Оборудование котла «Кригер» ОАО «Индиго»

котельный теплоснабжение топка конвективный В настоящее время одним из основных путей экономии топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в энергетике является использование в качестве топлива местных видов топлива и повышение эффективности их использования путем утилизации тепла уходящих газов.

Биотопливо — термин, использующийся в сельском хозяйстве для органических материалов, при разложении которых выделяется тепло (навоз и др.), в последнее время все чаще применяется для топлива на основе растительной массы — древесины, остатков переработки сельхоз культур и т. д. Использование биотоплива в тепловой энергетике имеет свои особенности. Биотопливо — местный вид топлива, в большинстве случаев использующийся для целей энергоснабжения на месте получения отходов, будь то опилки, горбыль или шелуха гречихи. Это связано в первую очередь с низкой теплотой сгорания неподготовленного топлива (опил, щепа, и т. д.) и большими расходами на транспортировку, однако стремительно набирает силу производство топливных гранул из древесного сырья, что делает транспортировку топлива и более широкое применение экономически выгодным, в частности, в коммунальном хозяйстве, как серьезная альтернатива газу или углю.

Огромные ресурсы биотоплива гниют на свалке. Легко транспортируемый газ лучше продавать в Европу, а биотопливо использовать на месте.

В действительности на настоящий момент основными потребителями тепловой энергии от сжигания биомассы становятся деревоперерабатывающие предприятия, где часто проектированием, подбором оборудования занимаются без привлечения специализированных организаций. Для многих предприятий лесной отрасли проблема утилизации отходов стоит очень остро, применение котлов сжигающих горбыль, опил, щепу, позволяет отходы превратить в доходы.

Исходя из такой специфики использования оборудования и учитывая широкий разброс характеристик, заявляемых производителями котельных установок, не лишним будет разобраться в основных параметрах более подробно.

Одной из основных характеристик при выборе котла, работающего на отходах древесины, можно считать расход топлива. В случае газа или жидкого топлива все более или менее просто. Указанный в паспорте котла расход и будет в реальности, если производитель не соврал.

Теплота сгорания стволовой древесины зависит только от двух величин: зольности и влажности. Низшая теплота сгорания горючей массы (сухой беззольной) стволовой древесины практически постоянна и равна 18,9 МДж/кг (4510 ккал/кг). Такая же характеристика у пеллет. Низшая теплота сгорания горючей массы природного газа 33МДж/м³ (40МДж/кг). Для получения одного количества теплоты при помощи газа необходимо в 2,1 раза меньше, чем при использовании сухой древесины. Сравним цены: 1000 м³ газа стоят в России 3300 рубл (1 тона — 3833 рубл.), пеллеты от 6000 до 7000 рублей за тонну без доставки.). Для получения одного количества теплоты при помощи газа необходимо денежных средств в 3,6 раза меньше, чем при использовании сухой древесины. Эти цифры получены для сухих отходов, на практике же влажность древесных отходов не бывает ниже 40%, то есть эти цифры можно ещё почти в 2 раза увеличивать. В рекламных материалах украинского завода «Кригер» замена газового котла на котёл КВм (а) — 0,82, работающий на древесных отходах окупается в течении двух лет эксплуатации (газ там стоит 5515 рублей за 1000 м³, а отходы по 251 рублю за тону).

Использование древесных и растительных отходов может быть выгодно пока только при наличии отходов собственного производства. Тогда получение тепла из них дает двойной эффект: получение тепла и уменьшение в десятки раз объёмов утилизации отходов.

По причине прекращения деревообрабатывающего производства на рассматриваемом заводе «Инвидо» встал вопрос о топливе для двух котлов КВм (а) — 0,82, обеспечивающих отопление производственных помещений горячее водоснабжение.

Котёл КВм (а) — 0,82 может работать как на сыпучих древесных отходах, так и на газе и одновременно на двух этих топливах. При переходе на работу котла от автоматизированной горелки необходимо засыпать реторту золой (шлаком), уложить огневую дорожку из шамотного кирпича на зону колосниковой решетки с целью предотвращения перегрева и выгорания реторты, колосников и исключения возможности подсосов воздуха через корпус шнека.

При появлении дешёвых древесных отходов переход с газа на них не займёт много времени.

Экономить можно при работе на газе и на влажных древесных от ходах только совершенствуя процесс получения теплоты. Что можно добиться только увеличением коэффициента полезного действия котла и уменьшением потерь в теплосетях.

Проблема экономного расходования газа актуальна для всего мирового сообщества. Именно этим и объясняется быстрое развитие техники глубокого охлаждения дымовых газов, начатое более 40 лет назад в СССР, а затем спустя 10−15 лет в странах Западной Европы и США, которые по продвижению этих работ на много опередили современную Россию. Коэффициент использования высшей теплоты сгорания топлива (то есть его скрытой теплоты парообразования водяных паров в отходящих продуктах сгорания) является в современном мире показателем развития уровня техники.

Основным резервом повышения экономичности котельных установок является использование теплоты конденсации паров, содержащихся в уходящих газах. В первую очередь это относится к котельным, обслуживающим системы отопления и ГВС. Для создания конденсационного режима работы водогрейного котла (режима конденсации паров из дымовых газов) необходимо, чтобы поверхности теплообмена, с которыми контактируют уходящие газы, имели температуру ниже точки росы. Если в котельной предусмотрен контур ГВС, то обеспечить такой режим работы котла можно, за счет подачи в конденсационный утилизатор тепловой энергии (КУ) воды из системы холодного водоснабжения.

