхности нагрева, находящиеся под давлением, включают в себя водяной экономайзер, испарительные элементы, образованные в основном экранами топки и фестоном, и пароперегреватель. Все поверхности нагрева котла, в том числе и воздухоподогреватель, как правило, трубчатые. Лишь некоторые мощные паровые котлы имеют воздухоподогреватели иной конструкции. Испарительные поверхности подключены к барабану и вместе с опускными трубами, соединяющими барабан с нижними коллекторами экранов, образуют циркуляционный контур. В барабане происходит разделение пара и воды; кроме того, большой запас воды в нем повышает надежность работы котла.
Нижнюю трапециевидную часть топки котельного агрегата (рис. 7.1) называют холодной воронкой -- в ней охлаждается выпадающий из факела частично спекшийся зольный остаток, который в виде шлака проваливается в специальное приемное устройство. Газо-мазутные котлы не имеют холодной воронки. Газоход, в котором расположены водяной экономайзер и воздухоподогреватель, называют конвективным (конвективная шахта), в нем теплота передается воде и воздуху в основном конвекцией. Поверхности нагрева, встроенные в этот газоход и называемые хвостовыми, позволяют снизить температуру продуктов сгорания от 500-700оС после пароперегревателя почти до 100°С, те. полнее использовать теплоту сжигаемого топлива.
Вся трубная система и барабан котла поддерживаются каркасом, состоящим из колонн и поперечных балок. Топка и газоходы защищены от наружных теплопотерь обмуровкой -- слоем огнеупорных и изоляционных материалов. С наружной стороны обмуровки стенки котла имеют газоплотную обшивку стальным листом с целью предотвращения присосов в топку избыточного воздуха и выбивания наружу запыленных горячих продуктов сгорания, содержащих токсичные компоненты.

Основные виды котельных агрегатов

2.2.1 Энергетические котельные агрегаты

Энергетические котлы (ЭТК) - установки, без которых основной технологический процесс не протекает или претерпевает существенные изменения при их отключении. К ним относятся системы принудительного охлаждения технологических агрегатов, а также котлы для охлаждения технологической продукции, шлаковых отходов и др. Энергетические котлы-утилизаторы предназначены для выработки пара и горячей воды в результате использования теплоты выхлопных газов ГТУ, что позволяет существенно повысить общую экономичность ТЭС.
Отличительной особенностью энергетических котлов-утилизаторов является отсутствие у них топочной камеры для сжигания топлива. При этом температурный перепад на входе в КУ обычно составляет всего 20 - 40°С. В некоторых конструкциях КУ для повышения температуры отходящих из ГТУ газов в целях получения большей паровой мощности осуществляется сжигание топлива в специальных дожигающих устройствах в газоходе за ГТУ или в регистровых горелках перед поверхностями нагрева КУ. При этом, если содержание О2 в отходящих из ГТУ газах не ниже 13%, дополнительная подача атмосферного воздуха не требуется.
Для повышения эффективности комбинированного цикла ПГУ температура уходящих из КУ газов постоянно снижается и составляет в настоящее время около 110°С. Наиболее эффективный путь снижения температуры уходящих газов состоит в утилизации теплоты за счет подачи в КУ воды с возможно более низкой температурой. Поэтому при проектировании КУ значения температуры питательной воды на входе задаются все более низкими. В некоторых КУ она лишь на несколько градусов выше расчетной температуры точки росы дымовых газов.
По конструкции КУ разделяются на однокорпусные и двухкорпусные, вертикального и горизонтального профиля, барабанные (с естественной циркуляцией среды в контуре) и прямоточные (с принудительной циркуляцией), с одним или несколькими (до трех) контурами давлений.
Существующие барабанные и прямоточные КУ производят пар докритического давления. Однако в последнее время в связи с совершенствованием ГТУ и ростом температуры отходящих газов за рубежом введены пилотные прямоточные котлы-утилизаторы на сверхкритические параметры пара (24 МПа570 °С).
Современные КУ выполняются газоплотными за счет обшивки металлическим листом.
Пароводяной тракт котлов состоит из экономайзерных, испарительных и пароперегревательных поверхностей в соответствующих контурах давлений. Часто для более глубокого снижения температуры уходящих газов на котле-утилизаторе устанавливают дополнительные экономайзерные поверхности или газовый подогреватель конденсата, работающие в отдельном контуре. Все поверхности нагрева включаются по противоточной схеме. В пароперегревателе высокого давления используют трубы из легированной стали, а в остальных поверхностях нагрева - из углеродистой.

