5.2. Средства автоматизации

Transcript

1. 4. Котельные установки, основное и вспомогательное оборудование
2. Котельная: комплекс зданий и сооружений с котельными установками и вспомогательным технологическим оборудованием, предназначенными для выработки тепловой энергии в целях теплоснабжения. Котельная установка: котел (котлоагрегат) совместно с горелочными, топочными тягодутьевыми устройствами, механизмами для удаления продуктов горения и использования тепловой энергии уходящих газов (экономайзерами, воздухоподогревателями и т.д.) и оснащенный средствами автоматического регулирования, контроля и сигнализации процесса выработки теплоносителя заданных параметров. Котельная блочно-модульная: отдельно стоящая котельная, состоящая из блоков технологического оборудования, размещенных в строительном модуле. Газифицированная котельная  помещения, где размещены один и более котлов при суммарной тепловой мощности установленного оборудования 360 кВт и более. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ "котел паровой" - устройство, предназначенное для выработки пара с давлением выше атмосферного, используемого вне этого устройства; "котел водогрейный" - устройство, предназначенное для нагрева воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне этого устройства; Котел-бойлер — паровой котел, в барабане которого размещено устройство для нагревания воды, используемой вне самого котла, а также паровой котел, в естественную циркуляцию которого включен отдельно стоящий бойлер. Основное и вспомогательное оборудование отопительных котельных установок
3. На оборудование наносится маркировка в виде четких и нестираемых надписей, содержащих следующую информацию: а) наименование и (или) обозначение типа, марки, модели оборудования; б) параметры и характеристики, влияющие на безопасность; в) наименование материала, из которого изготовлено (произведено) оборудование (элементы); г) товарный знак изготовителя (при наличии); д) заводской номер; е) дата изготовления (производства). На каждом котле должна быть прикреплена заводская табличка с маркировкой паспортных данных, нанесенных ударным способом. Допускается маркировка механическим, электрографическим или электрохимическим способом, обеспечивающим четкость и долговечность изображения, равноценные ударному способу На табличке парового котла должны быть нанесены следующие данные: а) наименование, товарный знак организации-изготовителя; б) обозначение котла; в) номер котла по системе нумерации организации-изготовителя; г) год изготовления; д) номинальная паропроизводительность Dп в т/ч; е) рабочее давление на выходе в МПа (кгс/см2); ж) номинальная температура пара на выходе в °С. На табличке водогрейного котла должны быть нанесены следующие данные: а)-г) ка на паровом д) номинальная теплопроизводительность Q в МВт (Гкал/ч); е) рабочее давление на выходе в МПа (кгс/см2); ж) номинальная температура воды на выходе в °С. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРОВЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ
4. В котле при сжигании органического топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания. Выделившаяся теплота за вычетом потерь передается рабочему телу — теплоносителю, в результате получается полезная продукция, например, водяной пар или горячая вода. Эффективность сжигания топлива в котле характеризуется КПД, для определения которого составляют тепловой баланс – соотношение тепла полученного от сжигания топлива, полезно использованного тепла и потерь. Коэффициент полезного действия котла КПД - отношение полезно использованной в котле теплоты к затраченной (в процентах) Q1 ηбрутто = ----- 100% = = 100 - (q2 +q3 + q5 ) QH Потери теплоты с уходящими газами q2 (5-6% ) являются неизбежными, т.к. tух >> tокр.в. Зависят от вида сжигаемого топлива, нагрузки котла, температуры и объема уходящих газов, температуры воздуха, подаваемого в топку. Рост q2 может быть по причине: — повышения температуры уходящих газов из-за загрязненности поверхностей нагрева со стороны теплоносителя накипью и грязью, со стороны продуктов сгорания — золой и сажей, что ухудшает теплопередачу от газов к воде; —прососы воздуха в газоходы (для котлов, работающих под разрежением). Для снижения q2 необходимо: —поддерживать в чистоте наружные поверхности нагрева: —соблюдать требования к питательной и подпиточной воде; —не допускать присосов воздуха в топку и газоходы; —поддерживать оптимальный режим работы горелок (форсунок) при заданных минимальных коэффициентах избытка воздуха ее, —использовать теплоту уходящих газов (экономайзеры, воздухоподогреватели). КПД котла
