Теплоенергетичні установки (котельні)

За рівнем автоматизації теплоенергетика займає одне з провідних місць серед інших галузей промисловості. Теплоенергетичні установки характеризуються неперервністю протікаючих в них процесів. При цьому кількість виробленої теплової і електричної енергії в будь який момент часу має відповідати споживанню (навантаженню). Майже всі операції на теплоенергетичних установках механізовані, а перехідні процеси в них розвиваються порівняно швидко. Цим пояснюється високий розвиток автоматизації в тепловій енергетиці.

Автоматизація параметрів дає значні переваги:

1) Забезпечує зменшення чисельності робочого персоналу.

2) Приводить до якісних змін характеру праці обслуговуючого персоналу.

3) Збільшує точність підтримки параметрів виробленої пари.

4) Підвищує безпеку праці і надійність роботи обладнання.

5) Підвищує економічність роботи парогенератора.

Автоматизація парогенераторів включає в себе автоматичне регулювання, дистанційне керування, технологічний захист, теплотехнічний контроль, технологічне блокування і сигналізацію.

Автоматичне регулювання забезпечує хід безперервно протікаючих процесів в парогенераторі – живлення водою, горіння, перегрів пари.

Дистанційне управління дозволяє черговому персоналу запускати і зупиняти парогенераторну установку, а також перемикати та здійснювати регулювання її механізмів на відстані, з пульта, де зосередженні пристрої керування.

Теплотехнічний контроль за роботою парогенератора і іншого обладнання здійснюється за допомогою показуючих та самопишучих приладів, що працюють автоматично. Прилади ведуть безперервний контроль процесів, що проходять в парогенераторній установці, або підключаються до об’єкту вимірювання обслуговуючим персоналом або ЕОМ. Прилади теплотехнічного контролю розміщують на панелях, щитах керування, по можливості зручно для спостереження і обслуговування.

Технологічне блокування виконує в заданій послідовності ряд операцій при пусках і зупинках механізмів установки парогенератора, так само у випадках спрацьовування технологічного захисту. Блокування виключає неправильні операції при обслуговуванні установки парогенератора забезпечують відключення в необхідній послідовності устаткування при виникненні аварії.

Пристрої технологічної сигналізації інформують черговий персонал про стан устаткування, попереджують про наближення параметрів до небезпечних значень, повідомляють про виникнення аварійного режиму парогенератора і його устаткування. При цьому застосовується звукова і світлова сигналізація.

Експлуатація котлів повинна забезпечувати надійне і ефективне вироблення пари необхідних параметрів і безпечні умови праці персоналу. Для виконання цих вимог, експлуатація повинна вестися в точній відповідності із правилами, нормами і інструкціями, зокрема, згідно: «Правила побудови і безпечної експлуатації парових котлів», «Правила технічної експлуатації електричних станцій і мереж», «Правила технічної експлуатації теплових установок і теплових мереж» і інші.

На основі зазначеного вище матеріалу для кожної котельної установки мають бути складені посадові і технологічні інструкції по обслуговуванню устаткування, ремонту, техніці безпеки, запобіганню і ліквідації аварій і тому подібне. Мають бути складені технічні паспорти на устаткування, виконавчі, оперативні і технологічні схеми трубопроводів різного призначення. Знання інструкцій, режимних карт роботи котла і вказаних матеріалів є обов'язковим для персоналу. Знання обслуговуючого персоналу повинні систематично перевірятися.

Експлуатація котлів проводиться по виробничих завданнях, що складається по планах і графіках вироблення пари, витрати палива, витрати електроенергії на власні потреби. Обов’язково ведеться оперативний журнал, в який заносяться розпорядження керівника і записи чергового персоналу про роботу устаткування та ремонтна книга в яку записують відомості про відмічені дефекти і заходи щодо їх усунення.

Повинні вестися первинна звітність, що складається з добових відомостей по роботі агрегатів і записів реєструючих приладів і вторинна звітність, що включає узагальнені дані по показниках за певний період. Кожному котлу привласнюється свій номер, всі комунікації фарбуються в певний умовний колір, встановлений ГОСТ-ом. Установка котлів в приміщенні повинна відповідати правилам «Держміськтехнагляду», вимогам техніки безпеки, санітарно-технічним нормам, вимогам пожежної безпеки.

Опис технологічного процесу

Паровим котлом називається комплекс агрегатів, призначених для вироблення водяної пари. Цей комплекс складається з ряду теплообмінних пристроїв, зв’язаних між собою і призначених для передачі тепла від продуктів згорання палива до води і пари. Початковим носієм енергії, наявність якого необхідна для утворення пар з води, служить паливо.

Основними елементами робочого процесу, здійснюваного в котельній установці, є:

- процес горіння палива;

- процес теплообміну між продуктами згорання або самим паливом, що горить, з водою;

- процес паротворення, що складається з нагріву води, її випаровування (перетворення в пару) і нагріву отриманої пари.

Під час роботи в котлоагрегатах утворюються два потоки, що взаємодіють один з одним:

- потік робочого тіла;

- потік теплоносія, що утворюється в топці.

