Descripción:
Los costos de energía representan una parte significativa de los costos de funcionamiento de cualquier edificio comercial. La modernización de los sistemas de ingeniería puede reducir estos costos. Las inversiones de capital en la modernización de equipos de calderas en muchos casos tienen un período de amortización corto.
Eficiencia económica de la modernización de la sala de calderas
Los costos de energía representan una parte significativa de los costos de funcionamiento de cualquier edificio comercial. La modernización de los sistemas de ingeniería puede reducir estos costos. Las inversiones de capital en la modernización de equipos de calderas en muchos casos tienen un período de amortización corto.
Regulación altamente eficiente
Una de las mejores formas de garantizar el funcionamiento eficiente de la sala de calderas es la regulación de alta eficiencia, que se puede aplicar tanto a las calderas de vapor como a las de agua caliente. La regulación altamente eficiente ahorra en promedio del 4 al 5% de la energía térmica utilizada y se amortiza en un año.
¿Cómo se puede mejorar la eficiencia de la caldera? Se sabe que a una determinada relación de consumo de aire y combustible, la combustión más completa se produce dentro de la caldera. En este caso, es necesario lograr la realización del proceso de combustión con una cantidad mínima de exceso de aire, sin embargo, con la condición obligatoria de asegurar la combustión completa del combustible. Si se suministra un exceso de aire al horno en una cantidad mayor que la necesaria para la realización normal del proceso de combustión, entonces el exceso de aire no se quema y solo enfría inútilmente el horno, lo que, a su vez, puede provocar pérdidas debido a insuficiencia química de la combustión de combustible.
También se debe controlar la temperatura de los gases de combustión. Cuando la temperatura de los gases de combustión en la salida de la caldera es demasiado alta, la eficiencia de la unidad se reduce significativamente debido a la liberación de exceso de calor a la atmósfera, que podría usarse para el propósito previsto. Al mismo tiempo, cuando se opera con combustibles líquidos, no se debe permitir que la temperatura de los gases de combustión en la salida de la caldera descienda por debajo de 140 ° C cuando el contenido de azufre en el combustible no sea superior al 1% y por debajo de 160 ° C cuando el El contenido de azufre en el combustible no supera el 2-3%. Estas temperaturas se basan en el punto de rocío de los gases de combustión. A estas temperaturas, el proceso de condensación comienza a precipitarse en los tubos de humo y en la cámara de recolección de humo. Cuando el azufre contenido en el combustible entra en contacto con el condensado debido a una reacción química, primero se forman ácido sulfuroso y luego ácido sulfúrico. El resultado es una intensa corrosión de las superficies de calentamiento.
Para lograr una mayor eficiencia de la regulación de alta precisión, es necesario realizar de manera preliminar una limpieza básica del horno y las chimeneas. Para reducir el exceso de aire y reducir la temperatura de los gases de combustión, es necesario:
- eliminar fugas en la cámara de combustión;
- verifique el tiro de la chimenea, si es necesario, instale una puerta en la chimenea;
- aumentar o disminuir la potencia de entrada nominal de la caldera;
- controlar la conformidad de la cantidad de aire para la combustión;
- optimizar la modulación del quemador (si el quemador está equipado con esta función).
Para las calderas de gas, se puede usar un medidor de gas y un cronómetro para determinar si se está suministrando la cantidad requerida de combustible al quemador. Si la caldera está funcionando con fueloil, se comprueba si el caudal medido por la boquilla de flujo y la presión generada por la bomba de aceite son adecuados para el funcionamiento eficiente de la caldera.
Se utiliza un analizador de gases de combustión para evaluar la eficiencia de la combustión. Las medidas se toman antes y después del ajuste.
Las más adecuadas para una regulación de alta eficiencia son las calderas con hornos de gas inflables y hornos de aceite. Las calderas con quemadores de combustible dual y las calderas de gas con quemadores atmosféricos son menos adecuadas.
Para los quemadores de combustible dual, operar con un combustible es a menudo un compromiso para mantener el rendimiento con otro combustible. Y la regulación de las calderas de gas con quemador atmosférico está limitada por los reglamentos técnicos y las características físicas del equipo.
Regulación por brechas
Para calderas de hierro fundido en sistemas de calefacción, cuando el suministro de calor al sistema de calefacción se controla de acuerdo con la temperatura del aire interno en la sala de control del edificio (control "por desviación"), se puede realizar apagándose periódicamente. el sistema (regulación por "huecos") mediante un sensor de temperatura. Esto permitirá ahorrar entre un 10 y un 15% de la energía térmica consumida y se amortizará en dos años.
Para las calderas de acero, este método de regular la temperatura del agua no es deseable. Desde el punto de vista de las características de resistencia de una caldera de acero, una gran diferencia de temperatura no da miedo, pero no debe operar la caldera con una temperatura del agua en la tubería de retorno (en la entrada de la caldera) por debajo de 55 ° C. El hecho es que a tal temperatura del agua de la caldera, la temperatura de los gases de combustión en los puntos de contacto con la pared del tubo de fuego puede ser más baja que la temperatura del punto de rocío, lo que hará que la condensación caiga sobre las paredes del fuego. tubos y conducen a su corrosión prematura. Por lo tanto, la regulación de la temperatura del agua se usa con mayor frecuencia mediante una válvula de tres vías con un sensor de temperatura, el inconveniente de este método es un período de recuperación prolongado, de 5 años y más. Alternativamente, el control de paso se puede utilizar junto con un sensor de temperatura de retorno termostático. Este método es menos económico y se amortizará en 4-5 años.
Regulación de parada
En la práctica generalizada, en el otoño, con el inicio de la temporada de calefacción, el servicio de mantenimiento inicia el sistema de calefacción y lo apaga solo en la primavera. Esto lleva al hecho de que incluso en días cálidos, la caldera no se apaga y continúa funcionando.
La regulación automática mediante el apagado cuando la temperatura exterior alcanza los +8 ° C puede ahorrar del 3 al 5% de la energía térmica consumida y se amortizará en 2-3 años.
Control del ciclo de la caldera
Si el funcionamiento de la caldera está regulado por "huecos" dependiendo de la temperatura del aire exterior, a menudo surge el siguiente problema: durante los períodos de transición, cuando la temperatura exterior cambia bruscamente durante el día, el ciclo de encendido / apagado de la caldera suele ser corto, tuberías y los dispositivos de calefacción no tienen tiempo para calentarse adecuadamente y esto conduce a un calentamiento insuficiente del edificio; en invierno, cuando la temperatura fría es constante, el ciclo de encendido / apagado de la caldera es excesivamente largo, lo que provoca un sobrecalentamiento excesivo del edificio. Para eliminar este problema, se recomienda instalar un controlador que regule el tiempo mínimo y máximo de encendido de la caldera. Esto ahorra del 3 al 5% de la energía térmica consumida y se amortizará en unos 3 años.
Artículo preparado N. A. Shonina, profesor titular del Instituto de Arquitectura de Moscú
Institución Educativa Presupuestaria del Estado Federal
Educación profesional superior
Universidad Técnica Estatal de Lipetsk
Departamento de Ingeniería de Energía Térmica Industrial
abstracto
"Mejora de la eficiencia de los grupos de calderas y salas de calderas"
Completado por: Bondareva P.M.
Recibido por: V. I. Dozhdikov
Lipetsk 2011
Contenido
Introducción
- Auditoría energética de la sala de calderas ……………………………………………… ... 3
Control de la temperatura de los gases de combustión y el exceso de aire en ellos. nueve
Elaboración de mapas de régimen …………………………………………… .12
Regulación altamente efectiva …………………………………… 14
Uso de emisores secundarios ……………………………… ..18
Instalación de un quemador de ranura inferior modernizado en el embudo de frío de la caldera (para calderas PTVM-100 y PTVM-50 …………………… 20
Tecnologías integradas para aumentar la eficiencia de las casas de calderas de energía eléctrica ……………………………………………… .22
Bibliografía …………………………………………… ... 28
Introducción
Las cuestiones relacionadas con el ahorro de combustibles y recursos energéticos son de gran importancia en todos los sectores de la economía nacional, y especialmente en el sector energético, la principal industria consumidora de combustibles. En cada estación, en la sala de calderas, se desarrollan medidas organizativas y técnicas para mejorar los procesos tecnológicos, modernizar los equipos y mejorar la calificación del personal.
A continuación, consideraremos algunas formas de mejorar la eficiencia de la unidad de caldera y la sala de calderas en su conjunto.
- Auditoría energética de la sala de calderas
La tarea principal de un estudio energético de una sala de calderas es determinar:
- Indicadores reales de la eficiencia del equipo de la caldera.
Comparación de indicadores existentes de la eficiencia de la sala de calderas con valores normalizados.
Identificación y análisis de las razones de la discrepancia entre los valores reales de la eficiencia de la sala de calderas y los estandarizados.
Maneras de lograr un funcionamiento energéticamente eficiente de la sala de calderas.
- recopilación y documentación de información: determinación de las principales características del objeto de investigación: información sobre equipos de sala de calderas, dinámica del consumo de energía, información sobre consumidores de calor, etc. También se determinan los volúmenes y puntos de medición de calor y electricidad.
examen instrumental: compensa la información faltante sobre las características cuantitativas y cualitativas del consumo de energía y le permite evaluar la eficiencia energética existente de la sala de calderas;
examen y procesamiento de resultados, y su análisis: mediciones con la ayuda de unidades de medición ya existentes o, en su ausencia, con dispositivos portátiles especializados.
elaboración de recomendaciones para medidas de ahorro de energía y elaboración de un informe.
- Analizador de combustión
Cámara termográfica (imagen térmica)
Medidor de temperatura digital
Termómetro infrarrojo sin contacto
Analizador de pérdidas eléctricas trifásico
Medidor de flujo de líquido ultrasónico
Medidor de espesor ultrasónico
Al desarrollar medidas, es necesario:
1) determinar la esencia técnica de la mejora propuesta
y principios de obtención de ahorros;
2) calcular los ahorros anuales potenciales en términos físicos y monetarios;
3) determinar la composición del equipo requerido para implementar la recomendación, su costo aproximado, costos de entrega, instalación y puesta en servicio;
4) una evaluación del efecto económico global de la aplicación de las medidas propuestas, teniendo en cuenta los puntos anteriores.
Después de evaluar la rentabilidad, todas las recomendaciones se clasifican según tres criterios:
1) gratis y de bajo costo: se lleva a cabo en el orden de la corriente
actividades de la sala de calderas;
2) costo medio: se lleva a cabo, por regla general, a expensas de los fondos propios de la sala de calderas;
3) alto costo: requiere una inversión adicional.
Mesa 1 muestra las recomendaciones más extendidas con una evaluación aproximada de su efectividad.
Medidas de ahorro energético
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1. Nombramiento en sala de calderas responsable del control de costes energéticos y medidas de ahorro energético.
2. Mejoramiento del procedimiento de operación de la sala de calderas y optimización del funcionamiento de los sistemas de iluminación, ventilación, suministro de agua y suministro de calor.
3. Cumplimiento de las normas de operación y mantenimiento de los sistemas de uso de energía y plantas eléctricas individuales, la introducción de horarios para el encendido y apagado de los sistemas de iluminación, ventilación, cortinas térmicas, etc.
4. Organización del trabajo sobre el funcionamiento de las lámparas, su limpieza, reparación oportuna de marcos de ventanas, pegado de ventanas, reparación de baños, etc.
5. Realización de trabajo explicativo con los trabajadores de la sala de calderas sobre temas de ahorro energético.
6. Realización de encuestas energéticas periódicas.
7. Comprobación y ajuste trimestral de los contratos de consumo de energía y recursos con las organizaciones de suministro de energía.
Medidas de ahorro energético en salas de calderas industriales
Medidas de ahorro energético en calderas de agua caliente que funcionan con gas
- Realice RNI con regularidad.
Durante el período de entrecomisionamiento, realice periódicamente pruebas y análisis acelerados de los gases de combustión para verificar el cumplimiento de las tablas de régimen.
Producir calor de acuerdo con los horarios de temperatura.
Reducir la potencia de las bombas de red como resultado de la instalación de redes.
Reducir las pérdidas por defectos de aislamiento.
Reemplazo de equipo por uno más económico.
Eliminación de esquemas abiertos y cortes de programación mejorando el esquema de suministro de calor.
Lucha contra las fugas.
Contabilidad y análisis de todo.
