Проектирование производственной котельной установки

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Производственные котельные предназначены для обеспечения паром и горячей водой технологических процессов промышленных предприятий (технологического теплоснабжения). Проектирование котельных этого типа осуществляется строго в соответствии с заданиями главных технологов производства и технологическими картами оборудования. При этом учитываются максимальные значения параметров теплоносителей. Если необходимы другие параметры, то проектируется деление по контурам со снижением показателей до уровня требуемых.

В современном мире трудно представить себе жизнь без использования топлива, причем не в первобытном смысле - путем сжигания и только, а с максимальным использованием его теплового потенциала. Имеется ввиду использование теплоты сгорания топлива для ведения технологических процессов , а также в энергетических установках непосредственно или путем передачи ее с помощью промежуточного теплоносителя. Самые распространенные теплоносители - водяной пар и вода.

В настоящее время в России огромное количество котельных установок, которые в подавляющем большинстве морально и физически устарели, что приводит к значительным потерям тепла при производстве пара и подогреве воды. В связи с этим вопросы повышения технического уровня котельных, в частности, их эффективности и надежности, имеют важное народнохозяйственное значение и поэтому являются основными в деятельности многих научно-исследовательских и конструкторско-технологических организаций.

В основном, котельные установки являются неотъемлемой составной частью большинства промышленных и общественных комплексов (химических, нефтеперерабатывающих, газовых, автомобильных, научно-исследовательских). Основная задача котельных - бесперебойное обеспечение объекта паром и горячей водой с заранее установленными параметрами. Следовательно, отказ котельных установок приводит к простою всего комплекса или, как минимум, его большую часть, а это колоссальные убытки.

горячий водоснабжение воздух сгорание топливо котельная



1. Организационная структура предприятия

Под организационной структурой управления предприятием понимается состав (перечень) отделов, служб и подразделений в аппарате управления, системная их организация, характер соподчиненности и подотчетности друг другу и высшему органу управления фирмы, а также набор координационных и информационных связей, порядок распределения функций управления по различным уровням и подразделениям управленческой иерархии.

Заводоуправление организации непосредственно управляет всеми службами и подразделениями.

Обязанности отдела главного энергетика (в лице главного энергетика):

В рамках временных рабочих групп исполняет работы, порученные ему руководителем временной рабочей группы.

Соблюдает сам и контролирует соблюдение подчиненными организационно-распорядительных, нормативно-методических, технологических, планово-бюджетных и прочих внутренних документов.

При возникновении ситуаций, не регламентированных внутренней нормативной документацией, принимает решения и/или ставит в известность вышестоящее руководство в рамках своих должностных обязанностей.

При обнаружении неисправностей оборудования, техники, зданий, незамедлительно информирует руководителя соответствующего обеспечивающего подразделения.

В общении с коллегами по работе и контрагентами соблюдает правила деловой этики.

Кроме вышеперечисленных обязанностей, выполняет распоряжения и поручения своих прямых руководителей, а также иные обязанности, предусмотренные внутренними регламентами предприятия.



Начальник котельного цеха:

В рамках временных рабочих групп исполняет работы, порученные ему руководителем временной рабочей группы.

Соблюдает сам и контролирует соблюдение подчиненными организационно-распорядительных, нормативно-методических, технологических, планово-бюджетных и прочих внутренних документов.

При возникновении ситуаций, не регламентированных внутренней нормативной документацией, принимает решения и/или ставит в известность вышестоящее руководство в рамках своих должностных обязанностей.

При обнаружении неисправностей оборудования, техники, зданий, незамедлительно информирует руководителя соответствующего обеспечивающего подразделения.

В общении с коллегами по работе соблюдает правила деловой этики.

Кроме вышеперечисленных обязанностей, выполняет распоряжения и поручения своих прямых руководителей, а также иные обязанности, предусмотренные внутренними регламентами предприятия.

Начальник кислородно-азотного и компрессорного участков:

В рамках временных рабочих групп исполняет работы, порученные ему руководителем временной рабочей группы.

Соблюдает сам и контролирует соблюдение подчиненными организационно-распорядительных, нормативно-методических, технологических, планово-бюджетных и прочих внутренних документов.

При возникновении ситуаций, не регламентированных внутренней нормативной документацией, принимает решения и/или ставит в известность вышестоящее руководство в рамках своих должностных обязанностей.

При обнаружении неисправностей оборудования, техники, зданий, незамедлительно информирует руководителя соответствующего обеспечивающего подразделения.

В общении с коллегами по работе и контрагентами соблюдает правила деловой этики.

Кроме вышеперечисленных обязанностей, выполняет распоряжения и поручения своих прямых руководителей, а также иные обязанности, предусмотренные внутренними регламентами предприятия.

Оператор котельной выполняет следующие должностные обязанности:

1. Принимает все меры по бесперебойному обеспечению производства пара в необходимом количестве и в установленных параметрах.

1. Ведет сменный журнал и своевременно отмечает в нем все замечания, возникшие в процессе работы.

3. Ежедневно следит за расходом газа и записывать показания счетчика котельной.

4. Проводит профилактический осмотр котлов, их вспомогательных механизмов, контрольно-измерительных приборов и участвует в планово-предупредительном ремонте котлоагрегатов.

Аппаратчик ХВО должен:

Постоянно вести контроль за качеством котловой и питательной воды согласно инструкций.

Постоянно следить за работой вверенного ему оборудования, а так же за порядком и чистотой на рабочем месте.

Своевременно приходить на работу и качественно принимать у предыдущих работников смену.

Аккуратно и качественно вести анализ воды производить записи в сменном журнале.

Запрещается:

- находящимся на дежурстве аппаратчикам выполнять работы не предусмотренные производственной инструкцией, а также заниматься, посторонними делами;

- отлучаться из помещения котельной не по производственной необходимости без разрешения мастера котельной или лица его замещающего.

Аппаратчик ХВО подчиняется непосредственно инженеру ХВО, а в оперативном отношении только мастеру смены. В процессе эксплуатации аппаратчик поддерживает связь с мастером смены, и со старшим оператором котельной.

