Абдулин С.Ф. Системы автоматики предприятий стройиндустрии

Подождите немного. Документ загружается.

Котлы данного типа имеют ряд следующих преимуществ перед

традиционными котлами, содержащими факельную горелку:

1. Малые габариты и масса на единицу теплопроизводительности

вследствие интенсификации (в 2 раза выше, чем в традиционных) процес-

сов теплообмена в камере сгорания.

2. Предельная простота конструкции, отсутствие горелочного устрой-

ства, небольшое сечение дымовой трубы.

3. Высокий КПД (93–95%) независимо от теплопроизводительности

котла и минимальное электропотребление (не более 110 Вт).

4. Низкий уровень эмиссии (выброса) вредных веществ (СО, NO, NO

)

при работе котла.

5. Высокий уровень пассивной безопасности из-за малого объема,

заполняемого газовоздушной смесью, и высокой прочности оболочек.

Котлы ПВ имеют столь малые объемы всех полостей, что суммарная энер-

гия аварийного «хлопка» газовоздушной смеси незначительна, а прочность

всех элементов конструкции позволяет выдержать избыточное давление

при хлопке 16 кг/см

6. Высокая надежность, безопасность, предельная простота конструк-

ции, автоматизация работы котлов в сочетании с самодиагносцирующим

блоком управления позволяет отказаться от присутствия дежурного персо-

нала. Автоматика котла обеспечивает не только его автоматизированную

работу в различных режимах (розжиг, поддержание режима горения и вы-

работки тепла, отключение по командам управления теплопроизводитель-

ности и т.д.), но и высокую безопасность при эксплуатации и возникнове-

нии внештатных и аварийных ситуаций. С этой целью котлы пульсирую-

щего горения снабжены электрооборудованием, микропроцессорным бло-

ком управления и комплексом датчиков (продувки, горения, температуры

и давления теплоносителя, кондуктометрии), которые:

· обеспечивают выдачу управляющих сигналов на трансформатор

зажигания, электромагнитный клапан и вентилятор для управления розжи-

гом и горением;

· предотвращают подачу топлива при неудачных попытках розжига, а

также при некондиционном топливе и воздухопитании (если не обеспечи-

вается установленный напор продувки, засорены воздуховоды и газоходы

выхлопа либо давление топливного газа за пределами допустимых значе-

ний);

· не допускают начала розжига при ненадлежащих параметрах

теплоносителя в котле и останавливают горение (подачу топлива), если эти

параметры вышли за допустимые пределы в процессе работы;

· обеспечивают выдачу сигналов и информации о нормальной работе

котла и сигнала «тревога» при неполадках, возникших в ходе функциони-

рования.

7. Простота и сокращение сроков монтажа, наладки и ввода в строй за

счет высокой степени заводской готовности. Конструкция котла включает

схемы автоматики.

8. Возможность строить котельные установки на малых площадях за

счет компактного их размещения (например, расположения котлов ПВ-400

друг над другом до двух штук). По требованию заказчика котлы могут

комплектоваться блоками автоматического управления (БАУ),

предназначенными для управления группой (не более шести) водогрейных

котлов, подключенной к единой, общей для всех котлов, системе отопле-

ния.

Во время работы блок поддерживает в заданном интервале

температуру воды в системе отопления, включая или отключая

необходимое количество котлов. Заданный интервал температуры

устанавливается оператором при настройке системы. Максимальная

температура этого интервала устанавливается либо оператором (ручной

режим), либо определяется по графику зависимости максимальной

температуры от «уличной температуры» (автоматический режим).

Это позволяет при использовании ограниченного набора типовых

котлов решать разнообразные задачи по отоплению не только отдельных

помещений, но и небольших микрорайонов.

Принцип действия и конструкцию пульсирующего горения

упрощенно можно представить следующим образом. В камеру сгорания

через воздушно-пульсирующий и газопульсирующий мембранные

клапаны, расположенные в ресиверных камерах, подается топливный газ.

С помощью электрозапальной свечи осуществляется первичное

воспламенение газовоздушной смеси в камере сгорания и кратковременное

повышение давления, приводящее к возникновению акустических волн в

резонаторе. Камера сгорания образует объемный акустический резонатор

типа резонатора Гельмгольца. Когда давление в камере превышает

давление в ресиверах, пульсирующие мембранные клапаны закрываются.

