Системы защиты и сигнализации котлов

Для обеспечения безаварийной работы котлы должны быть оборудованы средствами сигнализации и защиты. Системой сигнализации и защиты контролируются давление пара в котле, уровень воды в барабане котла, а также параметр, характеризующий нормальное горение топлива.

Устройства систем сигнализации должны выполняться независимыми от устройства систем автоматического регулирования, а также обладать повышенной надежностью, при которой исключаются ложные срабатывания и выходы из строя.

Защита котла по давлению выполняется одностороннего действия, т.е. она срабатывает только при повышении давления сверх номинального значения на 5—6%.

В качестве защитного устройства от повышения давления пара применяют предохранительные клапаны, которые при повышении давления стравливают пар в атмосферу.

В некоторых вспомогательных котлах, помимо предохранительных клапанов, устанавливают реле давления, которое при повышении давления выше допустимого воздействует на быстрозапорный клапан, установленный перед форсунками котла, и прекращает подачу топлива к форсункам.

Защита котлов по уровню воды, так же как и защита по давлению, выполняется одностороннего действия, т.е. защитные устройства срабатывают только при соответствующем понижении уровня воды. В состав защиты по уровню включается реле времени, которое предотвращает ложные срабатывания защиты при кратковременных понижениях уровня, которые могут возникнуть при маневровых операциях. В качестве чувствительного элемента системы защиты обычно применяют мембранные устройства, аналогичные мембранным устройствам регуляторов уровня. Одна из возможных схем дистанционного указателя уровня, сигнального и защитного устройства с мембранным чувствительным элементом изображена на рис. 59.

Перемещение мембраны чувствительного элемента 1, связанное с изменением уровня воды в барабане котла, через систему рычагов передается движку реохорда 3, включенного в цепь логометра 4.

При достижении движком реохорда положения, соответствующего первому аварийному уровню, при помощи микровыключателя 2 замыкается цепь сигнального устройства, включающего в себя световой и звуковой сигналы. При дальнейшем понижении уровня с помощью второго микровыключателя замыкается цепь быстрозапорного клапана и прекращается поступление топлива в топку котла.

 

Рис. 59. Схема дистанционного указателя уровня, сигнального

и защитного устройства парового котла

 

Защита от нарушения нормального горения, которое характеризуется яркостью факела в топке, осуществляется прекращением подачи топлива в топку. В качестве чувствительного элемента такого защитного устройства применяют обычно фотосопротивление, устанавливаемое против глазка топочного устройства и освещаемое факелом топки. Фотосопротивление включается в цепь быстрозапорного электромагнитного клапана, устанавливаемого на трубопроводе, подводящем топливо к форсункам.

 

Рис. 60. Схема фотоэлектрического защитного устройства

по прекращению горения топлива в топке котла:

ЭК — электромагнит топливного клапана; ДГ — датчик горения (фотосопротивление); ПЗ — пульт защиты; РФ — реле факела (типа РКН); РТ —

реле топливного клапана (типа РМ-4); R — сопротивление

 

При нормальном горении топлива факел имеет достаточную яркость, фотосопротивление хорошо освещено и поэтому имеет малое электрическое сопротивление. Вследствие этого электрическая цепь, в которую включено это фотосопротивление, замкнута, а быстрозапорный электромагнитный (топливный) клапан открыт.

При нарушении нормального процесса горения либо полном срыве факела освещенность фотосопротивления уменьшается, сопротивление его резко возрастает, электрическая цепь, в которую включено это фотосопротивление, размыкается, а быстрозапорный электромагнитный клапан закрывается.

Схема такого защитного устройства показана на рис. 60.

В том случае, если дутьевые вентиляторы котлов снабжены электроприводом, предусматривается защита котла выключением топливоподачи в случае обесточивания привода дутьевого вентилятора. Для обеспечения такой защиты питание быстрозапорного электромагнитного клапана осуществляется от цепи питания вентилятора.

 

Регулирование вспомогательных и

Утилизационных котлов

Вспомогательные котлы дизельных танкеров предназначаются для обеспечения паром системы подогрева перевозимого груза и системы паротушения, а также привода грузовых насосов. Как правило, эти котлы имеют большую паропроизводительность, а системы автоматического регулирования их мало чем отличаются от рассмотренных САР главных котлов. Вспомогательные котлы сухогрузных и пассажирских теплоходов предназначены для обеспечения насыщенным паром низкого давления: (4—6 кгс/см²) бытовых нужд судна.

Паропроизводительность, а, следовательно, и расходы топлива у этих котлов невелики, и поэтому вопрос повышения экономичности за счет обеспечения работы котла при малых избытках воздуха является несущественным. В связи с этим в таких котлах регулирование соотношения между топливом и воздухом заменяется установлением определенной зависимости между положениями регулирующих органов воздуха и топлива, при которой обеспечивается бездымное сгорание.