5. Потери теплоты от химической неполноты сгорания q3 нежелательны, характеризуются содержанием в продуктах сгорания горючих газов СО, Н2 , СН4 , и сажи, зависят от вида топлива, способа сжигания, коэффициента избытка воздуха α в топке. ГОСТ 21204-97 (в ред 13) 4.4.3. Потери тепла от химической неполноты сгорания, определенные на основании анализа проб продуктов сгорания, в диапазоне рабочего регулирования горелки не должны быть более 0,4 %. Для газовой части газомазутных горелок, предназначенных для мощных котлов, потери тепла от химической неполноты сгорания не должны превышать 0,2 %. Высокое содержание углекислого газа или небольшое остаточное содержание кислорода в дымовых газах означает низкие потери тепла и, следовательно, высокий КПД. Необходимо увеличивать КПД, соответствующим образом установив количество поступающего для сгорания воздуха. В режиме стенд-бай таких потерь нет. Потери теплоты в окружающую среду q5 зависят от качества и состояния обмуровки (ограждающих конструкций), размеров и взаимного расположения котлов, степени экранирования топки, наличия хвостовых поверхностей нагрева, увеличиваются при наличии сквозняков в котельной. Среднегодовой КПД. Для объективной оценки эффективности различного типа котельного оборудования в Германии, а затем и ряде других европейских стран был введен показатель «среднегодового КПД», показывающий фактический КПД, с которым котел работает во время отопительного периода и вне его. Благодаря этому показателю можно увидеть фактическую разницу в эффективности работы между разными видами отопительного оборудования. Методика, по которой определяется среднегодовой КПД, изложена в немецком стандарте DIN 4702 (часть 8), который был введен в действие еще в 1990 году Методика определения среднегодового КПД позволила произвести объективную оценку эффективности работы теплогенерирующего оборудования и предпринять практические шаги по внедрению эффективного котельного оборудования в Европейском сообществе. Как на техническом, так и на законодательном уровне. В целом это привело и продолжает при водить в Европе к снижению потребления энергоносителей и выбросов вредных веществ в окружающую среду. А для потребителя это снижение затрат на энергоносители
6. Топка — устройство котла, предназначенное для сжигания в нем органического топлива и получения теплоты. В зависимости от вида используемого топлива и способа его сжигания используются котельные установки с: - камерными топками для сжигания газообразного и жидкого топлива; - камерными топками для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии; - слоевыми топками для сжигания твердого топлива в слое; -топками специальной конструкции для сжигания дров, древесных отходов, торфа. Обмуровка котла – ограждающие конструкции топки и газоходов, отделяющие его внутреннюю высокотемпературную часть от внешней среды. Служит для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду; придания необходимого направления потоку продуктов сгорания; предотвращения присосов воздуха в топку и газоходы (применительно к топкам, работающим под разрежением) или предотвращения выбивания продуктов сгорания в помещение (применительно к топкам, работающим под наддувом). Виды обмуровок: тяжелая, облегченная, натрубная облегченная. Футеровка – внутренняя часть обмуровки, подверженная воздействию высоких температур, выполняется из огнеупорного кирпича. Гарнитура — устройства, предназначенные для обслуживания котла со стороны движения продуктов сгорания и наблюдения за его работой. Это — лазы, лючки, гляделки, взрывные предохранительные клапаны, обдувочные аппараты, воздушные заслонки и шиберы, фронтовая плита для монтажа горелки. Поверхность нагрева котла — поверхность металлических стенок (барабанов, коллекторов, камер, труб), теплообменников обогреваемых с одной стороны пламенем или продуктами сгорания и омываемых с другой стороны котловой водой. Радиационная поверхность нагрева воспринимает теплоту в основном за счет излучения факела, огнеупора, продуктов сгорания. Большая часть этой поверхности, расположенная в топке, называется экранами, которые разделяются на боковые, фронтовые, подовые, задние, двусветные (поворотные), потолочные. Конвективная поверхность нагрева располагается вне топки, в газоходах котла и воспринимает теплоту от продуктов сгорания при соприкосновении (конвекции) с ними Элементы конструкции котла
7. Вспомогательное оборудование котла: Экономайзер — устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для нагрева питательной воды, поступающей в паровой котел, или нагрева теплофикационной воды. Воздухоподогреватель — устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для подогрева воздуха, поступающего в топку. Газовая горелка — устройство, обеспечивающее устойчивое сжигание газового топлива и возможность регулирования процесса горения. Предназначена для подачи к месту горения раздельно газа и воздуха или их смеси, частично или полностью подготовленной. Форсунка — устройство для подачи, распыливания и распределения в воздушном потоке жидкого топлива, поступающего в топку котла. К арматуре относятся устройства, устанавливаемые на трубопроводах, и предназначенные для управления потоками рабочей среды путем изменения проходных сечений с помощью перемещения или поворота рабочего органа (затвора) — запорная, регулирующая, предохранительная, контрольная, обратного действия и т.д.. Контрольно-измерительные приборы — специальные технические устройства (манометры, термометры, уровнемеры, расходомеры, газоанализаторы и т.д.), предназначенные для определения значения измеряемого параметра (давления, температуры, уровня жидкости, расхода среды, состава газов) в форме, доступной для восприятия наблюдателем (показывающие, самопишущие, сигнализирующие, интегрирующие). Автоматизация (средства автоматизации) — это комплекс технологических мероприятий, позволяющих вести процессы без непосредственного участия в них персонала