При этом дальнейшее поступление газа и воздуха в камеру сгорания

приостанавливается. Под избыточным давлением дымовые газы выходят

из камеры сгорания и через резонансные трубы и выхлопной коллектор

поступают в окружающую среду. Через определенное время (около 20 мс)

давление в камере снижается и пульсирующие клапаны открываются,

впуская очередную порцию газа и воздуха. Приведенный цикл повторяется

с частотой около 35–40 раз в секунду.

После установления процесса пульсирующего горения всасывание

воздуха происходит благодаря периодическим полуволнам разрежения, а

повторное воспламенение свежих порций газовоздушной смеси

осуществляется не от свечи, а остаточным пламенем, которое постоянно

присутствует в зоне завихрения на свечном конце камеры сгорания.

Процесс пульсирующего горения может продолжаться неограниченное

время, пока не будет отключена подача топливного газа. Для включения и

отключения подачи топливного газа служит отсечной клапан.

Камера сгорания и резонансные трубы окружены водяной рубашкой,

по которой противотоком к дымовым газам движется нагреваемая вода. С

помощью вентилятора осуществляется продувка камеры сгорания и резо-

нансных труб перед розжигом и после прекращения горения.

4.2.3. Пароутилизаторы – новое слово в энергосбережении

Проблемы энергосбережения для предприятий России и стран СНГ в

настоящее время чрезвычайно актуальны, так как отсутствие рыночных

механизмов в экономике привело к тому, что энергоемкость их произ-

водств значительно выше промышленно развитых стран. Так, затраты

энергии на производство в химической и нефтехимической промышленно-

стях России на 30 – 60% выше, чем в аналогичных зарубежных

производствах. Это связано в том числе и с тем, что неоправданно большое

количество низкопотенциального пара (отработанный пар после паровых

машин, различного рода технологических процессов, вагоноразморажива-

телей и т.д.) выбрасывается в атмосферу. Выброс низкопотенциального

пара в атмосферу снижает эффективность производства, ухудшает эколо-

гическую обстановку, усиливая парниковый эффект.

Одним из эффективных способов решения указанных проблем явля-

ется использование накопленной в паре тепловой энергии для нужд тепло-

снабжения. Для решения упомянутых задач в 1999 г. А.Ф. Недуговым и

МА Куркуповым (ФГУП «Государственный ракетный центр «КБ имени

академика В.П. Макеева») были разработаны новые магистральные паро-

водяные инжекционные теплообменники смесительного типа. В 2004 г.

производственное объединение «ХимСтальКомплект» (г.Озерск) присту-

пило к серийному производству их последней модификации [80].

Отличительные особенности пароутилизаторов

Совершенно новые устройства, получившие название

пароутилизаторы (ПУ), разработаны в процессе совершенствования паро-

водяных инжекционных теплообменников смесительного типа. Их

основное преимущество по сравнению с предыдущими устройствами

заключается в возможности оперативной регулировки давления в зоне

смешения пара с водой. Это значительно расширяет диапазон

использования установок при утилизации низкопотенциального пара за

счет расширения допускаемого разброса по расходу нагреваемой воды и

снижения потерь напора воды при прохождении через пароутилизатор.

Они созданы для нагрева потока воды путем инжектирования пара в

водяную магистраль и могут применяться:

Рис. 4.18. Устройство пароутилизатора

· в системах отопления взамен бойлерных установок;

· для нагревания воды в системах горячего водоснабжения;

· для нагревания исходной воды перед химводоочисткой (замена

ПСВ);

· для нагревания химочищенной воды (замена ПХВ);

· для утилизации низкопотенциального пара после паровых машин.

Особенность конструкции пароутилизаторов состоит в том, что на их

подводящем паропроводе выполнено смесительное устройство, обеспечи-

вающее получение пароводяной смеси с требуемыми параметрами. Такая

предварительная подготовка подаваемого пара обеспечивает возможность

реализации ПУ для широкого диапазона расходов, давлений, температур и

диаметров трубопроводов. При этом давление пара может быть ниже на

2 – 4 атм, чем в водяной магистрали системы отопления.

Основная трудность при созда-

нии пароутилизаторов заключалась

в исключении вибраций, неизбежно

возникающих при подаче пара в

воду. На сегодняшний день это

внешне простое устройство содер-

жит механизм гашения вибраций.

Суть его заключается в том, что в

отличие от схожих по назначению

аппаратов (самый популярный из

них трансоник, разработанный

профессором В. Фисенко) в них по

прямой магистрали направляется не

пар, а вода. В пароутилизаторах в

водяной магистрали создаётся ме-

стное разрежение, в эту область направляется предварительно орошенный

водой и достаточно сильно завихренный пар (рис. 4.18).