Для повышения энергоэффективности котельных установок малой и средней мощности, работающих на газообразном топливе, широко применяются конденсационные теплоутилизационные системы. При разработке таких систем с охлаждением продуктов сгорания топлива ниже точки росы становится актуальным создание надежного и достоверного метода теплового расчета аппарата поверхностного типа, в котором осуществляется конденсация водяного пара из парогазовой смеси.

Широкое распространение конденсационных поверхностных котлов и конденсационных блоков-приставок (экономайзеров) к традиционным котлам объясняется соображениями не только энергосбережения, но и экологическими, поскольку определенное количество вредных оксидов углерода, азота и серы (если она содержится в топливе) растворяется в конденсате. Именно благодаря этому и снижается рН конденсата.

В наши дни теплота конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания топлива, может быть использована в промышленных котельных: коррозионностойкие материалы теплообменников, нечувствительные к влаге тракты продуктов сгорания и дымовые трубы обеспечивают длительную эксплуатацию оборудования без повреждений.

Для промышленных котельных реализация надежной и проверенной технологии полного использования теплоты сгорания топлива позволяет владельцам уменьшить эксплуатационные затраты и внести свой вклад в снижение техногенной нагрузки на окружающую среду, в частности, в сокращение эмиссии в атмосферу СО. При существующем уровне мировых цен на топливо постоянное применение данных решений позволяет окупить дополнительные затраты менее чем за два года.

Когда сравниваются характеристики привычных топлив для котельных, значимых для реализации конденсационной технологии, природный газ обеспечивает наибольшую рентабельность (табл. 1). Он характеризуется самыми высокими содержанием влаги в продуктах сгорания, температурой образования (точка росы) и значением рН конденсата.

Таблица 1. Характеристика некоторых видов топлива.

Преимущество в использовании конденсациооной технологии в утилизации тепла продуктов сгорания имеют котлы работающие на природном газе, чем выше процентное содержание метана в газе, тем больший потенциал получения дополнительного тепла от конденсации водяных паров в продуктах сгорания.

Таким образом, в конденсационных поверхностных аппаратах наряду со снижением удельного расхода топлива уменьшаются и вредные выбросы в атмосферу, правда, при этом добавляется проблема нейтрализации конденсата перед его сбросом в канализацию.

Снижение вредных выбросов в поверхностных конденсационных утилизаторах в определенной степени достигается также и за счет уменьшения расхода топлива, а не только за счет растворения газов в конденсатной пленке. В тех случаях, когда концентрация вредных выбросов в конденсационных котлах превышает нормативную, требуется установка устройств для мокрой очистки газов типа скрубберной, поскольку для более полного улавливания вредных выбросов необходима, как и для тепло — и массообмена, большая поверхность контакта и другие условия орошения, аналогичные тем, которые достигаются в контактных экономайзерах. Отсюда нетрудно сделать вывод о том, что, во всяком случае, с точки зрения экологической, последние имеют несомненные преимущества перед конденсационными поверхностными теплообменниками. [10, С. 248].

В зарубежных периодических изданиях опубликовано немало данных о теплотехнических показателях поверхностных конденсационных теплообменников разных модификаций и типов.

По металлоемкости конденсационный поверхностный теплообменник, изготовленный из оребрённых труб (например калориферы КСк ТУ22−119−69−2001), почти не уступает чисто контактному, а может быть, даже выгоднее. Контактно-поверхностные теплообменники по металлоемкости уступают лучшим поверхностным.

Аэродинамическое сопротивление контактных и конденсационных поверхностных теплообменников примерно одинаковое. Определенные преимущества контактных теплообменников — весьма простые технология и материал изготовления (листовая сталь). Для поверхностных конденсационных агрегатов серьезной технологической операцией служит оребрение гладких труб, а применение более дефицитных труб — несомненным недостатком. [10, С. 250].

Если исходить из того, что в нормально эксплуатируемом котле коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания природного газа составляет около 1,1−1,3, то точка росы таких газов близка к 53−55°С. Из этого следует, что для работы котла в режиме конденсации всей его конвективной части требуется, чтобы температура нагрева воды в конвективном пакете не превышала 50 °C. В топках водогрейных котлов малой производительности обычно передается не менее 60% теплоты, воспринимаемой котлом.

Следовательно, перепад температур в отопительной системе при температуре обратной воды 20 °C должен быть:

(50 — 20)/(1,0 — 0,6) =75°С, то есть температура нагретой воды 20 + 75 = 95 °C.

При температуре обратной воды 30 °C температура воды на выходе из котла должна быть (50 -30)/(1,0−0,6)+30 = 80 °C.

Аналогичным образом, при температуре обратной воды 40 °C температура ее на выходе из котла должна быть не более:

(50 — 40)/(1,0 — 0,6)+40 = 65 °C.

Отсюда следует, что применение поверхностных конденсационных утилизаторов в водогрейных котлах для обычного перепада в системе отопления 95/70°С неприемлемо, поскольку конденсация части водяных паров была бы возможна лишь в наиболее теплое время отопительного сезона, когда температура обратной воды ниже 40−50°С. [10, С. 242].

Область применения конденсационных утилизаторов это системы горячего водоснабжения (ГВС), где температура воды, идущей в утилизатор всегда ниже 20 °C. Но и здесь есть проблемы, связанные с суточной неравномерностью расхода воды. Необходима автоматическая связь с параметрами (температурой воды на выходе из утилизатора) и подачей уходящих газов в утилизатор. При прекращении расходы воды на ГВС и повышении температуры её — должен открываться обводной газоход (байпас) и закрываться подача уходящих газов на утилизатор. Другой путь — использовать баки аккумуляторы ГВС, которые заполняются в периоды отсутствия потребления ГВС и расходуются в пиковые периоды. Эти задачи и решаются в данной работе.

