Котельные установки

Результаты проектирования, сооружения и эксплуатации данной котельной следует сопоставлять с другими вариантами или условиями путем технико-экономических расчетов. Детальное издожение материалов по экономике энергетики дается в специальном курсе [Л. 35]; к основным показателям относятся:
а) стоимость источника теплоснабжения, зависящая от ее технического оснащения, мощности и других величин;
б) эксплуатационные расходы.
Капитальные затраты. Стоимость сооружения зависит от затрат на основное и вспомогательное оборудование, на основное здание, и вспомогательные сооружения, на проектирование, строительство зданий и монтаж оборудования. Иначе говоря, стоимость сооружения источника теплоснабжения связана с принятыми основными техническими решениями.
Существует несколько способов определения стоимости оборудования источника теплоснабжения: по сметам, по укрупненным показателям и по приближенным данным. Наиболее точным способом определения капитальных затрат является составление смет, однако трудоемкость такого способа значительна даже при его упрощениях. Для выбора варианта в учебных целях допустимо использование укрупненных и приближенных данных по удельным затратам.Для сопоставления вариантов источников теплоснабжения принято учитывать не только капитальные, но и эксплуатационные затраты С для выявления срока окупаемости Z и минимума приведенных затрат Я.
Эксплуатационные затраты на производство тепловой энергии в виде горячей воды или пара состоят из нескольких частей. Первая часть зависит от капитальных затрат, вторая отражает затраты на заработную плату и третья связана с выработкой энергии.
Первые две части затрат для данной установки постоянны, а третья — переменна.Для определения величины каждого слагаемого необходимо знать затраты на амортизацию оборудования и строений, которые различны, потому что срок службы оборудования с учетом его морального износа принят в СССР в 30 лет, а срок службы производственных зданий — в 65 лет в связи с возможностью их повторного использования.
Затраты на амортизацию исчисляются определенным процентом от стоимости; для этого необходимо распределить капитальные затраты по их основным направлениям.

Регулирование расхода удаляемых дымовых газов обычно ведется по разрежению в топочной камере. При нескольких котлоагрегатах устанавливается главный регулятор, который подает корректирующие импульсы на регуляторы топлива или воздуха каждого из котлоагрегатов. Кроме процесса горения в котлоагрегатах, дающих пар, обязательно регулируется автоматически подача воды в барабан; ее осуществляют по импульсам от уровня воды, расхода пара и часто по расходу питательной воды.
Стальные водогрейные котлы также имеют автоматическое регулирование процесса горения и температуры воды за котлом, здесь одним из импульсов является температура наружного воздуха.
С помощью выпускаемых регуляторов или из отдельных его элементов можно собрать также регуляторы нагрузки водогрейных котлов разного типа, регуляторы деаэраторов, теплообменных, редукционно-охладительных и других установок котельных.
Устройства автоматической защиты подразделяются на отключающие и локализующие: первые переводят агрегат в неработающее состояние, вторые проводят действия, препятствующие выходу за допустимые параметры.
Для выполнения различных операций большинство защит использует электроэнергию, обеспечивающую быстроту переключений. Часто отключающие защиты имеют две ступени действия: первую восстанавливающую и вторую отключающую. Последняя ступень действия срабатывает только при невозможности восстановления процесса.
С действием защит от частичного нарушения процессов в котель^ ных агрегатах связано и применение блокировок, которые всегда работают автоматически. Этот вид автоматизации осуществляет определенную внешнюю связь между элементами установки или агрегата, приводящую к изменению состояния всех связанных между собой элементов при изменении состояния одного из них. Существуют также автоматические блокировки замещения, кроме запретно-разрешающих и аварийных блокировок, которые включают резервное оборудование установки (вместо действовавшего) через автоматы включения резерва й повторного включения.
При наличии глубоко автоматизированных установок с защитами и блокировками иногда применяют телемеханизацию — процесс автоматического пуска, регулирования и остановки объекта, осуществляемый дистанционно с помощью приборов, аппаратов или других устройств без участия человека. При телемеханизации на центральный пульт управления выносят показания главных приборов, контролирующих работу основного оборудования теплоснабжающих установок, расположенных на расстоянии в несколько километров от пульта управления, и часть ключей для пуска и остановки этого оборудования. Автоматизация работы котельных агрегатов позволяет получить, кроме повышения надежности и облегчения труда, как показал опыт, определенную экономию топлива: при автоматизации регулирования процесса горения топлива и питания агрегата на 1—2%; при регулировании работы вспомогательного котельного оборудования — еще на 0,2—0,3% и при; регулировании температуры перегрева пара на 0,4—0,6%.