Водогрейные котлы

Водогрейные котлы применяют для снабжения подогретой водой систем отопления и вентиляции, бытовых и технологических потребителей. Котлы устанавливают в промышленноотопительных котельных, а также на ТЭЦ для покрытия пиковых отопительно-вентиляционных нагрузок. Их основная особенность - работа при постоянном расходе сетевой воды и включении непосредственно в тепловую сеть. Нагрузка котлов регулируется изменением температуры входящей и выходящей воды путем изменения форсировки топки. Температура воды на входе в котел - 70 °С (в пиковом режиме до 110 °С), на выходе из котла - 150 °С и более (до 200 °С). Основные параметры и технические требования на котлы содержатся в ГОСТ 21563 - 93 (табл. 10.6). Котлы предназначены для сжигания газа, мазута и твердого топлива. Для них установлена следующая шкала тепловых мощностей, МВт (Гкалч): 4,65 (4); 7,5 (6,5); 11,63 (10); 23,3 (20); 35 (30); 58,2 (50); 116,3 (100) и 209,4 (180).
Стальные водогрейные котлы старых типов ТВГМ, ПТВМ и ЭЧМ заменены новой серией стальных водогрейных котлов типов КВ-ГМ и КВ-ТК. Новая серия водогрейных прямоточных котлов мощностью от 4,6 до 210 МВт (табл. 10.7) в целях унификации разбита на четыре группы. К первой группе относятся водогрейные котлы мощностью 4,6 и 7,5 МВт, предназначенные для сжигания газа, мазута и твердого топлива. Трубная система котлов поставляется единым блоком.
Во вторую группу входят котлы мощностью 11,6, 23,2 и 35 МВт, используемые в качестве основного источника теплоснабжения и предназначенные для работы на газе, мазуте и твердом топливе. Они поставляются двумя законченными транспортабельными блоками: горизонтальная топка и вертикальный конвективный газоход. В третью группу унифицированных котлов входят котлы мощностью 58 и 116 МВт, предназначенные для работы на газе и мазуте. Четвертую группу составляют котлы этой же мощности, но предназначенные для сжигания твердого топлива. Водогрейные котлы мощностью 58, 116 и 210 МВт могут использоваться в качестве основных источников теплоснабжения и пиковых для установки на ТЭЦ.
Для работы на твердом топливе применяют котлы типов КВ-Р со сжиганием топлива на решетке (КВ-ТС - котел водогрейный, твердое топливо, слоевое сжигание; КВ-ТСВ - котел водогрейный, слоевое сжигание, с воздухоподогревателем; КВ-ТК - котел водогрейный, твердое топливо, камерное сжигание).
Водогрейные котлы со слоевым сжиганием твердого топлива типа КВ-Р (КВ-ТС и КВ-ТСВ) выпускают тепловой мощностью от 4,65 до 58,2 МВт (рис. 10.3). Эти котлы снабжают цепными решетками обратного хода с пневмомеханическими забрасывателями. Котлы КВ-ТС выпускают без воздухоподогревателя (работают на холодном воздухе), а в котлах КВ-ТСВ предусмотрена установка выносного воздухоподогревателя, обеспечивающего подогрев воздуха до 210 - 250 °С. Горизонтальные призматические топки, за исключением пода, полностью экранированы трубами. На котлах применены система возврата уноса угольной пыли и острое дутье. Несущий каркас отсутствует. Котлы могут работать с изменением нагрузки в пределах 25 - 100% номинальной теплопроизводительности. Водогрейные котлы с камерным сжиганием твердого топлива типа КВ-ТК-116,3-150 (КВ-ТК-100-150) нескольких модификаций выполнены по П-образной схеме, имеют вертикальную призматическую топку с твердым шлакоудалением и вертикальный опускной газоход. Топочная камера экранирована трубами 60x4 мм с шагом 64 мм и обшита ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Строительство мусороперерабатывающего завода мощностью 180 тыс. тонн в год
Расчет турбины К-50-90
Динамометрирование и эхометрия скважин, оборудованных УШГН. Расшифровка динамограмм штанговых насосов. Поверхностное оборудование гидропоршневых насосных установок. Требования к подготовке рабочей жидкости. Контроль и регулирование режима работы УГПН
Автоматизация котельного агрегата Екибастузского ТЭЦ
Экибастузский угольный бассейн
ОЦЕНКА ПОСЕВНЫХ И УРОЖАЙНЫХ СВОЙСТВ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И ВЗАИМОСВЯЗЬ ИХ С УРОЖАЙНОСТЬЮ
Выращивание зерновых культур (пшеница, ячмень и сафлор)
Разработка аппаратной части распределительной трансформаторной подстанции
Автоматизации технологического процесса вулканизации автомобильных покрышек
Технологические процессы и амортизация листовой офсетной печатной машины Heidelberg Printmaster GTO 52
Дисциплины