Оглавление 
 

 

      Введение

 

    Регулирование питания котельных агрегатов  и регулирование давления в барабане котла главным образом сводится к поддержанию материального баланса между отводом пара и подачей воды . Параметром характеризующим баланс , является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котельного агрегата во многом определяется качеством регулирования уровня. При повышении давления, снижение уровня ниже допустимых пределов, может привести л нарушению циркуляции в экранных трубах, в результате чего произойдет повышение температуры стенок обогреваемых труб и их пережег.

    Повышение уровня также ведет к аварийным последствиям, так как возможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. В связи с этим, к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования. Качество регулирования питания также определяется равенством подачи питательной воды. Необходимо обеспечить равномерное питание котла водой, так как частые и глубокие изменения расхода питательной воды могут вызвать значительные температурные напряжения в металле экономайзера.

    Барабанам котла с естественной циркуляцией присуща значительная аккумулирующая способность, которая проявляется в переходных режимах. Если в стационарном режиме положение уровня воды в барабане котла определяется состоянием материального баланса, то в переходных режимах на положение уровня влияет большое количество возмущений. Основными из них являются .изменение расхода питательной воды, изменение паросъема котла при изменении нагрузки потребителя, изменение паропроизводительности при изменении при изменении нагрузки топки, изменение температуры питательной воды.

    Регулирование соотношения газ-воздух необходимо как чисто физически, так и  экономически. Известно, что одним  из важнейших процессов, происходящих в котельной установке, является процесс горения топлива. Химическая сторона горения топлива представляет собой реакцию окисления горючих элементов молекулами кислорода. Для горения используется кислород, находящийся в атмосфере. Воздух в топку подается в определенном соотношении с газом посредством дутьевого вентилятора. Соотношение газ-воздух примерно составляет 1.10. При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива. Не сгоревший газ будет выбрасываться в атмосферу, что экономически и экологически не допустимо. При избытке воздуха в топочной камере будет происходить охлаждение топки, хотя газ будет сгорать полностью, но в этом случае остатки воздуха будут образовывать двуокись азота, что экологически недопустимо, так как это соединение вредно для человека и окружающей среды.

    Система автоматического регулирования разряжения в топке котла сделана для поддержания топки под наддувом, то есть чтобы поддерживать постоянство разряжения(примерно 4мм.вод.ст.). При отсутствии разряжения пламя факела будет прижиматься, что приведет к обгоранию горелок и нижней части топки. Дымовые газы при этом пойдут в помещение цеха, что делает невозможным работу обслуживающего персонала.

    В питательной воде растворены соли, допустимое количество которых определяется нормами. В процессе парообразования  эти соли остаются в котловой воде и постепенно накапливаются. Некоторые соли образуют шлам – твердое вещество, кристаллизующееся в котловой воде. Более тяжелая часть шлама скапливается в нижних частях барабана и коллекторов.

    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.

    Сигнализация  параметров и защиты, действующие  на останов котла , физически необходимы, так как оператор или машинист котла не в силах уследить за всеми параметрами функционирующего котла. Вследствие этого может возникнуть аварийная ситуация. Например, при упуске воды из барабана, уровень воды в нем понижается, вследствие этого может быть нарушена циркуляция и вызван, пережег труб донных экранов.

    Сработавшая без промедления защита, предотвратит выход из строя парогенератора. При  уменьшении нагрузки парогенератора, интенсивность горения в топке  снижается. Горение становится неустойчивым и может прекратиться. В связи с этим предусматривается защита по погашению факела.

    Надежность  защиты в значительной мере определяется количеством, схемой включения и  надежностью используемых в ней  приборов. По своему действию защиты подразделяются на действующие, на останов парогенератора; снижение нагрузки парогенератора; выполняющие локальные операции.

    Согласно  вышеперечисленного автоматизация  работы парового котла должна осуществляться по следующим параметрам:

    - по поддержанию постоянного давления пара;

    - по поддержанию постоянного уровня воды в котле;

    - по поддержанию соотношения «газ – воздух»;

    - по поддержанию разрежения в топочной камере.

 

    Принципиальная  схема регулирования  уровня в котле

 

    В настоящее время технологический  контроль осуществляется путем оснащения  барабанов смотровыми колонками  прямого действия и датчиками-перепадомерами с электрической схемой дистанционной  передачи показаний на электронные  приборы (регистратор уровня, регуляторы уровня (основной и резервный) и не менее двух показывающих приборов, задействованных в схеме технологической защиты котлоагрегата), расположенных на тепловых щитах управления. Уровень в барабане энергетического котла высокого давления в подавляющем большинстве случаев измеряется гидростатическим методом (измерение перепада давления в конденсационном сосуде):

    S = ∆ p,

    где S – показания прибора, мм; ∆p–  перепад давления в преобразователе;

    ∆ p= ρ·(Н- h),

    где ρ – плотность воды; h – высота столба питательной воды в барабане котла; Н – высота столба питательной воды в конденсационном сосуде.

    Плотность воды при изменении ее термодинамического состояния по границе линии насыщения  определяется уравнением формуляции, ее изменение представлено в таблицах М.П. Вукаловича «Теплофизических свойств воды и водяного пара).

