Расход топлива на барабанном котлоагрегате

Министерство Образования, Науки, Молодежи и Спорта Украины

Донбасский государственный  технический университет

 

 

Кафедра АУТП

 

 

 

Отчет

По научно – исследовательской  работе студента

на тему:  “Расход топлива на барабанном котлоагрегате”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст.гр. АКТ-09-2

Рева В.А.

Проверил: доц. каф. АУТП

Денищик С.С.

 

 

 

 

 

Алчевск, 2012

Содержание

 

Введение……………………………………………………………..…………3

1 Общие сведения об объекте регулирования………...…….….4

1.1 Схема работы котельной…………………………………………………..…4

1.2 Принципиальная технологическая схема котлоагрегата…………………..4

1.3 Регулирование процесса горения  и парообразования……………………...5

2 Описание технологического процесса и технологической схемы объекта………………………………..…7

3 Характеристика объекта управления…………………………11

3.1 Анализ существующих схем регулирования тепловой нагрузки………...12

3.2 Анализ схем регулирования экономичности процесса горения……….…14

4 Получение объекта модели………………………………………...16

4.1 Расчет одноконтурной САР расхода топлива………………………….......16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….22

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………….......23

 

 

Введение

котлоагрегат  тепловая нагрузка горе

разряжение

Учитывая, что автоматизация  процессов горения дает до 10 % экономии топлива, становится ясным повышенный интерес к комплексной автоматизации котельных.

Комплексная автоматизация  котельных может быть наиболее успешно  осуществлена лишь при наличии высоконадежных, универсальных средств автоматизации.

Себестоимость тепловой энергии в котельных 60 – 70 % составляют затраты на топливо. Потребление топлива, расходуемого на получение пара и горячей воды для теплоснабжения промышленных предприятий, составляет значительную долю в тепловом балансе страны. В связи с этим важнейшей задачей является снижение удельного расхода топлива.

 

 

1 Общие сведения об объекте регулирования

1.1 Схема работы котельной

 

Вода из обратной линии  тепловых сетей поступает к сетевым  насосам. Туда же подводится вода от подпиточных  насосов. Для обеспечения надежности работы котельных с паровыми котлами  обязательно удаление из воды растворенных в ней коррозионно-активных газов – кислорода и свободной углекислоты. Эти газы вызывают коррозию поверхности нагрева и трубопроводов котельных и тепловых сетей. Деаэрация воды основана на повышении ее температуры до кипения, при котором происходит выделение газов из воды. Надежность работы поверхностей нагрева котельных агрегатов и систем теплоснабжения зависит от качества питательной и подпиточной воды. Поэтому водопроводная вода, перед использованием ее в качестве подпиточной, подвергается химической очистке. При прохождении через систему ХВО вода подвергается механическому фильтрованию, выпариванию минеральных и органических примесей, умягчению и т.д.

Вода подается в котел, где она превращается в перегретый пар.

1.2 Принципиальная технологическая схема котлоагрегата

 

Принципиальная технологическая  схема барабанного парогенератора показана на рис. 1.1.

Процесс парообразования  происходит в подъемных трубах циркуляционного  контура 2, снабжающихся водой из опускных труб 3 и экранирующих камерную топку 1, в которой сжигается топливо Q_Т. Для поддержания процесса горения с определенным коэффициентом избытка в топку подается с помощью вентилятора ДВ воздух q_b, предварительно нагретый в воздухоподогревателе 9.

 

Рис. 1.1. Принципиальная технологическая схема барабанного парогенератора

 

Образовавшиеся в результате процесса горения продукты сгорания (дымовые газы) Q_Г отсасываются из топки дымососом ДС, проходят через поверхности нагрева водяного экономайзера 8 и воздухонагревателя 9 и удаляются в атмосферу через дымовую трубу. Насыщенный пар из барабана 4 перегревается до требуемой температуры в пароперегревателе 5, 6 за счет радиации факела и конвективного обогрева топочными газами.

 

1.3 Регулирование процесса горения и парообразования и задачи автоматического регулирования

 

Основными регулируемыми  величинами парогенератора являются расход перегретого пара D_п.п., его давление P_п.п.. и температура t_п.п.. При этом расход пара является переменной величиной, а его давление и температура поддерживаются в пределах допустимых отклонений, что обусловливается требованиями заданного режима работы турбины или иного потребителя тепловой энергии.