Transferencia de calderas de vapor a modo agua caliente.
El uso de un accionamiento eléctrico controlado por frecuencia.
Uso de quemadores que funcionan con una baja relación de exceso de aire.
Toma de aire de la sala de calderas.
Eliminación de ventosas en calderas que funcionan con vacío en el horno.
Instalación de economizador o intercambiador de calor.
Aplicación de desaireación de agua.
Aumento de la temperatura del agua de alimentación.
Limpieza de superficies calefactoras en ambos lados.
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Medidas de ahorro de energía para salas de calderas y hornos en casas y edificios privados con un área total de no más de 2000 m2.
Modernización y automatización de salas de calderas de pequeña y mediana capacidad:
- aumentar la eficiencia energética de las unidades de caldera en
el uso de calderas de condensación y de baja temperatura;
uso de nuevos principios de combustión de combustibles en salas de calderas
agregados;
aumentar la confiabilidad de las unidades de caldera;
uso de quemadores modernos;
automatización del funcionamiento de las calderas;
automatización de la distribución del refrigerante por carga;
tratamiento químico del agua del portador de calor;
aislamiento térmico de tuberías;
instalación de economizadores en chimeneas;
control de contorno dependiente del clima;
modernas unidades de caldera de tubo de gas y calor.
- 2. Control de la temperatura de los gases de combustión y el exceso de aire en ellos.
Las mayores pérdidas en la caldera son las pérdidas con los gases de combustión. Su valor puede reducirse con una disminución del exceso de aire en los gases de combustión, la temperatura de los gases de combustión, así como con un aumento de la temperatura del aire extraído del ambiente.
¿Debería prestarse mayor atención a la reducción? Guau Está asegurado por el funcionamiento de la cámara de combustión al mínimo admisible (según las condiciones de combustión del combustible) exceso de aire en la cámara de combustión y al retirar las ventosas en la cámara de combustión y los conductos de gas. ¿Disminución? uh también permite reducir las pérdidas por necesidades propias en el trayecto gas-aire y conlleva una disminución de la temperatura de los gases de combustión. La succión de aire en el horno de las calderas de gasóleo con una capacidad de 320 t / hy menos no debe exceder el 5%, por encima de 320 t / h - 3%, y para las calderas de carbón pulverizado de la misma capacidad, respectivamente, 8 y 5 %. La succión de aire en el conducto de gas en el tramo desde la salida del sobrecalentador hasta la salida del extractor de humos no debe exceder (excluyendo los colectores de cenizas) con calentadores de aire tubulares el 10%, con los regenerativos el 25%.
Durante el funcionamiento de la caldera, uno de los principales parámetros que requieren un control constante y la capacidad de servicio de los dispositivos es el exceso de aire en la cámara de combustión o detrás de una de las primeras superficies de calentamiento. La fuente de una mayor succión de aire en los conductos de gas es el desgaste o corrosión de las tuberías en los calentadores de aire tubulares (principalmente cubos fríos), lo que también provoca un aumento del consumo de energía para la tracción y el soplado y conduce a la limitación de la carga.
¿Temperatura de los gases de combustión? yh depende tanto del exceso de aire como de la eficiencia de las superficies de calentamiento. Cuando aparece contaminación en las tuberías, ¿el coeficiente de transferencia de calor de los gases a las tuberías disminuye y aumenta? Guau Se debe realizar una limpieza regular de las superficies de calentamiento para eliminar la contaminación. ¿Al actualizar una caldera con el propósito de bajarla? Sin embargo, debe recordarse que esto puede causar condensación de vapores en las paredes de las tuberías de los cubos fríos del calentador de aire y su corrosión.
Es posible influir en la temperatura del aire ambiente, por ejemplo, conmutando la purga de aire (desde la calle o desde la sala de calderas). Pero al mismo tiempo, debe recordarse que cuando se toma aire de la sala de calderas, se aumenta su ventilación, aparecen corrientes de aire y, en invierno, debido a una disminución de las temperaturas, es posible la descongelación de las tuberías, lo que provoca emergencias. Por lo tanto, la entrada de aire de la sala de calderas en invierno es peligrosa. Naturalmente, durante este período, las pérdidas q 2 aumentan objetivamente, ya que el aire también puede tener una temperatura negativa. El operador debe mantener la temperatura del aire en la entrada del calentador de aire a un nivel a prueba de corrosión mediante el uso de calefacción en los calentadores de aire o recirculando aire caliente.
Puede producirse un aumento de la pérdida de calor al medio ambiente con la destrucción del revestimiento, el aislamiento y la correspondiente exposición de superficies a altas temperaturas, con la elección e instalación incorrectas del revestimiento. Todas las fallas deben identificarse cuando el conductor pasa por alto la caldera, ingresa en el registro de defectos y se elimina de inmediato.
Una buena mezcla de combustible y oxidante con un esquema de combustión de vórtice permite que la caldera funcione con un exceso de aire reducido (en comparación con el proceso de antorcha de flujo directo) en la salida del horno (? ”= 1.12 ... 1.15) sin aumentar el contenido de combustible en las cenizas volantes y sin aumentar la concentración de CO que no exceda de 40-80 mg / nm 3 (λ = 1.4).
Por lo tanto, la reducción de la temperatura y el exceso de aire en los gases de combustión aumentando la eficiencia del horno permite reducir las pérdidas de calor con los gases de combustión y, en consecuencia, aumentar la eficiencia de la unidad de caldera "bruta" en 1 ... 3% incluso en calderas que hayan funcionado antes de la modernización 30 .40 años.
- Elaboración de mapas de régimen
La tarjeta de modo es un documento presentado en forma de tabla y gráficos, en el que, para diversas cargas y combinaciones de equipos, se indican los valores de los parámetros que determinan el funcionamiento de la caldera, los cuales deben ser observados. Las tablas de rendimiento se compilan sobre la base de los resultados de las pruebas para los modos óptimos, más económicos y confiables a varias cargas, la calidad del combustible entrante y varias combinaciones de funcionamiento del equipo principal y auxiliar. En el caso de instalación del mismo tipo de equipo en la estación, se realizan pruebas de mayor complejidad en una de las calderas, y para el resto de calderas las pruebas pueden no realizarse o se realizan en volumen reducido. (se utiliza la tarjeta de modo de las calderas probadas). Los gráficos de régimen deben revisarse y modificarse periódicamente (si es necesario). Se realizan aclaraciones y cambios al cambiar a nuevos tipos de combustible, después de los trabajos de reparación y reconstrucción.
Para rangos de carga típicos, los siguientes parámetros se introducen en la tarjeta de modo como parámetros de definición: presión y temperatura del vapor del sobrecalentamiento principal e intermedio, temperatura del agua de alimentación, gases de combustión, cantidad y, a veces, una indicación específica de una combinación de funcionamiento. molinos, quemadores, ventiladores y extractores de humos; composición de los productos de combustión detrás de la superficie de calentamiento, después de lo cual se proporciona una mezcla suficiente de gases por primera vez (sobrecalentador convectivo o economizador de agua de la etapa II); indicadores de la confiabilidad del funcionamiento de superficies individuales o elementos de la caldera e indicadores que facilitan el control de la caldera o responden más rápidamente a las desviaciones de modo y emergencias. Los últimos indicadores se usan con bastante frecuencia: la temperatura de los gases en el área de la superficie de calentamiento de trabajo menos confiable (por ejemplo, en una cámara giratoria, frente a una superficie convectiva contaminada o escoriada, etc.); resistencia (caída de presión) de superficies de calentamiento contaminadas, escoriadas y corroídas (caja de cambios; calentador de aire); el consumo de aire de los molinos y su carga de amperaje, especialmente con combustibles de composición variable; la temperatura del medio y del metal en algunas de las superficies de calentamiento más peligrosas desde el punto de vista del sobrecalentamiento.
Además, el mapa de modos refleja la frecuencia de encendido de los medios de limpieza de la superficie de calefacción y las condiciones especiales de funcionamiento de los elementos y equipos individuales (por ejemplo, el grado de apertura de las compuertas de aire y gas de control individuales, la relación del grado de apertura de las compuertas de aire primario y secundario de los quemadores; condiciones de funcionamiento de la línea de recirculación de gas y entorno de trabajo, etc.).
Al quemar fueloil, la temperatura de su precalentamiento se ingresa adicionalmente en las tarjetas de régimen, en las que se asegura el transporte confiable del fueloil a través de las tuberías de fueloil y su atomización en las boquillas.
Junto con la determinación de la composición de los gases, para determinar la optimización del modo de combustión, es necesario determinar regularmente la succión de gases en el horno y en los conductos de gas convectivos.
La opinión predominante sobre el peligro insuficiente de aspiración de aire en la cámara de combustión, sobre la posibilidad de utilizar este aire en el proceso de combustión es errónea y peligrosa. El hecho es que la mayor parte del aire que ingresa al horno con ventosas penetra a través de las fugas en las paredes de la cámara de combustión de un tamaño relativamente pequeño y no puede penetrar profundamente en la cámara de combustión.
Moviéndose cerca de las pantallas, en una zona de temperaturas relativamente bajas, este aire participa débilmente en la combustión. En la zona de combustión principal, no hay suficiente aire, parte del combustible, sin quemarse, se saca del horno, elevando la temperatura allí y creando un ambiente reductor. Un aumento en la temperatura de las partículas de combustible (y por lo tanto de las cenizas) y el ambiente reductor intensifican el proceso de escoria y ensuciamiento de las tuberías.
En vista de la importancia de mantener el régimen de aire óptimo del proceso de combustión, el personal operativo de la planta debe monitorear constantemente la capacidad de servicio de los dispositivos de composición de gas y realizar un monitoreo continuo de la densidad del horno y los conductos de gas convectivos mediante inspección externa y determinación de ventosas.
Los parámetros incluidos en la tarjeta de modo se utilizan al configurar protecciones y sistemas de control automático.
- Regulación altamente eficiente
¿Cómo se puede mejorar la eficiencia de la caldera? Se sabe que a una determinada relación de consumo de aire y combustible, la combustión más completa se produce dentro de la caldera. En este caso, es necesario lograr la realización del proceso de combustión con una cantidad mínima de exceso de aire, sin embargo, con la condición obligatoria de asegurar la combustión completa del combustible. Si se suministra un exceso de aire al horno en una cantidad mayor que la necesaria para la realización normal del proceso de combustión, entonces el exceso de aire no se quema y solo enfría inútilmente el horno, lo que, a su vez, puede provocar pérdidas debido a insuficiencia química de la combustión de combustible.
También se debe controlar la temperatura de los gases de combustión. Cuando la temperatura de los gases de combustión en la salida de la caldera es demasiado alta, la eficiencia de la unidad se reduce significativamente debido a la liberación de exceso de calor a la atmósfera, que podría usarse para el propósito previsto. Al mismo tiempo, cuando se opera con combustibles líquidos, no se debe permitir que la temperatura de los gases de combustión en la salida de la caldera descienda por debajo de 140 ° C cuando el contenido de azufre en el combustible no sea superior al 1% y por debajo de 160 ° C cuando el El contenido de azufre en el combustible no supera el 2-3%. Estas temperaturas se basan en el punto de rocío de los gases de combustión. A estas temperaturas, el proceso de condensación comienza a precipitarse en los tubos de humo y en la cámara de recolección de humo. Cuando el azufre contenido en el combustible entra en contacto con el condensado debido a una reacción química, primero se forman ácido sulfuroso y luego ácido sulfúrico. El resultado es una intensa corrosión de las superficies de calentamiento.
Para lograr una mayor eficiencia de la regulación de alta precisión, es necesario realizar de manera preliminar una limpieza básica del horno y las chimeneas. Para reducir el exceso de aire y reducir la temperatura de los gases de combustión, es necesario:
- eliminar fugas en la cámara de combustión;
- verifique el tiro de la chimenea, si es necesario, instale una puerta en la chimenea;
- aumentar o disminuir la potencia de entrada nominal de la caldera;
- controlar la conformidad de la cantidad de aire para la combustión;
- optimizar la modulación del quemador (si el quemador está equipado con esta función).
Para las calderas de gas, se puede usar un medidor de gas y un cronómetro para determinar si se está suministrando la cantidad requerida de combustible al quemador. Si la caldera está funcionando con fueloil, se comprueba si el caudal medido por la boquilla de flujo y la presión generada por la bomba de aceite son adecuados para el funcionamiento eficiente de la caldera.