1.1 Характеристика котельной

Котельная №3 расположенная в г. Новочеркасске на территории ООО «ПК»НЭВЗ» предназначена для отопительно-производственных целей завода и прилегающего мкр. Молодежный, а также ДК «НЭВЗ», оборудована четырьмя котлами: два паровых котла ДЕ-25-14 паропроизводительностью 25 т/ч и два водогрейных КВ-ГМ 100,номинальная тепло производительность,100 Гкал/час.

Котельная вырабатывает насыщенный пар с рабочим давлением 14 МПа. Пар предназначен для производственных нужд завода.

Котельная вырабатывает тепло, идущее на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды предприятия (паровые котлы ДЕ-25-14).

Основным видом топлива в котельной является природный газ, резервным - мазут.

Водоснабжение котельной осуществляется из городского водопровода (техническая вода с НЗСП-17).

Забор воздуха на горение осуществляется с улицы и непосредственно с котельного помещения с помощью дутьевых вентиляторов.

Тяга дымовых газов осуществляется дымососами, установленными отдельно для каждого котла.

Система теплоснабжения, для нужд отопления и вентиляции, закрытая. Регулирование качественное по отопительному графику с температурой 70 - 95 ^оС.

Пароводяные подогреватели сетевой воды и горячего водоснабжения установлены непосредственно в котельной.

Подпитка котлов производится химически очищенной, деаэрированной водой с температурой 104 ^оС.

По газопроводу заводской сети газ подается к газорегуляторной установке (ГРУ). Выходное давление газа 3 кгс/см². Расход газа на котел ДЕ 25-14 ГМ составляет 1778 нм3/ч (по данным Бийского котельного завода). На котле ДЕ 25-14 ГМ устанавливается одна горелка типа ГМП-16. Требуемое давление перед горелкой 2500 кгс/м².

Основное назначение ГРУ - снижение давления газа до заданного и поддержания его в контрольной точке постоянным (в заданных пределах) не зависимо от изменения входного давления и расхода газа. Кроме того в ГРУ осуществляется: очистка газа от механических примесей, контроль входного и выходного давлений, измерение расхода газа. ГРУ должно обеспечивать полное прекращение подачи газа к котлам в случае выхода за допустимые параметры выходного давления газа. ГРУ центральной котельной расположено в здании котельной.

Оборудование ГРУ:

регулятор давления универсальный системы Казанцева;

механический фильтр;

предохранительный сбросной клапан;

средства измерения;

импульсные трубки;

сбросные и продувочные трубопроводы;

запорная арматура (задвижки, вентиля);

обводная линия (байпас).

Вентиляция в месте установки ГРУ должна обеспечивать не менее 3-х кратного воздухообмена в течение часа. Освещение ГРУ выполнено во взрывобезопасном исполнении. В зимнее время в месте установки ГРУ необходимо поддерживать температуру воздуха не ниже + 5 єC.

Учет расхода газа производится с помощью диафрагмы и самопишущих дифманометров (КСД-3). Перед диафрагмой устанавливается технический термометр для замера температуры газа в газопроводе.

1.2 Оборудование котельной

Паровой котёл ДЕ-25-14 ГМ газомазутный вертикально-водотрубные паровые с естественной циркуляцией типа Е (ДЕ) производительностью 25 т/ч предназначен для выработки насыщенного или слабоперегретого пара, используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Топочная камера котлов размещается сбоку от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтовой и боковой экраны, образующие топочную камеру.

На котле ДЕ 25-14 ГМ производительностью 25 т/ч, пароперегреватель - вертикальный, дренируемый из двух рядов труб.

Поставляются котлы блоком, включающим верхний и нижний барабаны с внутрибарабанными устройствами, трубную систему экранов и конвективного пучка (в случае необходимости - пароперегреватель), опорную раму, изоляцию и обшивку.

Котёл ДЕ-25-14 ГМ оборудован системой очистки поверхностей нагрева, может работать в диапазоне давлений 0,7-1,4 МПа.

В качестве хвостовых поверхностей нагрева котлов применяются стальные или чугунные экономайзеры.

Газомазутный водогрейный котел КВГМ-100 предназначен в качестве основного источника теплоснабжения в районных отопительных котельных. Котел - прямоточный, П-образной компоновки, рассчитан для нагрева воды до150 °С с подогревом на 40 °С при пиковом режиме и на 80 °С при основном режиме эксплуатации.

Конструктивные характеристики и расчетные данные водогрейного газомазутного котла КВГМ-100 (основной режим работы):

Номинальная теплопроизводительность, 100 Гкал/час

Давление воды:

расчетное, 25 кгс/см²

минимальное на выходе, 10 кгс/см²

Температура воды:

на входе, 70⁰С

на выходе, 150⁰С

расход воды, 1235 т/час

Гидравлическое сопротивление:

при первоначальной заводской конструкции

верхнего пакета конвективной части, 2,5 кгс/см

при реконструированном заводом верхнем

конвективном пакете, 3,5 кгс/см²

Температура уходящих газов:

при работе на газе, 138°С

при работе на мазуте, 180°С

Расход топлива:

газа, 12720 м³/час

мазута, 13800 кг/час

Максимальный удельный расход условного

топлива, 156 м³/час

Минимальный КПД котла:

при работе на газе, 93,2%

при работе на мазуте, 91,8%

Диапазон регулирования тепло

производительности, % от ном. 20-100

Средняя наработка на отказ не менее, 5500 час

Срок службы между кап. ремонтами не менее, год 2

Полный назначенный срок службы, год 20

Удельный выброс окислов азота, г/м³:

при работе на газе 0,3

при работе на мазуте 0.38

Объем топочной камеры,: 388 м³

Поверхность нагрева:

радиационная, 325 м

конвективная, 2385 м²

Габаритные размеры:

длина, 14680 мм

ширина, 9850 мм

высота, 14365 мм

водяной объем котла, 30 м³

масса металла, 135000 кг

Экономайзер ЭП 1-808

Блочные чугунные водяные экономайзеры применяются для использования тепла уходящих газов серийно выпускаемых котлов типа Е (КЕ), Е (ДЕ) и ДКВр. Кроме того, они могут быть установлены за котлами старых конструкций с номинальным давлением пара не выше 2,4 МПа (24 кгс/см²).