Системы автоматического регулирования принято оценивать по их статическим и динамическим характеристикам, которые находятся различными путями, но которые являются основой для выбора и построения системы. Поведение всякой САР, ее элементов и звеньев характеризуется зависимостями между выходными и входными величинами • в стационарном состоянии и при переходных режимах. Эти зависимости составляются на основе законов сохранения энергии и материи в виде дифференциальных уравнений. Из последних можно получить передаточные функции для исследования свойств системы, ее элементов и звеньев.
Другим способом является получение динамических характеристик, которые отражают поведение объекта или элемента при типовых воздействиях или возмущениях. К ним относятся кривые разгона и частотные характеристики. Первые показывают изменение во времени выходной величины элемента при скачкообразном изменении входного воздействия. Если кривые регулируемого параметра объекта после возмущения с течением времени становятся вновь постоянными (но с новым значением), то элементы называют статическими.
Если же выходная величина на кривой разгона приобретает постоянную скорость изменения, элемент называют астатическим.
Наконец, если скорость изменения выходной величины с течением времени неограниченно возрастает, то элемент называют неустойчивым.
Частотные характеристики определяют поведение элемента или системы при гармонических изменениях входного воздействия. Регуляторы, входящие в систему, могут быть без обратной связи, т. е. без отражения влияния характеристики регулирующего органа на регулируемую величину, с жесткой обратной связью, когда на работе регулирующего органа отражается состояние регулируемой величины, или с упругой обратной связью (изодромной), когда регулирующий орган изменяет свое положение лишь после того, как процесс самовыравнивания регулируемой величины практически закончился.
В качестве исполнительных механизмов применяются гидравлические поршневые сервомоторы, пневматические и электрические устройства. Исполнительные механизмы различаются по наличию и виду связи {жесткой или гибкой) и числу датчиков этой связи—от одного до двух. Электронные и другие регуляторы, в том числе типов АМКТ, АМК-Ж, «Кристалл» и др., используются в производственных и производственно-отопительных котельных для регулирования процессов (горения, питания) или параметров температуры и других величин.

Вторая задача решается путем слежения (следящие системы), когда регулируемая величина или параметр изменяется в зависимости от значения другой величины, например расход воздуха регулируется в зависимости от расхода топлива. Третьей задачей является осуществление программного регулирования, когда значение регулируемого параметра изменяется во времени по заранее заданной программе. Это осуществляется при циклических процессах, пусках, остановах.
Обычно системы автоматического регулирования используют комплекс нескольких принципов регулирования. К последним относится автоматическое регулирование по отклонению регулируемого параметра от заданного значения. Системы, построенные на указанном принципе, являются замкнутыми. Их достоинством является непрерывный контроль регулятора над регулируемым параметром, а недостаток проявляется в том, что регулятор вступает в действие лишь при большем, чем заданное, значении отклонений; другими словами, имеет место неполное устранение отклонений.объект, и компенсирует их регулирующим воздействием. Регулятор может вступать в действие до отклонения регулируемого параметра; система не контролирует регулируемый параметр, т. е. разомкнута.
Чаще используется комбинированная система, показанная на рис. 10-10Д Схема использует достоинства разобранных ранее систем: регулирует параметр по отклонению от заданного значения, т. е. контролирует этот параметр, и воздействует на регулирование но получении информации о возмущениях, действующих на объект.