Se utiliza un analizador de gases de combustión para evaluar la eficiencia de la combustión. Las medidas se toman antes y después del ajuste.
Las más adecuadas para una regulación de alta eficiencia son las calderas con hornos de gas inflables y hornos de aceite. Las calderas con quemadores de combustible dual y las calderas de gas con quemadores atmosféricos son menos adecuadas.
Para los quemadores de combustible dual, operar con un combustible es a menudo un compromiso para mantener el rendimiento con otro combustible. Y la regulación de las calderas de gas con quemador atmosférico está limitada por los reglamentos técnicos y las características físicas del equipo.
Para calderas de hierro fundido en sistemas de calefacción, cuando el suministro de calor al sistema de calefacción se controla de acuerdo con la temperatura del aire interno en la sala de control del edificio (control "por desviación"), se puede realizar apagándose periódicamente. el sistema (regulación por "huecos") mediante un sensor de temperatura. Esto permitirá ahorrar entre un 10 y un 15% de la energía térmica consumida y se amortizará en dos años.
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4. Métodos para mejorar la eficiencia de la distribución del calor.
Reducción del consumo de combustible. puede proporcionarse debido a su combustión de alta calidad y la reducción de las pérdidas de calor irracionales. La regulación automática de alta calidad de los procesos de generación y distribución de calor proporciona ahorros significativos en recursos energéticos y de combustible. También se pueden lograr ahorros significativos en energía térmica y un mejor rendimiento del equipo produciendo modernización del circuito hidráulico.
El esquema hidráulico afecta significativamente el proceso de generación y distribución de calor y la vida útil de los equipos de calderas. Por lo tanto, al considerarlo, es necesario tener en cuenta los siguientes parámetros: la dinámica horaria de los cambios de temperatura, los costos de los circuitos individuales y el coeficiente relativo del volumen de agua de la caldera al volumen total de agua en el sistema de calefacción. F O.
La temperatura del agua de retorno también es un parámetro importante. Para evitar la formación de condensación en la caldera y los gases de combustión, la temperatura del agua de retorno debe mantenerse siempre por encima del punto de rocío, es decir, en promedio de +50 a +70 ° C. La excepción son las calderas de condensación, en las que a bajas temperaturas del agua de retorno el proceso de condensación se intensifica y, como consecuencia, aumenta la eficiencia.
Además, si F o ≤ 10%, se deben tomar medidas adicionales para mantener la temperatura deseada del agua de retorno. Tales medidas son la organización del aditivo, la separación de los circuitos por intercambiadores de calor, la instalación de válvulas mezcladoras y un separador hidráulico (flechas). Además, un factor importante para reducir el consumo de combustible y energía eléctrica es determinar el caudal del portador de calor a través de la caldera (grupo de calderas) y determinar el caudal óptimo ( higo. nueve).
Modernización de tuberías de calderas
Para la modernización de la tubería de calderas, se pueden recomendar medidas y dispositivos simples que pueden ser fabricados por el personal operativo. Esta es la creación de circuitos adicionales en el sistema de suministro de calor; instalación de un cabezal de bajas pérdidas arroz. 10 a), que le permite ajustar la temperatura y la presión del refrigerante y el esquema de flujos paralelos ( arroz. 10 b), asegurando una distribución uniforme del refrigerante. La temperatura del medio de calentamiento debe corregirse constantemente en función del cambio en la temperatura exterior para mantener la temperatura deseada en los circuitos conectados. En este sentido, una reserva importante para el ahorro de combustible es el número máximo posible de circuitos de calefacción y la automatización del proceso de control.
El tamaño del colector de baja pérdida se selecciona de modo que, a plena carga, la diferencia de presión entre las líneas de suministro y retorno no supere los 50 mm de agua. Arte. (aproximadamente 0,5 m / s). El cabezal de baja pérdida se puede instalar vertical u horizontalmente; al instalar ( arroz. 10 a) en posición vertical hay una serie de ventajas adicionales: la parte superior actúa como un separador de aire y la parte inferior se utiliza para separar la suciedad.
Al conectar calderas en cascada, es necesario garantizar caudales iguales del agente de calefacción a través de calderas de la misma potencia. Para ello, la resistencia hidráulica de todos los circuitos paralelos también debe ser la misma, lo que es especialmente importante para las calderas de agua tubular. Por lo tanto, se garantizan las mismas condiciones de funcionamiento para las calderas de agua caliente, el enfriamiento uniforme de las calderas y la eliminación uniforme del calor de cada caldera en la cascada. En este sentido, se debe prestar atención a la tubería de las calderas, asegurando la dirección paralela de movimiento del agua directa y de retorno.
Sobre arroz. 10 b Se muestra el diagrama de flujos paralelos, que se utiliza para la tubería de calderas que funcionan en cascada sin bombas individuales del circuito de la caldera y accesorios que regulen el flujo del refrigerante a través de la caldera. Esta medida sencilla y barata elimina la formación de condensación en las calderas, así como los frecuentes arranques y paradas de quemadores, lo que conlleva una reducción de la electricidad y prolonga la vida de la caldera y del dispositivo quemador.
El esquema propuesto de "flujos paralelos" también se utiliza en sistemas horizontales extendidos y cuando se conectan colectores solares y bombas de calor en un sistema común.
5. Soluciones técnicas para asegurar la evacuación de los gases de combustión
La lucha por el ahorro de combustible, en nuestras condiciones económicas, a menudo se reduce a cambiar los modos de funcionamiento de los equipos de la caldera. Sin embargo, esto a menudo conduce a fallas prematuras y costos materiales y financieros adicionales asociados con la reparación del equipo. Un gran problema cuando se trabaja con cargas bajas es creado por la humedad en los productos de combustión, que se forma durante la reacción de combustión, debido a la cinética química. Al mismo tiempo, a una temperatura de los gases de combustión de aproximadamente 50 ... 60 ° C, se forma condensado en las paredes de la chimenea y el equipo.
El contenido de humedad en función del punto de rocío se indica en arroz. 11 a, esto conduce a la necesidad de mantener altas temperaturas en el horno y reducir la eficiencia de la caldera aumentando la temperatura de los gases de combustión. Esta declaración no se aplica a las calderas de condensación, donde se utiliza el principio de obtener calor adicional debido a la transición de fase durante la condensación del vapor de agua. Sobre arroz. 11 b muestra una dependencia directa del punto de rocío ( T p) sobre el coeficiente de exceso de aire a para diferentes tipos de combustible. La presencia de vapor de agua en los productos de combustión y su condensación en las paredes afectan negativamente al funcionamiento de las chimeneas, provocando la corrosión de las superficies metálicas y la destrucción de la mampostería.
El condensado tiene un ambiente ácido con pH ≈ 4, que se debe a la presencia de ácido carbónico en él, trazas de ácido nítrico y cuando se quema combustible líquido y ácido sulfúrico.
Para excluir consecuencias negativas durante el funcionamiento durante el diseño y la puesta en servicio, se debe prestar especial atención al funcionamiento seguro del equipo de la caldera, la optimización del funcionamiento del quemador, la exclusión de la posibilidad de separación de llamas en el horno y la formación de condensado en las chimeneas. .
Para ello, se pueden instalar adicionalmente limitadores de tiro en las chimeneas, similares a los limitadores de la empresa alemana. Kutzner + Weber, los cuales están equipados con freno hidráulico y un sistema de lastre que permiten regular su apertura automática durante el funcionamiento de la caldera y ventilación de la tubería cuando se detiene ( arroz. 12).
El funcionamiento de la válvula se basa en el principio físico del estallido del chorro y no requiere un actuador adicional. El principal requisito a la hora de instalar limitadores de presión es que estos dispositivos se puedan ubicar en la sala de calderas o, como excepción, en habitaciones contiguas, siempre que la diferencia de presión en ellos no supere los 4,0 Pa. Con un grosor de la pared de la chimenea de 24 mm o más, el dispositivo se monta directamente en la chimenea o en una consola remota. La temperatura máxima permitida de los gases de combustión es de 400 ° C, la presión de respuesta de la válvula de seguridad es de 10 a 40 mbar, la capacidad de aire es de hasta 500 m 3 / h, el rango de regulación es de 0,1 a 0,5 mbar. El uso de limitadores de presión aumenta la confiabilidad del funcionamiento de las calderas y chimeneas, extiende la vida útil del equipo, no requiere costos de mantenimiento adicionales. La verificación experimental muestra que no existen condiciones para la formación de condensado en las chimeneas, después de instalar una válvula limitadora de presión en la chimenea, mientras se reduce la concentración de emisiones nocivas a la atmósfera.
6. Nuevos métodos de tratamiento del agua para mejorar la eficiencia del funcionamiento del equipo de calderas.
La composición química y la calidad del agua en el sistema tienen un impacto directo en la vida útil del equipo de la caldera y el funcionamiento del sistema de calefacción en su conjunto.
Los depósitos derivados de las sales Ca 2+, Mg 2+ y Fe 2+ contenidas en el agua son el problema más común al que nos enfrentamos en la vida cotidiana y en la industria. La solubilidad de las sales bajo la influencia de altas temperaturas y altas presiones conduce a la formación de depósitos duros (incrustaciones) y blandos (lodos). La formación de depósitos provoca graves pérdidas de energía. Estas pérdidas pueden llegar hasta el 60%. El crecimiento de depósitos reduce significativamente la transferencia de calor, pueden bloquear completamente parte del sistema, provocar bloqueos y acelerar la corrosión. Se sabe que la escala de 3,0 mm de espesor reduce la eficiencia de la instalación de la caldera en un 2,0 ... 3,0%. Sobre arroz. 13 muestra la dependencia del aumento en el consumo de combustible del grosor de la escala.
La presencia de oxígeno, cloro, hierro ferroso y sales de dureza en el agua aumenta el número de situaciones de emergencia, conduce a un aumento en el consumo de combustible y reduce la vida útil de los equipos.
Los depósitos de dureza de carbonato se forman a bajas temperaturas y se eliminan fácilmente. Los depósitos formados por minerales disueltos en agua, como el sulfato de calcio, se depositan en superficies de transferencia de calor a altas temperaturas.
Los depósitos de incrustaciones conducen al hecho de que incluso las "normas interdepartamentales de la vida útil de los equipos de calderas en Ucrania" prevén un aumento del consumo de combustible en un 10% después de 7 años de funcionamiento del equipo. Los depósitos son especialmente peligrosos para dispositivos de control automático, intercambiadores de calor, medidores de calor, válvulas termostáticas de radiadores, medidores de agua. Se deben utilizar ablandadores de agua para garantizar el correcto funcionamiento del sistema.
En las llamadas "zonas muertas" del sistema, pueden formarse burbujas estacionarias de composición química compleja, en las que, además de oxígeno y nitrógeno, pueden estar presentes metano e hidrógeno. Provocan corrosión por picaduras del metal y la formación de depósitos de lodo que afectan negativamente al funcionamiento del sistema. En este sentido, es necesario utilizar salidas de aire automáticas, que se instalan en los puntos superiores del sistema y en áreas de circulación débil del refrigerante.
Cuando se utiliza para compensar el agua del grifo de la ciudad, se debe controlar la concentración de cloruro. No debe exceder los 200 mg / l. El mayor contenido de cloruros conduce al hecho de que el agua se vuelve más corrosiva y agresiva, incluso debido al funcionamiento incorrecto de los filtros de ablandamiento de agua. En los últimos años, la calidad del agua de la fuente, del grifo y de la red ha mejorado en general debido al uso de accesorios especiales, juntas de expansión de fuelle y la transición de los sistemas de calefacción central por gravedad a los sistemas de calefacción central de circuito cerrado.
Los problemas de sedimentos se abordan mediante métodos físicos y químicos. Hoy en día, los productos químicos se utilizan ampliamente en la lucha contra los depósitos. Sin embargo, los altos costos y la complejidad del proceso tecnológico, así como la creciente conciencia de la necesidad de proteger el medio ambiente, no dejan más remedio que buscar métodos físicos. Sin embargo, el método de preparación de agua para ellos no garantiza la protección contra la corrosión y la dureza del agua en el futuro.
Para prevenir los depósitos se utilizan varios tipos de filtros, tanques de sedimentación, imanes, activadores y sus combinaciones. Dependiendo del sedimento, los elementos del sistema protegen solo de los componentes corrosivos permanentes y la piedra de la caldera, o de todos los componentes dañinos junto con las magnetitas.
