ВОЗМОЖНЫЕ АВАРИЙНЫЕ СИТУАЦИИ

К аварийным ситуациям, вызывающим на­рушение нормального режима работы кот­лов, при которых, согласно требованиям Правил устройства и безопасной эксплуата­ции паровых и водогрейных котлов, они дол­жны быть немедленно остановлены действи­ем автоматики или дежурным персоналом, относятся:

Обнаружение неисправности предохрани­тельного клапана;

Если давление в барабане котла поднялось выше разрешенного на 10% и продолжа­ет расти;

Снижение уровня воды ниже низшего до­пустимого уровня, в этом случае подпит­ка котла водой категорически запрещена;

Повышение уровня воды выше высшего допустимого уровня;

Прекращение действия всех питательных насосов;

Прекращение действия всех указателей уровня воды прямого действия;

Если в основных элементах котла (бара­бане, коллекторе, камере, пароводопе репускных и водоопускных трубах, па­ровых и питательных трубопроводах, жаровой трубе, огневой коробке, кожу­хе топки, трубной решетке, внешнем се­параторе, арматуре) будут обнаружены трещины, выпучины, пропуски в их свар­ных швах, обрыв анкерного болта или связи;

Недопустимое повышение или понижение давления в тракте прямоточного котла до встроенных задвижек;

Погасание факелов в топке при камерном сжигании топлива;

Снижение расхода воды через водогрей­ный котел ниже минимального допусти­мого значения;

Снижение давления воды в тракте водо­грейного котла ниже допустимого;

Повышение температуры воды на выхо­де из водогрейного котла до значения на 20°С ниже температуры насыщения, со­ответствующей рабочему давлению воды в выходном коллекторе котла;

Неисправности автоматики безопасности или аварийной сигнализации, включая ис­чезновение напряжения на этих устрой­ствах;

Возникновение в котельной пожара, угро­жающего обслуживающему персоналу или котлу;

Появление неплотностей в обмуровке, в местах установки предохранительно-взрывных клапанов и газоходах;

Прекращение подачи электроэнергии или исчезновение напряжения на устройствах дистанционного, автоматического управ­ления и средствах измерения;

Неисправности КИП, средств автомати­зации и сигнализации;

Выход из строя предохранительных бло­кировочных устройств;

Неисправности горелок, в том числе ог-непреградителей;

Появление загазованности, обнаружение утечек газа на газовом оборудовании и внутренних газопроводах;

Взрыв в топочном пространстве, взрыв или загорании горючих отложений в га­зоходах;

Аварии в газовом хозяйстве.

ПРИЧИНЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ АВАРИЙ И ОТКАЗОВ В РАБОТЕ КОТЕЛЬНЫХ

Наиболее серьезными последствиями ава­рии являются взрывы при нарушении плот­ности котла по причинам несоблюдения ре­жимов работы и правил эксплуатации, а так­же взрывы, связанные с загазованностью топ­ки при неправильном ее обслуживании и сжи­гании топлива.

В топке и газоходах хлопки и взрывы про­исходят, когда концентрация газа в воздухе находится в диапазоне пределов взрываемос-ти и создается взрывоопасная газовоздушная смесь.

В котельной, работающей на твердом виде топлива, при слоевом сжигании топлива в топке и газоходах горючие газы в большом количестве выделяются из свежего топлива, если при кратковременной остановке котла его забрасывают на оставшееся несгоревшее топливо, а не удаляют из топки.

Причинами образования взрывоопасной газовоздушной смеси в топках и газоходах газифицированной котельной могут явиться неправильные действия персонала при эксп­луатации котлов, неисправность запорных устройств перед горелками и включение их при неисправной или отключенной автома­тике контроля пламени, отсутствие уст­ройств контроля герметичности запорных органов горелок.

При сжигании жидкого топлива пожары и взрывы в топке и газоходах возникают в слу­чае некачественного его распыления форсун­ками, что приводит к вытеканию мазута в амбразуру и на стенки топки. При плохом смешении мазута с воздухом и неполном его горении происходит повышенный вынос в газоходы сажи. В случае возгораний отложе­ний и сажи повышается температура газов, уменьшается тяга, значительно разогревает­ся обшивка, а иногда выбивается пламя.