Чугунные экономайзеры просты и надежны в эксплуатации, устойчивы против внутренней и внешней коррозии, поэтому их применению следует отдать предпочтение перед воздухоподогревателями во всех тех случаях, когда подогрев воздуха не является необходимым для интенсификации .

В комплект поставки блочного чугунного экономайзера входят: блок экономайзера с приводами обдувочных устройств, контрольно-измерительными приборами и монтажными деталями в соответствии со спецификацией сборочного чертежа, короб (верхний участок газохода), поставляемый по требованию заказчика. Экономайзер ЭП 1-808 поставляется тремя блоками.

Экономайзеры чугунные блочные изготовляются Кусинским машиностроительным заводом.

Рабочее давление экономайзера - 30 кгс/см² .

Деаэратор ДА-50/15

Технические характеристики:

- производительность 50м³/час;

- емкость бака 15 м³/час;

- давление 0,2кгс/см² .

Деаэратор ДА-100/25 (подпиточный)

Технические характеристики:

- производительность 100м³/час;

- емкость бака 25 м³/час;

- давление 0,2ч0,4 кгс/см² .

Все знают, что в воде содержится воздух, а процесс деаэрации позволяет удалить этот воздух из воды. А для чего же это нужно? Возьмём, к примеру, тепловые сети, наличие в воде кислорода и анионов достаточно серьёзно сокращает их срок службы. Для того чтобы увеличить этот срок, вода, прежде чем попасть в систему, проходит процесс деаэрации, при которой из воды удаляются кислород и анионы. За счёт этого повышается сопротивление металла к коррозии, а в итоге продлевается срок службы тепловых сетей.

Деаэратор ДА-50/15 предназначен для удаления коррозионно-агрессивных газов (кислорода и свободной углекислоты) из питательной воды паровых котлов и подпиточной воды системы теплоснабжения и горячего водоснабжения при одновременном ее нагреве.

Деаэратор ДА-50/15 состоит из деаэраторного бака деаэрационной колонки и гидрозатвора. Деаэраторный бак представляет собой горизонтальный, цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами и патрубками входа и выхода рабочей среды, подключения трубопроводов и арматуры, установленный на опорах, одна из которых неподвижная. На баке установлена деаэрационная колонка. Деаэрационная колонка КДА-50, представляет собой цилиндрическую обечайку с эллиптическим днищем, патрубками для подвода и отвода рабочей среды. Для обеспечения безопасной эксплуатации деаэратора предусмотрено предохранительное устройство, гидрозатвор, защищающий его от опасного превышения давления и уровня воды в баке.

Деаэратор ДА-50/15 предназначен для удаления коррозионно-агрессивных газов (кислорода и свободной углекислоты) из питательной воды системы теплоснабжения при одновременном ее нагреве.

Принцип работы деаэратора.

Для того чтобы уменьшить количество кислорода в воде достаточно просто нагреть жидкость. А вот для того чтобы удалить весь кислород необходимо довести воду до состояния кипения. Устройство, в котором вода доводится до состояния кипения, называется деаэратором. Нагрев воды до кипения в деаэраторе происходит за счёт пара из турбины. Для того чтобы полностью удалить все возможные газы из воды, она должна обязательно прогреваться до температуры насыщения. Поскольку даже небольшой недогрев воды 1-4 °С приводит к увеличению остатков газа в воде.

Для эффективного процесса деаэрации нужно постоянно удалять газы, которые выделяются в процессе кипения воды. Для этого в деаэраторе есть специальная парогазовая отводимая часть, этот процесс называется выпором. Чем больше будет выпор у деаэратора, тем эффективнее его работа.

Эксплуатация деаэратора.

Уровень воды в деаэраторе должен быть фиксированным и контролируемым. Если уровень воды увеличивается, то она должна автоматически сливаться через переливное устройство. Потому как при повышении уровня воды ухудшается сам процесс деаэрации. Давление в деаэраторе должно быть постоянным. Резкое повышение или понижение давление приводит к нарушению работы насосов деаэратора.

Тягодутьевые устройства

Стабильная работа котлоагрегата обеспечивается непрерывной подачей воздуха в топку и удалением в атмосферу газообразных продуктов сгорания. В маломощных паровых и водогрейных котельных иногда бывает достаточно естественной тяги, создаваемой дымовой трубой. Для преодоления сопротивления воздуховодов и горелочного устройства котлоагрегат оснащают дутьевым вентилятором (вентилятор ВДН-11.2), а для преодоления сопротивления газового тракта - дымососом.

Дымосос Д-12,5

Технические характеристики:

· Производительность 39100м³/час;

· напор при 200 С⁰ 343 кгс/м²;

· частота вращения 1470 об/мин;

· мощность двигателя 75 кВт.

Дымосос - необходимый элемент газовоздушного тракта энергетических объектов. Дымосос представляет собой центробежный (одностороннего или двустороннего всасывания) или осевой (одно- или двухступенчатый) вентилятор, который устанавливают за котлоагрегатом для удаления из него газообразных продуктов сгорания топлива. Также, в различных источниках можно встретить термин "вентилятор дымоудаления".

Центробежные дымососы изготовляются левого и правого направлений вращения. Левое - вращение рабочих колес против часовой стрелки, если смотреть на дымосос со стороны электродвигателя. Правое - обратное направление вращения.

В состав дымососа входят следующие узлы: рабочее колесо, улитка, всасывающая воронка, осевой направляющий аппарат и постамент.

Максимально допустимая температура перемещаемых дымовых газов на входе в дымосос не должна превышать +200°С.