Процессы горения и  парообразования тесно связаны. Количество сжигаемого топлива, а точнее, тепловыделение в топке в установившемся режиме должно соответствовать количеству вырабатываемого пара.

Показателем тепловыделения Q_Т является тепловая нагрузка D_q, которая характеризует количество тепла, воспринятого поверхностями нагрева в единицу времени. С другой стороны, количество вырабатываемого пара должно соответствовать количеству пара, потребляемому турбиной. Косвенным показателем этого соответствия является давление пара перед турбиной, которое по условиям экономичности и безопасности должно поддерживаться с высокой точностью.

Процесс сжигания топлива  должен осуществляться с максимальной экономичностью. Топливо, поступающее  в топку, должно сгорать по возможности  полностью, а потери выделившегося  тепла при его передаче поверхностям нагрева должны быть минимальными.

В современных энергетических парогенераторах осуществляется факельный способ сжигания топлива. Косвенным показателем устойчивости факела в топочной камере является постоянство разрежения в ее верхней части. В целом регулирование процессов горения и парообразования сводится к поддержанию близ заданных значений следующих величин:

1) давления перегретого  пара P_п.п.. и тепловой нагрузки D_q;

2) экономичности процесса  горения, т. е. избытка воздуха  в топке, определяемого содержанием O₂ за пароперегревателем;

3) разрежения в верхней части топки S_Т.

 

 

2 Описание технологического процесса и технологической схемы объекта

Рисунок - 2.1. Технологическая схема котла.

1 – Калорифер

2 – Вентилятор

3 – Теплоутилизатор

4 – Дымосос

5 – Экономайзер

6 – Топка

7 – Барабаны котла

Дополнительным инструментом  энергоэкологической оптимизации сжигания топлива является внедрение технологических решений, направленных на организацию горения с низким или предельно низким коэффициентом избытка воздуха. Положительного эффекта можно достичь при использовании систем непрерывного автоматического контроля и регулирования соотношения «топливо–воздух». Это — наиболее малозатратный и эффективный способ экономии топлива с одновременным уменьшением образования вредных веществ в топке. При этом необходимо поддерживать подачу воздуха так, чтобы значение коэффициента α находилось в довольно узкой области (зона А на рис.1), нижнюю границу которой определяет появление следов оксида углерода (на уровне 100 - 300 ppm), а верхнюю — рост потерь теплоты с уходящими газами и повышение интенсивности образования оксидов азота, сопутствующее росту концентрации свободного кислорода.

Основной причиной, ограничивающей сжигание топлива с предельно  низким коэффициентом избытка воздуха, является сложность поддержания  оптимального соотношения «топливо-воздух» на границе возникновения химического недожога. Обеспечить это можно только на базе микропроцессорных систем регулирования, для которых в свою очередь необходима оперативная информация о составе уходящих газов.

Таким образом, требуется применение надежных, легких в управлении и быстро окупающихся систем регулирования подачи воздуха в топку котла. Известные системы такого типа можно классифицировать в соответствии с применяемыми корректирующими сигналами. В системах, получивших наибольшее распространение на мощных котлах энергетического назначения, в качестве корректирующего используется сигнал по содержанию свободного кислорода в дымовых газах. Однако результаты работы данных систем позволяют сделать вывод о недостаточной представительности такого корректирующего сигнала для условий отопительных и производственно-отопительных котлов, работающих в условиях часто и резко меняющихся нагрузок. Анализ других известных схем автоматического регулирования на соответствие их отмеченным выше требованиям также показывает, что ни одна из них не отвечает принципам энергоэкологической оптимизации сжигания топлива.

 

 

 

 
          Датчики  кислорода 1 и оксида углерода 6 установлены непосредственно в газоходе за котлом в точке, обеспечивающей их надежное омывание дымовыми газами через пробозаборные зонды 2 и 7.

