Экономичность процесса горения

Введение

   Автоматизация – это  применение комплекса средств, позволяющих  осуществлять производственные  процессы без непосредственного  участия человека, но под его  контролем.

Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

    В автоматизированном  процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживанию средств автоматизации и наблюдению за их действиями. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой технической квалификации.

  По уровню автоматизации  теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест  среди других отраслей промышленности. Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка электрической и тепловой энергии в любой момент времени должна соответствовать нагрузке. Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро.

  Автоматизация парогенераторов  включает в себя автоматическое  регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.

Автоматическое регулирование обеспечивает нормальный ход непрерывно протекающих процессов в парогенераторе (питание водой, горение, перегрев пара и др.).

     Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать парогенераторную установку, а также переключать и регулировать ее механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления.

     Технологическая защита  автоматически предотвращает возникновение и развитие аварий при нарушениях нормального режима работы парогенератора и вспомогательного оборудования. В зависимости от характера нарушения защита останавливает парогенератор, снижает его нагрузку или выполняет локальные операции, предотвращающие развитие аварий.

     Теплотехнический контроль  за работой парогенераторов и  оборудования осуществляется с  помощью показывающих и самопишущих  приборов, действующих автоматически. Приборы теплотехнического контроля  размещаются на панелях щита управления по возможности удобно для наблюдения и обслуживания.

     Автоматизация производственных  процессов создает определенные  технико-экономические преимущества  во всех отраслях современного  народного хозяйства.

Экономичность работы парового котла оценивается по его КПД, равному отношению полезной теплоты, затраченной на генерирование и перегрев пара к затраченной теплоте, которая могла бы быть получена при сжигании всего топлива.

Задача регулирования экономичности состоит в поддержании максимального КПД парового котла или сведении к минимуму тепловых потерь, сопровождающих процесс сжигания топлива и передачи выделившейся теплоты воде и пара. Регулирование экономичности непосредственно по КПД или суммарной оценке потерь теплоты не получило пока широкого распространения из-за отсутствия надежных способов и средств их непрерывного измерения.

Основным способом поддержания оптимального избытка воздуха за пароперегревателем служит изменение количество воздуха, подаваемого в топку дутьевыми вентиляторами.

Существует несколько вариантов схем автоматического управления экономичностью процесса горения по соотношению различных сигналов. Разработкой одной из вариантов схем я займусь в этом курсовом проекте.

 

 

 

 

 

 

 

 

     1. Краткое описание объекта регулирования – барабанный котлоагрегат (топка)

 Паровой котел как объект управления тепловой нагрузки может быть представлен в виде последовательного соединения более простых участков, разграниченных конструктивно: топочной камеры; испарительной или парообразующей части, состоящей из поверхностей нагрева, расположенных к топочной камере; барабана и пароперегревателя.

Паровой котел в целом по каналу топливо — расход или давление пара служит системой направленного действия. Однако выходные регулируемые величины некоторых участков служат одновременно входными по отношению к другим. Например, расход перегретого пара Dп.п., являясь выходной величиной по отношению к расходу топлива Вт, служит входным воздействием по отношению к давлению и температуре перегретого пара: давление пара в барабане Рб, являясь выходной величиной по отношению к расходу топлива, служит одним из входных воздействий участка регулирования уровня воды в барабане Нб.

 

1.1. Назначение и принцип работы  объекта регулирования

Камерное топочное устройство (топочная камера) предназначена для сжигания пылевидного твердого, распыленного жидкого или газообразного топлива, т. е. для превращения химической энергии исходного горючего вещества в тепловую энергию продуктов сгорания. Часть этой энергии передается радиацией непосредственно в топке рабочей среде экранных поверхностей. Остальная часть в виде теплоты    продуктов сгорания покидает топку и используется в последующих конвективных поверхностях.

По методу сжигания топлива камерные топки разделяются на факельные с прямым выходом газов из топки и вихревые, по числу камер — на топки однокамерные и двухкамерные, по виду сжигаемого топлива — на топки пылеугольные и газомазутные, по способу удаления шлака — на топки с твердым и жидким шлакоудалением. Топочные камеры работают под разрежением или под наддувом, т. е. под избыточным давлением по отношению к атмосферному.