В России положительный опыт внедрения конденсационных теплоутилизаторов поверхностного типа получен институтом Сантехпроект (г. Горький) и Ульяновским государственным техническим университетом, которые разработали установки утилизации тепла уходящих газов паровых котлов типа ДЕ-10−14 ГМ при работе котельной на природном газе. Теплоутилизаторы выполнены на базе калориферов КСк-4−11 Костромского калориферного завода (Минстройдормаш), смонтированы на всасывающей стороне дымососа.

1. Теоретическая часть.

1.1 Основные цели и задачи проектирования.

В настоящем выпускной квалификационной работе ставится задача о переводе водогрейного котла KRIEGER КВм (а) — 0.82 с твердого топлива (древесные отходы) на природный газ и повышения эффективности котельной за счет внедрения в систему экономайзера для предварительного нагрева воды ГВС.

Данное мероприятие имеет ряд преимуществ:

значительно снижаются выбросы в окружающую среду;

нет необходимости складирования запасов топлива;

газовое топливо нет необходимости доставлять каким-либо видом транспорта.

Кроме того, замена в котлах твердого и жидкого топлив газовым позволяет увеличить их производительность за счет:

повышения теплового напряжения топочного объема;

правильного выбора количества горелок, их конструкции и мест установки;

улучшения условий теплопередачи в конвективной части котла благодаря уменьшению загрязненности поверхностей нагрева;

увеличения к.п.д. котла благодаря отсутствию потерь тепла с механическим и химическим недожогами;

возможности сжигания газа с меньшими избытками воздуха.

Основной целью котельной энергоснабжения является обеспечение бесперебойной работы основного оборудования и снабжения тепловой энергией потребителя.

Цель выпускной квалификационной работы:

Повысить эффективность котельной за счёт перевода на газовое топливо и утилизации тепла уходящих газов.

При этом должны быть решены задачи:

— переоборудование топливоподачи;

— оценка работы котла на газе и на твёрдом топливе;

— оценка потери с уходящими газами с учётом скрытой теплоты парообразования;

— определение схемы подключения конденсационного утилизатора (КУ);

— определение возможности обеспечения нагрева ГВС от КУ на различных режимах;

— тепловой расчёт КУ;

— подбор стандартного калорифера КСк в качестве КУ;

— расчёт экономии топлива при использовании КУ;

— расчёт уменьшения выбросов углекислого газа при использовании КУ;

— расчёт экономической эффективности проведённых мероприятий и срока окупаемости.

1.2 Описание объекта.

Для устойчивого функционирования производства и обеспечения жизнедеятельности подразделений ОАО «Инвидо» требуются следующие виды энергии и ресурсов:

— электроэнергия — покупная;

— тепловая энергия — теплоноситель;

— горячая вода; топливо — пеллеты (щепа) — покупной;

— вода ХВС — покупная.

Для снабжения данными энергоресурсами, котельная состоит из 5 участков:

Участок-1 электропотребления обеспечивает подачу электроэнергии на нужды производства.

Участок-2 потребляет энергоресурс (ХВС) и распределяет на нужды производства.

Участок-3 производит тепловую энергию.

Участок-4 распределяет тепловую энергию потребителю.

Участок-5 подачи топлива на нужды производства.

Отапливаемая площадь:

производственного цеха 7128 кв. м.,.

административного корпуса — 1300 кв. м.

Длина теплотрассы 300 м Функциональная схема обвязки котельной приведена на рис. 1, а схема теплотрассы на рис. 2.

Рисунок 1. Функциональная схема обвязки котельной:

Т1-подача отопления; Т2-обратка отопления; Т3-ГВС; В1-ХВС; ТА1 и ТА2-водоводяные подогреватели ГВС Рисунок 2. Схема теплотрассы предприятия.

Котёл отопительный водогрейный КВм (а) — 0,82 основной агрегат в котельной, изготовленный в соответствии с ГОСТ 10 617; НПАОП 0.00−1.26 и ТУ У 28.2−13 568 630.009−2003, работающий на твёрдом, сыпучем и газообразном видах топлива, с рабочим давлением воды 0,25 МПа (2,5 кгс/см²), температурой до 95С, предназначен для теплоснабжения зданий и сооружений различного назначения и устанавливается в котельных, оборудованных системами водоподготовки и топливоподачи. Основные характеристики котла приведены в таблице 2. Продольный и поперечный разрезы котла приведены на рисунках 3 4.

Условное обозначение котла:

Котёл отопительный водогрейный КВм (а) — 0,82−01 ТУ У 28.2−13 568 630.009−2003 (с механической подачей сыпучего топлива и автоматизированной горелкой для газа).

Таблица 2. Технические характеристики котла отопительного водогрейный КВм (а) — 0,82.

При переходе на работу котла от автоматизированной горелки, засыпать реторту золой (шлаком), уложить огневую дорожку из шамотного кирпича на зону колосниковой решетки с целью предотвращения перегрева и выгорания реторты, колосников и исключения возможности подсосов воздуха через корпус шнека.

Для предотвращения разрушения теплоизоляции нижней дверцы прямое воздействие на неё пламени НЕ ДОПУСКАЕТСЯ!