Причиной аварии может явиться неудов­летворительный водный режим котлов. В результате чего образуются отложения на­кипи, вызывающей повышение температуры металла труб и их пережог. Скопление наки­пи и шлама могут также привести к наруше­нию циркуляции воды. Причинами повреж­дений и аварий могут являться заводской брак в котле, плохое качество материала, из ко­торого изготовлены отдельные узлы котла, а также неудовлетворительное состояние оборудования из-за некачественного монта­жа или ремонта.

В таблице 1 приводятся типичные случаи аварий и неполадок в работе котельных и указываются их причины и возможные по­следствия.

Таблица 1

Типичные случаи аварий и отказов в работе котельных, их причины и возможные последствия

Неисправность

Возможные последствия

Пожар в помещении котельной

Несоблюдение требований произ­водственной инструкции и правил пожарной безопасности. Воспламенение легко воспламе­няющихся материалов и веществ. Неполадки в работе оборудования котлоагрегатов. Неисправность автоматики безопасности котла. Неисправность электрооборудова­ния

Несчастные случаи и гибель людей. Материальный ущерб

Неисправность				Возможные последствия
Упуск воды в барабане котла	Нарушения производственных и должностных инструкций. Низкая трудовая дисциплина рабо­чих. Техническая неисправность пита­тельной и продувочной арматуры. Неисправность насосов, сигналь­ных устройств. Утечки воды из котла из-за непол­ного закрытия вентиля при про­дувке котла			Деформация барабана котла, образование тре­щин и свищей. Взрыв котла в результате резкого повышения давления пара при подпитке котла после упуска воды
Превышение допусти­мого уровня воды в барабане котла	Неисправность водоуказательных приборов. Повреждение питательной арматуры и регулирующих клапанов. Неисправность сигнализаторов предельных уровней воды. Вспенивание котловой воды			Гидравлический удар при попадании воды в паро­провод. Разрушение паропровода или прокладок во флан­цевых соединениях
Повышение давления в водогрейных котлах	Остановка насосов и прекращение циркуляции. Несрабатывание предохранитель­ных устройств. Закрытие общей задвижки на водяной линии котельной			Выпуклости и разрыв труб поверхностей нагрева
Повышение давления в паровых котлах	Прекращение расхода пара. Несрабатывание предохранитель­ных устройств. Чрезмерная форсировка котла			Разрыв паропроводов, труб, поверхностей нагрева, барабана
Вспенивание котловой воды	Неудовлетворительное качество питательной воды. Резкое увеличение расхода пара и снижение давления в котле. Превышение щелочности котловой Подача в большом количестве в котел химических реагентов			Заброс воды в паропро­вод, возможность упуска воды в барабане котла. Пропуск пара в арматуре. Гидравлические удары в паропроводе. Пробивание прокладок во фланцевых соединениях
Неисправность			Возможные последствия
Внезапное прекращение горения и взрывы газовой смеси в камерах сгорания и газоходах газифицированных		Неправильные действия персонала при ручном розжиге горелок и регулировании их тепловой мощности и неисправной автоматике котла. Отрыв (проскок) факела пламени горелки и повторное включение горелок без предварительной вентиляции топок и газоходов. Резкое падение давления газа перед горелками в связи с неполадками в работе оборудования ГРП (ГРУ). Неполадки тягодутьевого устройства агрегата	Срабатывание предохра­нительно-взрывного клапана. Выбрасывание пламени из смотрового отверстия топки. Разрушение обмуровки котлоагрегата и строи­тельных конструкций котельной. Травмы у обслуживающе­го персонала и гибель людей
Неисправность водоуказательных приборов		Неправильно продуты водоуказа-тельные стекла. Засорились каналы водоуказатель­ного стекла, кранов.	Неправильное показание уровня. Все стекло прибора заполняется водой. Уровень воды в стекле неподвижен или постепенно повышается.
Неисправны предохранительные		Износ клапана и седла. Перекос и неплотности клапана. Попадание постороннего предмета под клапан	Пропуск пара из клапана при нормальном давлении в котле
Предохранительный клапан не срабатывает		Клапан прикипел к седлу. Неправильная регулировка	Преждевременное открытие предохрани­тельного клапана или его несрабатывание
Неисправность пружинного манометра		Деформация латунной трубки вследствие попадания в нее пара. Имеются механические поврежде­ния. Неплотность в резьбовых соединениях. Манометр подсоединен к котлу без сифонной трубки	Стрелка не устанавлива­ется на «нуль». Стрелка сбита с оси или заскочила за штифт. Пропуск пара или воды в резьбовых соединениях. Манометр показывает неправильное давление
Неисправности в работе центробежного насоса		Изношены элементы насоса. Неплотности в сальниках. Слишком горячая вода. Пальцы на полумуфтах и шпонка, соединяющая вал насоса с рабочим колесом, пришли в негодность, слишком затянуты сальники. Плохая центровка валов.	Недостаточная производительность и напор насоса. Вибрация
Неисправность			Возможные последствия
Неисправности в работе поршневого		Подсос воздуха через неплотности во фланцах, в сальниках штока. Закрыта задвижка на всасывающем трубопроводе, высокая температу­ра воды в питательном баке. Неисправность и износ клапанов. Износ поршневых колец. Не полностью открыта задвижка на всасывающем или нагнетательном трубопроводе	Уменьшается производи­тельность и напор насоса
Неисправности в работе тягодутьевых установок		Увеличенный зазор в уплотнении на входе потока в рабочее колесо. Износ лопаток рабочего колеса. Загрязнены подшипник и смазка. Применены несоответствующие смазочные материалы. Пониженный уровень масла. Неправильная центровка валов вентилятора (дымососа) и электродвигателя. Ослабление фундаментных болтов или крепления подшипников. Недостаточная мощность электродвигателя. Обрыв одной из фаз электродвигателя. Засорение каналов воздушного охлаждения. Подгорание контактных колец	Снижение напора и производительности. Перегрев подшипников. Шум и вибрация вентилятора (дымососа). Перегрузка, чрезмерное нагревание электродвигателя
Загорание сажи		Неполное сгорание топлива. Несоблюдение требований очистки дымоходов	Повышение температуры уходящих газов. Уменьшение тяги. Значительный разогрев и повреждение дымоходов
Загазованность и взрывы газовоздуш­ной смеси в помещении котельной		Утечка газа через неплотности в соединениях газопроводов и в запорной арматуре. Разрыв внутрикотельного газопровода. Неисправность приточно-вытяжной вентиляции при загазованности помещения котельной	Повреждение основного и вспомогательного обору­дования котельной. Разрушение конструкции здания котельной. Материальный ущерб и вынужденный простой оборудования котельной. Травмы у обслуживающе­го персонала и гибель людей.