Блокировка бывает запретительно-разрешающей, когда с ее помощью устраняются неправильные действия персонала при нормальном режиме эксплуатации. Аварийная блокировка вступает в действие при режимах, могущих привести к травмированию персонала и повреждениям оборудования.
Перечисленные задачи решаются одновременно и в объеме, зависящем от мощности и стоимости оборудования: чем крупней и дороже агрегат или установка, тем большее количество процессов автоматизируется.
При автоматизации регуляторы автоматов (измерительные блоки) получают импульсы от датчиков контрольно-измерительных приборов, или устанавливают специальные датчики. Регулятор при этом алгебраически суммирует импульсы, усиливает их и преобразует обычно в электрический сигнал и передает его в органы управления. Таким образом, автоматизация установки сочетается с контролем за ее работой.
Объект автоматизации с регулятором называют системой автоматического регулирования (САР). Принципиальная схема САР показана на рис. 10-9. Величина регулируемого параметра измеряется с помощью чувствительного элемента и сравнивается с заданным значением, идущим от задатчика в виде управляющего воздействия. При отклонении регулируемой величины от заданного значения появляется сигнал рассогласования. На выходе регулятора вырабатывается сигнал, определяющий воздействие на объект через регулирующий орган и направленный на уменьшение рассогласования. Регулятор будет воздействовать до т^х пор, пока регулируемый параметр не сравняется с заданным значением—постоянным или зависящим от нагрузки. Отклонение регулируемой величины от заданной может быть вызвано управляющим воздействием или нарушениями режима работы объекта— возмущениями, источники которых могут быть внутренними и внешними. Регулятор непосредственного или прямого действия включает в себя чувствительный элемент, который развивает усилия, достаточные для воздействия на исполнительный механизм. Если же усилий чувствительного элемента для перемещения регулирующего органа недостаточно, то применяют регулятор косвенного действия с усилителем, получающим энергию извне от постороннего источника.

Измерения температур и разрежений объединены каждое на один вторичный прибор с помощью переключателя. Регистрируются температуры уходящих газов, пара, состав дымовых газов, количество воды и пара; количества суммируются раздельно.
На щите установлены три манометра, два расходомера, газоанализатор, гальванометр и тягомер с переключателями; там же установлены электроизмерительные приборы для контроля за работой электродвигателей и ключи для управления последними.
Кроме приборов, на щите часто применяют местную установку контрольно-измерительных приборов: термометров для измерения температур воды, пара, мазута, манометров и вакуумметров для измерения давления и вакуума; тягометров типа Креля и U-образных для измерения разрежения, давления и газоанализаторов, необходимых не только для эксплуатации, но и для периодических испытаний. При выборе количества приборов и их размещении руководствуются [Л. 1, 2, 34] и ведомственными указаниями, в которых регламентирован ряд измерений.
Общим же положением при выборе места установки приборов являются удобство обслуживания агрегата при минимальном числе обслуживающего персонала и небольшие капитальные и эксплуатационные затраты.
С помощью автоматизации решаются следующие основные задачи: регулирование в определенных пределах заранее заданных значений величин, характеризующих процесс;
управление, т. е. осуществление обычно дистанционно периодических операций;
защита оборудования от повреждений из-за нарушений стабильности процессов;
блокировка, которая обеспечивает автоматическое включение и выключение оборудования, вспомогательных механизмов и органов управления с определенной последовательностью, обусловленной технологическим процессом.

Общими задачами контроля и управления работой любой энергетической установки и в том числе котельного агрегата является обеспечение:
выработки в каждый данный момент необходимого количества пара или горячей воды при определенных их параметрах — давлении и температуре;
экономичности сжигания топлива, рационального использования электроэнергии для собственных нужд установки и сведения потерь теплоты к минимуму;
надежности, т. е. установление и сохранение нормальных условий работы котельного агрегата, исключающих возможность неполадок и аварий как собственно агрегата, так и вспомогательного оборудования.
Персонал, обслуживающий данный агрегат, постоянно должен иметь ясное представление о режиме работы на основании показаний контрольно-измерительных приборов, которыми должен быть оснащен котельный агрегат. Эти приборы для измерения можно разделить на пять групп:
расхода пара, воды, топлива, иногда воздуха, дымовых газов;
давлений пара, воды, газа, мазута, воздуха и для измерений разрежения в элементах и газоходах котла и вспомогательного оборуда-вания;температур пара, воды, топлива, воздуха и дымовых газов;
уровня воды в барабане котла, его выносных циклонах, баках, деаэраторах, уровня топлива в бункерах и других емкостях;
качественного состава дымовых газов, пара и воды.
Почти все приборы состоят из воспринимающей части — датчика, передающей части и вторичного устройства, по которому отсчитывают измеряемую величину. Вторичные приборы могут быть указывающими, регистрирующими (самопишущими) и суммирующими (счетчиками).
Для уменьшения числа вторичных приборов на тепловом щите часть величин собирается на один прибор с помощью переключателей. Для ответственных величин на вторичном приборе отмечают красной чертой предельные допускаемые для данного агрегата значения (давление в барабане, уровень воды и т.д.), их измеряют непрерывно.
Принципиальная схема теплового контроля за работой котельного агрегата малой мощности со слоевой топкой показана на рис. 10-8. Агрегат имеет:
три точки измерения давления рабочего тела — питательной воды, пара в котле и в общей магистрали;