Качество сетевой подпиточной воды водогрейного котла должно соответствовать требованиям ГОСТ 2874–82, «Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0.07МПа (0.7 кгс/см²), водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 95С» НПАОП 0.00−1.26−96 и СН и П -35−76.

Качество сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов нормируется по следующим показателям, приведённым в таблице 3.

Водный режим должен обеспечивать работу котла без повреждения его элементов вследствие отложений накипи и шлама или в результате коррозии металла. Выбор способов обработки воды для питания котла и подпитки системы отопления должен производится специализированной (проектной, наладочной) организацией. Эксплуатация котлов без докотловой обработки воды запрещается.

Таблица.3. Нормируемые показатели качества подпиточной воды.

Рисунок 3. Продольный разрез котла Рисунок 4. Поперечный разрез котла.

1.3 Устройство и принцип работы котельной установки.

Устройство котла.

Основание котла 6 (см. рис 3−4) представляет собой сварную конструкцию и включает в себя: зольник 37, сборную колосниковую решетку 38, реторту 39 и рукава 40,41 для механической подачи топлива и дутьевого воздуха. Сзади предусмотрена дверца для осмотра и очистки подколосниковой зоны. Верхняя часть основания, не ограниченная колосниковой решеткой и зольник теплоизолированны огнеупорным кирпичом 42.

Колосники выполнены из жаростойкого чугуна и имеют отверстия для дутья.

Корпус котла 43 конструктивно представляет собой топку, ограниченную металлической обечайкой 44, выложенной с внутренней стороны огнеупорным кирпичом 45, нижнего 46 и верхнего 47 пучка труб конвективной части котла. В задних стенках котла и обечайки имеются отверстия 48 для вторичного дутья и патрубок 49 с присоединительным фланцем для установки газовой горелки.

Нижняя часть топки ограничена основанием котла.

При неподключенной газовой горелке присоединительный патрубок закрывается теплоизолированной заглушкой 8.

Для осмотра и чистки топки и трубных пучков спереди котла предусмотрены теплоизолированные дверцы 51 и 52. В нижних дверцах для наблюдения и контроля над процессом горения расположено смотровое окно 53.

Переходник дымовых газов 54 состоит из внутреннего и наружного кожухов с теплоизоляцией. С правой и левой сторон переходника расположены технологические дверцы 55 для его осмотра и удаления золы и сажи. Одновременно они выполняют функцию взрывного клапана. Данные дверцы закрываются защитными щитками 50. Переходник соединяет нижний и верхний трубные пучки и обеспечивает переход дымовых газов из одного в другой.

После вентилятора 11 расположен распределитель дутьевого воздуха с регулируемыми заслонками. Он предназначен для распределения и регулирования дутьевого воздуха в первичную и вторичную зоны топки.

Корпус котла 43 теплоизолирован и закрыт декоративной обшивкой.

Устройство подачи топлива 10 представляет собой емкость цилиндрической формы, с расположенным на днище ворошителем, приводимым в движение шнековым транспортером с приводом от мотор — редуктора. В нижней части емкости расположена дверца со смотровым окном. Бункер оборудован ручной и автоматической системой контроля возгорания топлива.

В конструкции бункера предусмотрены датчики контроля уровня топлива, позволяющие производить его автоматическую загрузку от специального устройства.

Шибер дымохода 13 с регулируемой заслонкой предназначен для регулирования разряжения за котлом.

Воздухоподогреватель 12 с вмонтированным прямоточным циклоном соединен с вентилятором 11 гибкой трубой из нержавеющей стали 17. Гибкая труба закрепляется при помощи хомутов крепления трубы 18. Прямоточный циклон соединяется с емкостью для сбора золы 16 гибкой трубой из нержавеющей стали 14. Труба закреплена при помощи хомутов крепления трубы 15. С дымососом 2 воздухоподогреватель соединяется гибкой трубой из нержавеющей стали 20. Гибкая труба закреплена хомутами крепления трубы 21.

Для контроля за работой котла и газовой горелкой предусмотрен пульт УКС 36, приборы и датчики КИП и, А (смотри приложение 2).

Настройка режимов работы и управление газовой горелкой осуществляется с блока управления горелки, входящего в комплект поставки горелки.

Данные об основных элементах котла, о трубах и трубопроводах в пределах котла приведены в таблице 4.

Таблица 4. Перечень конструктивных элементов котла.

Принцип работы котла.

Топливо из устройства подачи топлива при помощи шнекового транспортера подается в реторту и распределяется по колосниковой решетке, где происходит его сгорание. Образующиеся летучие остатки неполного сгорания догорают в зоне вторичного дутья.

Дымовые газы из топки попадают в нижний и верхний пучок дымогарных труб, отдавая своё тепло воде, поступают в дымоход и с помощью дымососа 2 через воздухоподогреватель с прямоточным циклоном 12 попадают в дымовую трубу.

Продукты сгорания в виде пепла и золы оседают в зольнике основания и переходнике дымохода. Мелкие частицы пепла и золы, увлекаемые дымососом в газоход подогревателя, задерживаются прямоточным циклоном и собираются в емкости для сбора золы.

Подогретый воздух из воздухоподогревателя 12 по гибкой трубе 17 вентилятором 11 подаётся через распределитель под колосниковую решетку и по отверстиям в колосниках поступает в топку. В зону дожига воздух подается по отверстиям 48.

Работа котла от автоматизированной горелки для газа аналогична. При этом должны быть отключены шнек подачи топлива, дутьевой вентилятор и выполнены требования п. 5 примечаний раздела 3.

