Разработка информационно измерительной системы пароводяного тракта барабанного котла средней мощности

 Внутри разделительный  барабан имеет отбойные щитки,  посредством которых происходит грубое отделение пара от воды.

Пар из разделительного  барабана поступает по пароперепускным  трубам в основной барабан, каждые в  свой отсек, где при помощи отбойных щитков отделяется от влаги и поступает  во входной коллектор пароперегревателя  по 22 трубам Æ 76 х 6 мм.

Вода из разделительного  барабана по водоперепускным трубам поступает в нижнюю часть основного  барабана, каждый в свой отсек.

 Такое разделение  по отсекам позволяет получить  пар хорошего качества - солесодержанием 80 мкг/кг - при малом проценте продувки, т.к. 3/4 пара вырабатывается в чистом отсеке, а 1/4 часть в соленых отсеках.

Схема носит название двухступенчатого испарения. На каждый отсек установлено по одной водомерной колонке.

 На случай перепитки  котла установлена аварийная  продувка из чистого отсека основного барабана по среднему уровню воды.

 Часть питательной воды после экономайзера поступает на

промывочные поддоны, которые  находятся в верхней части  основного барабана.

 Для уменьшения  поступления пара в водяное  пространство основного барабана, в разделительном барабане дополнительно установлены колпаки над каждой водопропускной трубой из разделительного барабана в основной.

Эти колпаки сверху закрыты, а пропуск воды осуществляется за счет двух щелей между колпаком и стенкой барабана.

 Часть пара, которая  все же проходит в водное  пространство чистого отсека основного барабана, при подъеме наталкивается на дырчатый лист.

Этот лист равномерно распределяет прохождение пара через  толщину воды в основном барабане, что уменьшает бурление котловой воды в чистом отсеке.

 После прохождения  слоя котловой воды пар смешивается  с осушенным паром, который  по пароперепускным трубам поступает  в паровое пространство основного  барабана.

Пар всех трех отсеков  поступает под промывочные поддоны  и проходит через слой питательной воды.

Солесодержание питательной  воды в несколько раз меньше, чем  котловой воды, тем самым солесодержание насыщенного пара резко уменьшается, а сам пар увлажняется.

Такая схема уменьшает  скорость изменения паровой нагрузки за счет аккумуляции тепла питательной водой.

 Осушка пара в  верхней части барабана осуществляется  установленными там жалюзями  и дырчатым листом.

 Для уменьшения  потерь тепла пара часть питательной  воды поступает мимо промывочного  устройства сразу в водяной  объем чистого отсека.

 Средний уровень  воды в основном барабане установлен  ниже геометрической оси барабана  на 80 мм .

 Из соленых отсеков  производится непрерывная продувка.

 Из каждого нижнего коллектора производится периодическая продувка один раз в сутки на котле за смену.

 Для предотвращения  повреждении водяного экономайзера  во  время растопок, он соединен  с чистым отсеком основного  барабана линией рециркуляции Æ 76 х 6 мм.

 

2.4. ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ

 Пароперегреватель  состоит из двух частей: насыщенный  пар из барабана поступает во второй по ходу газов пакет змеевиков, о нумеруется как первая ступень, где нагревается до 560 - 420°С, число змеевиков - 88, диаметр труб 38 х 4,5 мм, материал - сталь малоуглеродистая (ст.20).

 Пар после первой  ступени пароперегревателя поступает в два смешивающих коллектора, а из них по пароперепускным трубам поступает в два обходных коллектора 2-го пароперегревателя, но уже на другую сторону газоходов, для уменьшения температурных разбежек. На котле смешивающий выходной коллектор 1-го пароперегревателя и входной коллектор 2-го пароперегревателя представляет собой единый коллектор (всего два коллектора).

2-й пароперегреватель котлв   состоит из 88 змеевиков из хромомолибденовой стали 12Х1МФ,  диаметр труб - 42 х 5,0мм

 Далее пар проходит в выходной коллектор 2-го пароперегревателя, затем по стоякам (6 штук) поступает в паросборную камеру.

Из паросборной камеры пар поступает в главный паропровод через главную паровую задвижку.

 Во время растопки  котла пар поступает в растопочный  паропровод через растопочные задвижки.