ПОРЯДОК ОПОВЕЩЕНИЯ В СЛУЧАЯХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Владельцы котлов, зарегистрированных в органах Госпромнадзора, о каждой аварии, смертельном, тяжелом или групповом несча­стном случае обязаны немедленно уведомить территориальный орган технадзора и другие государственные учреждения в соответствии с положением о порядке технического рас­следования причин аварий и инцидентов на опасных производственных объектах.

Дежурный персонал, обслуживающий котельные установки, при каждом отказе в работе оборудования, аварии, несчаст­ном случае и при пожаре или угрозе пожа­ра обязан:

Немедленно уведомить ответственного за исправное состояние и безопасную экс­плуатацию котлов (начальника котель­ной);

Оповестить всех должностных лиц со­гласно заранее составленному списку;

До прибытия комиссии по расследованию обстоятельств и причин аварии или не­счастного случая обеспечить сохран­ность всей обстановки аварии (несчаст­ного случая), если это не представляет опасности для жизни и здоровья людей и не вызывает дальнейшего развития ава­рии или аварийной ситуации;

Составить объяснительную записку, ко­торая будет являться первичным доку­ментом предварительного расследования причин аварии.

ОБЩИЕ МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ АВАРИЙНОЙ ОБСТАНОВКЕ КОТЛОВ, РАБОТАЮЩИХ НА ТВЕРДОМ, ЖИДКОМ И ГАЗООБРАЗНОМ ТОПЛИВЕ

При ликвидации аварий, связанных с экст­ренной остановкой котлов, обслуживающий персонал должен уметь быстро оценивать сложившуюся аварийную ситуацию, сохра­нять спокойствие и уверенно действовать на любых стадиях развития аварий.

При аварийной остановке котлов необхо­димо соблюдать следующие меры безопас­ности.

При работе котельной на твердом виде топлива горящее топливо из топки остано­вившегося котла следует удалить. В исклю­чительных случаях, при невозможности бы­строго удаления топлива из топки, горящее топливо можно заливать водой. При этом особое внимание машинист (кочегар) должен обратить на то, чтобы струя воды не попала на стенки топки котла и обмуровку. Зали­вать выгребаемый шлак можно только с при­менением брансбойта с расстояния, обеспе­чивающего безопасность персонала при за­ливке (не менее 2-3 м).