    С высокой степенью точности уровень  питательной воды в барабане будет  определяться по формуле

    S = р (Н - h)·ά,

    где ά – коэффициент относительной  плотности воды, ά = ρ*/ρ;

    ρ – плотность воды при нормальных условиях;

    ρ* – то же в переходном состоянии.

 

    Принципиальная  схема измерения уровня представлена на рис. 1.

    

    Рис. 1. Принципиальная схема измерения  уровня:

    1 –  уравнительный сосуд, соединенный  с паровым пространством барабана;

    2 –  импульсная трубка;

    3 – импульсная трубка, соединенная с водяным пространством барабана;

    4 –  преобразователь давления 

    Для уменьшения погрешностей измерения, вызванных  охлаждением питательной воды в  уравнительном сосуде 1, применяются  теплоизолированные обогреваемые конденсационные сосуды, показанные на рис. 2.

    

    Рис. 2. Теплоизолируемые обогреваемые конденсационные  сосуды

    В настоящее время специалисты  цеха ТАИ проводят лабораторную калибровку характеристик датчиков-преобразователей перепада давления на рабочие параметры  питательной воды (для котла ТП‑230‑2 плотность питательной воды составляет 671кг/м3)

    В переходных режимах в течении  всего времени растопки (расхолодки) котла гидростатический метод измерения  уровня не работает вследствие большой  погрешности измерительного комплекта (более 30%). Предлагаемая система измерения уровня воды в барабане энергетического котла гидростатическим методом предусматривает создание измерительной схемы с применением многопараметрического преобразователя давления, оснащенного следующими электронными устройствами:

    - сенсором перепада давления;

    - сенсором абсолютного давления в одной из камер;

    - электронным блоком измерения электрических импульсов на выходе сенсоров, их преобразование в цифровой сигнал и дальнейшую коррекцию сигнала перепада давления в конденсационном сосуде в зависимости от плотности питательной воды по значению избыточного давления в барабане котла (по линии насыщения), с формированием стандартного токового сигнала 4 – 20 мА или дискретного на выходе.

 

    Технические характеристики регулятора уровня АДУ-01

     

    Регулятор уровня предназначен для:

• отображения цифровой информации об уровне воды на основе состояния электроджов или величины токового сигнала 4-20 мА;
• поддержания уровня воды между двумя электродами (для уровнемерной колонки с электродами);
• регулирования уровня воды по ПИ-закону (для уровнемерной колонки с датчиком токового сигнала);
• формирования дискретных выходных сигналов при достижении уровнем воды заданных уровней (уставок);
• формирования ШИМ сигналов для управления исполнительным механизмом (например, МЭО);
• формирования выходного сигнала постоянного тока 4-20 мА для управления исполнительным механизмом (например, ЧРП)

    Основное  отличие регулятора уровня АДУ-01 от ближайших аналогов (РОС-301, САУ-М6) состоит  в том, что АДУ позволяет не только измерять уровень воды, но и поддерживать его на заданном уровне. АДУ-01 работает как с четырехэлектродной уровнемерной колонкой, так и с уровнемерной колонкой, оснащенной дифференциальным манометром. 

    Входы:

• Количество измеряемых электродов - 4.
• Аналоговый входной сигнал - ток 4-20мА.
• Сопротивление жидкости, вызвывающее срабатывание входных компараторов - 10+-2 кОм

    Выходы:

• Сигналы ШИМ для управления исполнительным механизмом.
• Выходной сигнал постоянного тока 4-20 мА.

    Краткие характеристики:

    Цифровая  индикация        есть

    Барографическая (светодиодная) шкала     есть

    Цифровая  фильтрация сигнала       есть

    Количество  уставок        4

    Количество  дискретных выходов (НАУ, НУ, ВАУ, ВУ)  4

    Количество  электродов

    (для  режима работы с электродной уровнемерной колонкой) 4

    Токовый выход 4-20 мА        есть

    Напряжение  питания, В        12-27

    Потребляемый  ток, мА, не более      40

      

Рис. 3 Схема регулирования уровня воды в барабане котла с дифманометром на выходе уровнемерной колонки

1. Регулирующий клапан (с МЭО)
2. Регулятор уровня АДУ-01
3. Уровнемерная колонка
4. Дифманометр

Рис. 4 Схема регулирования уровня воды в барабане котла с электродной уровнемерной колонкой

1. Регулирующий клапан (с МЭО)
2. Регулятор уровня АДУ-01
3. Четырехэлектродная уровнемерная колонка

 

    Библиографический список

 

1. М.И. Резников, Ю.М. Липов «Паровые котлы тепловых электростанций»
2. Н.А. Киселев «Промышленные котельные установки»
3. «Эксплуатация паровых котлов и паротрубопроводов» под ред. Божко
4. Н.И Еремин, А.Н Наумчик, В.Г Казаков «Процессы и аппараты глиноземного производства»
5. http://www.referat.ru/pub/item/21163 (Сопов С. «Автоматизация парового котла ДКВР 20 – 13 2005» г., Пермь, Пермский государственный технический университет, кафедра электрификации и автоматизации)
6. http://kipia.ru/catalog/detail/adu_regulyator_urovnya__6195/