El dispositivo más simple para la purificación física del agua: coladores... Se instalan directamente en frente de la caldera y tienen un inserto de malla de acero inoxidable con el número requerido de orificios: 100 ... 625 por 1 cm 2. La eficiencia de dicha limpieza es del 30% y depende del tamaño de las fracciones de lodo.
El siguiente dispositivo es filtro de hidrociclón, cuyo principio se basa en la ley de inercia durante el movimiento de rotación. La eficiencia de dicha limpieza es muy alta, pero es necesario garantizar una alta presión de 15 ... 60 bar, dependiendo del volumen de agua en el sistema. Por esta razón, estos filtros se utilizan raramente.
Separador de limo es una colección cilíndrica vertical con un deflector que ralentiza el flujo de agua. Esto separa las partículas grandes. La función de filtro se realiza mediante una malla ubicada horizontalmente con el número de orificios 100 ... 400 por 1 cm 2. La eficiencia de dicha limpieza es del 30 ... 40%.
La purificación del agua se vuelve más difícil si es necesario quitar la piedra de la caldera.
Los desactores retienen preferentemente solo grandes fracciones de compuestos de carbonato de calcio que se depositan en la malla. El resto circula y se instala en el sistema de calefacción central.
Varios dispositivos para el tratamiento de agua magnético y electromagnético utilizando un campo magnético constante y alterno. El tratamiento magnético hace que las sustancias causantes de sedimentos se polaricen bajo la influencia de los campos y permanezcan en suspensión.
El dispositivo más simple basado en este principio es magnetizador... Por lo general, es un cilindro de metal con una barra magnética en el interior. Con una conexión de brida, se instala directamente en la tubería. El principio de funcionamiento del magnetizador es cambiar el estado electrofísico de las moléculas líquidas y las sales disueltas en él bajo la influencia de un campo magnético. Como resultado, no se forma piedra de caldera y las sales de carbonato caen en forma de lodo cristalino fino, que ya no se deposita en las superficies de transferencia de calor.
La ventaja de este método es la polarización constante de la sustancia, por lo que incluso los depósitos viejos de la piedra de la caldera se disuelven. Sin embargo, este método indudablemente respetuoso con el medio ambiente con bajos costes operativos tiene una importante desventaja.
Un aumento en la resistencia hidráulica del sistema conduce a un aumento en el consumo de energía y una carga adicional en el equipo de bombeo; en sistemas de circulación cerrada, los depósitos de lodo se depositan en radiadores, accesorios y accesorios de tubería, y por lo tanto es necesario instalar filtros adicionales. , la varilla magnética del dispositivo se corroe activamente.
La eficiencia de dicha limpieza alcanza el 60% y depende del tamaño de las fracciones de sedimento, la composición química de las sales disueltas y la fuerza del campo magnético de fuentes externas.
En la última década, ha habido una búsqueda activa de nuevos métodos de tratamiento físico del agua basados en la nanotecnología moderna. Generalizado activadores de agua, que utilizan el principio de vitalización del agua (aumentando su actividad energética) y la protección del equipo contra las incrustaciones y la corrosión. Un ejemplo son los dispositivos de las empresas austriacas. Bwt y EWO, Alemán ELGA Berkelfeld y MERUS®, Americano Kinetico.
Todos ellos utilizan diversas soluciones de diseño y materiales, métodos de procesamiento originales, tienen una larga vida útil y no requieren una inversión adicional en mantenimiento, electricidad y consumibles.
Sobre arroz. catorce mostrando los dispositivos de la empresa alemana MERUS®, que se fabrican mediante un proceso de producción especial para prensar diversos materiales como aluminio, hierro, cromo, zinc, silicio.
Esta tecnología permite obtener una aleación única con la propiedad de "memorizar" la intensidad del campo magnético durante el procesamiento tecnológico posterior. El dispositivo consta de dos medias anillas, que se colocan en la tubería y se conectan mediante dos pernos de sujeción. El dispositivo concentra eficazmente los campos electromagnéticos del entorno y actúa sobre los aniones de bicarbonato disueltos en el agua, manteniéndolos en forma coloidal, y también convierte el óxido en magnetita, mediante pulsos electromagnéticos, produciendo un efecto similar al efecto de las señales acústicas en el agua (ultrasonido ). Esto provoca el proceso de cristalización directamente en el volumen de agua y no en las paredes de las tuberías u otras superficies de transferencia de calor. Este proceso es más conocido en química como "cristalización en masa".
A diferencia de otros métodos de tratamiento físico del agua, los dispositivos MERUS® No requieren fuentes de energía, costos de mantenimiento e instalación del dispositivo.
El impacto en el agua producido por el dispositivo dura hasta 72 horas y permite el tratamiento del agua en las tuberías principales hasta 10 km.
Gracias a un nuevo principio de acción, basado en la activación del agua, debido a la ruptura de los enlaces intermoleculares de hidrógeno, los dispositivos MERUS® se utilizan eficazmente incluso en los casos en que los métodos de tratamiento de agua conocidos no son eficaces. Por ejemplo, en tuberías de condensado, sobrecalentadores tecnológicos de flujo directo que funcionan con agua del grifo sin retorno de condensado, hornos electrotérmicos, cuando se instalan en tuberías de plástico, etc.
La eficiencia de dicho tratamiento alcanza el 90%, lo que le permite ablandar el agua sin componentes químicos, reducir el consumo de sal durante la cationización natium e inhibir el crecimiento de bacterias patógenas como el bacilo de Koch y Legionella.
Al mismo tiempo, la composición química del agua no cambia, lo que a menudo es importante para las industrias farmacéutica y alimentaria, tratamiento de agua en piscinas, etc.
7. Conclusiones
La condición técnica de los equipos de calderas del sector energético municipal en Ucrania se ve afectada principalmente por la falta de financiación suficiente y un marco legal imperfecto.
La determinación de la eficiencia del equipo de la caldera debe comenzar con una auditoría energética.
Se puede mejorar la eficiencia y la vida útil de los equipos de calderas instalando emisores secundarios, que mejorarán los procesos aerodinámicos y cinéticos en el horno.
Se pueden lograr ahorros significativos en energía térmica y un mejor rendimiento del equipo mejorando el circuito hidráulico.
La instalación de cortadores de tiro en chimeneas conduce a la estabilización de la combustión, la ventilación de las chimeneas, la exclusión de la posibilidad de formación de condensación y su funcionamiento confiable a bajas cargas de unidades de caldera.
Durante el funcionamiento del equipo de la caldera, es necesario prestar atención al tratamiento del agua de alta calidad y la desaireación del refrigerante. ■
Literatura
Térmico cálculo de unidades de caldera (método estándar) / Ed. N.V. Kuznetsova. - M.: "Energía", 1973. - 296 p.
Basok B.I., Demchenko V.G., Martynenko M.P. Modelado numérico de procesos aerodinámicos en la cámara de combustión de una caldera de calentamiento de agua con un radiador secundario // Promyshlennaya teplotekhnika. - No. 1. - 2006.
Trabajadores características, instrucciones de conexión y esquemas hidráulicos de calderas medianas y grandes. De Dietrich 1998. 36c.
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Introducción
1.2.2.1 La necesidad de utilizar automatización general de calderas, señalización de procesos y despacho.
1.4 Propósito y objetivos de diseño
2. Proceso tecnológico de la sala de calderas de la GPP-8
2.1.2.3 Regulación del vacío en el horno
2.1.3 Control de recalentamiento del vapor
2.1.4 Regulación del suministro de energía y el régimen de agua de las calderas de vapor de tambor
2.1.4.1 Esquemas de regulación
2.2 Calderas de vapor de gasóleo tipo DE
2.2.1 Ventajas de las calderas de vapor tipo DE
2.2.2 Características técnicas de las calderas de vapor tipo DE
2.3 El principio de funcionamiento de la caldera DE-10-14 G
2.4 Selección de equipos tecnológicos para la planta de calderas.
2.4.1 Válvula de mariposa eléctrica BG4.08.00
2.4.2 Válvula de cierre de alta velocidad (PZK) 1256.100.00-02
2.4.3 Electroválvula normalmente abierta 1256.20.00
2.4.4 Electroválvula normalmente cerrada 1256.15.00
2.4.5 Válvula de mariposa ЗД 80-11.00
2.4.6 Válvula de tres vías para el manómetro KM 1.00
2.4.7 Amortiguador del acelerador de aire de doble flujo
2.4.8 Encendedor eléctrico
2.4.9 Actuadores de una vuelta MEO-16 y MEO-40
3. Creación de un sistema de control automatizado en el GPP-8 del campo de gas de Medvezhye
3.1 Análisis de controladores existentes
3.1.1 Requisitos para controladores
3.1.1.1 Requisitos para los flujos de información
3.1.2 Selección de controlador
3.1.2.1 Controlador "Remikont R-110"
3.1.2.2 Controlador "GE-Fanuc"
3.1.2.3 Controlador "TREI-5B-05"
3.1.2.4 Controlador TEKON-17
3.1.3 Resultados de la investigación
3.2 Software para el controlador TEKON-17
3.2.1 Soporte algorítmico adicional para el entorno "ISaGRAF PRO"
3.2.2 Software para la interfaz de operador
3.2.3 Software de aplicación para el controlador TEKON-17
3.2.3.1 "Libro de registro"
3.2.3.2 "Nombres TEKON"
3.2.3.3 "Panel"
3.2.3.4 "Diálogo impreso"
3.2.3.5 "Hayes-TEKON"
3.2.3.6 "Diálogo-TEKON"
3.2.3.7 "Teleconferencia"
3.2.3.8 Utilidad de configuración del adaptador Ethernet
3.3 Desarrollo de un diagrama funcional de automatización
3.3.1 General
3.3.2 Descripción del esquema funcional de automatización
3.4 Sistema de control de la caldera
3.4.1 Capacidades funcionales de PTC "AMAKS"
3.5 Software para APCS
4. Cálculo de indicadores técnicos y económicos
4.1 Viabilidad económica de la automatización de la planta de calderas
4.2 Datos iniciales para el cálculo de la eficiencia económica
4.3 Cálculo de costos de energía
4.4 Inversiones de capital
4.5 Cálculo de costos para el mantenimiento y operación de equipos
4.6 Cálculo del fondo salarial
4.7 Costeo
4.8 Indicadores técnicos y económicos
5. Seguridad laboral
5.1 Análisis y provisión de condiciones de trabajo seguras
5.2 Cálculo de la severidad del trabajo del despachador y su valoración integral
5.3 Posibles emergencias
5.3.1 Cálculo de rutas y salidas de evacuación
Conclusión
Lista de fuentes utilizadas
Introducción
La automatización es el uso de un conjunto de herramientas que permiten llevar a cabo procesos de producción sin participación humana directa, pero bajo su control. La automatización de los procesos de producción conduce a un aumento de la producción, una disminución de los costos y una mejora en la calidad del producto, reduce el número de personal de mantenimiento, aumenta la confiabilidad y durabilidad de las máquinas, ahorra materiales, mejora las condiciones de trabajo y las medidas de seguridad.
La automatización libera a una persona de la necesidad de controlar directamente los mecanismos. En el proceso de producción automatizado, el papel de una persona se reduce al ajuste, ajuste, mantenimiento de los equipos de automatización y control de su funcionamiento.
En términos de nivel de automatización, la ingeniería de energía térmica ocupa uno de los lugares líderes entre otras industrias. Las centrales térmicas se caracterizan por la continuidad de los procesos que tienen lugar en ellas. Al mismo tiempo, la producción de calor y energía eléctrica en cualquier momento del tiempo debe corresponder al consumo (carga). Casi todas las operaciones en las centrales térmicas están mecanizadas y los procesos transitorios en ellas se desarrollan con relativa rapidez. Esto explica el alto desarrollo de la automatización en la ingeniería de energía térmica.
La automatización de parámetros ofrece importantes beneficios:
Proporciona una reducción en el número de personal de trabajo, es decir aumentando la productividad de su trabajo;
Conduce a un cambio en la naturaleza del trabajo del personal de servicio;
Aumenta la precisión de mantener los parámetros del vapor generado;
Aumenta la seguridad laboral y la confiabilidad del funcionamiento del equipo;
Aumenta la eficiencia del generador de vapor.
La automatización de la planta de calderas incluye regulación automática, control remoto, protección tecnológica, control de ingeniería térmica, enclavamientos tecnológicos y alarmas.