 Ширина фронта топки 9,5-31 м зависит от вида   сжигаемого топлива, тепловой мощности (паро-производительности) парового котла. С увеличением мощности парового котла размер ширины фронта топки растет, но не пропорционально росту мощности, характеризуя, таким образом, увеличение тепловых напряжений сечения топки и скорости газов в ней. Глубина топочной камеры 6-10,5 м определяется размещением горелок на стенах топочной камеры и обеспечением свободного развития факела в сечении топки так, чтобы высокотемпературные языки факела не касались охлаждающих настенных экранов. Глубина топки возрастает до 8—10,5 м при использовании более мощных горелок с увеличенным диаметром амбразуры и при их расположении в несколько (два-три) ярусов на стенах топки. Высота топочной камеры 15-65 м должна обеспечить практически полное сгорание топлива по длине факела в пределах топочной камеры и размещение на ее стенах требуемой поверхности экранов для охлаждения продуктов сгорания до заданной температуры.

 

1.2. Контролируемые и регулируемые  параметры

 Основной тепловой  характеристикой топочных устройств паровых котлов является тепловая мощность топки, кВт, Qт = B* QHP, характеризующая количество теплоты, выделяющейся в топке при сжигании расхода топлива В, кг/с, с теплотой сгорания QHP, кДж/кг.

  Основные регулируемые величины котла — расход перегретого пара Dn.n, давление рп.п. и температура tп.п.

  При этом расход пара может изменяться в широком диапазоне, а давление и температура поддерживаются в сравнительно узких пределах допустимых отклонений, что обусловливается требованиями заданного   режима   работы   турбины   или   иного  потребителя  теплоты.

Температура перегрева пара может поддерживаться вблизи заданного значения, например, посредством изменения расхода охлаждающей воды Dв.пр. на пароохладитель. Давление пара отклоняется от заданного значения во всех случаях небаланса между количествами потребляемого пара Dn.n и генерируемого (вырабатываемого) в экранных трубах Dб. Небаланс устраняется посредством регулирования тепловыделения в топке, главным образом изменением подачи топлива. Кроме названных, следует поддерживать в пределах допустимых отклонений следующие величины: уровень воды в барабане Hб (регулируется изменением подачи питательной воды Dп.в.); разрежение в верхней части топки ST (регулируется изменением производительности дымососов, отсасывающих дымовые газы из топки); оптимальный избыток воздуха за пароперегревателем а (регулируется изменением производительности дутьевых вентиляторов, нагнетающих воздух в топку); солесодержание котловой воды в пересчете на NaCl (регулируется изменением расхода воды Dпр., выпускаемой из барабана в сепаратор непрерывной продувки).

Наличие небольшого (2-3 вод.ст.) постоянного разряжения Sт в верхней части топки необходимо по условиям нормального топочного режима. Оно препятствует выбиванию газов из топки, способствует устойчивости факела и служит косвенным показателем материального баланса между нагнетаемым в топку воздухом и уходящими газами.             

 Количество воздуха  необходимого для обеспечения  требуемой  полноты сгорания, и  топливо при его постоянном  качестве, связанном между собой прямой пропорциональной зависимости устанавливаемой в результате режимных испытаний.

 

 

 

1.3. Технологические требования  к качеству регулирования

 

     Экономичность работы  парового котла оценивается по  его КПД, равному отношению полезной  теплоты, затраченной на генерирование и перегрев пара к затраченной теплоте, которая могла бы быть получена при сжигании всего топлива.

    Задача регулирования  экономичности состоит в поддержании  максимального КПД парового котла  или сведении к минимуму тепловых  потерь, сопровождающих процесс сжигания топлива и передачи выделившейся теплоты воде и пара. Регулирование экономичности непосредственно по КПД или суммарной оценке потерь теплоты не получило пока широкого распространения из-за отсутствия надежных способов и средств их непрерывного измерения.