В связи с этим большинство систем автоматического регулирования таких котлов выполнены электромеханическими, работающими либо по двухпозиционной схеме («включено—выключено»), либо по комбинированной схеме, при которой на режиме полных и средних нагрузок котла (100— 30%) осуществляется плавное (непрерывное) регулирование, а на малых нагрузках — двухпозиционное.

В качестве примера рассмотрим САР горения и питания вспомогательных котлов, установленных на пассажирских судах типа т/х «Михаил Калинин».

Электромеханическая САР обеспечивает плавное регулирование процесса горения в пределах от 100 до 15% нагрузки и двухпозиционное — при нагрузке менее 15%. Уровень воды в барабане котла регулируется САР типа «Игема», работающей по двухпозиционной схеме.

Топочное устройство котла оборудовано двумя электроприводными вращающимися форсунками системы «Сааке», одна из которых является главной. Главная форсунка обеспечивает плавное изменение расхода в пределах от 400 до 60 кг/ч. При малых нагрузках котла эта форсунка переходит на режим двухпозиционной работы. Вторая форсунка с расходом топлива 15 кг/ч работает непрерывно и обеспечивает зажигание главной форсунки при двухпозиционном режиме работы ее.

При отсутствии расхода пара САР осуществляет полное прекращение горения как основной, так и запальной форсунки.

Принципиальная схема этой САР показана на рис. 61. В качестве чувствительного элемента давления пара используется контактный манометр 7, стрелка которого через щит управления 5 и усилитель 4 осуществляет управление электродвигателем 8, который через редуктор и механическую передачу изменяет открытие топливорегулирующего клапана 9 и шибера воздуховода.

 

Рис. 61. Схема САР вспомогательного котла теплохода

 

При повышении давления пара до 5,8 кгс/см² клапан 9 и шибер воздуховода находятся в положении, близком к полному закрытию, при этом замыкается конечный выключатель (на схеме не показан), срабатывает электромагнитный клапан 1, прекращается подача топлива к главной форсунке 2. После срабатывания клапана 1 через 20—30 с автоматически останавливаются котельный вентилятор, топливный насос и привод форсунки.

При снижении давления пара до 5 кгс/см² валик клапана 9 поворачивается в обратную сторону, освобождает конечный выключатель, в результате чего последовательно включаются форсуночный насос, дутьевой вентилятор и привод форсунки, а через 20—30 с после этого открывается электромагнитный клапан 1.

Предусмотрено не только автоматическое регулирование процесса горения, но и защита от повышения давления пара и от обрыва факела, а также регулирование минимального давления дутьевого воздуха.

В том случае, если при повышении давления свыше 5,8 кгс/см² система автоматического регулирования не сработала и основная форсунка продолжает работать, при достижении давления до 7 кгс/см² срабатывает реле давления 6 и замыкает цепь аварийной защиты котла. При срабатывании защиты закрываются электромагнитные клапаны 1 и 3 основной и запальной форсунок. После этого котел вводится в действие вручную.

Регулирование уровня воды осуществляется при помощи электромеханического регулятора системы «Игема».

При изменении уровня воды в барабане котла перемещается поплавок А и закрепленная на нем магнитная пластинка g. На направляющих поплавках расположены стеклянные ампулы а, b, d, внутри которых размещены контакты. Расположение ампул с контактами соответствует нормальному и предельно допустимому уровню воды.

При достижении пластинкой g высоты, на которой расположена ампула b, происходит размыкание контактов в этой ампуле, закрытие электромагнитного питательного клапана 4 и прекращение подачи воды в котел.

При достижении пластинкой g ампулы а происходит открытие клапана 4.

При дальнейшем снижении уровня, когда пластинка g достигнет ампулы d, включается аварийная сигнализация и прекращается процесс горения, что осуществляется при срыве факела запальной (дежурной) форсунки, впуске воды либо повышении давления пара до 7 кгс/см².

Утилизационные котлы, использующие тепло выхлопных газов главных двигателей, обычно оборудуются системами автоматического регулирования уровня воды и давления пара.

Система автоматического регулирования уровня выполняется по типу систем, применяемых на вспомогательных котлах.

Регулирование давления может осуществляться путем перепуска части выхлопных газов помимо утилизационного котла.

В утилизационных котлах с вертикальными дымогарными трубками иногда давление пара регулируют изменением уровня воды, т.е. за счет изменения поверхности, омываемой водой. В этом случае САР уровня воды как таковая отсутствует. Для поддержания постоянного значения давления пара при уменьшении нагрузки уровень воды в котле автоматически понижается, а при увеличении нагрузки — повышается.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Назвать основные регулируемые величины в котлоагрегате судовом.
2. Назвать схемы регулирования горения в котлоагрегатах.
3. Привести системы защиты и сигнализации котлоагрегатов.
4. Регулирование вспомогательных котлоагрегатов.

Литература [3, 6, 10].

 

ГЛАВА 5