Дымовая труба

Дымовая труба предназначена для отвода дымовых газов. Труба состоит из толстостенной опорной секции и промежуточных секций, которые соединяются между собой через фланцы из уголкового профиля. Секции изготовлены из стали для сварных конструкций. В основании трубы предусмотрен люк для чистки и отверстие для отвода конденсата.

Система ХВО

Водоподготовка (ХВО) на котельной необходима для защиты оборудования от коррозии, накипи и отложений. Отсутствие ХВО или его неэффективная работа приводит к перерасходу топлива и выходу оборудования котельной и теплосети из строя. Остановка котельной представляет социальную опасность, т.к. при этом прекращается отопление и ГВС. К тому же имеет место экономический фактор - капитальные затраты на замену котлов и пр.

ХВО не просто должна присутствовать на котельной, но и должна соответствовать своей задаче (проекту, объему подпитки, режиму работы котельной, качеству и количеству исходной воды, качеству подпиточной воды), эффективно и стабильно работать.

Повышение концентрации солей в котловой воде выше допустимых величин может привести к уносу их в пароперегреватель. Поэтому соли, скопившиеся в котловой воде, удаляются непрерывной продувкой, которая в данном случае автоматически не регулируется. Расчетное значение продувки парогенераторов при установившемся режиме определяется из уравнений баланса примесей к воде в парогенераторе. Таким образом, доля продувки зависит от отношения концентрации примесей в воде продувочной и питательной. Чем лучше качество питательной воды и выше допустимая концентрация примесей в воде, тем доля продувки меньше. А концентрация примесей в свою очередь зависит от доли добавочной воды, в которую входит, в частности, доля теряемой продувочной воды.

Оборудование участка водоподготовки:

Механический осветлительный фильтр - (4шт);

Натрий-катионовый фильтр 1 ступени - (3шт);

Натрий-катионовый фильтр 2 ступени - (2шт);

Бак исходной питательной воды - (1шт);

Бак сбора производственного конденсата - (1 шт);

Насос взрыхляющей воды 8К-290/18 - (2шт), Q=290 м³/ч; Н=18м.в.ст.;

Насос исходной осветленной воды 4К-90/55 - (3шт), Q=90 м³/ч; Н=55м.в.ст.;

Насос исходной питательной воды К-45/55 - (2шт), Q=45 м³/ч; Н=55м.в.ст.;

Кондесатный насос типа К-90/85 - (1шт), Q=90 м³/ч; Н=85м.в.ст.;

Кондесатный насос типа К-45/55 - (1шт), Q=45 м³/ч; Н=55м.в.ст.;

Насос солевой типа Х-20/18 - (2шт), Q=20 м³/ч; Н=18м.в.ст.;

Насос раствора соли типа Х-20/18 - (2шт), Q=20 м³/ч ; Н=18м.в.ст.;

Фильтр соли - (2 шт);

Бак раствора соли - (1шт), V=16м³;

Железобетонные ячейки для мокрого хранения соли (солевые ямы) - (4шт), ширина:4800мм,глубина:2400мм,длина:5600мм,V=64,5м³.

Сетевой насос Д 1250-125

Насосы двустороннего входа типа Д обладают достаточно высоким КПД и хорошей всасывающей способностью вспомогательного оборудования котельной, поскольку они должны обеспечивать непрерывную подачу воды в котел. Запас воды в современном котле незначителен, и прекращение питания его водой может привести к полному её испарению, интенсивному разогреву и разрушению поверхностей нагрева и котла в целом. В качестве современных питательных устройств применяют центробежные насосы высокого давления, рассчитанные на работу при температуре воды 105-150^оС. Чтобы избежать кавитации, на входе в насос должен быть обеспечен подпор жидкости, достигаемый установкой деаэратора и насосов на разных отметках (этажах) котельной. Центробежные насосы имеют электрический (переменного тока) привод. Для работы в аварийном режиме может быть предусмотрен и паротурбинный привод.

Насосы ЦНСГ предназначены для перекачивания воды с водородным показателем pH 7-8,5, с массовой долей механических примесей не более 0,1% и размером твердых частиц не более 0,1мм и температурой от 1 до 105°С. Допускается изготовления насоса с торцовым уплотнением. При повышении температуры необходим подпор, не менее 0,1МПа (1кгс/см²).

Насосы горячего водоснабжения: 1Д-315-71, Д-320-50, К-90-55, ЗК-45-55.

Насос 1Д-315-71

Технические характеристики:

· Производительность м³/час 315;

· Напор вод.ст 50.

Насос Д-320-50

Технические характеристики:

· Производительность м³/час 320;

· Напор вод.ст 50;

· Давление на входе в насос кгс/см² 3.



Насос К-90-55

· Производительность м³/час 90;

· Напор вод.ст 55.

Насос ЗК-45-55

· Производительность м³/час 45;

· Напор вод.ст 55.

Теплообменник подпиточной воды ОСТ 34-588-68

Служит для нагрева холодной сетевой воды для горячего водоснабжения. Представляет собой кожухо-трубный теплообменник, где трубной системой теплообмена служат латунные трубки (по желанию Заказчика трубки могут быть выполнены из нержавеющей стали). Температура теплоносителя - 150 С. Максимальное давление воды в подогревателях - 10 кгс/см². Количество секций от одной и более.

Сепаратор непрерывной продувки Ду 300

Сепаратор непрерывной продувки Ду 300 мм -- циклонного типа, предназначен для разделения пароводяной смеси при продувке паровых котлов на пар и воду за счет действия центробежных сил, обусловленных тангенциальным вводом воды в сепаратор.

Устройство и принцип работы

Сепаратор непрерывной продувки Ду-300 представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с плоскими или эллиптическими донышками, подводящим сплющенным патрубком или патрубком кругового сечения и паро- и водоотводящими патрубками и поплавковым регулятором, который автоматически поддерживает уровень воды. Закрутка потока осуществляется за счет организованного подвода пароводяной смеси на внутреннюю стенку сепаратора или за счет установки внутренних направляющих устройств. Обычно расход продувочной воды на сепаратор составляет от 1% до 5% производительности котла.

