Автоматизация процесса парообразования в котле ДКВР-20-13 на "Третьем Березниковском калийном производственном рудоуправлении" ОАО "Уралкалий"
1 Описание технологического процесса
Современная котельная установка представляет собой сложное техническое сооружение. Она состоит из котельного агрегата ДКВР-20-13 и котельного вспомогательного оборудования. Продукцией котельного цеха является насыщенный водяной пар требуемых параметров, используемый на технологические нужды.
В состав котельного агрегата входят: паровой котёл, топка, водяной экономайзер, обмуровка, а также арматура.
Котёл типа ДКВР-20-13 представляет собой вертикально-водотрубный двухбарабанный паровой котёл с естественной циркуляцией. Котёл имеет два одинаковых по длине и диаметру барабана. Топочная камера полностью экранирована трубами. Для повышения экономичности работы котёл снабжают чугунным водяным экономайзером, который позволяет снизить температуру уходящих газов.
К вспомогательному котельному оборудованию относятся тягодутьевые и питательные устройства, оборудование водоподготовки, топливоподачи, системы шлакозолоудаления и золоулавливания, а также контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации.
В качестве основного топлива на производстве используется попутный нефтяной газ, в качестве резервного топлива мазут.
Насыщенный водяной пар используется на технологические нужды других основных цехов, горячая хозяйственно-питьевая вода поступает в систему хозяйственно-питьевого водоснабжения и используется на хозяйственно-бытовые нужды. Характеристики основного сырья и энергоресурсов приведены ниже в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Характеристики основного сырья и энергоресурсов
№ п/п |
Наименование |
Показатель |
Норма |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
Исходная вода |
Общая жесткость, мг·экв/дм3 Щелочность общая, мг·экв/дм3 Хлориды, мг·экв/дм3 |
22,0 1,5-2,6 Не нормируются |
|
2 |
Кварцевый песок |
Размер зерен, мм |
0,5-1,5 |
|
3 |
Катионит марки КУ2-8 ГОСТ 20298-74 |
Размер зерен, мм |
0,3-1,25 |
|
4 |
Топливо нефтяное мазут ГОСТ 10585-99, Марка 100 |
Вязкость кинематическая, сСт при 80 °С, не более Температура вспышки в открытом тигле, °С, не более Массовая доля механических примесей, %, не более Массовая доля воды, %, не более Теплота сгорания (низшая) в пересчете на сухое топливо кДж/кг, не менее |
118 110 1,0 1,0 39900 |
|
5 |
Попутный нефтяной газ |
Теплота сгорания низшая, МДж/м3 (ккал/м3) при 20°С и 101,325 кПа, не менее Область значений числа Воббе (низшего) МДж/м3 (ккал/м3) Объемная доля кислорода, %, не более Масса механических примесей в 1 м3, не более Давление, МПа |
31,8 (7600) 41,2-54,5 (9850-13000) 1,0 0,001 0,5-0,6 |
Продукцией паровой котельной является насыщенный водяной пар и горячая хозяйственно-питьевая вода, характеристики которой приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2
Характеристики продукции
№ п/п |
Наименование |
Показатель |
Норма |
|
1 |
Насыщенный водяной пар |
Общая жесткость, Мкг·экв/дм3, не более Температура, °С, не более Давление, МПа, не более |
15 160 0,7 |
|
2 |
Горячая хозяйственно-питьевая вода |
Температура, °С, не более Давление, МПа, не более |
70 0,6 |
Процесс получения пара протекает в следующем порядке. Центробежными насосами питательная вода непрерывно подается в барабан котла. Ее давление составляет 14 кгс/см2, это выше чем давления вырабатываемого пара. Прежде чем попасть в барабан котла, питательная вода с расходом 15-25 т/ч в зависимости от нагрузки проходит через экономайзер позиция 3, подогреваясь до температуры примерно на 40 °С ниже, чем температура насыщенного пара в котле примерно 190 °С. Барабан котла позиция 6 служит распределителем котловой воды и сборником образующего пара. С помощью опускных труб вода из барабана поступает в нижние коллекторы (сборники или распределители), к которым присоединяются трубы экранов, вертикально установленные по внутренним стенкам топочной камеры. Другим концом экранные трубы присоединяются к барабану котла. Как говорилось, экранные трубы представляют поверхность нагрева котла и предназначены для получения пара, кроме того, они защищают стенки топочной камеры от температуры. В результате радиационного (лучевого) нагрева экранных труб находящаяся в них вода закипает, образовавшиеся пузырьки пара стремятся вверх, увлекая за собой еще не вскипевшую воду. По направлению к барабану котла в трубах экрана образуется поток пароводяной смеси. Так как гидростатическое давление пароводяной смеси (эмульсии) в экранных трубах меньше, чем вес столба воды в опускных трубах, то в замкнутой гидравлической системе (барабан котла -- опускные трубы -- нижние коллекторы -- экранные трубы -- барабан котла) образуется устойчивое движение (естественная циркуляция).
Продукты сгорания сначала охлаждаются в топочной камере котла ДКВР 20-13 позиция 5, отдавая тепло радиационным способом экранным трубам, затем охлаждаются за счет конвекции, проходя через экономайзер позиции 3. Дымовые газы (продукты сгорания) из топки с температурой 360°С и разряжением -0,94 кПа, отсасываются дымососом позиция 4, проходят через водяной экономайзер позиции 3, на выходе температура устанавливается 200 °С выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Для обеспечения нормального режима горения топлива в топку вентилятором позиция 1 подается воздух.
Таким образом в топку котла подаются топливо с температурой +5 °С, с расходом 1500 нм3/ч, давлением газа до заслонки 3,8 кПа, давление газа после заслонки 3,7 кПа и давление воздуха 1,9 кПа. В барабан котла подается питательная вода, а отбирается водяной насыщенный пар, расход которого составляет 10-20 т/ч. Регулирование процессов горения и питания паровых котлов сводится к управлению подачей топлива, воздуха, тяги и воды. Способ регулирования процесса горения определяется в первую очередь способом сжигания топлива и конструкцией топочного устройства.
Подача воды в барабан котла регулируется таким образом, чтобы уровень воды в барабане, оставался на уровне 0 мм., то есть уровень воды держался середины барабана. Таким образом, парообразование получается максимальным, что повышает производительность котла.[4,5]