Совместными усилиями центра энергосберегающих технологий Маг-

нитогорского металлургического комбината, кафедры автоматики и управ-

ления Южно-Уральского государственного университета и группы разра-

ботчиков создан пароутилизатор следующего поколения с автоматической

регулировкой температуры нагреваемой воды. Он позволяет уменьшить

диапазон разброса температуры воды до + 1 °С (обычно он составляет

+ 7 °С) и обеспечить адаптацию пароутилизаторов к существующим на

предприятиях системам автоматического учёта и контроля потребления

энергоресурсов.

Сравнительный анализ пароутилизаторов и бойлеров [80]

Для нагревания воды в системах водоснабжения и химводоочистки в

основном используются пароводяные кожухотрубные подогреватели воды

Рис. 4.19. Схема включения ПСК

(бойлеры). В них вода прокачивается через большое количество медных

или других тонкостенных трубок, наружная поверхность которых

омывается высокопотенциальным паром. Недостатками бойлеров

являются высокая стоимость, дорогой ремонт и большая зависимость от

качества нагреваемой воды, так как при использовании жесткой воды

образуется накипь, которая забивает мелкие трубки и резко снижает КПД

бойлеров. Снижение КПД требует увеличения расхода топлива в

котельных для обеспечения требуемой температуры нагреваемой воды.

Переборка и очистка трубок – очень дорогостоящий и трудоемкий

процесс.

При использовании ПУ передача тепла осуществляется так

называемым «прямым» способом, т.е. пар смешивается с теплоносителем

(водой), и его тепловая энергия передается непосредственно воде (КПД ПУ

99% сохраняется в течение срока эксплуатации). В результате

пароутилизаторы могут работать и на неочищенной воде, имеющей

различные взвеси, при этом не требуют периодической чистки и

переработки и обеспечивают стабильность характеристик в процессе

длительной эксплуатации. Пароутилизаторы, в отличие от бойлеров и

своих предшественников, практически не требуют обслуживания, кроме

того, при их внедрении становится ненужной система возврата конденсата.

Применение ПУ сводит к минимуму затраты на монтаж, эксплуата-

цию и текущий ремонт водогрейной системы, уменьшает расход топлива в

котельных. Монтаж ПУ заключается во врезке его в паровую и водяную

магистрали. Соединение его с магистралями осуществляется стандарт-

ными фланцевыми соединениями. Временные затраты на монтаж и под-

ключение составляют около 16 н/ч рабочего времени. Уровень сложности

монтажа сравним с установкой задвижек и водяных элеваторов. Возможно

использование существующей (установленной вокруг бойлера) трубопро-

водной арматуры и КИП.

К пароутилизаторам

можно также отнести

пароструйные компрес-

соры (ПСК). В техноло-

гических процессах

предприятий нефтехими-

ческой отрасли широко

используют пар как ис-

точник тепловой энер-

гии. Вначале в паровых

котлах получают пар с давлением порядка 40 кгс/см

и температурой 350–

450 °С, затем пар пропускается через редукционно-охлаждающие устрой-

ства (РОУ) для получения заданных параметров, используемых далее в

различных технологических установках. Схема включения ПСК представ-

лена на рис. 4.19.

При установке пароутилизаторов достигается ощутимый экономи-

ческий эффект за счёт:

· высокого КПД (99%) нового оборудования;

·рационального использования пара, уменьшения потерь тепла,

экономии топлива, снижения стоимости гигакалории (общая экономия

20 – 30%);

·исключения затрат на текущие и плановые ремонты, на подготовку к

зиме (до 70%);

·значительного сокращения затрат в случае замены отслужившего

срок изделия;

·вывода из эксплуатации насоса, возвращающего в систему конденсат

в существующих системах теплообмена;

·получения дополнительной прибыли при использовании

отработанного пара.

Экономический эффект неоднократно подтверждался на опыте эк-

сплуатации. Так, в 2001 г. магистральный пароводяной инжекционный

теплообменник (еще первого поколения!) Ду=300 мм был установлен на

Нижнетагильском металлургическом комбинате для утилизации

конвертерного пара из котлов-накопителей. Годовой экономический

эффект составил 8738000 руб. за один отопительный сезон (за счёт

Экономия, тыс.руб.