8. Оборудование химводоподготовки (ХВП) — устройства, предназначенные для химической и термической обработки исходной (сырой) воды с целью доведения ее до заданных проектом параметров (температуры, давления и химического состава). В состав оборудования газовоздушного тракта входит: дымовая труба; тягодутьевые машины (дутьевые вентиляторы, дымососы, турбины); а также распределительные воздухопроводы; воздухоподогреватели (если они предусматриваются); регулирующие устройства (шиберы, воздушные заслонки, направляющие аппараты); предохранительные взрывные клапаны. Дутьевые вентиляторы служат для подачи воздуха, необходимого для сгорания топлива (применительно к горелкам с принудительной подачей воздуха). Дымосос предназначен для удаления продуктов сгорания в атмосферу и преодоления сопротивлений газового тракта котла: отсасывая газы из газоходов, он нагнетает их дымовую трубу (для топок, работающих под разрежением). Для регулирования подачи воздуха и тяги устанавливаются поворотные заслонки (шиберы) или осевые направляющие аппараты. Насос — устройство (гидравлическая машина, аппарат или прибор) для напорного перемещения (всасывания и нагнетания) жидкости в результате сообщения ей внешней энергии, благодаря чему осуществляется ее поток. Теплообменник (теплообменный аппарат) — устройство, в котором осуществляется передача теплоты от одной среды к другой (от греющей к нагреваемой). Бойлер (водоподогреватель)— теплообменный аппарат, использующий теплоту пара, сетевой или котловой воды для получения горячей воды других параметров. Бойлер может быть встроенным в котел или отдельно стоящим. К оборудованию топливоподачи относятся:  при использовании природного газа в качестве топлива — ГРУ (ШРП), внутренние газопроводы, газовое оборудование, арматура и приборы; Вспомогательное оборудование котельной:
9. I. По виду вырабатываемого теплоносителя: паровые, водогрейные, пароводогрейные. II. По параметрам теплоносителя:  паровые котлы с рабочим рп более 0,7 кгс/см2 и водогрейные с tв выше 115оС –котлы «высоких» параметров.  паровые котлы с рабочим рп не более 0,7 кгс/см2 и водогрейные с tв не выше 115оС — котлы «низких» параметров III. По применяемому материалу: → стальные; → чугунные; → специальные (конденсационные), сконструированные с использованием нержавеющих сталей или биметаллов (композитные, биферральные) IV.По принципу теплообмена: → поверхностные, в которых передача теплоты от продуктов сгорания к котловой воде происходит через разделительную стенку (поверхность нагрева). → поверхностно-контактные, в которых топочная часть выполнена по типу поверхностного газотрубного котла, а в контактной насадке передача теплоты осуществляется при непосредственном контакте (смешении) продуктов сгорания и воды с использованием теплоты конденсации продуктов сгорания. V.По степени использования теплоты продуктов сгорания поверхностные котлы подразделяются на: - традиционные (стандартные) - без регулирования температуры воды на входе - конденсационные VI По перемещению продуктов сгорания и воды поверхностные котлы делятся на: - водотрубные, в которых котловая вода перемещается по трубам, а продукты сгорания движутся и омывают их снаружи; - газотрубные, с жаровой трубой (топкой) и пучком дымогарных труб — продукты сгорания движутся внутри труб, омываемых снаружи водой. - водотрубно-газотрубные КЛАССИФИКАЦИЯ КОТЛОВ
10. VIII По характеру движения котловой воды (пароводяной смеси) в водотрубных котлах: - с естественной циркуляцией; - с принудительной циркуляцией, в которых вода движется за счет напора, создаваемого насосами: VIII По типу топки (способу удаления продуктов сгорания): → работающие под разрежением; могут иметь тягу и подачу воздуха естественную или принудительную. В газовом тракте (и в топке) давление ниже атмосферного (тяга); → работающие с противодавлением (по наддувам); топка и газоходы находятся под избыточным давлением по отношению к окружающему воздуху. Подача воздуха и удаление продуктов сгорания производится принудительно от дутьевого вентилятора. топка и газоходы находятся под избыточным давлением по отношению к окружающему воздуху. Наддув создается принудительно за счет работы дутьевого вентилятора блочной горелки, он же обеспечивает подачу в топку воздуха, необходимого для сгорания газа. Также бытовые отопительные котлы могут быть - настенного - или напольного исполнения. В зависимости от мощности и функционала они могут быть установлены как в отдельном помещении, так и в кухне или ванной. А также могут различаться по количеству контуров -одно -и двухконтурные(для таких котлов отопления характерно то, что они являются частью сразу двух отдельных систем: системы отопления и системы горячего водоснабжения) и по способу розжига.