La regulación automática asegura el curso de los procesos de funcionamiento continuo en el generador de vapor (suministro de agua, combustión, nivel de agua en el tambor de la caldera, sobrecalentamiento del vapor, etc.)
El control remoto permite al personal de guardia poner en marcha y parar la unidad generadora de vapor, así como conmutar y regular sus mecanismos a distancia, desde la consola donde se ubican los dispositivos de control.
El control térmico del funcionamiento de las instalaciones y equipos de calderas se realiza mediante dispositivos indicadores y registradores que funcionan de forma automática. Los dispositivos monitorean continuamente los procesos que tienen lugar en la instalación del generador de vapor, o son conectados al objeto de medición por el personal de servicio o una computadora de información. Los dispositivos de control térmico se colocan en paneles, paneles de control lo más convenientes posible para la observación y el mantenimiento.
Los enclavamientos tecnológicos realizan, en una secuencia predeterminada, una serie de operaciones en el arranque y parada de los mecanismos de la planta de calderas, así como en los casos de activación de la protección tecnológica. Los enclavamientos excluyen operaciones incorrectas durante el mantenimiento del grupo electrógeno de vapor, proporcionan apagado en la secuencia requerida del equipo en caso de una emergencia. Los dispositivos de señalización del proceso informan al personal de servicio sobre el estado del equipo (en funcionamiento, parado, etc.), advierten sobre el acercamiento de un parámetro a un valor peligroso, informan sobre la ocurrencia de un estado de emergencia del generador de vapor y su equipo. Se utilizan alarmas de luz y sonido.
1. Análisis del estado del arte y objetivos de la investigación
1.1 Campo de gas "Medvezhye"
El campo de gas de Medvezhye se encuentra en la región de Nadym del distrito nacional de Yamalo-Nenets, a 340 km al este de Salekhard. En 1967 se inició la perforación de prospección y exploración en el mismo y se estableció el contenido de gas de los depósitos de este campo.
La estructura geológica del depósito incluye rocas arenosas-arcillosas-limosas del Cretácico Superior, Paleógeno y Cuaternario. En la base de la sección, la perforación de depósitos descubiertos de la parte superior de la serie Pokurskaya, que son productivos. El espesor total expuesto de los depósitos es de unos 1200 metros. La estructura del depósito se limita al arco de Nenets y representa un gran pliegue braquianticlinal de impacto sumergido, trazado a lo largo de la sección de la cubierta sedimentaria. Mide 33 x 10 km.
En el campo, los depósitos comerciales de gas se encuentran en la parte superior de la serie Pokurian. El pozo No. 1 en la periclina norte de la estructura penetró sedimentos productivos. La sección de la parte saturada de gas está compuesta por rocas arenosas-limosas con capas intermedias subordinadas de arcillas y calizas. El piso gasífero alcanza aquí una altura de unos 100 m, al probar el pozo se obtuvo un potente chorro de gas con un caudal de 2.500.000 m 3 / día. Se supone que la presión del yacimiento es de 110 kgf / cm 2. El área de saturación de gas del campo Medvezhye está determinada por la posición del contorno de gas y asciende a 910 km 2. Se asume que la capacidad de saturación de gas efectiva promedio ponderada es de 20 M. Las reservas de gas del campo se estiman en 1,000 billones de metros cúbicos.
El campo de gas de Medvezhye es uno de los más grandes del mundo, representa el 86% del gas total extraído, y aquí se producen 30 mil millones de metros cúbicos de gas al año. Es el primogénito de la industria del gas en el norte de Tyumen, el primer gran campo de la industria del gas en Rusia y la Unión. Por el momento, más del 80% de las reservas de gas se han extraído de este campo. Hoy, hay nueve campos de gas operando en el campo.
Desde 1972, Medvezhye ha sido operado por Nadymgazprom LLC. Ya en el período inicial de operación, quedó claro que los datos refinados sobre el tamaño y la densidad de la distribución de las reservas y los flujos del reservorio conducirán a un cambio en la estrategia general de desarrollo del campo. En primer lugar, se modificó el principio de distribución del nivel de producción anual en la denominada zona gasífera en diferentes zonas. Luego se perforaron decenas de nuevos pozos de producción en las zonas periféricas, se ampliaron las capacidades de las Unidades Integradas de Tratamiento de Gas (GTP) y se construyeron estaciones compresoras de refuerzo (BCS). Esto permitió aumentar la extracción de gas a nueve mil millones de metros cúbicos por año y "estirar" el período de producción constante durante varios años. Y ahora Nadymgazprom también está superando los objetivos previstos.
Ahora, OOO Nadymgazprom está realizando una exploración adicional del depósito. A pesar de que en la actualidad la empresa, en primer lugar, se está preparando para el desarrollo de yacimientos de hidrocarburos prometedores en la península de Yamal, la región portadora de petróleo y gas de Nadym-Pur-Tazovsky no se queda sin la debida atención de la empresa. Los planes de la empresa para 2007 incluyen el inicio de trabajos a gran escala en la reconstrucción de las instalaciones de producción en el campo Medvezhye. Se han asignado los fondos necesarios para desarrollar el proyecto de reconstrucción, y ya se ha formado un proyecto que ha sido aprobado por Gazprom y ha pasado la experiencia del estado. Al mismo tiempo, se están realizando trabajos de exploración geológica en el campo, que ya han arrojado resultados alentadores. La primera etapa de reconstrucción incluirá, en particular, la modernización de las redes de recolección de gas. El segundo consistirá en optimizar el complejo potenciador. La finalización del trabajo está prevista para 2020, teniendo en cuenta no solo la producción de gas industrial, sino también el trabajo con las capas subyacentes.
1.2 Descripción del proceso tecnológico
Una caldera de vapor es un complejo de unidades diseñadas para producir vapor. Este complejo consta de una serie de dispositivos de intercambio de calor conectados entre sí y que sirven para transferir calor de los productos de la combustión del combustible al agua y al vapor. El portador inicial de energía, cuya presencia es necesaria para la formación de vapor a partir del agua, es el combustible.
Los principales elementos del flujo de trabajo que se lleva a cabo en la planta de calderas son:
Proceso de combustión de combustible;
El proceso de intercambio de calor entre los productos de combustión o el propio combustible quemado con agua;
El proceso de vaporización, que consiste en calentar agua, evaporarla y calentar el vapor resultante.
Durante el funcionamiento, se forman dos flujos que interactúan entre sí en las calderas: el flujo del fluido de trabajo y el flujo del portador de calor formado en el horno.
Como resultado de esta interacción, se obtiene vapor de una determinada presión y temperatura en la salida del objeto.
Una de las principales tareas que surge durante el funcionamiento de una unidad de caldera es garantizar la igualdad entre la energía producida y consumida. A su vez, los procesos de vaporización y transferencia de energía en la unidad de caldera están relacionados inequívocamente con la cantidad de materia en los flujos del fluido de trabajo y el refrigerante.
La combustión de combustible es un proceso físico y químico continuo. El lado químico de la combustión es el proceso de oxidación de sus elementos combustibles con oxígeno, que tiene lugar a una determinada temperatura y va acompañado de la liberación de calor. La intensidad de la combustión, así como la eficiencia y la estabilidad del proceso de combustión del combustible, dependen del método de suministro y distribución de aire entre las partículas de combustible. Se acepta convencionalmente dividir el proceso de combustión del combustible en tres etapas: encendido, combustión y postcombustión. Estas etapas generalmente proceden secuencialmente en el tiempo, se superponen parcialmente entre sí.
El cálculo del proceso de combustión generalmente se reduce a determinar la cantidad de aire necesaria para la combustión de una unidad de masa o volumen de combustible, la cantidad y composición del balance de calor y la determinación de la temperatura de combustión.
El valor de la transferencia de calor consiste en la transferencia de calor de la energía térmica liberada durante la combustión del combustible al agua, de la cual es necesario obtener vapor, o vapor, si es necesario aumentar su temperatura por encima de la temperatura de saturación. El proceso de intercambio de calor en la caldera atraviesa las paredes conductoras de calor herméticas al agua, llamadas superficie de calentamiento. Las superficies de calentamiento están hechas en forma de tuberías. En el interior de las tuberías hay una circulación continua de agua, y en el exterior son lavadas por gases calientes de combustión o perciben energía térmica por radiación. Así, en la unidad de caldera tienen lugar todos los tipos de transferencia de calor: conducción de calor, convección y radiación. En consecuencia, la superficie de calentamiento se subdivide en convectiva y radiactiva. La cantidad de calor transferida a través de una unidad de área de calentamiento por unidad de tiempo se denomina estrés térmico de la superficie de calentamiento. La magnitud de la tensión está limitada, en primer lugar, por las propiedades del material de la superficie de calentamiento, y en segundo lugar, por la máxima intensidad posible de transferencia de calor desde el refrigerante caliente a la superficie, desde la superficie de calentamiento al refrigerante frío.
La intensidad del coeficiente de transferencia de calor es mayor cuanto mayor es la diferencia de temperatura de los refrigerantes, la velocidad de su movimiento con respecto a la superficie de calentamiento y mayor es la limpieza de la superficie.
La generación de vapor en las calderas procede en una secuencia específica. Empieza a formarse vapor en los tubos de la pared. Este proceso tiene lugar a altas temperaturas y presiones. El fenómeno de la evaporación consiste en que las moléculas individuales de un líquido ubicadas en su superficie y que tienen altas velocidades y, en consecuencia, una mayor energía cinética en comparación con otras moléculas, superando los efectos de fuerza de las moléculas vecinas, creando tensión superficial, salen volando. en el espacio circundante. Con un aumento de temperatura, aumenta la intensidad de la evaporación. El proceso inverso de vaporización se llama condensación. El líquido que se forma durante la condensación se llama condensado. Se utiliza para enfriar superficies metálicas en sobrecalentadores.
El vapor generado en la caldera se subdivide en vapor saturado y vapor sobrecalentado. El vapor saturado, a su vez, se divide en seco y húmedo. Dado que en las centrales térmicas se requiere vapor sobrecalentado, se instala un sobrecalentador para sobrecalentarlo, en este caso una pantalla y conjuntiva, en el que el calor obtenido como resultado de la combustión del combustible y los gases de escape se utiliza para sobrecalentar el vapor. El vapor sobrecalentado resultante a una temperatura de T = 540 ° C y una presión de P = 100 atmósferas se utiliza para necesidades tecnológicas.
1.2.1 Descripción de la estructura del objeto
Las calderas de vapor de tipo DE con producción de vapor de 10 t / h, con una presión absoluta de 1.4 MPa (14 kgf / cm 2) están diseñadas para generar vapor saturado o sobrecalentado utilizado para necesidades tecnológicas de empresas industriales, para suministro de calor de calefacción y Sistemas de abastecimiento de agua caliente. Las calderas de tubos de agua verticales de doble tambor se fabrican según el diseño "D", un rasgo característico del cual es la disposición lateral de la parte convectiva de la caldera con respecto a la cámara de combustión.
Los componentes principales de las calderas son los tambores superior e inferior, el haz convectivo y la pared de combustión izquierda (tabique hermético a los gases) que forman la cámara de combustión, la pared de combustión derecha, los tubos de blindaje de la pared frontal del horno y la luneta trasera. .
El aire necesario para la combustión del combustible se suministra al horno desde abajo mediante ventiladores. El proceso de combustión del combustible se realiza a altas temperaturas, por lo que los tubos de protección de la caldera absorben una cantidad significativa de calor mediante radiación.
Los productos de la combustión de combustible, también llamados gases, ingresan a los conductos de gas de la caldera, mientras que la superficie del sobrecalentador se calienta, lava las tuberías del economizador, en las que el agua de alimentación se calienta a una temperatura cercana a los 200 C ingresando a los tambores de la caldera . Además, los gases de combustión pasan a la chimenea y entran al calentador de aire. De él, los gases escapan a la atmósfera a través de la chimenea. El agua se suministra a la caldera a través de una tubería, una tubería de gas. El vapor del tambor de la caldera, sin pasar por el sobrecalentador, ingresa a la línea de vapor.