Расход воды, т/ч

Рис. 4.20. Зависимость экономического эффекта от расхода

воды и КПД заменяемого бойлера

утилизации 267000 т отработанного конверторного пара). Использование

отработанного пара для нагрева воды дало возможность вывести из

эксплуатации котельную, обеспечивающую горячее водоснабжение

комбината, а это еще больше увеличило экономический эффект.

Аналогичные установки работают на следующих предприятиях:

«Магнезит» (г. Сатка), Миасский инструментальный завод, ОАО

«Уралоргсинтез» (г. Чайковский), ООО «Ставролен» (г. Буденновск) и

многих других. Зависимость экономического эффекта от расхода воды и

КПД заменяемого бойлера представлена на рис. 4.20. Пароутилизатор

может работать во всех климатических регионах России и устанавливаться

вне помещений, что позволяет при замене бойлеров получить

дополнительные производственные площади. Основные характеристики

магистральных пароутилизаторов приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Типопредставители магистральных пароутилизаторов

Обозначение по

ТУ

Условный

диаметр по

воде, мм

Расход воды,

т/ч

Теплопроиз-

водительность,

Гкал/ч

Расход пара,

т/ч

УМПЭУ.02.00.000 50 7,3…25 0,2…0,75 0,3…1,2

УМПЭУ.04.00.000 80 19…65 0,57…1,95 0,9…3,2

УМПЭУ.05.00.000 100 28…98 0,8…2,9 1,3…4,8

УМПЭУ.07.00.000 150 63…220 1,8…6,6 3…10,8

УМПЭУ.00.00.000 200 120…420 3,6…12,6 5,9…20,7

УМПЭУ.08.00.000 250 190…660 5,7…19,8 9,3…32,5

УМПЭУ.09.00.000 300 270…940 8…28 13…46

УМПЭУ.11.00.000 400 465..1600 14…48 23…80

УМПЭУ.13.00.000 500 730…2500 22…75 36…123

Примечание. Параметры устройства рассчитываются индивидуально и могут

отличаться от представленных в таблице. Температурный интервал подогрева 35 °С.

** – при применении двух последовательно установленных МПЭ-значений.

Таблица 4.2

Диапазон параметров пароутилизаторов

Параметры min max

Условный диаметр водяной

магистрали, мм

40 500

Перепад между давлениями

пара и воды, ати

–2,5 +12

Давление пара, ати 0,15 13

Расход пара, т/ч 0,3 123

Расход воды, т/ч 7,3 2500

Тепловая мощность, Гкал/ч 0,2 75

Рис. 4.21. Учетно-распределительный щит

Проектирование и изготовление устройств осуществляется по

параметрам конкретного заказчика. Диапазон параметров приведен в табл.

4.2. Планируемая окупаемость пароутилизатора составляет 5 месяцев при

замене бойлеров и 1 месяц при утилизации пара, пароструйного

компрессора – 1,5–2 месяца. Ранее такие устройства в России не

производились.

4.2.4. Современный взгляд на обычные

учетно-распределительные приборы

С чем у большинства из

нас ассоциируется щиток

электроэнергии? Непригляд-

ного вида, иногда разворочен-

ная железная конструкция в

подъезде, о назначении кото-

рой нам известно весьма по-

верхностно. Мы не задумыва-

емся о существовании такого

щита, пока не возникнет

проблема с электричеством,

после чего сразу же появится

необычное ощущение пустоты

на привычном месте. Между

тем в корне данного слова

стоит «щит» (защита). Так что

же представляет из себя

современный квартирный или распределительный щиток [83]?

Какие задачи позволяют решать?

Трехфазные учетно-распределительные щитки производства концерна

«Энергомера» позволяют решать самые сложные задачи в создании систем

бесперебойного электропитания жилых помещений. Они обеспечивают:

· ввод, распределение и учет электроэнергии в трехфазных сетях пере-

менного тока;

· автоматическое отключение цепей нагрузки и щитка в целом при то-

ках перегрузки и коротких замыканиях;

· защиту человека от поражения электрическим током и зданий от по-

жара;

· предотвращение безучетного потребления электроэнергии.

Щиток может комплектоваться необходимыми устройствами по

заказу потребителя.

Из чего можно выбрать?

Сегодня концерн, в зависимости от назначения производит разные мо-

дификации щитков: однофазные и трехфазные (о них мы поговорим

подробнее). Производимые концерном трехфазные щитки можно

разделить на учетно-распределительные щитки (ЩКУ-Т и ЩКУ-ЗТ) и

распределительные (ЩКР-3). Данные щитки отвечают современным

международным требованиям и соответствующим российским

нормативным документам.