Теплоноситель (вода) подается в водяную рубашку котла через подводящий трубопровод, омывает внутренние её поверхности, поверхности перегородок и обечайки, нижний 46 и верхний 47 пучки дымогарных труб газохода и, нагреваясь до заданной температуры, через отводящий патрубок поступает в отопительную систему.

До розжига котёл должен быть заполнен водой.

Давление и температура воды замеряются на входе в котёл и на выходе из котла. Для контроля давления и температуры воды, на котле установлены приборы автоматики (см. таблицу 5).

Подключение к электросети приводов и газовой горелки осуществляется через пульт УКС (управления, контроля и сигнализации) 36, смонтированного на котле.

Таблица 5. Данные об аппаратуре для измерения, управления, сигнализации, регулирования и автоматической защиты.

Электрооборудование котла.

Управление котлом и его защитные функции осуществляются пультом управления, контроля и сигнализации (УКС).

Пульт УКС предназначен для управления, включения (выкл.) электродвигателей, приёма информации от датчиков безопасности, включения тревожной сигнализации, а также для защиты электродвигателей от перегрузок.

При аварийных параметрах [понижении разряжения в топке, повышении температуры воды выше допустимой, давлении воды на входе в котёл ниже (выше) нормы, открывании нижней дверцы] котла происходит отключение электродвигателей и подаётся световая и звуковая сигнализация.

Электрическая схема (см. рисунок 5) состоит из следующих функциональных узлов:

Пульт управления А1, где размещены:

· плата печатная режимов А1.1 с установленными на ней светодиодами VD4-VD7 и резисторами R1-R4.

· таймер-термометр «ТРЦ» A1.2.

· плата печатная параметров А1.3 с установленными на ней светодиодами VD8-VD11 и резисторами R11-R14.

· Тумблеры SA1-SA6 со встроенными светодиодами и резисторы R5-R10.

· Кнопка-грибок SA8 «Аварийный останов».

Щит управления А2, где размещены:

· предохранители FU1, FU2.

· трансформатор Т1.

· выпрямитель VD1.

· реле К1, К2 с защитными диодами VD2, VD3.

· преобразователь частоты А2.1 с потенциометром R15 и тумблером МТ1.

· пускатели КМ1… КМ3 с термореле КК1… КК3.

· автоматический выключатель QF1.

· вмонтированный блок управления горелкой БУС-М.

Пульт управления А1 и щит управления А2 смонтированы в одном корпусе шкафа управления, который находится на корпусе котла.

Зонд RК1, датчики SK1, SK2, SK3 установлены на выходном патрубке котла; RК2, SK4, SK5, SQ1, НА1 — на корпусе котла, SK6 — на входном патрубке котла. Двигатели М1… М4 смонтированы на соответствующих узлах.

Схема управления предусматривает работу котла:

на сыпучем топливе;

от газовой горелки.

Режим работы при комбинированном исполнении котла выбирается переключением тумблера SА1 «Горелка — Топливо».

В схеме управления предусмотрены ручной и автоматический режимы. Режим выбирается переключением тумблера SА2 «Автомат — Ручной».

Верхняя и нижняя границы температур устанавливаются на ТРЦ (паспорт ТРЦ). Также на ТРЦ можно включить таймер (0…3 часа), с помощью которого оперативно контролировать динамику температурного режима на выходе из котла, автоматическую остановку котла по окончании установленного времени таймера (паспорт ТРЦ).

Схема предусматривает световую сигнализацию:

«Сеть» — присутствие напряжения;

«Работа» — штатное состояние функционирования;

«Нагрев» — наличие факела при работе на горелке;

«Авария» — аварийная ситуация, которая заключается в срабатывании термореле КК1… КК3 защиты двигателей, нарушении работы горелки, выключения реле К2, что контролирует аварийные параметры:

«Рв.н» — давление воды на выходе из котла ниже нормы;

«Рв. в» — давление воды на выходе из котла выше нормы;

«Тв. в» — температура на выходе из котла выше нормы;

«Разреж. низ» — разрежение в топке низкое.

При выключении К2 включается также звуковая сигнализация (НА1) и выключаются вентилятор, шнек.

«Горелка» — работа от горелки,.

«Автомат» — работа в автоматическом режиме.

«Насос» — включение (выкл.) циркуляционного насоса.

«Дымосос» — включение (выкл.) дымососа.

«Вентилятор» — включение (выкл.) вентилятор.

«Шнек» — включение (выкл.) шнека.

Зонд RK1 и ТРЦ контролируют температуру воды на выходе из котла, регулируют теплопроизводительность. Датчик SK1 контролирует параметр «Рв.н»; датчик SK2 — «Рв. в»; SK3 — «Тв.в»; SK4 — разрежение низк.; SK5 — «давление воздуха низкое»; SK6 — «проток воды мал». Конечный выключатель SQ1 автоматически выключает вентилятор при открытии дверей топки.

Защиту двигателей выполняет термореле КК1… КК3; трансформатора Т1 и цепей управления — предохранитель FU1, цепей низкого напряжения — FU2. Аварийное выключение всей электросхемы — выключатель QF1.

После монтажа котла, перед запуском в эксплуатацию, необходимо провести осмотр всего электрооборудования, измерить сопротивление изоляции отключенных двигателей. Сопротивление должно быть не ниже 0.5 мОм.

Датчик протока SK6 монтируется по отдельному заказу. В его отсутствие все проводники в схеме с номером 54 имеют номер 29.

Описание работы принципиальной электрической схемы.