Uno de los indicadores más importantes del diseño de la unidad de caldera es su capacidad de circulación. La circulación uniforme e intensiva de la mezcla de agua y vapor ayuda a eliminar el vapor y las burbujas de gas liberadas del agua de la pared, y también evita los depósitos de sarro en las paredes, lo que a su vez asegura una temperatura de pared baja, hasta (200-400) єС, excediendo ligeramente la saturación de temperatura y aún no es peligroso para la resistencia del acero de la caldera. La caldera de vapor DE-10-14 G pertenece a las calderas de circulación natural, los principales parámetros tecnológicos de la caldera se presentan en la tabla 1.1.
Tabla 1.1 - Parámetros tecnológicos de la caldera DE-10-14 G
|
Parámetro |
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Rendimiento |
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Temperatura del vapor sobrecalentado |
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Presión del tambor de la caldera |
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Temperatura del agua de alimentación después del economizador |
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Consumo de gas natural |
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Temperatura de los gases de combustión |
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Presión de gas delante de los quemadores |
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Aspirar en la caja de fuego |
mm de columna de agua |
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Nivel de tambor |
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Consumo de agua de alimentación |
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Presión del agua de alimentación |
1.2.2 Justificación de la necesidad de automatización de la planta de calderas
Las salas de calderas están clasificadas como instalaciones de producción peligrosas y el principal requisito para ellas es garantizar un nivel adecuado de seguridad.El funcionamiento de las calderas debe garantizar una producción confiable y eficiente de vapor de los parámetros requeridos.
A partir de estos requisitos se han comenzado a utilizar ampliamente los sistemas automatizados de control de procesos (APCS), los cuales, sin la presencia constante de una persona, mantienen la optimalidad del proceso tecnológico y aumentan la eficiencia, se basan en el uso de la informática moderna y tecnología de microprocesador, es decir, es un conjunto de hardware y software que ejerce el control y la gestión del proceso tecnológico. El APCS mantiene la retroalimentación e influye en el curso del proceso cuando se desvía de los modos especificados.
El esquema de automatización de regulación y control de una unidad de caldera de vapor debe proporcionar los siguientes sistemas:
Sistema automático de regulación y control de la carga térmica de la caldera;
Sistema automático de regulación y control de la alimentación de la caldera;
Sistema automático de regulación y control de la relación gas-aire;
Sistema de regulación y control automático del vacío en el horno de la caldera;
Sistema de control de presión automático;
Sistema de control de temperatura automático;
Sistema automático de corte de gas.
El uso de controladores lógicos programados le permite cambiar y ajustar el algoritmo de operación de la sala de calderas ingresando un nuevo programa o simplemente corrigiendo el programa programado.
La experiencia de la automatización de las salas de calderas industriales muestra que la regulación del proceso de combustión y el suministro de energía de las calderas proporciona hasta un 8% de economía de combustible, aumenta la eficiencia de la caldera en (7-8)%, asegura el funcionamiento del horno con exceso aire casi óptimo, reduce el consumo de energía para soplado y tracción, reduce la cantidad de trabajo de reparación y aumenta la cultura de servicio.
1.2.2.1 La necesidad de utilizar automatización general de calderas, señalización de procesos y despacho remoto
La automatización le permite trabajar sin la presencia constante de personal de mantenimiento. Para ello, en las salas de calderas automatizadas, además de la automatización obligatoria de calderas, debe haber automatización general de calderas, señalización de procesos y despacho remoto.
La automatización general de la caldera debe controlar toda la sala de calderas en ausencia de personas, es decir:
Rotar automáticamente (alternar) calderas;
Cuando la caldera está apagada, su bomba debe funcionar durante unos 10 minutos más;
Rotar automáticamente (alternar) bombas de calefacción, ventilación, suministro de agua caliente (proceso tecnológico);
Dependiendo de la carga, encienda (apague) automáticamente la caldera adicional;
Mantener automáticamente la temperatura (establecida por el fabricante de la caldera) del refrigerante en el tubo de retorno de la caldera;
Alimente automáticamente el sistema cuando cae la presión del refrigerante;
Mantenga automáticamente el programa de temperatura del refrigerante en la calefacción, ventilación, suministro de agua caliente, proceso tecnológico.
La alarma tecnológica debería registrar todas las situaciones de emergencia y emitir alarmas luminosas y sonoras. La señalización tecnológica incluye señales:
Fuga de gas (metano);
La aparición de monóxido de carbono (CO);
Disminución o aumento de la presión del gas (sobreimpulso);
Bajar o aumentar la presión del refrigerante (sobrepasar los puntos de ajuste);
Disminución, aumento (sobrepaso de los ajustes) o pérdida de una fase de la red de suministro;
Alarma de caldera;
El despacho remoto debe duplicar el estado de la alarma tecnológica en la habitación del oficial de guardia e incluir alarmas sonoras y luminosas.
1.2.2.2 Justificación de la necesidad de seguimiento, regulación y señalización de parámetros tecnológicos
La regulación automática del proceso de combustión aumenta significativamente la eficiencia de las instalaciones de gas. El uso de la automatización garantiza la seguridad del uso del gas, mejora las condiciones de trabajo del personal de servicio y contribuye a un aumento de su nivel técnico.
La regulación del suministro de energía a las unidades de caldera y la regulación de la presión en el tambor de la caldera se reduce principalmente a mantener el equilibrio de material entre la extracción de vapor y el suministro de agua. El parámetro que caracteriza el equilibrio es el nivel del agua en el tambor de la caldera. La fiabilidad del funcionamiento de la unidad de caldera está determinada en gran medida por la calidad de la regulación de nivel. Con un aumento de la presión, una disminución en el nivel por debajo de los límites permitidos puede provocar una alteración en la circulación en los tubos de la pared, como resultado de lo cual se producirá un aumento en la temperatura de las paredes de los tubos calentados y su quemado.
Un aumento en el nivel también conlleva consecuencias de emergencia, ya que se puede arrojar agua al sobrecalentador, lo que provocará su falla. En este sentido, se imponen requisitos muy altos sobre la precisión de mantener un nivel dado. La calidad de la regulación de la alimentación también está determinada por la igualdad del suministro de agua de alimentación. Es necesario garantizar un suministro de agua uniforme a la caldera, ya que los cambios frecuentes y profundos en el caudal del agua de alimentación pueden provocar tensiones térmicas significativas en el metal del economizador.
Los tambores de una caldera de circulación natural tienen una importante capacidad de almacenamiento, que se manifiesta en condiciones transitorias. Si en el modo estacionario la posición del nivel del agua en el tambor de la caldera está determinada por el estado del balance de materiales, entonces en los modos transitorios la posición del nivel se ve afectada por una gran cantidad de perturbaciones. Los principales son un cambio en el consumo de agua de alimentación, un cambio en la producción de vapor de la caldera cuando cambia la carga del consumidor, un cambio en la producción de vapor cuando cambia la carga del horno y un cambio en la temperatura del agua de alimentación.
La regulación de la relación gas-aire es necesaria tanto física como económicamente. Se sabe que uno de los procesos más importantes que ocurren en una planta de calderas es el proceso de combustión del combustible. El lado químico de la combustión de combustible es una reacción de oxidación de elementos combustibles por moléculas de oxígeno. El oxígeno de la atmósfera se utiliza para la combustión. El aire se suministra al horno en una cierta proporción con el gas por medio de un ventilador. La relación gas-aire es de aproximadamente 1,1. Con la falta de aire en la cámara de combustión, se produce una combustión incompleta del combustible. El gas no quemado se liberará a la atmósfera, lo que es económica y ambientalmente inaceptable. Con un exceso de aire en la cámara de combustión, el horno se enfriará, aunque el gas se quemará por completo, pero en este caso el aire restante formará dióxido de nitrógeno, lo cual es ecológicamente inaceptable, ya que este compuesto es nocivo para los seres humanos y el medio ambiente. .
El sistema de regulación automática del vacío en el horno de caldera se realiza para mantener el horno bajo presión, es decir, para mantener un vacío constante (aproximadamente 4 mm de columna de agua). En ausencia de vacío, se presionará la llama del soplete, lo que provocará la quema de los quemadores y la parte inferior del horno. En este caso, los gases de combustión irán al taller, lo que imposibilita el trabajo del personal de mantenimiento.
Las sales se disuelven en el agua de alimentación, cuya cantidad permitida está determinada por las normas. Durante el proceso de vaporización, estas sales permanecen en el agua de la caldera y se acumulan gradualmente. Algunas sales forman lodos, un sólido que cristaliza en el agua de la caldera. La parte más pesada de los recortes se acumula en las partes inferiores del tambor y en los colectores.
Un aumento de la concentración de sales en el agua de la caldera por encima de los valores permitidos puede provocar su arrastre al sobrecalentador. Por tanto, las sales acumuladas en el agua de la caldera se eliminan mediante purga continua, que en este caso no se regula automáticamente. El valor calculado de purga de generadores de vapor en estado estacionario se determina a partir de las ecuaciones para el equilibrio de impurezas en agua en el generador de vapor. Por lo tanto, la proporción de purga depende de la relación entre la concentración de impurezas en el purga y el agua de alimentación. Cuanto mejor sea la calidad del agua de alimentación y cuanto mayor sea la concentración permisible de impurezas en el agua, menor será la tasa de purga. Y la concentración de impurezas, a su vez, depende de la proporción de agua adicional, que incluye, en particular, la proporción de agua de purga perdida.
La señalización de parámetros y protección, actuando sobre la parada de la caldera, es físicamente necesaria, ya que el operador u operador de la caldera no es capaz de realizar un seguimiento de todos los parámetros de una caldera en funcionamiento. Como resultado, puede surgir una situación de emergencia. Por ejemplo, cuando se libera agua del tambor, el nivel del agua en él disminuye, como resultado de lo cual la circulación puede verse perturbada y las tuberías de los grifos inferiores pueden quemarse. La protección activada sin demora evitará la falla del generador de vapor. Con una disminución en la carga del generador de vapor, la intensidad de la combustión en el horno disminuye. La quema se vuelve inestable y puede detenerse. En este sentido, se proporciona protección para apagar la antorcha. La confiabilidad de la protección está determinada en gran medida por el número, el esquema de conexión y la confiabilidad de los dispositivos utilizados en ella. Según su acción, las protecciones se dividen en: actuar en la parada del generador de vapor (reducir la carga en el generador de vapor), realizar operaciones locales.
1.3 Clasificación de plantas de calderas
Las plantas de calderas son un conjunto de equipos diseñados para convertir la energía química del combustible en energía térmica con el fin de obtener agua caliente o vapor de parámetros especificados.
Dependiendo de la finalidad, la planta de calderas consta de una caldera del tipo correspondiente y equipos auxiliares que aseguran su funcionamiento. Una caldera es un complejo de dispositivos estructuralmente integrados para generar vapor o para calentar agua a presión debido al calor del combustible quemado, durante el curso de un proceso tecnológico o para convertir energía eléctrica en energía térmica.
La clasificación de las plantas de calderas se presenta en la hoja 1 del material gráfico del proyecto de diploma.
Según el tipo de portador de calor producido, las plantas de calderas se dividen en tres clases principales:
Vapor, destinado a la producción de vapor;
Agua caliente, destinada a recibir agua caliente y mixta (equipada con calderas de vapor y agua caliente), destinada a recibir vapor y agua caliente;
Por la naturaleza del refrigerante:
Generación de vapor de energía para máquinas de vapor;
Calefacción industrial, generación de vapor con fines tecnológicos de producción, calefacción y ventilación;
Calefacción, generación de vapor para calefacción, ventilación y suministro de agua caliente de locales industriales, residenciales y de servicios públicos;
Mezclado, genera vapor para abastecer simultáneamente motores de vapor, necesidades de proceso, sistemas de calefacción y ventilación y suministro de agua caliente.
Por la naturaleza del principal tipo de combustible quemado:
Carbón;
Gas;
Gasolina.
Por tamaño de servicio:
Individual,
Grupo;
Distrito.
En la primera hoja de la parte gráfica se presenta una clasificación más detallada.
Las plantas de calderas constan de una unidad de caldera y equipos auxiliares. Hay al menos dos unidades de caldera, y el equipo auxiliar es común para toda la sala de calderas. El equipo principal de la planta de calderas se muestra en la Figura 1.1.
Figura 1.1 - Esquema tecnológico de la planta de calderas: V - ventilador, D - extractor de humos, EK - economizador, Phil - filtros para tratamiento químico de agua, Deaeer - desaireador, Pn - bomba de alimentación, NSV - bomba de agua cruda, RO - cuerpo regulador , IM - mecanismo ejecutivo, RU - unidad de reducción.