Какими приборами комплектуется?

В щитках устанавливается широкий спектр устройств – счетчик, УЗО,

автоматы. По отдельным заказам щитки могут быть оснащены

ограничителями импульсных напряжении и устройством автоматического

подключения ответственной групповой линии к исправной фазе и другими

сервисными устройствами.

Щитки ЩКУ-Т, ЩКУ-ЗТ комплектуются счетчиком ЦЭ 6803В, но по

желанию заказчика их можно укомплектовать микропроцессорным

двухтарифным счетчиком ЦЭ 6828. Кроме того, они допускают установку

в них других счетчиков с механическим или электронным отсчетным ус-

тройством.

Трехфазные электронные счётчики серий ЦЭ 6803 В и ЦЭ 6828 при-

надлежат к поколению последних разработок концерна. Эти счетчики

отличаются широким диапазоном рабочих температур, позволяющим

устанавливать их в неотапливаемых помещениях, стабильностью точ-

ностных характеристик, малой потребляемой мощностью, высоким

уровнем унификации.

Трёхфазный микропроцессорный двухтарифный счётчик электричес-

кой энергии нового поколения серии ЦЭ 6828 обладает расширенными

функциональными возможностями. Так, например, он позволяет орга-

низовать многотарифный учёт электроэнергии (ставший неотъемлемой

частью современной экономики) в быту, на предприятиях энергетики и

промышленности, делает возможным автоматическое считывание и ар-

хивацию расчётных параметров, легко встраивается в информационно-

измерительные системы АСКУЭ.

Монтаж щитка и его комплектующих

Представленные модификации щитков могут устанавливаться на сте-

не (ЩКУ-Т) либо в нише (ЩКУ 3, ЩКУ 3-Т, ЩКР 3). Вся аппаратура ус-

танавливается на съемной раме, что обеспечивает удобство при монтаже и

установке щитка. Крепление крышки к установленному в нише корпусу на

винтах позволяет легко производить ее установку даже на неровной по-

верхности стены. Такие особенности трехфазных учетно-распределитель-

ных щитков «Энергомера», как удобство в работе, соответствие современ-

ному уровню развития технологий, оптимальное соотношение

«цена/качество» делают их незаменимыми компонентами приборного

учета для любого потребителя электроэнергии.

В качестве заключения можно сказать, что применение современных

учетно-распределительных приборов сегодня уже говорит об уровне жизни

человека. И человек, который сегодня сталкивается с выбором жилого или

производственного объекта, будет руководствоваться в первую очередь не

ценой, а предпочтет перейти на следующий уровень – конкуренции

ценностей, причастности к некоему образу жизни. Поэтому Концерн

«Энергомера» сегодня нацелен на разработку всей производимой им

продукции с учетом комфорта, безопасности и эстетики и ежедневно

претворяет эту политику в жизнь, обеспечивая частичку нового уровня

жизни.

4.2.5. Тиристорный регулятор как средство экономии

в нагревательных системах

Оборудование, напрямую преобразующее электрическую энергию в

тепло, имеется практически во всех отраслях народного хозяйства –

электропечи пищевых предприятий, электрокотлы в жилищно-коммуналь-

ном хозяйстве, электротермические установки в различных отраслях

промышленности. Несмотря на повышение стоимости энергии,

эффективность использования энергоресурсов в России до сих пор

остается недопустимо низкой. Поэтому ограничение мощности,

потребляемой электрооборудованием, – первостепенная задача

практического энергосбережения.

Невозможно качественно решить задачу управления мощностью,

применяя так называемое релейное регулирование, имеющее на

предприятиях определенное распространение. Релейный принцип регули-

рования нагрузки содержит известные «издержки», это невысокая

точность установки уровня напряжения, переходные процессы в

электрических цепях и колебания напряжения, высокие эксплуатационные

затраты на обслуживание релейно-контакторных схем. Кроме того,

современные технологические процессы на предприятиях требуют

высокой точности регулирования в привязке к параметрам

технологических процессов в реальном масштабе времени. Любое

электрооборудование имеет максимальный ресурс (срок эксплуатации)

только при условии ограничения отклонений (колебаний) напряжения

питающей сети в допустимых пределах. Таким образом, для эффективного

управления электрической нагрузкой следует применять непрерывные

законы регулирования, воплощенные в бесконтактных устройствах –

тиристорных регуляторах напряжения (ТРН). Эксплуатационные затраты

на такие системы минимизируются за счет надежности основного элемента