Усовершенствование системы автоматического регулирования процесса производства пара в паровом котле

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 25 страниц
В избранное:

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 установкиОбщие сведенияОсновные виды котельных котельные агрегатыВодогрейные 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 параВодяной 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

Фазовая диаграмма для водяного пара в t, s-координатах

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 p _кр , v _кр и Т _кр , при которых кипящая вода переходит в перегретый пар, минуя двухфазную область. Следовательно, вода не может существовать при температурах выше Т _кр .

Критическая точка К имеет параметры:

p _кр = 22, 136 МПа; v _кр = 0, 00326 м ³ /кг; t _кр = 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 p ₀ 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 .

Диаграмма p, v для воды и водяного пара

Рисунок 1. 2 Диаграмма p, v для воды и водяного пара.

Диаграмма T, s 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 p ₁ > p ₀ 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 0 abs′ соответствует количеству теплоты, необходимого для нагрева жидкой воды до температуры насыщения.

Количество подведенной теплоты, Дж/кг, 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 установкиОбщие 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 1000 ^о С 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 500-700 ^о С 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 О ₂ 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 МПа/570 °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 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 (Гкал/ч) : 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) .

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.