Дымовые газы от мартеновской печи проходят через котел /, состоящий из конвективных поверхностей нагрева, и дымососом 4 удаляются в дымовую трубу 5. Поскольку газы из мартеновских печей загрязнены уносом шихты с содержанием пыли до 10 г/м3, предусмотрены очистка поверхностей нагрева котла дробью (см. рис. 5-60 и 5-61), поступающей из бункера 6 и распределителя 7, и обмывка водой, идущей из специальных труб 8, Дробь или шлам при обмывке водой собираются в бункере 9, а затем дробь шнеком 10 по трубопроводу возвращается в бункер 6, а вода и шлам откачиваются насосом 11. Компоновка котла-утилизатора для обслуживания устройств очистки выполнена со значительным заглублением бункеров 9.
При отказе от заглубления и закрытой установке котла-утилизатора высота здания увеличится почти вдвое.
Котлы, служащие для нагрева или испарения высококипящнх органических теплоносителей, размещаются возможно ближе к технологическим аппаратам, и их компоновка отличается от рассмотренных ранее компоновок котлов ДКВР главным образом отсутствием устройств для водоподготовки и деаэрации, а в некоторых случаях и воздухоподогревателя.
Рассмотренные примеры компоновок оборудования котельных не охватывают котлов с наддувом, разработка конструкций и компоновки которых еще не закончены. Предварительные данные Сантехпроекта по компоновкам котлоагрегатов 1,1—7 кг/с (4—25 т/ч) показали, что строительный объем зданий мало изменяется по сравнению с компоновкой, показанной на рис. 10-4.
Основными изменениями в компоновке оборудования являются перенос вентилятора на фронт котлоагрегата и отказ от установки дымососов. Предполагается, что стоимость оборудования котельных с агрегатами с наддувом и годовые эксплуатационные расходы существенно не изменятся.

Предусмотрены телефонизация, радиофикация и часофикация.
Электроэнергия поступает из электросетей через распределительную подстанцию с напряжением 6 или 10 кВ.
Компоновка всего оборудования котельной выполнена поагрегатно. Паропровод выполнен однониточным, питательная линия двухниточная; предусмотрена установка питательных насосов с электрическим и паровым приводом. Дымовые газы после дымососов по подземным боровам направляются в кирпичную или бетонную дымовую тРУбу — одну на четыре котлоагрегата.
Вспомогательное оборудование для всей котельной расположено с постоянного торца: котельная ячейка имеет размеры 6X18 м.
Такие же типовые проекты компоновок котельных разработаны для случаев теплоснабжения одним теплоносителем-—паром или горячей водой. Их недостатком является тесное размещение оборудования для подготовки воды и насосов, что усложняет ремонтные работы и применение открытой установки трансформаторов.
Для более крупных паровых котлоагрегатов также имеются разработанные Латгицропромом компоновки [Л. 22]. Разработаны, компоновки с водогрейными котлами (стальными) на разных топливах — для котлов КВ-ГМ и КВ-ТС от 4,76 до 58 МВт (от 4 до 50 Гкал /ч). Пример компоновки котельной с крупными водогрейными котлами КВ-ГМ-50 приведен на рис. 10-5.
Котлы КВ-ГМ-50 и остальное оборудование размещены в здании павильонного типа. Принято, что тепловая нагрузка котельной состоит из расхода 80% теплоты на отопление и вентиляцию и 20% на горячее водоснабжение при работе закрытых тепловых сетей с температурой воды 150—70°С.
В этой компоновке котельной сетевые и рециркуляционные насосы установлены перед фронтом котлов, а щиты с контрольно-измерительными приборами — над ними на этажерке. Постоянный торец занят трансформаторной подстанцией, ремонтными мастерскими и бытовыми помещениями.
В первых ячейках котельной размещено оборудование для подготовки воды и в том числе деаэраторы. В строительной части сохранены положения, указанные ранее, а для уменьшения вибраций вентиляторы и дымососы установлены на монолитных фундаментах, не связанных с полом. Размещение остального оборудования видно из рис. 10-5.
Наибольшие габариты имеют котельные на твердом топливе при сжигании его в камерах. На рис. 10-6 показана закрытая компоновка стальных водогрейных котлов КВ-ТК-30 в котельной для закрытой системы теплоснабжения.
Эта же компоновка оборудования может быть сохранена и для установки золоуловителей и дымососов вне здания. Перед фронтом котлов располагаются бункерная галерея, над ней транспортеры топлива, под бункерами питатели сырого топлива и на нулевой отметке пыле-приготовительное оборудование.
Размещение остального оборудования такое же, как в предыдущей компоновке, но перед дымососами установлены золоуловители мокрого типа. В котельной применено гидравлическое удаление шлака и золы, схема которого показана на рис. 7-32, что потребовало установки дополнительных насосов, баков иьизменения системы канализации.