Запрещается не только "приглушать" пла­мя топливом, но и прекращать подачу возду­ха при удалении топлива. Если это указание не будет выполнено, то это приведет к выб­расыванию пламени из топки скопившимися в ней газами и травмированию обслуживаю­щего персонала.

На дверцах топки должны быть надеты запоры, исключающие возможность выбра­сывания газов и пламени из топки и задымле­ния помещения котельной.

При работе котельной на жидком топли­ве немедленно перекрывается подача топли­ва в форсунку или воздуха при установке форсунки воздушного распыления. Если по­зволяет конструкция, форсунка извлекается из топки. Отключается кран на упуске тру­бопровода к форсунке аварийного котла, об­щий кран внутрикотельного трубопровода.

При работе котельной на газообразном топливе закрывается запорный орган на вво­де газопровода перед котельной или предох­ранительно-запорный клапан и запорный орган перед аварийным котлом для отклю­чения его от общего газопровода.

При этом вначале быстро перекрывается подача газа, потом воздуха, и затем откры­вается кран на газопроводе свечи безопасно­сти.

Эксплуатация газового оборудования с отключенными контрольно-измерительными приборами, блокировками и сигнализацией, предусмотренными проектом, запрещается.

ОПАСНЫЕ ДЕЙСТВИЯ ОБСЛУЖИВАЮЩЕГО ПЕРСОНАЛА КОТЕЛЬНОЙ, ОБУСЛОВЛИВАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Во избежание возможных аварий и отказов в процессе эксплуатации котельного обору­дования оператору (кочегару) запрещается:

Заклинивать предохранительные клапаны или дополнительно нагружать их;

Выполнять на котлах, которые находят­ся под давлением, ремонтные работы (смазывать подшипники, набивать и под­тягивать сальники, болты фланцевых со­единений);

Открывать и закрывать арматуру удара­ми молотка или других предметов, а так­же при помощи удлиненных рычагов;

Допускать, чтобы уровень воды в паро­вом котле опускался ниже допустимого низшего уровня или поднимался выше до­пустимого высшего уровня;

Допускать переход стрелки за красную черту, указанную на манометре;

Производить продувку котла при неисп­равной продувочной арматуре;

Обдувать котел от сажи, продувать его без использования рукавиц и защитных очков;

Пользоваться открытым огнем для отыс­кания мест утечки газа;

Включать и отключать электрические приборы при наличии запаха газа в поме­щении котельной;

Включать и выключать электродвигате­ли насосов и дымососов без электроза­щитных перчаток и при отсутствии за­земления электрооборудования;

Применять в дымоходах и котлах элект­ролампы с напряжением более 12 В;

Загромождать котельную посторонними предметами;

Выполнять во время дежурства какие-либо другие обязанности, не предус­мотренные производственной инструк­цией;

Оставлять котел без постоянного наблю­дения как во время работы котла, так и после его остановки до снижения давле­ния в нем до атмосферного;

Допускать посторонних лиц, не имеющих отношения к эксплуатации котлов и обо­рудования котельной.

Cтраница 1

Упуск уровня воды в котле ниже допускаемого может повлечь за собой ухудшение или даже срыв циркуляции, так как опускные грубы циркуляционных контуров ввальцовываются в верхние барабаны иногда на значительной высоте от нижней образующей барабана.  

Упуск уровня воды возможен также и в редких случаях неисправности или выхода из строя автоматических регулирующих устройств.  

При упуске уровня воды в барабане котла пар начинает поступать в водоспускные трубы задолго до опорожнения барабана. Опасность возникает, когда в барабане над опускными трубами еще имеется слой воды. При возникающей неравномерной, толчкообразной циркуляции трубы перегорают не только в верхней части топочной камеры, но и гораздо ниже, иногда даже на уровне горелок. Все это указывает на то, что при упуске уровня нужно опасаться не только оголения верхних концов экранных труб, но и нарушения циркуляции в экранах из-за появления пара в опускных трубах.  

Основными причинами разрыва стенок барабана, экранных и кипятильных труб в период эксплуатации котла могут быть: упуск уровня воды и последующая подкачка воды на раскаленные стенки барабана; значительное превышение допустимого рабочего давления в котле; нарушение циркуляции воды в котле; отложение накипи на поверхностях нагрева, вызывающей местный перегрев и пережог металла; плохое качество металла (наличие в нем раковин, инородных включений и т.п.); наличие трещин в сварных и заклепочных соединениях и трубных решетках; коррозия и эрозия металла; некачественное изготовление; нарушение водно-химического режима.  