Разделение на пар и воду происходит в средней части сепаратора. Пар, сохраняя вращательное движение, направляется в паровое пространство и отводится через патрубок, расположенный на верхнем днище. Вода стекает по внутренней поверхности сепаратора в водяной объем и отводится через патрубок, расположенный в нижней части корпуса. На нижнем днище предусмотрен штуцер для отвода воды из сепаратора при его отключении и для периодической очистки нижней части водяного объема от шлама и загрязнений.

В нижней цилиндрической части корпуса имеется поплавковый регулятор уровня воды в сепараторе и указатель уровня. С помощью указателя уровня ведется визуальное наблюдение за уровнем воды. Поплавковый регулятор уровня предназначен для автоматического поддержания постоянного уровня воды в сепараторе.

Редукционная установка

Редукционно - охладительные установки (РОУ) предназначены для снижения давления и температуры пара до параметров, необходимых потребителю.

Для редуцирования давления и снижения температуры пара до заданных параметров применяются редукционно-охладительные установки (РОУ). В редукционных установках (РУ) производится только снижение давления пара с частичным снижением температуры за счет дросселирования.

Подача охлаждающей воды в РОУ производственных котельных обычно осуществляется из магистрали питательной воды после деаэратора.

Пар по трубопроводу через запорную задвижку (1) поступает к регулирующему клапану (2), где и происходит редуцирование давления. Установка снабжена автоматическим регулятором давления.

На трубопроводе редуцированного пара расположено импульсно-предохранительное устройство, предназначенное для сброса излишков пара в атмосферу при повышении давления в трубопроводе выше допустимого.

Вентилятор ВДН-11.2

Технические характеристики:

· Производительность м3/час 27600;

· Напор кгс/м2 432;

· Частота вращения об/мин 1470;

· Мощность двигателя кВт 55

Горелка газомазутная типа ГМП-I6

Предназначена для раздельного сжигания топочного мазута и природного газа. Допускается кратковременное совместное сжигание топочного мазута и природного газа во время перехода с одного вида топлива на другой. В качестве запально-защитного устройства (ЗЗУ) предусмотрено использование ЗЗУ-4, которое не входит в комплект поставки горелки и поставляется по отдельному заказу. Горелка ГMП-I6 используется совместно с камерой двухступенчатого сжигания топлива.



2. Описание технологического процесса горячего водоснабжения

Теплоносителями котельной, являются высокотемпературная вода 150 - 70 ⁰С с постоянной и переменной температурой на выходе из котельной и перегретый пар. Водогрейный котел КВ-ГМ-100 предназначен для нагрева воды, которая используется для горячего водоснабжения и отопления. Вода, идущая к потребителю, называется прямой, а возвращающая обратно от потребителя в котел - обратной.

2.1 Общие сведения

Режимная карта котла

Каждый котел должен иметь свою режимную карту.

Эксплуатация парового или водогрейного газового котла должна производиться согласно его режимной карте.

Цель режимной карты - показать нужное давление газа и воздуха при определенной нагрузке котла. Процесс горения при этом должен быть наиболее полным и стабильным, эксплуатация котла эффективной и безопасной.

Режимная карта составляется по результатам теплотехнических испытаний организацией осуществляющей пусконаладочные работы. Испытания производятся 1 раз в три года.

Режимная карта может быть выполнена в виде таблицы или графика. В случае таблицы в ней задаются несколько рабочих режимов: 30%, 50%, 70%, 100% от производительности котла.

В зависимости от характера тепловых нагрузок котельные установки принято разделять на следующие типы:

производственные котельные - котельные, предназначенные для снабжения теплотой технологических потребителей;

производственно-отопительные котельные - котельные, осуществляющие теплоснабжение технологических потребителей, а также дающие теплоту для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения промышленных сооружений.

В зависимости от характера производства и работы агрегатов, установленных на предприятии, снабжение теплотой для технических нужд требуется периодически на время двух или одной смены.

В котельной установке установленная теплопроизводительность всех агрегатов должна соответствовать максимальной нагрузке.

В производственных котельных расход пара или горячей воды зависит от мощности производственных установок и характера их работы. Эти котельные при непрерывной работе всех цехов и установок предприятия обычно имеют сравнительно мало меняющийся суточный график нагрузки. Производственно-отопительные котельные снабжают паром потребителя чаще всего в течение двух или одной смены. Потребление горячей воды на вентиляцию и технологические нужды ограничено теми же сменами, когда потребляется пар, а жилищно-коммунальные нужды требуют круглосуточной подачи горячей воды.

2.2 Описание технологического процесса производства теплофикационной воды

2.2.1Химводоочистка

В состав химводоочистки котельной входят: блок механических фильтров, блок Na-катионитовых фильтров I и II ступени.

Водоподготовительная установка предназначена для:

- приготовления питательной воды для паровых котлов;

-приготовления умягченной воды для водогрейных котлов и заполнения системы отопления завода и поселков;

- приготовления умягченной воды для подпитки системы отопления завода и поселков.

Исходная вода из водопровода технической воды подается насосами типа 4К-90/55 на механические фильтры для осветления. После механических фильтров осветления вода поступает на натрий-катионитовые фильтры 1 ступени. На натрий-катионитовых фильтрах фильтрах 1 ступени происходит умягчение осветленной воды. После этого вода поступает:

- на натрий-катионитовые фильтры 2ступени, где происходит более глубокое умягчение воды;

- вода поступает в питательный деаэратор ДА-50/15, где происходит нагрев умягченной воды и освобождение ее от кислорода, после деаэрированная вода поступает на всас питательных насосов на питательную линию экономайзера парового котла и подается в трубопровод обратной сетевой воды;

- в конденсатные баки (V=25м^- 1шт, V=20 м³ -2шт),туда же поступает конденсат от производственных цехов. Из конденсатных баков умягченная вода вместе с конденсатом насосами типа К45/55 и К90/85 подается в бак исходной питательной воды V=400м³

На натрий-катионитовых фильтрах 2 ступени происходит более глубокое умягчение воды. После этих фильтров вода поступает:

- в бак исходной питательной воды V=400 м³

- в питательный деаэратор.