Внутри здания оборудование котельной установки следует размещать по разработанной заводом — изготовителем котлоагрегатов компоновке или по типовому проекту. Выполнение других компоновок допускается лишь при реконструкции. Котлоагрегаты в помещении котельной располагаются в один ряд с фронтом обслуживания, обращенным к оконным проемам, а хвостовые поверхности — водяной экономайзер, воздухоподогреватель и вспомогательное оборудование — мельницы, дутьевые вентиляторы, устройства для очистки дымовых газов и дымососы целесообразно располагать для каждого отдельного котлоагрегата перед и за ним индивидуальными. Из этого правила исключением являются только чугунные котлы, которые блокируют по два агрегата, смыкая их боковые стены.
Общее для котельной оборудование, служащее для подготовки воды,, а также теплообменники и насосы размещаются в котельной со стороны постоянного торца здания. Над оборудованием водоиодготавки при закрытой .компоновке устанавливается деаэратор так, чтобы расстояние от него до насосов, подающих воду в котельный агрегат, было небольшим. Помещение за водоподготовкой обычно отделяется стеной, и в нем размещаются комплектные трансформаторные подстанции, мастерские для ремонта оборудования котельной, контрольно-измерительных приборов и другие службы и бытовые помещения.
На рис. 10-3 показана закрытая компоновка котельной с четырьмя чугунными водогрейными котлами «Энергия-6», работающими на твердом топливе (АС, ПЖ и буром угле), суммарной теплопроизводи-тельностью 2,3—3,5 МВт (2—3 Гкал/ч).
Котельная предназначена для теплоснабжения по закрытой системе и для горячего водоснабжения по циркуляционной схеме с баками-аккумуляторами.
Принята четырехтрубная система для районов с минимальной температурой наружного воздуха ^нар.взд — 40°С. Склад топлива выбран закрытого типа и помещен с той стороны котельной, где предполагается ее расширение, в ячейке котельной с размерами 6X12 м; подача топлива со склада в котельную принята с помощью электротали и вагонетки; на склад—автотранспортом. Шлак и зола удаляются с помощью скрепера в бункер, находящийся в здании котельной. Из бункера шлак и зола вывозятся автотранспортом.
Из циклонов НИИОГАЗ дымососами газы по подземным боровам поступают в стальную дымовую трубу.
Водоподготовка принята по схеме одноступенчатого натрий-катионирования с мокрым хранением соли и с вакуумной деаэрацией; снабжение водой выполнено от водопровода; канализация производственная и бытовая выполнена раздельной.
Электроснабжение осуществлено от сетей напряжением 380 или 220 В на щит собственных нужд. Баки-аккумуляторы установлены за зданием котельной, которое выполнено с несущим железобетонным каркасом. Годовое число часов использования котельной принято равным 4300.
При компоновке дымососов и насосов не выдержан поагрегатный принцип.
Кроме отопления и горячего водоснабжения, потребителям часто необходим пар низкого давления. Для предприятий пищевой, легкой, местной промышленности, коммунально-бытовых потребителей и сельского хозяйства имеются проекты котельных с чугунными или стальными котлами водогрейными и паровыми.