Электрические сигналы  от датчиков технологических параметров поступают на входы самописца  для регистрации и расчетов, а также на входы микропроцессорного регулятора  5. На один из входов регулятора поступает также сигнал от расходомера пара 9, характеризующий нагрузку котла. Выходной корректирующий сигнал регулятора соотношения “топливо-воздух” 5 подается на третий вход штатного регулятора воздуха 12. Штатная система регулирования котлоагрегата должна содержать также работоспособные регуляторы: топлива 15, разрежения в топке 16 и уровня, с соответствующими технологическими датчиками, регулирующими органами и исполнительными механизмами.

 

 

Можно следующим образом, сформулировать основные принципы управления сжиганием  топлива на действующем оборудовании:

- первичная установка соотношения «топливо-воздух» осуществляется штатной системой автоматики, действующей на принципах параллельного или перекрестного ограничительного регулирования. Это является даже предпочтительным, поскольку позволяет грубо, но очень быстро реагировать на изменение нагрузки агрегата;

- по результатам измерения концентрации кислорода микропроцессорный регулятор корректирует соотношение «топливо-воздух» в соответствии с заложенной в его программу кривой «нагрузка-О2», что обеспечивает близкие к оптимальным показатели сжигания топлива (без учета возмущающих факторов и изменения технического состояния котла);

- измерение концентрации СО в продуктах сгорания позволяет осуществить дальнейшее приближение режима работы котла к оптимуму. Законом регулирования при этом является минимально возможный в данных условиях избыток воздуха на границе появления химнедожога. Диапазон значений концентраций СО, для коррекции избытка воздуха, индивидуален для каждого агрегата, но в качестве обобщенной рекомендации можно говорить о принятии системой управления решения «воздуха много» при концентрации СО 50 ppm, а решения «воздуха мало»” – при концентрации 200 ppm.

 

 

3. Характеристика объекта управления

 

Задачей системы автоматического  управления паровым котлом является поддержание давления пара на выходе из котла в соответствии c технологическими требованиями. Регулирование осуществляется изменением подачи топлива в топку котла. При качественном способе регулирования температуры пара на выходе из котла определяет его тепло-производительность.

По каналу регулирования "расход топлива–давление пара" паровые котлы характеризуются значительной инерционностью.

Кроме того, в пределах допустимых отклонений следует поддерживать следующие величины:

- разрежение в топке – регулируется путем изменения положения заслонки, находящейся между топкой и дымососом, отсасывающего газы из топки;

- оптимальный избыток воздуха – регулируется изменением положения заслонки, находящейся между топкой и дутьевым вентилятором, нагнетающего в топку воздух;

К возмущающим факторам относятся: пульсации давления топлива  и воздуха, изменение расхода  сетевой воды, изменение температуры  воздуха и т.п.

Таким образом, паровой  котел как объект управления представляет собой динамическую систему с  несколькими взаимосвязанными входными и выходными величинами.

Система управления паровым  котлом включает САР тепловой нагрузки, соотношения "топливо-воздух" и разряжения в топке.

 

 

3.1 Анализ существующих схем регулирования тепловой нагрузки

 

Регулирование тепловой нагрузки по схеме "задание-расход топлива"

В данной схеме регулирования  регулятор нагрузки котла получает сигнал от датчика давления пара в  котле и воздействует на регулирующий орган, изменяя подачу топлива к  котлу.

 

Рисунок 3.1 – Структурная схема регулятора нагрузки парового котла.

 

3. Анализ схем регулирования экономичности процесса горения

 

Регулирование экономичности  по схеме "топливо – воздух"

Данная схема регулирования  применяется при сжигании в топке  котельного агрегата жидкого или  газообразного топлива с постоянной теплотой сгорания. В этом случае расход воздуха изменяется системой автоматического регулирования пропорционально расходу сжигаемого топлива. Изменение расхода жидкого или газообразного топлива обычно производится достаточно точно, поэтому схема "топливо – воздух" наряду с простотой исполнения и надежностью обеспечивает также экономичное ведение процесса горения.

Регулятор соотношения  топлива и воздуха получает два  импульса: по расходу (давлению) топлива  и давлению воздуха. В соответствии с графиком соотношения "топливо–воздух" регулятор воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора.

 

Рисунок 3.2 – Структурная схема регулятора воздуха по соотношению "топливо - воздух".

 

Регулирование экономичности  по схеме "топливо – воздух" с коррекцией по давлению пара в котле