    Основным способом поддержания  оптимального избытка воздуха  за пароперегревателем служит  изменение количество воздуха, подаваемого  в топку дутьевыми вентиляторами.         

      Одним из наиболее представительных косвенных способов оценки экономичности процесса горения служит анализ состава топочных газов, покидающих топку. На основе зависимости КПД и суммарных потерь теплоты от избытка воздуха, определяемой индивидуально для каждого агрегата, стремятся поддерживать коэффициент избытка воздуха а, при котором КПД парового котла  и суммарные потери.

     Значение избытка воздуха можно оценить по содержанию свободного кислорода в газах, покидающих топочную камеру, по формуле

α = 21/(21-O2).

    Значение α в основном влияет на q (потери теплоты с уходящими газами), q3 и q4 (потери теплоты от химического и механического недожога топлива).

 Участок регулирования экономичности процесса горения по содержанию кислорода в топочных газах конструктивно образуют топочная камера и примыкающий к ней газоход конвективного перегревателя до места измерения содержания О2.

Входным регулирующим воздействием участка служит расход воздуха, поступающего в топку QB, а выходной регулируемой величиной — содержание свободного кислорода в поворотной камере газохода за пароперегревателем.

Оптимальное значение О2 в поворотной камере при номинальной нагрузке и сжигании пылевидного топлива находится в пределах 3—5%; при сжигании газа и мазута— значительно ниже (от 0,5 до 1,5 %).

  Кривые переходного процесса участка по содержанию кислорода О2 в дымовых газах за пароперегревателем при нанесении возмущения в сторону увеличения расхода воздуха QB, и газового топлива Вт. Инерционность участка определяется в основном запаздыванием в измерительном устройстве. При математическом описании динамических свойств этот участок можно представить в виде последовательного соединения двух звеньев: звена транспортного запаздывания τ и инерционного звена первого порядка с постоянной времени Т.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  2. Разработка функциональной схемы объекта   регулирования с учетом его конструктивных особенностей

                       2.1. Способы и схемы регулирования

     Основным способом поддержания оптимального избытка воздуха за пароперегревателем служит изменение количества воздуха, подаваемого в топку дутьевыми вентиляторами.

Существует несколько вариантов схем автоматического управления экономичностью процесса горения по соотношению различных сигналов: топливо — воздух; теплота— воздух; задание — воздух.

 Регулирование экономичности по соотношению задание — воздух с дополнительным сигналом по содержанию О2 в дымовых газах. Процентное содержание О2 в продуктах сгорания топлива характеризует избыток воздуха и слабо зависит от состава топлива. Поэтому использование О2 в качестве входного сигнала автоматического регулятора, воздействующего на расход воздуха, представляется вполне целесообразным. Однако реализация этой схемы затруднена из-за отсутствия надежных и быстродействующих газоанализаторов на кислород. Поэтому в промышленных условиях получили распространение схемы регулирования подачи воздуха не с прямым, а с корректирующим воздействием по О2.

Поддержание избытка воздуха по соотношению теплота— воздух отличается простотой и надежностью, но не является точным. Этот недостаток устраняется в системе регулирования экономичности, действующей, например, по схеме задание — воздух с дополнительной коррекцией по О2, в которой регулятор подачи воздуха изменяет его расход по сигналу от главного или корректирующего регулятора давления. Сигнал, пропорциональный расходу воздуха рв, как и в других схемах, во-первых, устраняет возмущения по расходу воздуха, не связанные с регулированием экономичности (включение или отключение систем пылеприготовления и т. п.), во-вторых, способствует стабилизации самого процесса регулирования подачи воздуха, так как служит одновременно сигналом жесткой отрицательной обратной связи. Введение дополнительного корректирующего сигнала по содержанию О2 повышает точность поддержания оптимального избытка воздуха в любой системе регулирования экономичности. Добавочный корректирующий регулятор по О2 в схеме регулирования задание — воздух непосредственно управляет подачей воз- духа при топочных возмущениях и обеспечивает поддержание заданного избытка воздуха в зависимости от нагрузки агрегата.