La unidad de caldera incluye un dispositivo de combustión, un sistema de tuberías con tambores, un sobrecalentador, un economizador de agua, un calentador de aire, un extractor de humos, un ventilador, válvulas de cierre y control, instrumentación y reguladores.
El equipo auxiliar incluye una unidad de reducción, filtros para tratamiento químico de agua, un desaireador, bombas de alimentación y agua bruta, una granja de fuel oil, una estación de control de gas, accesorios, instrumentación y reguladores.
Los cuerpos de trabajo que intervienen en el proceso de obtención de agua caliente o vapor con fines industriales y técnicos y de calefacción son el agua, el combustible y el aire.
La caldera de vapor es el elemento principal de la unidad de caldera, es un dispositivo de intercambio de calor a través de las paredes metálicas del cual se transfiere calor de los productos calientes de la combustión del combustible al agua para obtener vapor.
La capacidad de vapor de una planta de calderas o su capacidad es la suma de las capacidades de vapor de las unidades de caldera individuales que forman parte de ella. La capacidad de vapor de una caldera está determinada por el número de kilogramos o toneladas de vapor que produce por hora, denotado con la letra D y se mide en kg / ho t / h.
El dispositivo de combustión de la unidad de caldera se utiliza para quemar combustible y convertirlo en energía química en calor de la manera más económica.
El recalentador está diseñado para recalentar el vapor obtenido en la caldera transfiriéndole el calor de los gases de combustión. El economizador de agua se utiliza para calentar el agua de alimentación que entra en la caldera con el calor de los gases de combustión que salen de la caldera.
El calentador de aire está diseñado para calentar el aire que ingresa al dispositivo de combustión con el calor de los gases de combustión.
El depósito de combustible está destinado a almacenar combustible; está equipado con mecanismos de descarga y suministro de combustible a la sala de calderas o al dispositivo de preparación de combustible. El dispositivo de preparación de combustible en las calderas que funcionan con combustible pulverizado sirve para moler el combustible hasta un estado pulverizado; está equipado con chancadores, secadores, molinos, alimentadores, ventiladores, así como un sistema de transportadores y ductos de polvo y gas.
El dispositivo de eliminación de cenizas y escoria consta de dispositivos mecánicos: carros o transportadores, o ambos.
El dispositivo para la preparación de agua de alimentación consta de dispositivos y dispositivos que garantizan la purificación del agua de las impurezas mecánicas y las sales formadoras de incrustaciones disueltas en ella, así como la eliminación de los gases.
La planta de alimentación consta de bombas de alimentación para el suministro de agua a la caldera a presión, así como las tuberías correspondientes.
El dispositivo de tiro consta de ventiladores de soplado, un sistema de conductos de gas, un extractor de humos y una chimenea que proporcionan la cantidad de aire requerida al dispositivo de combustión, el movimiento de los productos de combustión a través de los conductos de gas y la eliminación de los productos de combustión fuera de la caldera. unidad.
El dispositivo de control térmico y automático consta de instrumentación y dispositivos automáticos que aseguran el funcionamiento ininterrumpido y coordinado de los dispositivos individuales de la planta de calderas para generar la cantidad requerida de vapor a una determinada temperatura y presión.
Las calderas se clasifican en función del tipo de recorrido correspondiente y su equipamiento. Por el tipo de combustible quemado y la ruta de combustible correspondiente, se distinguen las calderas para combustibles gaseosos, líquidos y sólidos.
Según el conducto gas-aire, se distinguen calderas con tiro natural y equilibrado y presurizadas. En una caldera de tiro natural, la resistencia del paso del gas se supera por la diferencia en la densidad del aire atmosférico y el gas en la chimenea. Si la resistencia de la ruta del gas (así como la del aire) se supera con la ayuda de un ventilador, la caldera funciona con sobrealimentación. En una caldera de tiro equilibrado, la presión en el horno y el inicio del conducto de gas se mantiene próxima a la atmosférica mediante el funcionamiento conjunto del soplador y el extractor de humos. En la actualidad, todas las calderas producidas, incluidas las de tiro equilibrado, se esfuerzan por producir herméticas a los gases.
Por el tipo de tracto vapor-agua, se distinguen las calderas de tambor (Figura 1.2, a, b) y de flujo directo (Figura 1.2, c). En todos los tipos de calderas, el agua y el vapor pasan por el economizador 1 y el sobrecalentador 6 una vez. En las calderas de tambor, la mezcla de vapor y agua en las superficies de calentamiento de evaporación 5 circula repetidamente (desde el tambor 2 a través de los tubos de bajada 3 hasta el colector 4 y el tambor 2). Además, en las calderas con circulación forzada (Figura 1.2, b), antes de que el agua ingrese a las superficies de evaporación 5, se instala una bomba adicional 8. En las calderas de flujo directo (Figura 1.2, b), el fluido de trabajo pasa a través de todas las superficies de calentamiento. una vez bajo la acción de la presión desarrollada por la bomba de alimentación 7.
Figura 1.2 - Diagramas de la trayectoria vapor-agua de la caldera: 1 - economizador, 2 - tambor, 3 - tubos de salida, 4 - colector, 5 - pantalla de evaporación, 6 - pantalla de recalentamiento, 7 - bomba de alimentación, 8 - bomba adicional , a - caldera de tambor con circulación natural; b - caldera de tambor con circulación forzada; в - caldera de flujo directo; d - caldera de paso único con circulación forzada
En las calderas de flujo directo de presión subcrítica, las pantallas evaporadoras 5 se ubican en la parte inferior del horno, por lo que se denominan parte de radiación inferior (LRP). Las pantallas ubicadas en las partes media y superior del horno se sobrecalientan predominantemente 6. Se denominan respectivamente parte de radiación media (MRS) o parte de radiación superior (TSP).
Para aumentar la velocidad del movimiento del agua en algunas superficies de calentamiento (como regla, LRF) cuando se enciende una caldera de un solo paso o se opera con cargas reducidas, la recirculación de agua forzada se proporciona con una bomba especial 8 (Figura 1.2, d). Se trata de calderas con recirculación y circulación combinada.
Según el estado de fase de la escoria extraída del horno, se distinguen las calderas con eliminación de cenizas sólidas y líquidas. En las calderas con eliminación de cenizas de fondo sólido (TSHU), la escoria se elimina del horno en estado sólido y en las calderas con eliminación de cenizas de fondo líquido (LFS), en estado fundido.
Las calderas estacionarias se caracterizan por los siguientes parámetros principales: salida de vapor nominal, presión, temperatura del vapor (sobrecalentamiento principal e intermedio) y agua de alimentación. La capacidad nominal de vapor se entiende como la mayor carga (en t / ho kg / s) de una caldera estacionaria, con la que puede operar durante el funcionamiento a largo plazo al quemar el tipo principal de combustible o al suministrar una cantidad nominal de calor. a valores nominales de vapor y agua de alimentación, teniendo en cuenta las desviaciones admisibles ...
Los valores nominales de presión y temperatura del vapor deben asegurarse inmediatamente antes de la línea de vapor al consumidor de vapor a la capacidad nominal de vapor de la caldera (así como la temperatura a la presión nominal y temperatura del agua de alimentación). .
La temperatura nominal de recalentamiento del vapor es la temperatura del vapor directamente detrás del recalentador de la caldera a los valores nominales de presión de vapor, temperatura del agua de alimentación, capacidad de vapor y otros parámetros de recalentamiento del vapor, teniendo en cuenta las desviaciones permisibles.
La temperatura nominal del agua de alimentación es la temperatura del agua que se debe proporcionar antes de ingresar al economizador u otro calentador de agua de alimentación de la caldera (o, si están ausentes, antes de ingresar al tambor) a la capacidad nominal de vapor.
Por la presión del fluido de trabajo, las calderas se distinguen entre presión baja (menos de 1 MPa), media ((1-10) MPa), alta ((10-22,5) MPa) y presión supercrítica (más de 22,5 MPa). Las características más características de la caldera y los parámetros principales se ingresan en su designación. Según GOST 3619-82 E, el tipo de caldera y el tipo de combustible quemado se designan de la siguiente manera: E - circulación natural; Pr - con circulación forzada; P - directo; Пп - directo con sobrecalentamiento intermedio; Ep - tipo de tambor con circulación natural y sobrecalentamiento intermedio; T - con eliminación de cenizas sólidas; F - con eliminación de escoria líquida; G - combustible gaseoso; M - fueloil; B - lignito; K - carbón duro. Por ejemplo, una caldera de flujo directo con sobrecalentamiento intermedio con una capacidad de 2650 t / h con una presión de 25 MPa, una temperatura de vapor de 545 ° C y un sobrecalentamiento intermedio de vapor a 542 ° C sobre lignito con cenizas sólidas de fondo. La eliminación está designada: Пп-2650-25-545 / 5420 BT.
1.4 Propósito y objetivos
El objetivo del proyecto de tesis es aumentar la eficiencia de la planta de calderas mediante la automatización del proceso de encendido.
Para lograr este objetivo, es necesario resolver las siguientes tareas:
Determinar a qué clase pertenece la planta de calderas en el campo de gas de Medvezhye;
Realizar un análisis comparativo de controladores programables;
Desarrollar un diagrama funcional de la automatización de la planta;
Desarrollar un diagrama de cableado para cableado eléctrico;
Cree un esquema general combinado del controlador TEKON-17;
Cree formas de pantalla del software de aplicación del controlador lógico seleccionado;
Implementar un plan para la colocación de equipos;
Construya un diagrama general combinado de uno de los sensores de flujo digitalesYEWFLOW, sobre la base del cual se fabrica una unidad de medición de vapor de la caldera;
Realizar un estudio de viabilidad.
controlador lógico de automatización de calderas
2. Proceso tecnológico de la sala de calderas del UKPG-8
2.1 Investigación del objeto de control
2.1.1 Caldera de vapor de tambor como objeto de control
En la Figura 2.1 se muestra un diagrama esquemático del proceso tecnológico que tiene lugar en una caldera de vapor de tambor, en la Figura 2.2 se muestra un diagrama de circuito de circulación.
Figura 2.1 - Esquema tecnológico básico de una caldera de tambor: 1 - horno, 2 - circuito de circulación, 3 - bajantes, 4 - tambor, 5, 6 - recalentadores, 7 - atemperador, 8 - economizador de agua, 9 - calentador de aire, GPP - válvula de compuerta de vapor principal; RPK - válvula reguladora de alimentación
El combustible ingresa a través de los quemadores al horno 1, donde generalmente se quema mediante un método de antorcha. Para mantener el proceso de combustión, se suministra aire en la cantidad de Q B al horno mediante el ventilador DV. El aire se precalienta en el calentador de aire 9. Los gases de combustión Q Г se aspiran del hogar mediante un extractor de humos ДС. Los gases de combustión pasan a través de las superficies de calentamiento de los sobrecalentadores 5, 6, el economizador de agua 8, el calentador de aire 9 y se eliminan a la atmósfera a través de la chimenea. El proceso de vaporización tiene lugar en los tubos ascendentes del circuito de circulación 2, blindando el horno de cámara y alimentado con agua de los tubos descendentes 3. El vapor saturado D b del tambor 4 ingresa al calentador de vapor, donde se calienta a la temperatura establecida debido a la radiación de la antorcha y al calentamiento por convección con gases de combustión. En este caso, la temperatura de recalentamiento del vapor se controla en el atemperador 7 con la ayuda de la inyección de agua D apt.
Figura 2.2 - Diagrama esquemático del circuito de circulación: 1 - economizador de agua, 2 - parte de evaporación, 3 - tambor, 4 - etapas de recalentamiento, 5 - atemperador
Los principales valores regulados de la caldera son el caudal de vapor sobrecalentado Д пп, su presión Р пп y la temperatura T пп. Además, los siguientes valores deben mantenerse dentro de las tolerancias:
El nivel de agua en el tambor H b (regulado cambiando el suministro de agua de alimentación D pw);
Vacío en la parte superior del horno S t (regulado cambiando el rendimiento de los extractores de humos);
Óptimo exceso de aire detrás del sobrecalentador de O 2 (regulado cambiando el rendimiento de los ventiladores);
Los valores enumerados cambian como resultado de influencias regulatorias y bajo la influencia de perturbaciones externas e internas. La caldera como objeto de control (OU) es un sistema dinámico complejo con varios valores de entrada y salida interconectados (Figura 2.3). Sin embargo, la orientación claramente pronunciada de las secciones individuales a lo largo de los principales canales de influencias reguladoras, como el consumo de agua para inyección D inyectada - sobrecalentamiento t pp, consumo de combustible V t - presión p pp y otros, permite la estabilización de valores controlados utilizando sistemas de circuito único conectados solo a través del objeto de control.