В результаті цієї взаємодії на виході об'єкту виробляється пара заданого тиску і температури.

Одним з основних завдань, що виникає при експлуатації котельного агрегату, є забезпечення балансу між виробленою і споживаною енергією. У свою чергу, процеси паротворення і передачі енергії в котлоагрегаті однозначно пов’язані з кількістю речовини в потоках робочого тіла і теплоносія.

Горіння палива є суцільним фізико-хімічним процесом. Хімічна частина горіння є процесом окислення його горючих елементів киснем, що проходить при певній температурі і супроводжується виділенням тепла. Інтенсивність, економічність і стійкість процесу горіння палива залежать від способу підведення і розподілу повітря між частками палива. Умовно прийнято процес спалювання палива поділяти на три стадії: запалення, горіння і допалювання. Ці стадії в основному протікають послідовно в часі, частково накладаючись одна на одну.

Розрахунок процесу горіння зазвичай зводиться до визначення:

- кількості повітря (м³), необхідної для згорання одиниці маси або об’єму палива;

- кількості і складу теплового балансу;

- температури горіння.

Значення тепловіддачі полягає в теплопередачі теплової енергії, що виділяється при спалюванні палива, воді, з якої необхідно отримати пару, або пару, якщо необхідно підвищити його температуру вище за температуру насичення. Процес теплообміну в котлі проходить через водогазонепроникні теплопровідні стінки, що називаються поверхнею нагріву. Поверхні нагріву виконуються у вигляді труб. Всередині труб відбувається безперервна циркуляція води, а зовні вони омиваються гарячими топковими газами або сприймають теплову енергію випромінюванням. Таким чином, в котлоагрегаті мають місце всі види теплопередачі: теплопровідність, конвекція і випромінювання.

Кількість тепла передана через одиницю площі нагріву в одиницю часу носить назву теплової напруги поверхні нагріву. Величина напруги обмежена, по-перше, властивостями матеріалу поверхні нагріву, по-друге, максимально можливою інтенсивністю теплопередачі від гарячого теплоносія до поверхні, і від поверхні нагріву до холодного теплоносія.

Утворення пари в котлоагрегатах протікає з певною послідовністю. Вже в екранних трубах починається утворення пари. Цей процес протікає при великій температурі і тиску. Явище випаровування полягає в тому, що окремі молекули рідини, що знаходяться на її поверхні і володіють високими швидкостями, а отже і більшою в порівнянні з іншими молекулами кінетичною енергією, долаючи силу взаємодії сусідніх молекул (поверхневе натягнення), вилітають в навколишній простір. Із збільшенням температури інтенсивність випаровування зростає.

Процес зворотній паротворенню називають конденсацією. Рідину, що утворюється при конденсації називають конденсатом. Вона використовується для охолоджування поверхонь металу в пароперегрівачах.

Пара, що утворюється в котлоагрегаті, поділяється на насичену і перегріту. Насичена пара, в свою чергу, ділиться на суху і вологу. Оскільки на теплоелектростанціях потрібна перегріта пара, то для перегріву пари встановлюється пароперегрівач, наприклад ширмовий і кон’юктивний, в яких для перегріву пари використовується тепло, отримане в результаті згорання палива. Отримана перегріта пара при температурі і тиску атм. іде на технологічні потреби.

Вентиляційні установки

 

На відміну від кондиціонерів, які все ж не є предметами першої необхідності, системи вентиляції встановлюються у всіх житлових і офісних приміщеннях. Наявність вентиляційних систем настільки важливо, що вимоги до їхніх технічних характеристик регулюються державою і прописані в Будівельних Нормах і Правилах. Все це пояснюється тим, що при відсутності вентиляції в закритих приміщеннях зростає концентрація вуглекислого газу і інших шкідливих речовин. Це негативно позначається на самопочутті людей, викликає головний біль, сонливість, втрату працездатності. Частково проблему можна вирішити, періодично провітрюючи приміщення, однак у цьому випадку разом зі свіжим повітрям в приміщення потрапляє пил, різні запахи, вуличний шум. До того ж доводиться постійно відкривати і закривати вікно або кватирку. Для вирішення всіх цих проблем і існують системи вентиляції повітря.

Типи систем вентиляції

 

При розробці системи вентиляції в першу чергу визначають її тип. Класифікація типів вентиляційних систем виробляється на основі наступних основних ознак:

По способі переміщення повітря: природна або штучна система вентиляції.

По призначенню: приточна або витяжна система вентиляції.

По зоні обслуговування: місцева або загальнобмінна система вентиляції.

По конструкції: складальна або моноблочна система вентиляції.

Природна і штучна система вентиляції

Природна вентиляція створюється без застосування електроустаткування (вентиляторів, електродвигунів) і відбувається внаслідок природних факторів - різниці температур повітря, зміни тиску залежно від висоти, вітрового тиску.

Перевагами природні системи вентиляції є дешевизна, простота монтажу і надійність, викликана відсутністю електроустаткування і рухомих частин. Завдяки цьому, такі системи широко застосовується при будівництві типового житла і являють собою вентиляційні короба, розташовані в кухних приміщеннях і санвузлах.