Для выносных циклонов возможно существенное снижение уровня воды в них, что может привести к пережогу экранных труб в результате упуска уровня воды из циклонов и ухудшения охлаждения труб водой.  

При этом следует соблюдать следующие основные положения: прекратить подачу топлива и воздуха; ослабить тягу; при сжигании топлива в слое необходимо незамедлительно удалить его из топки; в особых случаях горящее топливо следует залить водой; отключить котел от паровой магистрали; открыть продувку. При останове котла после глубокого упуска уровня воды в барабане подпитка котла запрещается. После стравливания пара необходимо остановить дымосос.  

При отключении одного из этих работавших блоков на его турбине по невыясненной причине сработал стопорный клапан и от его блок-контактов произошло отключение двух секций с.н. 6 кВ, что при отключившемся резервном трансформаторе с.н. привело к останову двух котлов и двух питательных электронасосов. В результате этого на электростанции снизилось давление свежего пара в главных паропроводах, уменьшилась производительность двух находившихся в работе турбонасосов питательной воды, понизился ее уровень в двух работавших барабанных котлах и они были отключены защитой, срабатывающей при упуске уровня воды в барабане.  

Система специальных защитных блокировок должна обеспечить отключение подачи топлива: при нарушении нормальной последовательности пусковых операций; при отключении дутьевых вентиляторов; понижении давления газа ниже допустимого предела; при нарушении тяги в топке котла; срывах и погасании факела; при упуске уровня воды в котле и в других случаях отклонения параметров работы котлоагрегатов от нормы.  

Различные модификации системы AM К обеспечивают поддержание в заданных пределах давления пара и уровня воды в котле, пропорционирование подачи воздуха в соответствии с подачей газа, а также защиту котлоагрегата при упуске воды, превышении допустимого предела давления пара, прекращении подачи воздуха и электроэнергии, погасании пламени горелки или форсунки, прекращении тяги. Электрической схемой автоматизации предусмотрен полуавтоматический пуск и останов котлоагрегата, световая сигнализация о нормальной работе котла и наступлении аварийных режимов. Возможно осуществление звуковой сигнализации при упуске уровня воды или прекращении циркуляции воды.  

Испытаниями установлено, что попадание пара в опускные трубы является следствием образования в барабане на поверхности воды воронок, через которые пар засасывается в них, особенно при понижении уровня воды ниже допустимого. Также бывают случаи попадания в опускные трубы паровых пузырей, выходящих из экранных (подъемных) труб, если последние расположены вблизи от входа воды в опускную систему и не отделены от него перегородкой. Особенно опасными являются случаи засасывания пара в опускные трубы при глубоком упуске уровня воды в барабане, когда при этом возникает резкое повышение температуры металла многих труб, в которых образуется пар, с последующими их разрывами в местах образования отдулин.  

На котлах с применением ступенчатого испарения повреждение экранных труб происходит, как правило, в циркуляционных контурах соленых отсеков барабана или выносного циклона. В связи с этим при нерегламентированном понижении уровня воды в барабане котла обслуживающему персоналу необходимо особенно тщательно контролировать уровень воды в соленом отсеке. Циркуляционные аварии, связанные с упуском уровня воды в барабане котла, если не приняты своевременные меры или произошло грубое нарушение правил эксплуатации котельных установок, могут иметь тяжелые последствия. Так, опыт эксплуатации паровых двухбара-банных котлов производительностью 1 т / ч (типа Е-1 / 9) с давлением пара 0 9 МПа показал, что при продолжительных глубоких упусках уровня воды в верхнем барабане котла, сопровождающихся неправильными действиями обслуживающего персонала, возникали тяжелые аварии с большими повреждениями оборудования.  

Страницы:      1

Регулирование питания барабанного котельного агрегата водой.

Автоматизация питания барабанных котлоагрегатов предусматривает автоматическое управление питанием водой как при условиях нормального протекания эксплутационных режимов работы котла, так и при режимах пуска и останова котельного агрегата.

В свою очередь нормальные эксплутационные режимы работы могут протекать при постоянном и переменном (скользящем) давлении свежего пара.

Показателем соответствия материального баланса между паром и водой – расхода свежего пара и расхода питательной воды служит уровень в барабане котла. Отклонение уровня воды в барабане от среднего значения характеризует наличие небаланса между притоком питательной воды и расходом пара. Оно (отклонение) происходит также вследствие изменения паросодержания пара в пароводяной смеси подъемных труб за счет колебаний давления пара в барабане котла или изменений тепловосприятия испарительных поверхностей нагрева.

