Модернизация системы управления на базе контроллера SIMATIC S7 фирмы Siemens
1.2 Физико-химические основы процессов производства
Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в котельной, являются:
- процесс горения топлива;
- процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой;
- процесс нагрева воды.
Во время работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя [1].
В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается горячая вода заданного давления и температуры.
Процессы нагрева воды и передачи энергии в котлоагрегате однозначно связаны с количеством вещества в потоках рабочего тела и теплоносителя. Горение топлива является сложным физико-химическим процессом. Химическая сторона горения представляет собой процесс окисления его горючих элементов кислородом, проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла. Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива. Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно во времени, частично накладываются одна на другую.
Расчет процесса горения обычно сводится к определению количества воздуха в м3, необходимого для сгорания единицы массы или объема топлива количества и состава теплового баланса и определению температуры горения. водогрейная котельная контроллер технологический
Процесс теплообмена в котле идет через водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, называющиеся поверхностью нагрева. Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими топочными газами или воспринимают тепловую энергию лучеиспусканием. Таким образом, в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется на конвективные и радиационные. Количество тепла, передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения поверхности нагрева. Это напряжение ограничена, во-первых, свойствами материала поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.
Интенсивность коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разность температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем выше чистота поверхности.
Основные факторы, влияющие на процесс теплообмена:
- площадь поверхности теплообмена;
- коэффициент теплопроводности;
- разность температур;
- количество пластин в теплообменнике.
1.2.1 Описание схемы технологического процесса
В схеме котельной можно выделить три контура.
Котловой контур состоит из трех водогрейных котлов, два их которых являются основными с номинальной мощностью 1040 кВт, а один резервный с номинальной мощностью 360 кВт, установленных параллельно, котловых насосов, производительностью 60 м3/ч и 21 м3/ч и термогидравлического разделителя.
Термогидравлический разделитель - это вертикальная перемычка с диаметром, превышающим диаметр коллекторов в 3-5 раз, где за счет низких скоростей происходит эффективный теплообмен, причем этот узел позволяет разделить контуры регулирования и сделать их «независимыми». Оптимальный режим, благоприятный для оборудования, при котором достигается наивысший КПД создается, если в котловом контуре поддерживается температура около 90-95°С. На теплообменник температура регулируется в зависимости от разницы между температурным графиком подачи теплотрассы, зависящим от температуры наружного воздуха, и фактической температурой подачи теплотрассы.
В данном контуре вода подогревается до нужной температуры в зависимости от температуры на улице и далее попадает во второй контур.
Контур теплообменников состоит из пластинчатых теплообменников и двух насосов (рисунок 1.2).
1 - неподвижная плита с присоединительными патрубками; 2 - задняя прижимная плита; 3 - теплообменные пластины с уплотнительными прокладками; 4 - верхняя направляющая; 5 - нижняя направляющая.; 6 - задняя стойка; 7 - комплект резьбовых шпилек
Рисунок 1.2 - Строение теплообменника
Пластинчатый теплообменник - это устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодной (нагреваемой) среде через стальные гофрированные пластины, которые установлены в раму и стянуты в пакет [2].
Такая конструкция теплообменника обеспечивает эффективную компоновку теплообменной поверхности и, соответственно, малые габариты самого аппарата.
Все пластины в пакете одинаковы, только развернуты одна за другой на 180°C, поэтому при стягивании пакета пластин образуются каналы, по которым и протекают жидкости, участвующие в теплообмене. Такая установка пластин обеспечивает чередование горячих и холодных каналов.
В процессе теплообмена жидкости движутся навстречу друг другу (в противотоке). В местах их возможного перетекания находится либо стальная пластина, либо двойное резиновое уплотнение, что практически исключает смешение жидкостей (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 - Направление потоков в теплообменнике
Вид гофрирования пластин и их количество, устанавливаемое в раму, зависят от эксплуатационных требований к пластинчатому теплообменнику. Материал, из которого изготавливаются пластины, может быть различным: от недорогой нержавеющей стали до различных сплавов, способных работать с агрессивными жидкостями.
Материалы для изготовления уплотнительных прокладок также различаются в зависимости от условий применения пластинчатых теплообменников. Обычно используются различные полимеры на основе натуральных или синтетических каучуков.
Вода, нагретая в котлах, попадает в теплообменники и в зависимости от интенсивности работы насосов второго контура, производительностью 60 м3/ч, которая задается ПИД - регулятором, происходит нагрев воды в третьем контуре.
Третий контур состоит из теплообменников, мощностью 894400 ккал/час, теплотрассы и сетевых насосов, производительностью 60 м3/ч. Вода третьего контура, нагретая в теплообменниках, проходит по теплотрассе и попадает к потребителю. Циркуляция воды в третьем контуре обеспечивается непрерывной работой одного из двух сетевых насосов.