Недоліком природних систем вентиляції є сильна залежність їхньої ефективності від зовнішніх факторів - температури повітря, напрямку і швидкості вітру і т. д. Крім цього, такі системи в принципі нерегульовані і з їхньою допомогою не вдається вирішити багато завдань в області вентиляції.

Штучна або механічна вентиляція застосовується там, де недостатньо природної. У механічних системах використовується устаткування і прилади (вентилятори, фільтри, повітронагрівачі і т. д.), що дозволяють переміщувати, очищати і нагрівати повітря. Такі системи можуть видаляти або подавати повітря у вентильовані приміщення не залежно від умов навколишнього середовища. На практиці, у квартирах і офісах необхідно використати саме штучну систему вентиляції, оскільки тільки вона може гарантувати створення комфортних умов.

Приточна і витяжна система вентиляції

Приточна система вентиляції служить для подачі свіжого повітря в приміщення. При необхідності повітря, що подається нагрівається і очищається від пилу.

Витяжна вентиляція, навпаки, видаляє із приміщення забруднене або нагріте повітря. Звичайно в приміщенні встановлюється як приточна, так і витяжна вентиляція. При цьому їхня продуктивність повинна бути збалансована, інакше в приміщенні буде утворюватися недостатній або надлишковий тиск, що призведе до неприємного ефекту «дверей, що ляскають».

Місцева і загально обмінна система вентиляці.

Місцева вентиляція призначена для подачі свіжого повітря на певні місця (місцева приточна вентиляція) або для видалення забрудненого повітря від місць утворення шкідливих виділень (місцева витяжна вентиляція). Місцеву витяжну вентиляцію застосовують, коли місця виділення шкідливих домішок локалізовані і є можливість не допустити їхнього поширення по всьому приміщенню. У цих випадках місцева вентиляція досить ефективна і порівняно недорога. Місцева вентиляція використовується, переважно, на виробництві.

У побутових умовах застосовується загально обмінна вентиляція. Виключенням є кухонні витяжки, які являють собою місцеву витяжну вентиляцію.

Загально обмінна вентиляція, на відміну від місцевої, призначена для здійснення вентиляції у всьому приміщенні. Загально обмінна вентиляція також може бути приточною і витяжною. Приточну загальнообмінну вентиляцію, як правило, необхідно виконувати з підігрівом і фільтрацією приточного повітря. Тому така вентиляція повинна бути механічною (штучною). Загальнообмінна витяжна вентиляція може бути простіше приточної і виконуватися у вигляді вентилятора, установленого у вікні або в отворі у стіні, оскільки видаляє повітря, що, не потрібно обробляти. При невеликих обсягах вентильованого повітря встановлюють природну витяжну вентиляцію, що помітно дешевше механічної.

Складальна і моноблочна система вентиляції

Складальна система вентиляції збирається з окремих компонентів - вентилятора, глушника, фільтра, системи автоматики і т. д. Така система звичайно розміщюється в окремому приміщенні - венткамера або за підвісною стелею (при невеликій продуктивності). Перевагами складальних систем є можливість вентиляції будь-яких приміщень - від невеликих квартир і офісів до торгівельних залів супермаркетів і будинків. Недоліком є необхідність професійного розрахунку і проектування, а також більші габарити..

У моноблочной системі вентиляції всі компоненти розміщуються в єдиному шумоізольованому корпусі. Моноблочні системи є приточні і приточно-витяжні. Приточно-витяжні моноблочні установки можуть мати вбудований рекуператор для економії електроенергії.

Моноблочні системи вентиляції мають ряд переваг перед складальними системами:

1). Оскільки всі компоненти розташовані в шумоізольованому корпусі, рівень шуму моноблочних приточних установок помітно нижче, ніж у складальних системах. Завдяки цьому моноблочні системи невеликої продуктивності можна розміщати в житлових приміщеннях, а складальні системи, як правило, потрібно встановлювати в підсобних приміщеннях або в спеціально обладнених вентиляційних камерах.

2). Функціональна закінченість і збалансованість. Всі елементи приточної установки підбирають, тестують і налагоджують для спільної роботи на етапі виробництва, тому моноблочні системи мають максимально можливу ефективність.

3). Невеликі габарити. Наприклад, моноблочна приточна вентиляційна система продуктивністю до 500 м³ в годину виконується в прямокутному корпусі невеликої висоти. Простий і недорогий монтаж. Установка моноблочної приточної системи займає декілька годин і не потребує великої кількості додаткових матеріалів.

Існує поширена думка, що будь-який кондиціонер може не тільки прохолоджувати, але і вентилювати повітря в приміщенні. Однак повною мірою функція подачі свіжого повітря реалізована тільки в канальних кондиціонерах. Віконні кондиціонери, а також і деякі напівпромислові моделі теж можуть здійснювати вентиляцію, хоча і в обмежених обсягах (близько 10% від загальної продуктивності). Звичайні ж настінні спліт-системи тільки прохолоджують або нагрівають повітря всередині приміщення. Тому такі кондиціонери застосовують разом із системою приточної вентиляції.