Так, при увеличении расхода пара в первый момент после возмущения уровень воды в барабане возрастает в результате резкого уменьшения давления пара, что в свою очередь приводит к увеличению паросодержания в подъемных трубах циркуляционного контура и росту уровня. Это явление называется набуханием уровня.

При изменении нагрузки котла и, как следствие, изменении его паропроизводительности средний уровень воды должен поддерживаться постоянным.

Максимально допустимые отклонения уровня воды в барабане составляют + 100 мм от среднего значения, установленного заводом-изготовителем. При этом средний уровень не обязательно должен совпадать с геометрической осью барабана. Снижение уровня ниже видимой части водомерного стекла, установленного на барабане котельного агрегата, считается «упуском» воды, а превышение его верхней видимой части – «перепиткой». Расстояние между этими критическими отметками составляет 400 мм.

Снижение уровня ниже места присоединения опускных труб циркуляционного контура может привести к нарушению питания и охлаждению водой подъемных труб, нарушению их прочности в местах стыковки с корпусом барабана, а в наиболее тяжелых случаях и пережогу.

Чрезмерное повышение уровня может привести к ухудшению действия внутрибарабанных сепарационных устройств, заносу солями пароперегревателя, а также забросу частиц воды в турбину, что может явиться причиной тяжелых механических повреждений лопаток ее ротора.

Снабжение барабана водой осуществляется по одной, реже двум ниткам трубопроводов питательной воды, одна из которых служит резервной.

Схема автоматического регулирования питания котельного агрегата. В АСР питания котла водой реализован принцип комбинированного регулирования по возмущению – при изменении расхода пара или питательной воды и отклонению – при изменении уровня воды в барабане котла.

Регулятор питания должен обеспечить постоянство среднего уровня воды независимо от нагрузки котла и возмущающих воздействий (Рис. 12.7).

В АСР питания используют для этих целей трехимпульсный регулятор питания. Сигналы по возмущению: расход свежего пара D n , расход питательной воды D n в. Сигнал по отклонению: уровень в барабане котельного агрегата H б. Сигнал по расходу питательной воды используется как выключающий для снятия в статике сигнала по расходу пара.

Регулятор питания перемещает регулировочный орган на линии питательной воды при появлении сигнала небаланса между расходами питательной воды и перегретого пара. Помимо этого он воздействует на положение клапана при отклонении уровня воды в барабане котельного агрегата от заданного значения. Использование сигналов D n и D n в обеспечивают быстродействие АСР питания, сигнал H б – заданную точность поддержания уровня в барабане.

В схеме измерительного блока регулятора питания датчики D n , D пв и H б включены таким образом, что при понижении уровня воды в барабане котлоагрегата, увеличении расхода пара, уменьшении расхода питательной воды, они действуют в одном направлении – в сторону открытия питательного клапана, а при повышении уровня, уменьшении расхода пара и увеличении расхода питательной воды в сторону закрытия питательного клапана.

Рис. 12.7 Принципиальная схема регулирования питания барабана котла.

1-экономайзер, 2-барабан котла, 3-пароперегреватель, 4-регулятор питания, 5-датчик уровня, 6-задатчик, 7-датчик расхода пара, 8-датчик расхода питательной воды, 9-регулятор производительности, 10-питательный клапан, 11-питательный насос, 12-гидромуфта, 13-электродвигатель, 14 – дифференциальный манометр.

В качестве регулировочных органов питания используются шиберные клапаны и клапаны золотникового типа.

При полном сбросе нагрузки на котле вследствие повышения давления пара в барабане возможно срабатывание предохранительных клапанов. Количество пара, проходящее через эти клапаны не учитывается датчиком расхода пара. Регулятор питания при этом становится двухимпульсным и будет поддерживать заниженный уровень в барабане в соответствии с неравномерностью регулятора по уровню. Поэтому необходимо выбирать минимально возможную величину неравномерности по уровню, обеспечивающую приемлемые динамические качества АСР питания.

Автоматическая система регулирования питания предназначена для поддержания материального соответствия между подачей питательной воды в котел и расходом пара. Показателем этого соответствия служит уровень воды в барабане котла.