Из бака исходной питательной воды конденсатные насосы типа К45/55 подают смесь умягченной воды после 2-й ступени натрий-катионитовых фильтров и конденсата от производственных цехов в питательный деаэратор ДА-50/15, а оттуда она подается на питание парового котла ДЕ-25-14ГМ.

Поваренная соль поступает в солевые ямы склада соли. Туда же подается техническая вода и пар для раствора соли. Затем раствор соли насосами типа Х-20/18 через фильтры соли подается в бак V6 м³ приготовления 8% раствора соли. Из бака раствора соли насосом типа Х-20/18 подается на натрий-катионитовые фильтры. Разница давления на входе и выходе равная 1атм говорит о том, что фильтр подлежит очистке ( норма давления =5атм).

Рис. Схема Na-катионитового фильтра

2.2.2Процесс обработки воды

Процесс обработки воды заключается в последовательном прохождении воды через Na-катионитовые фильтры, где происходит умягчение воды. Умягчение воды катионированием осуществляется в процессе фильтрования ее через слой сульфоугля, частицы которого содержат катион натрия, способный к объемному разделению на накипеобразующие катионы кальция и магния. В результате этого в профильтрованной умягченной воде содержатся лишь натриевые соли, обладающие большой растворимостью и не образующие отложений на внутренней поверхности теплообменных аппаратов и парогенераторов.

Прошедшая через Na-катионитовые фильтры вода содержит только NaCl и частично NaHCO₃, Na₂SO₄.

2.2.3 Деаэрирование воды

Химочищенная вода с помощью насосов К-45/55 подается в деаэраторы паровых котлов.

Кипение жидкости происходит при такой температуре, при которой давление паров жидкости по величине равно полному давлению над кипящей водой, и тогда парциальные давления газов в парогазовой смеси над кипящей водой практически близки к нулю.

Нулевая растворимость газов может быть достигнута при любой температуре кипения, а значит и при температуре кипения ниже 100⁰С. Таким образом, деаэрацию воды можно осуществить при давлении ниже атмосферного, т.е. в вакууме.

В вакуумном деаэраторе 90-95 % кислорода выделяются из воды в виде пузырьков, остальная часть - путем диффузии.

Большая часть пара, около 70-90 %, поступающего в вакуумный деаэратор, расходуется на нагрев воды и конденсируется. Конденсат смешивается с основным поток воды, остальная часть пара проходит через всю колонку. Этот пар вентилирует колонку и сдувает с поверхности воды выделяющиеся газы. Парогазовая смесь отсасывается из деаэратора вакуумными насосами. Деаэратор представляет собой цилиндр, расположенный вертикально, в котором имеются две ступени дегазации: струйная и барботажная.

Химочищенная вода по трубе поступает в колонку деаэратора на дырчатую тарелку. Затем вода через отверстия стекает на перепускную тарелку, откуда через отверстие в виде сегмента поступает на барботажный лист. Греющий пар подается под барботажный лист, образуя паровую подушку, и, проходя через щели листа и слой воды, подвергает воду обработке. Пар, прошедший барботажный лист, движется в верхнюю часть колонки, пересекая струйный поток между тарелками нагревает и деаэрирует воду. При этом некоторая часть его конденсируется и только после прохождения охладителя выпара вся остальная часть полностью конденсируется. Конденсат из охладителя выпара сливается самотеком в колонку деаэратора. Выделившиеся газы удаляются через трубу. Деаэрированная вода отводится из колонки через трубу.



Рис. Схема деаэратора

2.2.4 Работа котла КВГМ-100

Деаэрированная вода при температуре 70⁰С подается в водогрейный котел КВГМ-100, где нагревается до 90-95⁰С и поступает в теплосеть.

Устройство котла

Газомазутный котел теплопроизводительностью 100Гкал/ч выполнен по П-образной схеме (см. рис.5) и может быть использован как в отопительном режиме (70-150⁰С), так и в пиковом (100-150⁰С).



Рис.5 Схема котла КВГМ-100

Топочная камера котла и задняя стена конвективной шахты закрыты экранами из труб диаметром 60x3 мм с шагом 64 мм. Конвективная поверхность нагрева котлов состоит из трех пакетов. Каждый пакет набирается из U-образных ширм, выполненных из труб диаметром 28x3 мм. Ширмы в пакетах расположены параллельно фронту котла и расставлены таким образом, что их трубы образуют шахматный пучок. Боковые стены конвективной шахты закрыты трубами диаметром 83х3,5 мм с шагом 128 мм, служащими одновременно стояками ширм. Стояки сдвинуты относительно друг друга на 64 мм, что обеспечивает возможность размещения ширм в плане шахты в виде гребенок с шагами шахматного конвективного пучка. Все трубы, образующие экранные поверхности котла, вварены непосредственно в коллекторы диаметром 273х11 мм.

Для удаления воздуха из трубной системы при заполнении котла водой на верхних коллекторах установлены воздушники. Взрывные предохранительные клапаны установлены на потолке топочной камеры.

Для удаления наружных отложений с труб конвективных поверхностей нагрева котел оборудован дробеочистительной установкой.

Котел выполнен бескаркасным. Нижние коллекторы фронтового, промежуточного и заднего экранов, а также боковых стен конвективной шахты опираются на портал. Опора, расположенная в середине нижнего коллектора промежуточного экрана, является неподвижной. Нагрузка от боковых экранов топочной камеры передается на портал через переднюю и заднюю стенки котла и частично через специальную ферму, установленную на портале. Помосты котла крепятся к стойкам, опирающимся на кронштейны портала.

На фронтовой стенки котла устанавливаются три газомазутные горелки с ротационными форсунками.