11. По особенностям газовоздушного тракта различают котлы с естественной тягой, с принудительной (или уравновешенной) тягой и под наддувом. Внешняя побудительная сила, которая обеспечивает беспрерывную подачу в топку воздуха, необходимого для горения, движение по газоходам и отвод в атмосферу газообразных продуктов сгорания, называется силой тяги. Отношение силы тяги к площади сечения дымовой трубы называется тягой. Естественная тяга создается дымовой трубой и зависит от ее высоты и разности плотностей наружного (холодного) воздуха и горячих продуктов сгорания. Естественная тяга тем больше, чем ниже температура окружающего воздуха, выше температура дымовых газов и выше дымовая труба. Уходящие газы, которые находятся в дымовой трубе, значительно легче, чем окружающий воздух. Наружный воздух, как более тяжелый, беспрерывно давит на столб газообразных продуктов сгорания в дымовой трубе и выталкивает их в атмосферу. Вследствие этого возникает непрерывное движение воздуха и дымовых газов в котлоагрегате. Принудительная тяга создается вытяжным вентилятором (дымососом), установленным на газоходе после котла (экономайзера), при этом газовый тракт перед дымососом находится под разрежением, а за ним – под избыточным давлением. дымосос 1– соединительная муфта 2 – ходовая часть 3 – термометр 4 – корпус улиткообразной формы 5 – рабочее колесо с лопатками 6 – консольный вал 7 – нагнетательный патрубок 8 – всасывающий патрубок 9 – корпус осевого направляющего аппарата 10 – поворотные лопатки 11 – общий поворотный механизм 12 – рычажный привод 13 – электрический исполнительный механизм Способы создания разрежения в топках
12. В котлах с уравновешенной тягой разрежение создается за счет работы дымососа, а подача воздуха производится дутьевым вентилятором. Поддержание в топке заданного разрежения является обязательным условием для того, чтобы избежать попадания продуктов сгорания в помещение, при этом местом отбора импульса разрежения в топке является ее верхняя часть. В котлах, работающих под наддувом, в топке поддерживается давление выше атмосферного, и удаление продуктов сгорания производится принудительно за счет работы дутьевого вентилятора, он же обеспечивает подачу в топку воздуха, необходимого для полного сгорания газа. Котлы, работающие под наддувом, оборудуются только автоматизированными газогорелочными блоками со встроенными вентиляторами. Ручной розжиг горелок не предусматривается. В таких котлах: снижается металлоемкость, упрощается компоновка газовоздушного тракта (нет дымососа), повышается экономичность за счет отсутствия присосов воздуха в газоходы, но при этом предъявляются повышенные требования к герметичности котла (исполнение обмуровки, конструкция гляделок должны быть в газоплотном исполнении). Наддув – не регулируемый, показывающих приборов по давлению газов в топке нет, контролируемым в автоматике безопасности является параметр - «повышение давление газов в топке», вместо - «падение разрежения» - в котлах с тягой.