Снижение уровня ниже допустимых пределов («упуск» воды) может привести к нарушению циркуляции в экранных трубах (опрокидывание циркуляции) и, как следствие, к пережогу труб. При значительном повышении уровня в барабане возможен захват частиц воды паром, вынос ее в пароперегреватель и турбину, что вызывает занос пароперегревателя и турбины солями и ведет к их разрушению. В связи с этим к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования.

Регулирование питания котлов малой производительности обычно осуществляется одноимпульсными регуляторами, управляемыми датчиками изменения уровня воды в барабане. В котлах средней и большой паропроизводительности с малым водяным объемом применяются двухимпульсные регуляторы питания котла по уровню воды и расходу пара (рис. 14.8), а также трехимпульсные, управляющие питанием котла по уровню воды, расходу пара и расходу питательной воды.

Рис. 14.8. Принципиальная схема АСР питания:
Э – экономайзер; ПП – пароперегреватель; РП – регулятор;
РПК – регулирующий питательный клапан

Предельные значения уровня в барабане котла определяются на основании специальных расчетов на заводе-изготовителе котельного оборудования и называются уставками по срабатыванию защит от повышения и понижения уровня («перепитка» и «упуск» уровня). Защита от повышения уровня, как правило, выполняется двухступенчатой. Первая ступень защиты воздействует па открытие задвижек аварийного слива из барабана(аварийный сброс); она имеет свою уставку, которая является промежуточной между нормальным уровнем и уставкой защиты от повышения уровня. Вторая ступень зашиты воздействует на останов котла. Операции отключения котла и открытия аварийного слива при достижении соответствующих уставок выполняются устройствами защиты (при отключении) и блокировки (открытие-закрытие аварийного слива).

Таким образом, зона работы АСР питания ограничена уставкой защиты от понижения уровня в барабане котла, с одной стороны, и уставкой открытия аварийного слива – с другой. Эти пределы обуславливают безопасность работы котла, превышение их влечет за собой аварийную ситуацию.

АСР питания барабанного котла должна обеспечить удержание уровня в допустимых пределах:

1) при стационарном режиме (при отсутствии резких возмущений по нагрузке) максимально допустимые отклонения уровня обычно не должны превышать ±20 мм;

2) при скачкообразном возмущении нагрузки на 10 % (исходная нагрузка – номинальная) максимально допустимые отклонения по уровню обычно не должны превышать ±50 мм;

3) при нормальном стационарном режиме работы котла число включений регулятора не должно превышать 6 в минуту.

На уровень в барабане котла оказывают влияние несколько факторов. Основные из них – изменение расхода питательной воды D п.в и температуры питательной воды t п.в,изменение нагрузки потребителя G п.п ; изменение расхода топлива В т .

При возмущении расходом питательной воды формы переходных процессов по уровню существенно различны в зависимости от типа экономайзера. Для котлов с некипящим экономайзером переходной характеристике присуще так называемое явление «набухания» уровня, т.е. изменение уровня в первоначальный момент в сторону, противоположную изменению расхода питательной воды. Объясняется это тем, что, например,увеличение подачи холодной воды вызывает в первый момент снижение температуры пароводяной смеси в барабанекотла и, как следствие, снижение ее уровня. В дальнейшем уровень начинает повышаться из-за того, что расход воды в котел превышает расход пара из него.

В кипящих экономайзерах питательная вода нагревается до температуры насыщения и частично (до 20 %) превращается в пар. При увеличении расхода питательной воды в первоначальный момент происходит уменьшение объема пара в кипящем экономайзере, и питательная вода занимает этот объем. В связи с этим уровень воды в барабане остается без изменения до тех пор, пока происходит замещение питательной водой парового объема в экономайзере. Для котлов с кипящим экономайзером при возмущении расходом питательной воды явление «набухания» уровня не наблюдается (рис. 14.9, б ).

Рис. 14.9. Переходные процессы по уровню при возмущении
расходом питательной воды: а – при не кипящем экономайзере;
б – при кипящем экономайзере

При изменении нагрузки потребителя (изменение расхода отбираемого пара) меняется давление пара в барабане. Так, при увеличении расхода пара давление падает и в первый момент увеличивается интенсивность парообразования, что приводит к увеличению уровня пароводяной смеси в барабане котла. В дальнейшем уровень начинает падать из-за несоответствия расходов питательной воды и пара. Временной характеристике котла при возмущении расходом пара всегда присуще явление «набухаиия» уровня (рис. 14.9, а ).