Figura 2.3 - Diagrama de la relación entre las cantidades de entrada y salida en una caldera de tambor
El sistema de control de la caldera de vapor de tambor (BPC) incluye sistemas de control automático autónomo (ACS):
ATS de procesos de combustión y vaporización;
ATS de temperaturas de recalentamiento del vapor;
ETA de procesos nutricionales y régimen hídrico.
2.1.2 Regulación de los procesos de combustión y vaporización
La regulación del proceso de combustión y vaporización se realiza de la siguiente manera.
Los procesos de combustión y vaporización están estrechamente relacionados. La cantidad de combustible quemado en el estado estacionario debe corresponder a la cantidad de vapor generado D b. La carga de calor Dq sirve como un indicador indirecto de la liberación de calor Q "t. La cantidad de vapor, a su vez, debe corresponder al caudal de vapor para la turbina D pp. Un indicador indirecto de esta correspondencia es la presión del vapor en el frente La regulación de los procesos de combustión y vaporización en general se reduce a mantener los siguientes valores cercanos a los valores establecidos:
Presión de vapor sobrecalentado p pp y carga de calor Dq;
Exceso de aire en el horno (contenido de O 2,%) detrás del sobrecalentador, lo que afecta la eficiencia del proceso de combustión;
Vacío en la parte superior del horno S t.
2.1.2.1 Regulación de la presión del vapor sobrecalentado y la carga térmica
La caldera, como objeto de regulación de la presión y la carga térmica, se puede representar en forma de secciones simples, una cámara de combustión; una parte generadora de vapor, que consta de superficies calefactoras ubicadas en la cámara de combustión; tambor y sobrecalentador (Figura 2.1).
Un cambio en la liberación de calor Q "t conduce a un cambio en la producción de vapor D b y la presión de vapor en el tambor P b.
La carga de calor se caracteriza por la cantidad de calor recibido por la superficie de calentamiento por unidad de tiempo y gastado en calentar el agua de la caldera en los tubos de la pared y el generador de vapor. Dinámicamente, no es el valor de la carga térmica en un momento determinado lo que interesa, sino su cambio o incremento DDq después de la aplicación de una perturbación interna o externa. Los incrementos de DDq también se conocen como señal de calor.
Hay varias formas de medir DDq. Los más habituales se basan en la radiación de la llama (continua) y en la caída de presión en el circuito de circulación de la caldera de tambor, entre otros. En la Figura 2.4 se muestra un diagrama esquemático de la formación de DDq.
Figura 2.4 - Esquema de generación de la señal de calor: 1 - sensor de presión de vapor, 2 - diferenciador, 3 - sensor de flujo de vapor, 4 - unidad de medida del dispositivo regulador
Los métodos y esquemas existentes para la regulación automática de la carga de calor y la presión del vapor en la tubería se basan en los principios de regulación por desviación (modo básico) y perturbación (modo de regulación).
El modo básico es el modo de mantener la carga de vapor de la caldera en un nivel dado, independientemente del cambio en la carga eléctrica o térmica total del TPP.
En el modo de regulación, la caldera percibe fluctuaciones en las cargas térmicas y eléctricas de las turbinas. La regulación de la presión del vapor en el modo de regulación es el efecto sobre el caudal del combustible suministrado al horno, dependiendo de la desviación de la presión del vapor en la línea.
Figura 2.5 - Diagrama esquemático de la regulación de la presión del vapor: 1 - horno, 2 - regulador de velocidad, 3 - mecanismo de control de la válvula de control, 4 - regulador de presión, 5 - accionamiento eléctrico
En la Figura 2.5 se muestra un diagrama esquemático de un sistema de control de presión cerrado. En el modo de regulación, la presión del vapor es mantenida por el regulador de presión 4, que actúa sobre el regulador de suministro de combustible al horno 1, y la velocidad del rotor de la turbina es mantenida por el regulador de velocidad rotacional 2 (variante a). En el modo básico, el efecto del regulador de presión 4 debe conmutarse al mecanismo de control de las válvulas de control de la turbina 3 a través del accionamiento eléctrico del sincronizador de la turbina 5 (opción b).
El mantenimiento de una presión de vapor constante en la línea común de un grupo de calderas se asegura cuando la presión en la línea común se desvía al suministrar una determinada cantidad de combustible al horno de cada caldera.
2.1.2.2 Regulación de la eficiencia del proceso de combustión
La eficiencia de la caldera se evalúa por su eficiencia, que es igual a la relación entre el calor útil gastado en generar y recalentar vapor y el calor disponible que podría obtenerse quemando todo el combustible. Mantener un exceso de aire óptimo no solo aumentará la eficiencia, sino que también reducirá la corrosión de la superficie de calentamiento, la formación de compuestos dañinos y otros cambios indeseables.
Uno de los métodos indirectos más representativos para evaluar la eficiencia del proceso de combustión es el análisis de la composición de los gases de combustión que salen del horno.
La principal forma de regular el valor óptimo del exceso de aire detrás del sobrecalentador es cambiar la cantidad de aire suministrado al horno mediante ventiladores de soplado (Dw). Hay varias opciones para los esquemas de control automático del suministro de aire, dependiendo de los métodos para evaluar indirectamente la eficiencia del proceso de combustión por la relación de varias señales.
La regulación de la eficiencia en términos de la relación aire-combustible es la siguiente.
Con una calidad de combustible constante, su consumo y la cantidad de aire necesaria para asegurar la eficiencia de combustión requerida están vinculados por una relación proporcional directa establecida como resultado de las pruebas de funcionamiento. Con combustibles gaseosos, la relación requerida entre la cantidad de gas y aire se lleva a cabo de manera más simple. Sin embargo, medir continuamente el caudal de combustible sólido pulverizado es un problema difícil. Por tanto, el uso del esquema combustible-aire se justifica por combustibles líquidos o gaseosos de composición constante (Figura 2.6, a).
El control de eficiencia de vapor a aire se describe a continuación.
Se requiere una cantidad diferente de aire por unidad de consumo de un combustible (gas) de diferente composición. Se requiere la misma cantidad de aire por unidad de calor liberada durante la combustión de cualquier tipo de combustible. Por lo tanto, si evaluamos la liberación de calor en el horno por la tasa de flujo de vapor y cambiamos la tasa de flujo de vapor, entonces es posible mantener un exceso de aire óptimo (Figura 2.6, b).
La regulación de la eficiencia en términos de relación calor-aire se lleva a cabo de la siguiente manera.
Si la liberación de calor en el horno Q "t se estima mediante la tasa de flujo del vapor sobrecalentado y la tasa de cambio en la presión del vapor en el tambor, entonces la inercia de esta señal total bajo perturbaciones del horno será significativamente menor que la inercia. de una señal en términos del flujo de vapor D pp. La cantidad de aire correspondiente a una liberación de calor dada se mide por la caída de presión a través de La diferencia entre estas señales se usa como una señal de entrada al regulador de economía (Figura 2.6, c) La regulación de la economía según la relación aire de referencia (carga-aire) con corrección de O 2 se realiza de la siguiente manera.
Sin embargo, la implementación de este método es difícil debido a la falta de confiabilidad y analizadores de oxígeno de alta velocidad. En los esquemas de puesta al aire con corrección adicional de O 2, generalmente se combinan con el principio de control de perturbaciones y desviaciones (Figura 2.6, d). El regulador de suministro de aire 1 cambia su caudal de acuerdo con una señal del regulador de presión principal o correctivo 5, que es un sensor regulador automático basado en la carga de la caldera.
Figura 2.6 - Regulación del suministro de aire según la relación: 1 - regulador de suministro de aire, 2 - cuerpo regulador, 3 - diferenciador, 4 - regulador de aire corrector, 5 - regulador de presión de vapor sobrecalentado corrector (regulador de referencia de carga); a - combustible-aire, b - vapor-aire, c - calor-aire, d - carga-aire con corrección de O 2
La señal proporcional al caudal de aire DP vp actúa como en otros esquemas: en primer lugar, elimina la perturbación en el caudal de aire, que no está relacionada con la regulación de la eficiencia; En segundo lugar, ayuda a estabilizar el proceso de regulación del suministro de aire en sí, porque sirve simultáneamente como una señal de fuerte retroalimentación negativa. Una señal adicional para el contenido de O 2 aumenta la precisión de mantener el exceso de aire óptimo.
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La eficiencia económica es la eficacia del uso de los recursos. Se determina comparando los resultados y los costos gastados para lograr estos resultados.
Para determinar la eficiencia de la producción a nivel empresarial, se adopta un sistema de indicadores, que incluye generalización e indicadores diferenciados.
Los indicadores diferenciados incluyen indicadores que se utilizan para analizar el uso efectivo de ciertos tipos de recursos.
Los indicadores generalizadores caracterizan la eficiencia económica de utilizar un conjunto de recursos.
El rendimiento de los activos caracteriza el nivel de uso de los activos fijos del sitio. Los activos de producción fijos incluyen el valor en libros de todos los tipos de grupos de activos de producción. El cálculo del rendimiento de los activos se realiza de acuerdo con la fórmula:
¿Dónde está la tarifa promedio por 1 GJ de calor, rublos?
La tarifa promedio por 1 GJ de calor suministrado es un 28% más alta que el costo de 1 GJ de calor suministrado y está determinada por la fórmula:
La intensidad de capital muestra el número de activos fijos invertidos para obtener 1 rub. productos.
La relación capital-trabajo está determinada por la fórmula, mil rublos / persona
La productividad laboral se estima por la relación de servicio y está determinada por la fórmula, MW / persona
Dónde está el número de personal operativo, personas.
El salario mensual promedio de los empleados se determina mediante la fórmula:
El salario mensual promedio de los trabajadores está determinado por la fórmula:
Dónde está el número de trabajadores (principales y auxiliares). gente
El beneficio recibido del suministro anual de calor de la sala de calderas está determinado por la fórmula:
No todos los beneficios recibidos por la empresa quedan a su disposición. La empresa debe pagar el impuesto sobre la propiedad y el impuesto sobre la renta, si hay sanciones. El resto de las ganancias se destina a la empresa.
Dónde está el monto del impuesto sobre la renta, rublos.
Donde es la tasa del impuesto sobre la renta, según la legislación vigente,%.
La rentabilidad es un valor relativo, expresado como porcentaje, y que caracteriza la eficiencia de utilizar los recursos laborales materializados o los costos de producción actuales en la producción.
Se determinan los siguientes indicadores de rentabilidad: el nivel de rentabilidad del calor suministrado, el nivel de rentabilidad del capital social, el nivel de retorno de la inversión.
El nivel de rentabilidad del calor suministrado está determinado por la fórmula,
El nivel de rendimiento sobre el capital está determinado por la fórmula,
Todos los resultados obtenidos en los apartados 1 y 2 se resumen en la Tabla 6.
Tabla 6- Principales indicadores técnicos y económicos de la sala de calderas
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Nombre |
Justificación |
Indicadores |
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Capacidad instalada de la sala de calderas, MW |
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Producción de calor anual, GJ / año |
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Suministro de calor anual, GJ / año |
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El número de horas de uso de la capacidad instalada, h / año |
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Consumo específico de combustible por 1 GJ de calor liberado:
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Consumo anual de combustible en la sala de calderas:
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Consumo específico de energía eléctrica para necesidades auxiliares, kW / MW |
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Potencia instalada de pantógrafos, kW |
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Consumo específico de agua, t / GJ |
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Consumo anual de agua, t / año |
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Deducciones por depreciación, miles de rublos. |
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Número de personal, personas |
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Fondo de salarios para empleados, miles de rublos. |
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Salario mensual medio, miles de rublos / mes:
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Costos operativos anuales, miles de rublos / año. |
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Costo de 1 GJ de calor suministrado, RUB / GJ |
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Retorno de activos |
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Intensidad de capital |
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Relación capital-trabajo, miles de rublos / persona |
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Beneficio, mil rublos |
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Beneficio neto, mil rublos |
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Rentabilidad del calor liberado,% |
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Rentabilidad sobre recursos propios,% |