Функционирование котла КВГМ-100

Процесс растопки котла на газе. Для растопки котла на газа вначале производится подготовка газопроводов. Для этого проверяют закрытие всей арматуры по газу к горелкам ГПГ-21, 22, 23, открывают свечи безопасности ГПС-21, 22, 23 и продувочные свечи ГПС-20, 24. Далее проверяют давление газа в общецеховом газопроводе, которое должно быть не ниже 0,5 кг/см². Устанавливают поворотную заглушку после задвижки ГПК-21 в положение "открыто". После установки заглушки открывают регулятор ГПР-21, также открывают и вводят в зацепление отсечной клапан по газу ГПО-21 и открывают задвижку ГПК-21. Продувку газопровод котла производят через свечу ГПС-24. Окончание продувки определяют по содержанию кислорода в пробах, отобранных через кран после задвижки ГПС-24. В двух последовательно отобранных пробах содержание кислорода не должно превышать 1%. После этого задвижку ГПС-24 закрывают.

Также подготавливают защитно-запальное устройство. Для чего открывают вентиль подачи газа на запальники ГЗУ-21, продувают газопровод к запальникам через свечу ГПС-20. Здесь также окончание продувки определяют по содержанию кислорода в пробах, отобранных через кран после вентиля ГПС-20. В двух последовательно отобранных пробах содержание кислорода не должно превышать 1%. После чего вентиль ГПС-20 закрывают. Далее включают в работу все приборы и манометры по давлению и расходу газа в газопроводе и у горелок.



3. Физико-химические процессы

3.1 Природный газ. Процесс горения

Природный газ - это самое распространенное топливо на сегодняшний день. Природный газ так и называется природным, потому что он добывается из самых недр Земли.

Процесс горения газа является химической реакцией, при которой происходит взаимодействия природного газа с кислородом, который содержится в воздухе.

В газообразном топливе присутствует горючая часть и негорючая.

Основным горючим компонентом природного газа является метан - CH4. Его содержание в природном газе достигает 98 %. Метан не имеет запаха, не имеет вкуса и является нетоксичным. Предел его воспламеняемости находится от 5 до 15 %. Именно эти качества позволили использовать природный газ, как один из основных видов топлива. Опасно для жизни концентрация метана более 10 %, так может наступить удушье, вследствие нехватки кислорода.

Для обнаружения утечки газа, газ подвергают одоризации, иначе говоря добавляют сильнопахнущее вещество (этилмеркаптан). При этом газ можно обнаружить уже при концентрации 1 %.

Кроме метана в природном газе могут присутствовать горючие газы - пропан, бутан и этан.

Для обеспечения качественного горения газа необходимо в достаточном количестве подвести воздух в зону горения и добиться хорошего перемешивания газа с воздухом. Оптимальным считается соотношение 1 : 10. То есть на одну часть газа приходится десять частей воздуха. Кроме этого необходимо создание нужного температурного режима. Чтобы газ воспламенился необходимо его нагреть до температуры его воспламенения и в дальнейшем температура не должна опускаться ниже температуры воспламенения.

Необходимо организовать отвод продуктов сгорания в атмосферу.

Полное горение достигается в том случае, если в продуктах сгорания выходящих в атмосферу отсутствуют горючие вещества. При этом углерод и водород соединяются вместе и образуют углекислый газ и пары воды.

Визуально при полном сгорании пламя светло-голубое или голубовато-фиолетовое.

3.2 Теоретически необходимый расход воздуха для сжигания топлива. Коэффициент избытка воздуха

В основе процесса горения топлива лежат химические реакции окисления горючих компонентов топлива: углерода С, водорода Н и серы S -- для твердых и жидких топлив и углеводородов С, Н , монооксида углерода СО, водорода Н₂ и сероводорода H₂S -- для горючих газов.

Горение углерода при полном его окислении происходит по реакции:

С + О₂ = СО₂,

Аналогично для реакции горения водорода:

Н₂ + 0,5О₂ = Н₂О

При сжигании газообразного топлива происходят следующие реакции:

СН₄ + 2О> = СО₂ + 2Н₂О

В качестве окислителя при сжигании топлива в котельных агрегатах используется атмосферный воздух, который представляет собой смесь газообразных веществ. В составе воздуха кислород -- 21 %. азот -- 78 %. углекислый газ, инертные газы и др. -- 1 %. Для технических расчетов обычно принимают условный состав воздуха, содержащий только два компонента (кислород 21 % и азот 79 %).

Если в качестве окислителя используется не чистый кислород, а воздух, то его теоретический расход V°_B, м³/м³, необходимый для полного сгорания газообразного топлива, равен

==4,76

На практике при сжигании топлива расход воздуха, подаваемого в топочное пространство, несколько больше теоретически необходимого. Отношение действительного расхода воздуха V к его теоретическому значению V называется коэффициентом избытка воздуха:

а=V / V

Значение коэффициента избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топлива, конструкции горелочного и топочного устройства и обычно находится в пределах 1,05... 1,5. Эффективность сжигания топлива зависит от правильного выбора значения коэффициента избытка воздуха. Величина а во многом определяет экономичность процесса горения.

Выход и состав продуктов полного сгорания топлива

При коэффициенте избытка воздуха а = 1 и полном сгорании топлива газообразные продукты не содержат кислород и состоят только из СО₂, SО₂, N₂ и Н₂О.

При коэффициенте избытка воздуха а > I продукты сгорания содержат дополнительное количество воздуха и влагу, внесенную этим воздухом, что увеличивает объем сухих продуктов сгорания V_cr и объем водяных паров VО, где V -- выход продуктов сгорания при а > 1, м³/м³ (для газообразного топлива) или м³/кг (для жидкого либо твердого топлива).

Состав воздуха

Название газа Химический элемент Содержание в воздухе

Азот N2 78 %

Кислород O2 21 %

Аргон Ar 1 %

Углекислый газ CO2 0.03 %

Гелий He менее 0,001 %

Водород H2 менее 0,001 %

Неон Ne мене 0,001 %

Метан CH4 менее 0,001 %

Криптон Kr менее 0,001 %

Ксенон Xe менее 0,001 %

3.3 Условия полного сгорания топлива. Продукты полного и неполного сгорания топлива

Условия, необходимые для полного сгорания топлива, включают в себя следующее:

· непрерывный подвод топлива в зону горения;

· непрерывный подвод окислителя (воздуха) в достаточном количестве;

· хорошее перемешивание топлива с окислителем;

· достаточная температура в топке;

· достаточное время пребывания топливовоздушной смеси в топке.