13. Схема вывода газов
14. Удаление продуктов сгорания настенных котлов В приборах с принудительной тягой выход отработанных газов осуществляется по средствам коаксиальных труб, которые конструктивно состоят из внешней части и внутренней. Большим преимуществом таких котлов можно назвать то, что они для горения не используют воздух внутри помещения, поэтому не нуждаются в постоянном проветривании отапливаемого помещения для запасания свежим воздухом
15. Отвод дымовых газов при использовании естественной тяги возможен и через ТЯГОПРЕРЫВАТЕЛЬ. Это устройство применяют для стабилизации тяги. Тягопрерыватель представляет собой конструкцию , герметично насаженную на котел в районе выхода газохода. В верхней части тягопрерывателя расположено продолжение газохода и дымовая труба, в нижней части , отверстие для подсоса воздуха из атмосферы. За счет разницы давления на высоте дымовой трубы и давления в районе отверстия для подсоса воздуха – в тягопрерывателе образуется устойчивый воздушный поток, который засасывает (инжектирует) дымовые газы из топки. В такой конструкции обязательна установка датчика контроля тяги или температурного датчика для исключения возможности выхода дымовых газов в помещение, при нарушении тяги. При общей длине дымохода более 1 метра необходимо на выходе продуктов сгорания из котла устанавливать конденсатоотводчик
17. двухконтурный настенный двухконтурный настенный котел с закрытой камерой сгорания котел с открытой камерой сгорания
18. Водяные системы водоснабжения разделяются на закрытые и открытые. Сети, в которых постоянно циркулирует одно и тоже количество воды без разбора её, называются закрытыми. В открытых системах вода разбирается потребителями на цели горячего водоснабжения. основные элементы закрытой системы отопления: Источник тепла (котел), трубопроводы (тепловая сеть), запорно-регулирующая и предохранительная арматура (в т. ч. предохранительные клапаны в соответствии с правилами РТН;,3-х и 4-х ходовые смесители), обезвоздушиватели, приборы КИП и автоматики, расширительные баки, насосы (циркуляционные, подпиточные, сетевые), теплообменные аппараты, системы водоподготовки. В высших точках трубопроводов тепловых сетей, в том числе на каждом секционном участке, должны быть установлены штуцеры с запорной арматурой для выпуска воздуха - воздушники. В тех случаях, когда теплопотребляющие устройства рассчитаны на параметры ниже, чем на источнике теплоты, предусматриваются автоматические устройства для понижения давления и температуры, а также соответствующие предохранительные устройства. Системы отопления частных домов можно разделить на три вида: В зависимости от расположения трубопроводов различают следующие варианты отопительных систем в частных домах: • с нижней и верхней разводкой; • с горизонтальной разводкой; • с одним стояком (однотрубные); • с прямым и обратным стояками (двухтрубные); • коллекторная или лучевая. Системы отопления
19. При однотрубной системе воды последовательно поступает от одной батареи к другой, что не позволяет выключить отдельные радиаторы и отрегулировать температуру. Однотрубная схема разводки труб для отопления дома Двухтрубная система разводки труб для отопления дома Двухтрубная схема предусматривает наличие 2-х труб, подходящих к отопительному прибору. По одной из них подводится горячая вода, другая отводит холодную.
20. Коллекторная, лучевая схема, при удобстве монтажа и эксплуатации обеспечивает контроль за температурой во всех помещениях частного дома. Схема включает коллектор, который монтируется рядом с главным стояком, и отходящие от него трубы. Коллектор регулирует поступление горячей воды в трубы и отвод охлажденной. Коллекторная система – многоконтурная, каждый контур запитан от коллектора через регулятор температуры, таким образом можно отключить или отрегулировать температурный режим в любом помещении. Коллекторная система отопления частного дома Для равномерного распределения тепла в доме, оснащенном автономной системой отопления, используют различные модели циркуляционных насосов. Основным назначением циркуляционного насоса является обеспечение принудительной циркуляции теплоносителя в пределах замкнутой отопительной системы. Данное оборудование обеспечивает принудительную циркуляцию теплоносителя по трубам и батареям. При этом прогрев радиаторов осуществляется одновременно во всех комнатах независимо от их удаленности от отопительного котла.
21. Расширительные устройства Расширительные устройства - это устройства для поддержания давления и для компенсации изменения объема воды при температурных изменениях. Рекомендуется устанавливать баки мембранного типа. Расширительные баки мембранного типа оборудуются: - предохранительными клапанами с организованным отводом воды от клапана, оборудованным видимым разрывом и сливом в канализацию; - автоматикой регулирования давления воды в системе.
24. Важным элементом регулирования в системах потребления тепла являются трех- и четырехходовые смесительные клапаны. Для управления потоками применяют 3-х и 4-х ходовые смесители. В результате смешения стабилизируется температура воды в подающей линии отопительного контура. Всем процессом смешения управляет регулятор, постоянно измеряющий температуру наружного воздуха (ATS) и с помощью привода управляющий положением рукоятки смесительного клапана для получения заданной температуры воды в подающем трубопроводе отопительного контура, которая контролируется соответствующим датчиком (VTS). Положение рукоятки клапана указывает на степень смешения котловой воды с охлажденной обратной водой. Система регулирования со смесительным клапаном или смесительными клапанами в состоянии поставить ровно столько тепла, сколько требуется в данный момент времени. В результате потребитель получает гарантированный комфорт, повышается среднегодовой КПД котла и тем самым уменьшается потребление топлива и увеличивается срок эксплуатации котла. Четырехходовой смесительный клапан, кроме основной функции, обеспечивает также защиту котла от низ кой температуры обратного потока путем подмешивания к нему котловой воды, при условии, что смесительный клапан установлен возле котла. Смесители 3-х и 4-х ходовые