 Поверхность нагрева 1-го пароперегревателя 810 м², второго - 545 м² , общая поверхность - 1355 м².

 Между первым и  вторым пароперегревателями установлены  впрыскивающие устройства.

В каждой трубе установлено  сопло с 4-мя отверстиями Æ 3 мм под углом 60° и труба (рубашка) для защиты перепускных труб от воздействия впрыскивающее води.

На котле впрыск осуществляется в смешивающие коллектора.

В каждом коллекторе установлено  сопло с отверстиями 3 мм в количестве 12 штук под углом 15° и защитная труба (рубашка).

 

2.5. ВОДЯНОЙ ЭКОНОМАЙЗЕР

 Водяной экономайзер  разделен по высоте на две  части, между которыми установлены  секции верхней части воздухоподогревателя.

 Подача воды осуществляется  во входные коллектора нижней  части экономайзера, подвод воды к экономайзеру двухсторонний.

 Нагретая вода иногда  с небольшим паросодержанием  при нормальной входной температуре  питательной вода - 210°С выходит через выходные коллектора верхней часта экономайзера.

Таким образом весь экономайзер  работает по принципу противотока.

 В рассечке водяного экономайзера  осуществлено промежуточное перемешивание  воды через водоперепускные трубы  подсоединенные к разным частям  входных к выходных камер, соответственно 1 и 2 ступеней правой и левой  стороны.

 Правая и левая половины экономайзера раздельно подают воду в барабан котла.

 Пакеты змеевиков  подвешены или опирается о  помощью особых стоек на охлаждаемые  воздухом горизонтальные балки.

Для защиты от золового износа концы змеевиков вынесены из зоны обогрева и находятся за запорными  стойками.

 Поверхность нагрева 1-го экономайзера 700 м², 2-го - 700 м², общая поверхность нагрева - 1400 м². Диаметр труб - 38 х 4,5 мм, материал - ст.20.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выбор контрольно – измерительных приборов информационной системы

 

  Приборы температуры:

  Перед котлом и экономайзером установлен датчик температуры типа ТХК Метран – 202 – 05, 1 – ЧЭ, со шкалой ХК(L) – 40…400 ⁰С, предел допустимых отклонений ±2,5⁰С

  Аналогичный датчик температуры устанавливается после экономайзера и на впрыске.

  Для измерения  температуры перегретого пара  используется термопреобразователь  типа ТХА Метран – 232 – 12, 1 – ЧЭ , со шкалой ХА(К) – 0…585 ⁰С, предел допустимых отклонений ±2,5⁰С . Он устанавливается после барабана , а также после пароперегревателя.

  Для измерения  температуры поверхности барабана  используется поверхностная термопара,  со шкалой – 0…400 ⁰С.

 

Приборы давления:

  Для измерения избыточного давления используется датчик типа Метран – 22 – ДИ.

Модель – 2171, верхний  предел измерения 16 МПа, вых.сигнал 4 – 20 мА. Предел допустимой основной погрешности в диапазонах настройки γ=±0,1%.

   Датчик данного  типа для измерения давления  пара установлен в трех местах :

- в барабане котла;

- после пароперегревателя;

- давления питательной  воды на входе в экономайзер;

- давление на продувке;

- давление на впрыске;

- давление после пароперегревателя.

 

Датчик концентрации:

SOLO Sodium 22S – устанавливается на линии насыщения, диапазон измерения: 0 – 0,5 мкг-экв/кг, гальванически изолированные сигнальные выходы 0/4 - 20 мA для вывода данных, диапазон измерения: -10 до +400 °C

 

Датчики по расходу:

Для измерения перепада давления питательной воды устанавливается  датчик

Метран – 100, модель -1450, ∆Р=0,16 МПа, γ=±0,5 %.

Для измерения перепада давления пара и воды на продувке устанавливается  датчик

Метран – 100, модель -1450, ∆Р=0,25 МПа, γ=±0,5 %.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Выбор и  расчет сужающего устройства  для измерения расхода технологических потоков

 

4.1.Находим перепад давления ∆Р_Н для перегретого пара.