В исходном состоянии через котел циркулирует вода, значения давления воды, разряжения в дымоходе, температуры воды соответствуют данным, указанным в данной инструкции. Кнопка SА8 «Аварийный останов» отжата. Датчики давления воды низкого SK1 и высокого SK2, датчик превышения температуры выше допустимого значения SK3, датчик отсутствия разряжения SK4 замкнуты, SK6 — замкнуты. Датчик закрытия люка SQ1 и датчик низкого давления воздуха SK5 разомкнуты. Все тумблеры SA1-SA7 находятся в выключенном состоянии. При этом отключенный тумблер SA2 «руч./авт.» блокируют работу А1.2 по замкнутой цепи 10-SA2.1−2. Отключенный тумблер SA3 в сумме с отключенным тумблером SA4 либо тумблером SA5 блокируют работу датчика SK1 «давление воды высокое» по замкнутой цепи 26-SA3.2-SA4.2−25−2 либо 26-SA3.2-SA5.2−25−2. Отключенный тумблер SA6 блокирует работу релейного выхода сигнализации аварии блока А2.1 по замкнутой цепи 14-SA6.2−29. Таким образом «цепь датчиков аварий» = «14-А2.1. „RA“ — А2.1. „RC“ — 54 — SK 6−29-SK4−28-SK3−27-SK2−26-SK1−25-A1.3−2» замкнута.

При включении выключателя автоматического QF1 трехфазное напряжение 380 В поступает на разомкнутые контактные группы пускателей электромагнитных КМ1-КМ3 и однофазное напряжение 220 В (фаза А1) через предохранитель FU1 по цепи 19 на первичную обмотку трансформатора Т1, на вход питания А1.2 хр1.1, на катушки электромагнитных пускателей КМ1 и КМ2, на нормально-разомкнутую группу контактов К1.1 реле К1, на питание цепей управления вентилятором горелки. Также однофазное напряжение 220 В (фаза С1) поступает на цепи питания частотного преобразователя А2.1.

Цепь С1-А2.1.L2-A2.1.L1-N замкнута, частотный преобразователь А2.1 включен и готов к работе.

Цепь 19-Т1-N замкнута, поэтому на выходе Т1 есть переменное напряжение 24 В, а после предохранителя FU2 на выходах (+) и (-) диодного моста VD1 возникает выпрямленное напряжение 24 В, которое поступает в цепи 1 (+24) и 2 (-24). Цепь 1-VD4-R1−2 замкнута и светит светодиод «сеть».

Цепь 1-К2 — «цепь датчиков аварий» замкнута (см. 5.4.1.) и реле К2 «нет аварий» срабатывает. Цепь 1-VD5-R2−3-К2.1−2 замкнута и светит светодиод «работа».

Цепь 19 — SА8.1−53-А1.2.хр1.1-А1.2.хр1.2-N замкнута, прибор ТРЦ включен и готов к работе.

При нажатии кнопки «руч./авт.» SA2 снимается блокировка выходов ТРЦ А1.2.хр1.7 и А1.2.хр1.8 разрывом цепи А1.2.хр1.7−10-SA2.1−2-А1.2.хр1.8. Цепь 1-SA2 (светодиод) — R6-SA2.2−2 замкнута и светит светодиод «руч./авт».

ТРЦ показывает температуру воды и управляет нагревом воды, замыкая А1.2.хр1.7 с А1.2.хр1.8. При этом замыкается цепь 1-К1−10-А1.2.хр1.7-А1.2.хр1.8−2 и срабатывает реле К1 «нагрев». В ручном режиме (SA2 «руч./авт.» отжат) цепь 10-SA2.1−2 замкнута (см 5.4.1.) и реле К1 включено независимо от состояния ТРЦ. Также ТРЦ показывает температуру дымовых газов.

Информацию о температуре воды ТРЦ принимает с датчика RК1 по цепи А1.2 хр2.8−21 — RК1−22-А1.2.хр2.9.

Информацию о температуре дымовых газов ТРЦ принимает с датчика RК2 по цепи А1.2.хр2.6−23-RК2−24-А1.2.хр2.7.

При нажатии кнопки «шнек» SA6 и включенном К1 (см 5.4.5.) замыкается цепь управления частотного преобразователя А2.1: А2.1. «+15» — 12-SA6.1−11-К1.2−30-SA7−31-А2.1. «LI2» и на выходах А2.1 «U», «V», «W» появляется переменное трехфазное напряжение 220 В, которое поступает на двигатель вращения шнека М4 по цепям 50, 51, 52. Одновременно размыкается SA6.2 и снимается блокировка с релейного выхода сигнализации аварии частотного преобразователя А2.1. (см 5.4.1.). Цепь 1-SA6 (светодиод) — R10−9-А2.1.D0-А2.1.0V-2 замкнута (Выход А2.1.D0 — открытый коллектор относительно выхода А2.1.0V, запрограммированный на открытие при нормальной работе блока А2.1) и светит светодиод «руч./авт».

Частота напряжения на выходах А2.1 «U», «V», «W» (скорость вращения шнека) регулируется потенциометром R15 путем подачи на А2.1. «АI1» постоянного напряжения от 0 В до +5 В относительно А2.1. «0V».

Фазировка напряжения на выходах А2.1 «U», «V», «W» изменяется переключением тумблера SA7 при остановленном шнеке. При этом размыкается цепь А2.1. «+15» — 12-SA6.1−11-К1.2−30-SA7−31-А2.1. «LI2» и замыкается цепь А2.1. «+15» — 12-SA6.1−11-К1.2−30-SA7−32-А2.1. «LI1».