Если хотя бы одно из перечисленных условий не выполняется, в системе появятся продукты неполного сгорания топлива.

При полном сгорании любого топлива с теоретически необходимым количеством воздуха состав продуктов сгорания, об. %, будет следующим:

CO₂ + SO₂+ H₂О + N₂= 100.

При полном сгорании топлива и избытке окислителя (т.е. при а > I) в продуктах сгорания будет присутствовать также избыточный кислород, об. %:

CO₂ + SO₂ + Н₂O + N₂ + O₂ = 100.

При недостатке окислителя или плохом перемешивании сгорание топлива будет неполным, и в продуктах горения появятся горючие газы -- вначале монооксид углерода СО, затем водород Н₂ и метан СН₄. Таким образом, в общем случае полный состав продуктов горения при сжигании топлива в условиях коэффициента избытка воздуха а < 1 будет следующим, об.%:

CO₂ + Н₂O+ N₂ + СО + Н₂ + СН₄ = 100.

Помимо газообразных компонентов в продуктах горения может быть и сажа.

3.3.1Контроль процесса горения топлива

Контролировать процесс горения топлива можно следующими способами:

а) визуально по таким характеристикам факела, как его длина, цвет, светимость и т.д. Для владения этим субъективным методом оценки необходим большой профессиональный опыт машиниста котлов;

б) по составу продуктов горения, производимому с помощью газоанализаторов.

При анализе состава продуктов горения следует прежде всего обратить внимание на содержание оксида углерода СО. Отсутствие СО в данных анализа свидетельствует о полном сгорании топлива и отсутствии потерь теплоты от химической неполноты сгорания. При наличии СО в продуктах сгорания необходимо увеличить подачу воздуха с тем, чтобы в соответствии с производственной инструкцией или режимной картой минимизировать или исключить его содержание в продуктах горения.

Отсутствие СО из числа горючих газов в продуктах сгорания вовсе не свидетельствует о качественном сжигании топлива. Помимо СО необходимо контролировать содержание кислорода и трехатомных газов RО₂ в сухих продуктах горения. С помощью данных о содержании этих компонентов можно установить важнейшую величину, характеризующую качество сжигания топлива, -- коэффициент избытка воздуха.

Наиболее точно этот коэффициент определяется по «азотной формуле», которая для случая полного сжигания топлива имеет вид

N

а = -----------------------

N₂ -3,76O₂

где N₂, O₂ -- содержание N₂ и O₂ в сухих продуктах горения, об. %;

N₂= 100 - (RO₂ + O₂);

3,76 -- соотношение содержаний азота и кислорода воздуха.

При неполном сгорании топлива «азотная» формула приобретает вид

N₂

а = ---------------------------------------------------

N₂ - 3,76(O₂ - 2СН₄ - 0,5СО - 0,5Н₂)

где СН₄, СО и Н₂ -- содержание в продуктах горения соответственно метана, монооксида углерода и водорода, об. %; 3,76 -- соотношение содержаний азота и кислорода воздуха; 2 и 0.5 -- стехиометрические коэффициенты реакций горения.

Примерное значение коэффициента избытка воздуха можно определить также по «кислородной» формуле. В случае полного сгорания топлива

a =

где О, -- содержание кислорода в продуктах горения, об. %.

3.3.2 Оптимизация процесса сжигания топлива

Коэффициент избытка воздуха является важнейшей характеристикой эффективности ведения процесса сжигания топлива.

В данной главе более подробно описывается виды регулирования соотношения «топливо-воздух» и их техническая реализация в системе оптимизации процессов горения.

Для эффективного и качественного сжигания топлива в котельных агрегатах должно быть точно сбалансировано соотношение "топливо - воздух". Недостаток воздуха при горении вызывает неполное сгорание и, как следствие, перерасход топлива. Избыток воздуха также приводит к перерасходу топлива на нагрев лишнего воздуха в составе отходящих газов. В обоих случаях сжигание топлива сопровождается повышенным выбросом в атмосферу высокотоксичных газов.

На данной диаграмме приведена зависимость содержания основных компонентов продуктов сгорания (О₂, СО₂, СО, NOx) и КПД (h).котлоагрегата от коэффициента избытка воздуха (a).

Уменьшение коэффициента избытка воздуха, помимо снижения потерь теплоты с уходящими газами, является эффективным методом подавления образования оксидов азота. Это достигается только регулированием без удорожания технологического оборудования и усложнения конструкции горелочных устройств. Появление химнедожога определяет границу допустимого воздействия на уменьшение воздуха. Эта граница является гибкой и зависит, помимо характеристик горелочных устройств, от нагрузки котла, состава топлива (теплоты его сгорания, климатических условий, температуры топлива и воздуха, технического состояния оборудования и др). Область экономически выгодного режима сжигания топлива, обеспечиваемого автоматическим регулированием, выделена штриховкой.

Для реализации этих принципов на существующих и вновь проектируемых котлоагрегатах необходимы надежные быстродействующие анализаторы дымовых газов и модуль управления (дутьевым вентилятором). Т.е. необходимы надежные (оптимальные по соотношению цена/качество) устройства оптимизации горения, включающие анализаторы дымовых газов(O2, СO), модули управления процессом. Причем устройства оптимизации горения должен органично вписываться в автоматизированные системы управления котлоагрегатами (открытые протоколы, наличие OPC-сервера и пр.).

Контроль качества горения обеспечивается по давлению газа и воздуха, подаваемых на сгорание согласно режимной карты котла. Оптимизация процесса сжигания обычно реализована управлением направляющими аппаратами (задвижками). Но более точным и эффективным является применение преобразователей частоты для плавного управления приводными электродвигателями вентилятора и дымососа. Это позволяет увеличить эффект экономии топлива и получить экономию электроэнергии до 40-70%.