Для этого необходимо подсчитать вспомогательную величину С:

 

С=

;

Где Q_МПР =200000 кг/ч – максимальный массовый расход;

        D=200 мм – диаметр трубопровода;

        ρ =29,35 кг/м³ плотность вещества;

при  t=510 ⁰С и Р=100 кгс/см²

ρ – находим из таблицы  воды и водяного пара

 

С=

=70

m – относительную площадь сужающего устройства принимаем =0,2

∆Р_Н находим по приложению 32 (РД 50-213-80) при m=0,2

∆Р_Н=2,5 кгс/см²

 

4.2. Находим перепад давления ∆Р_Н на продувке.

 

С=

;

где – ρ=675,7 кг/м³;

         Q_мпр=0,47 кг/с;

         V=0.001480 – на линии насыщения;

Для вычисления диаметра трубопровода воспользуемся формулой

 

D=

; мм

 

Откуда F= = =5.8*10^-5м²;      D= =8,6 мм

 

Следовательно                          С= =70;

 

∆Р_Н =2,5 кгс/см²    при m=0,2

 

4.3. Находим перепад давления ∆Р_Н  питательной воды.

 

С=

;

где  Q_МПР =200000 кг/ч – максимальный массовый расход;

        D=187 мм – диаметр трубопровода;

        ρ =850 кг/м³ плотность вещества;

при  t=220 ⁰С и Р=150 кгс/см²

 

С=

=15,7

∆Р_Н =1,6 кгс/см²    при m=0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет оценки  погрешности косвенного измерения и информационного канала

 

  5.1 Для определения коэффициента коррекции расхода на число Рейнольдса вначале вычисляют расход вещества Q^* при его действительных рабочих параметрах и допущениях, что R_e=10⁶ (в этом случае α=α^*, где α-коэффициент расхода при R_e=10⁶  ). По величине расхода Q^* определяют число Рейнольдса  R_e^*.

   Определяем α^*:

 

α^*=

[0,5959+0,0312m^1,05-0,1840m⁴+0,0029m^1,25( )^0,75] ;

 

α^* =

[0,5959+0,0312*0,2^1,05-0,1840*0,2⁴+0,0029*0,2*0,2^1,25( )^0,75] =0,614

 

  Определяем расход Q^*: 

    Q^*₀=

;  [м³/ч]

где    K_t - поправочный множитель на тепловое расширение материала   

                трубопровода:

 

К_t=1+β_t*(t-20)=1+0.165*10^-4*200=1.0033

β_t=0.165*10^-4

 

 d₂₀ - диаметр отверстия диафрагмы при температуре 20 ⁰С

 

d₂₀=

= =84 мм.

 

   Q^*₀=

=236,  м³/ч

 

 Определим R_e^* :     R_e^*=0,0361 = =2,9*10⁶

 

  Определяем действительное  число Рейнольдса:

 

R_e=

,

 

где  С=(0,5959+0,0312m^1,05_-0,184m⁴) ,

 

С=(0,5959+0,0312*0,2^1,05-0,184*0,2⁴)

=0,614;

S=S₁/S₂^1,75;      S₁=B

;     S₂=C ;     B= ;

 

B= =0,000395867;

 

S₁=0,000395867 =0,00186973;

 

S₂=0,614  =2,9;

 

S= =0,000290123;

 

Откуда: 

R_eд=

=2,9*10⁶;

 

Находим α_д :

 

α_д=

[0,5959+0,0312*0,2^1,05-0,1840*0,2⁴+0,0029*0,2*0,2^1,25( )^0,75] =0,613

 

  Определяем действительный  расход Q_д:

 

Q_д=

=236,5, м³/ч

 

5.2. Средне квадратические относительные погрешности измерения расхода для жидкостей, вычисляют по формуле:

 

σ_Q=(σ_α²+σ²_κRe+σ²_√∆P+0,25σ²_ρ)^0,5

 

  Погрешности σ_αd=2σ_d(1+ ) и σ_αD=2σ_D возникают из-за допустимых отклонений диаметров d и D. Значение σ_d составляет для диафрагм, сопел и сопел Вентури σ_d=0,025 при m ≥ 0,4 и σ_d =0,05 при m ≤ 0,4. Значение σ_D=0,15.