При нажатии кнопки «горелка» SA1 и включенном реле «нет аварий» К2 замыкается цепь 19-SA1.1−18-К2.3−39-БУСМ.хs1.1 и питание 220 В подается на блок управления и сигнализации горелок БУС-М. Цепь 1-SA1 (светодиод) — R5-SA1.2−2 замкнута и светит светодиод «горелка».

Рисунок 5. Принципиальная электрическая схема При нажатии кнопки «насос» SA3 замыкается цепь 19 — SА8.1−53-КМ1-КК1.1−15-SA3.1-N, срабатывает электромагнитный пускатель КМ1 и трехфазное напряжение 380 В поступает на двигатель насоса. Одновременно размыкается SA3.2, блокирующий работу датчика SK1 (см 5.4.1.). Цепь 1-SA3 (светодиод) — R7−6-КМ1.2−2 замкнута и светит светодиод «насос».

При нажатии кнопки «дымосос» SA4 замыкается цепь 53-КМ2-КК2.1−16-SA4.1-N, срабатывает электромагнитный пускатель КМ2 и трехфазное напряжение 380 В поступает на двигатель дымососа. Цепь 1-SA4 (светодиод) — R8−7-КМ2.2−2 замкнута и светит светодиод «дымосос».

При нажатии кнопки «вентилятор» SA5, включенных реле «нагрева» К1 и реле «отсутствия аварий» К2 замыкается цепь 19 — SА8.1−53-К1.1−20-К2.2−34-КМ3-КК3.1−33-SQ1−17-SA5.1-N, срабатывает электромагнитный пускатель КМ3 и трехфазное напряжение 380 В поступает на двигатель вентилятора. Цепь 1-SA5 (светодиод) — R9−8-КМ3.2−2 замкнута и светит светодиод «вентилятор».

При одновременном нажатии кнопок «насос» SA4 и «вентилятор» SA5 размыкаются SA4.2 и SA5.2, блокирующие работу датчика SK1 (см 5.4.1.).

Если срабатывает любой (незаблокированный) (см 5.4.1, 5.4.7, 5.4.11, 5.4.15, 5.4.18) датчик из «цепи датчиков аварий» (см5.4.1), эта цепь размыкается и отпускается реле «нет аварий» К2. При этом размыкаются контактами К2.2 цепь питания КМ3 (см. 5.4.17) и контактами К2.3 цепь питания БУС-М (см 5.4.14). Также при включенном дымососе (SA4.1 нажат) и включенном тумблере «горелка» SA1 либо включенном реле нагрева К1 замыкается одна из цепей 19 — SА8.1−53-SA1.1−18-K2.3−35-HA1−16-SA4.1-N либо 19 — SА8.1−53-К1.1−20-K2.2−35-HA1−16-SA4.1-N. В результате звенит звонок HA1.

Параллельно датчикам SK1, SK2, SK3, SK4 подключены светодиоды сигнализирующие об авариях VD8, VD9, VD10, VD11 с балластными резисторами соответственно R11, R12, R13, R14. Если срабатывает один из аварийных датчиков (размыкается), он разрывает цепь питания реле К2. В образовавшемся разрыве оказывается соответствующий светодиод с балластным резистором. Ток текущий по цепи «светодиод» — «балластное сопротивление» — «реле К2» достаточен для свечения светодиода, но недостаточен для удержания реле К2 во включенном состоянии.

При отпускании реле «нет аварий» К2 либо при срабатывании любого из тепловых реле КК1, КК2, КК3 замыкается соответствующая цепь 2-К2.1−5 или 2-КК1.1−5 или 2-КК2.1−5 или 2-КК3.1−5 и сигнал «авария» отображается на светодиоде VD7.

1.4 Характеристика котельного оборудования.

Основное оборудование котельной представлено в таблице 6.

Таблица 6. — Основное оборудование котельной.

Конструкция и характеристики водогрейного котла КВм (а) — 0.82 рассмотрены ранее.

На котле установлен дымосос с установленным электрическим двигателем мощностью 4 кВт, числом оборотов 1500 мин^-1, исполнение IM 2081.

На котле установлен вентилятор с электрическим двигателем мощностью 1.5 КВт, числом оборотов 1500 мин^-1, исполнением IM 2081.

Горелка газовая ЛВГ-65 поставляется с турболизаторами (комплект 106 штук), устанавливаемыми в трубы конвективного пучка.

Циклон прямоточный 350 из нержавеющей стали смонтирован на воздухоподогревателе.

Воздухоподогреватель 450 / 350 из нержавеющей стали установлен на подставку КВМ050−50.01.000.

Технические характеристики пластинчатых теплообменников VT10 CDS-16 представлена в таблице 7.

Таблица 7. - Технические характеристики пластинчатых теплообменников VT10 CDS-16.

Описание дизельной электростанции АД-100 (100 кВт).

Дизельная электростанция АД-100 (100 кВт) (см рис. 6) предназначены для генерации электроэнергии напряжением 380 В. Агрегат может применяться как основной источник электрической энергии для таких автономных объектов как удалённые поселки, фермы, буровые установки, вахтовые посёлки, и т. п.).

Электростанция оснащена системой управления генератором, которая предназначена для запуска вручную. Станцию с ручным запуском можно эксплуатировать только в присутствии оператора. Как резервный источник электроснабжения агрегат может применяться для обеспечения электроэнергией ответственных потребителей, таких как школы, больницы, гостиницы, банки. Модели автоматизированные оснащаются автоматикой, которая запускает генераторные установки при отсутствии основного питания. Установки со вторым типом автоматизации, способны работать без оператора.