Величина «набухания» уровня зависит от параметров пара и конструктивных особенностей котла. Явление «набухания» определяется в основном разностью удельных объемов насыщенного пара и кипящей воды, с повышением давления пара этот эффект уменьшается.

Кроме того, «набухание» зависит от теплового напряжения топочных экранов: с его увеличением возрастает паросодержание в топочных экранах, поэтому резче сказывается изменение нагрузки потребителей на «набухании» уровня. У современных котлов с высоким тепловым напряжением колебания уровня при резких и значительных изменениях нагрузки достигают существенного значения. Так, для котла ТГМ-94 сброс нагрузки на 40 % приводит к изменению уровня до 120 мм даже при максимальном регулирующем воздействии расходом питательной воды, произведенным с целью удержания уровня на заданном значении.

Характер переходного процесса при возмущении расходом топлива и неизменном расходе питательной воды аналогичен характеру переходного процесса при возмущении нагрузкой потребителя (см. рис. 14.9, а ). Однако явление «набухания» здесь проявляется в несколько меньшей степени. Суть в том, что при изменении расхода топлива изменяется парообразование, одновременно изменяется давление в барабане, что ведет к изменению удельного объема пара. Оба эти фактора действуют на изменение уровня в противоположных направлениях. Вот почему при топочных возмущениях явление «набухания» проявляется в меньшей степени.

Возмущение из-за изменения температуры питательной воды может произойти при изменении количества работающих подогревателей высокого давления (ПВД), что вызовет изменение режима работы экономайзера. При увеличении температуры питательной воды и постоянном обогреве увеличивается парообразование в испарительном контуре. В результате этого уровень в барабане будет повышаться. В дальнейшем увеличение парообразования при постоянном расходе пара приведет к повышению давления в барабане и, следовательно, к уменьшению удельного объема пара, что вызовет снижение уровня. Переходный процесс при возмущении температурой питательной воды аналогичен приведенному на рис. 14.9, а .

Типовая ACP питания содержит следующие элементы: первичные измерительные преобразователи (датчики) уровня, расхода пара; регулирующие устройства; коммутирующую и управляющую аппаратуру; исполнительные механизмы; регулирующие органы.

Применяемая в настоящее время схема регулирования уровня в барабанах котлов приведена на рис. 14.10, а.

Необходимость применения сравнительно сложной системы регулирования обусловлена наличием в современных котлах высокого давления своеобразного эффекта «вскипания» уровня.

Рис. 14.10. Трехимпульсная схема регулирования уровня
в барабане парового котла

Надежность работы котельного агрегата во многом определяется качеством регулирования уровня. Повышение уровня ведет к аварийным последствиям, так как возможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. В связи с этим к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования.

Сигнал по уровню Н б является корректирующим импульсом, который необходим для динамической стабилизации процесса регулирования, а также для устранения неточности характеристик датчиков по расходу питательной воды и перегретого пара. В случае неисправности или неверных показаний основного датчика уровня оператор может переключить регулирование на вспомогательный датчик уровня, при этом вспомогательный датчик уровня становится основным, а основной датчик уровня – вспомогательным. По вспомогательному датчику уровня производится сигнализация рассогласования показаний датчиков уровня.

Сигнал по расходу питательной воды G п.в поддерживает материальный баланс между расходом воды и пара (то есть регулятор стремится уравнять расход воды и пара), делает регулирование более стабильным и независимым от изменения давления питательной воды.

Сигнал по расходу пара G п.п позволяет регулятору быстрее реагировать на изменение нагрузки, также получать нужную величину и знак (направление движения ИМ) регулирования.

Основным узлом регулятора питания является процессор (электронный прибор типа РС29 или микропроцессорный контроллер типа «Ремиконт»), в котором соответствующим образом суммируются сигналы по уровню в барабане, расходу перегретого пара и расходу питательной воды и сравниваются с заданием.

Обобщая имеющийся опыт по динамике уровня в барабанных котлах, можно принять для расчетов, что

W об (p ) = (ε/p ) e – p τ ,

где ε = 10 3 /F б (р в – р п) мм/кг; F б – площадь зеркала испарения барабана котла, м 2 ; р в, р п – плотности воды и пара линии насыщения, кг/м 3 ; τ – время запаздывания, с.

Величина запаздывания τ расчету не поддается и определяется экспериментально. Значение τ в зависимости от давления в барабане котла Р б находится в пределах 7–12 с.

При Р б = 13 кг/см 2 из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара р в = 171,3 кг/м 3 ; р п = 31,96 кг/м 3 .