Технические характеристики дизельной электростанции АД-100 приведены в таблице 8.

Рис. 6. Дизельная электростанция АД100.

Дизельная электростанция АД-100 (100 кВт) сертифицирована на соответствие ГОСТ-13 822−82. Технические характеристики дизельной электростанции АД-100 представлены в таблице 8.

Таблица 8. - Технические характеристики дизельной электростанции АД-100.

Базовая комплектация дизельной электростанции АД-100 (100 кВт):

— двигатель дизельный со стартером;

— силовой синхронный генератор;

— впусковая система с фильтром воздушным;

— газовыхлопная система с глушителем;

— система подачи топлива с интегрированным топливным баком фильтрами топливными;

— система охлаждения с вентиляторной крыльчаткой обратного тока и водяным радиатором;

— смазочная система с масляным радиатором, фильтром и шестеренчатым насосом масляным;

— система электрооборудования с генератором зарядным без аккумуляторов и проводов;

— прибор подрегулировки ТНВД;

— комплект ЗИП;

— масло смазочное М8Г2к;

— жидкость охлаждающая тосол А-40 м;

— комплект технической документации.

Винтовой компрессор Remeza ВК-15E-10.

Винтовой компрессор Remeza ВК-15E-10 работает от сети переменного тока с напряжением 380 В. Мощность двигателя составляет 11 кВт, а рабочее давление — 10 атм. Устройство обладает высокой производительностью.

Внешний вид компрессора приведён на рисунке 7, технические характеристики приведены в таблице 9.

Таблица 9. - Технические характеристики винтовой компрессор Remeza ВК-15E-10.

1.5 Характеристика теплоснабжения.

Схема тепловых трасс предприятия представлена на рисунке 2. Функциональная схема обвязки котельной представлена на рисунке 1. Отапливаемая площадь производственного цеха 7128 кв. м., административного корпуса — 1300 кв. м. Длина теплотрассы 300 м.

Характеристика тепловой нагрузки.

Режимная карта работы водогрейного котла КВм (а) — 0,82 представлена в таблице 10.

Таблице 10. Режимная карта работы водогрейного котла КВм (а) — 0,82.

Работа котла в максимальном зимнем режиме при номинальной теплопроизводительности Q_нк=0,82МВт обеспечивается работой сетевого насоса производительностью:

G_сн= Q_н /(Дt С_в)=820 000/(20· 4190)=9,8 кг/с (35,2 м³/ч),.

где Дt= Т₁-Т₂=80 — 60=20°С — нагрев воды в котле в максимальном зимнем режиме;

С_в =4190 Дж/(кг· °С) — теплоёмкость воды.

Работа котла в летний период обеспечивает подогрев воды ГВС при нагрузке:

Q_лк= G_сн Дt С_в=9,8· 4,8·4190=197 100Вт.

где Дt= Т₁-Т₂=38,4 — 33,6=4,8°С — нагрев воды в котле в летнем режиме При этом котёл загружен (197/820) 100=24%.

Расход тепловой энергии и теплоносителя на предприятии за 2011 год приведён в таблице 11.

Таблица 11. Расход тепловой энергии и теплоносителя на предприятии за 2011 год.

Максимальный расход на ГВС в феврале, он составил 2,7 м³/ч, минимальный в июле — 1,3³/ч. Средний за год расход на ГВС составил 2,0 м³/ч (0,56 кг/с).

Годовой расход на ГВС составил 17 520 т.

Средняя годовая тепловая мощность, идущая на ГВС составила 313кВт.

Средняя годовая тепловая мощность, идущая на отопление составила 360кВт.

Суммарная средняя годовая тепловая мощность составила 673 кВт.

Затраты на топливо и электроэнергию на предприятии за 2011 год сведены в таблицу 12.

Таблица 12. Затраты на топливо и электроэнергию на предприятии за 2011 год.

2. Расчетная часть.

2.1 Исходные данные.

Для сравнения эффективности перехода на газ необходимо провести тепловой расчёт котла на газе и на одном из топлив на основе древесных отходов.

Важной особенностью древесной биомассы как топлива является отсутствие в ней серы и фосфора. Как известно, основной потерей тепла в любом котлоагрегате является потеря тепловой энергии с уходящими газами. Величина этой потери определяется температурой отходящих газов. Эта температура при сжигании топлив, содержащих серу, во избежание сернокислотной коррозии хвостовых поверхностей нагрева поддерживается не ниже 200…250°С. При сжигании же древесных отходов, не содержащих серу, эта температура может быть понижена до 100…120°С, что позволит существенно повысить КПД котлоагрегатов.

Влажность древесного топлива может изменяться в очень широких пределах. В мебельном и деревообрабатывающем производствах влажность некоторых видов отходов составляет 10…12%, в лесозаготовительных предприятиях влажность основной части отходов составляет 45…55%, влажность коры при окорке отходов после сплава или сортировки в водных бассейнах достигает 80%. Повышение влажности древесного топлива снижает производительность и КПД котлоагрегатов. Выход летучих при сжигании древесного топлива очень высок — достигает 85%. Это является также одной из особенностей древесной биомассы как топлива и требует иметь большую протяженность факела, в котором осуществляется сгорание выходящих из слоя горючих компонентов.

Продукт коксования древесной биомассы — древесный уголь отличается высокой реакционной способностью по сравнению с ископаемыми углями. Высокая реакционная способность древесного угля обеспечивает возможность работы топочных устройств при низких значениях коэффициента избытка воздуха, что положительно влияет на эффективность работы котельных установок при сжигании в них древесной биомассы.