Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ ГОРЕЛОК

1.1 Анализ видов пеллет

1.2 Основные типы твердотопливных горелок

2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЕЛЛЕТНОЙ ГОРЕЛКИ

2.1 Котельный агрегат КВа-0,75

2.2 Разрабатываемая пеллетная горелка

3. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАСЧЕТ ПЕЛЛЕТНОЙ ГОРЕЛКИ

3.1 Расчет необходимой производительности питателя

3.2 Расчет параметров питателя

4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОТЕЛЬНЫМ АГРЕГАТОМ

4.1 Энергосберегающая система авторизованного управления тягодутьевым трактором котла САУ ТДТК

5. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

5.1 Обеспечение условий и безопасности труда на производстве

5.2 Расчет освещения производственного цеха

5.3 Охрана окружающей среды

5.4 Мероприятия по защите населения и материальных ценностей в чрезвычайных ситуациях

6. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЕКТА

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Твердотопливные котлы были очень популярны до середины 50-х годов XX века: топливо для них самое доступное и дешевое. Для России твердотопливные котлы более чем актуальны -- дровами владельцу загородного дома запастись проще всего: можно заготовлять их в лесу; лесопилки обычно бесплатно или по бросовым ценам отдают отходы разделки бревен. Уголь, даже сортированный антрацит, также оказывается обычно дешевле солярки. Экологический фактор становится еще одним, все более весомым аргументом в пользу древесины как единственного возобновляемого и экологически чистого топлива на планете. Установлено, что в продуктах сгорания природного газа и высокосернистого мазута присутствует сильнейший яд бензагатрен, причем в концентрации, в сотни раз превышающей ПДК (предельно допустимую концентрацию).С талой весенней водой этот яд, осевший в окрестностях жилья, смывается в ближайший водоем или колодец -- далее к нам в пищу. Поэтому экологически чистые твердотопливные котлы переживают сейчас свое второе рождение. Еще один аргумент в пользу таких котлов: в отличие от газовых и жидкотопливных, они не требовательны к качеству подаваемого в топку воздуха, например к строительной пыли. Промышленность предлагает довольно широкий спектр дровяных и угольных котлов отечественного производства, стоимость которых варьируется в очень широких пределах. Можно условно разделить все твердотопливные котлы на три категории:

-традиционные (где топливо -- уголь, дрова, торф);

-комбинированные (кроме твердого топлива они могут работать на газе или солярке, для чего требуется установить соответствующую горелку). Как правило, дровяная топка служит резервным вариантом на случай отсутствия солярки или слабого давления газа, что часто бывает зимой в сильные морозы;

-универсальные, которые работают на твердом, жидком и газообразном топливе, как и комбинированные, но еще имеют встроенные электроТЭНы. Электронагреватели имеет смысл включать ночью, когда действует низкий тариф на электроэнергию, или в экстренных ситуациях.

Первое важное преимущество в том, что котлы на твёрдом топливе могут длительное время обходиться без закладки дополнительного топлива (горючего материала). Это удобно и экономически.

Второе преимущество твердотопливных котлов, в том, что эти котлы могут работать в условиях, где отсутствуют газ или электричество. Твердотопливные котлы могут быть установлены в домах, которые могут допустим находиться в глухой сибирской деревне, топить его можно и углем, и дровами, и другим горючим твёрдым топливом,а он в свою очередь будет приносить тепло всему дому.

Из твердотопливных котлов выделяются твердотопливные котлы длительного горения. Эти твердотопливные котлы (пиролизные котлы) могут максимально долго работать без дополнительной закладки топлива. Выбрав этот твердотопливный котёл Вы сделаете оптимальный выбор, если конечно Вы не тот, кто хочет потратить всю свою жизнь на закладку дров.

Твердотопливные котлы для систем отопления завоевали своё почётное место и на Украине. Каждый из нас переживает, что Россия может отключить газ, а электричество пропасть в любой неудобный для нас момент. Тепло в наших домах необходимо береч, поэтому всё чаще твердотопливные котлы на Украине активно используют в системах отопления.

Твердотопливные котлы стали автоматически управляемые. Автоматический запуск и розжиг позволяет вам экономить своё время и усилия, чем добавляет удобств вашему уюту. Тем более что, мы не первобытные люди и не будем разжигать пиролизный котёл вручную.

Твердотопливные котлы являются практически экологически чистыми, сжигая уголь и дерево. Этот процесс и так изначально определила матушка природа. Твердотопливные отопительные котлы - это ваш выбор.

Котёл на твёрдом топливе или твердотопливный котёл по своей цене не превосходит другие виды альтернативного отопления. Стоимость зависит от качества и автоматики. Твердотопливный котёл от компании Бигмарт, Вы сможете купить в любом крупном городе Украины. Современные котлы на твердом топливе или пиролизные котлы Киев и область покупает всё активнее. Попробуйте и Вы, не пожалеете. Пиролизные котлы принесут уют и тепло в ваш дом.

В настоящее время предприятия по производству топливных гранул устанавливают рядом с лесозаготовительными или деревообрабатывающими производствами, и это производство работает 24 часа в сутки круглый год.

Кроме этого, гранулы используются для сжигания в домашних каминных печах и отопительных устройствах. Это печи с открытым пламенем, которые устанавливаются внутри помещения и отдают тепло за счет теплового излучения или вследствие конвекции. Именно этот тип теплового излучения считается наиболее комфортным для человека. Нагревательные устройства, работающие на древесных гранулах, регулируются в автоматическом режиме.

Древесные гранулы намного экологичнее традиционного топлива: в 10-50 раз ниже эмиссия углекислого газа в воздушное пространство, в 15-20 раз меньше образование золы, чем при сжигании угля.

1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ ГОРЕЛОК

1.1 Анализ видов пеллет

Пеллеты производятся без применения каких-либо химических добавок, что и обеспечивает экологическую чистоту топлива.

Таблица 1.1 Преимущества использования систем отопления на пеллетах

Показатели качества	Виды сырья
	Древесные опилки	С/х отходы
	Хвойных пород	Мягколиственных пород	Смеси(50 хвои и 50 листа)	Рисовая лузга	Гречишная лузга
Плотность, кг/дм3	1.147	1.141	1.144	1.173	1.154
Насыпная плотность, кг/м3	526	511	520	585	614
Зольность,%	0,5	0,5	0,5	16	1,6
Теплотворная способность,МДж/кг	18,9	18	18,4	-	-
Истираемость, %	0,21	0,2	0,1	0,5	0,12
Влажность,%	-	8,5	8,3	7,1	8,2
Содержание SO в газах горения пеллет, %	0	0	0	0,02	0
Однородность, отсутствие посторонних вкраплений	Посторонние вкрапления отсутствуют

Автоматизация отопления. Автоматическая горелка обеспечивает автоматический розжиг топлива и контроль пламени горелки, автоматическое поддержание заданной температуры воды в отопительной системе. Владельцу достаточно 1-2 раза в неделю (в зависимости от объема бункера) загружать древесные гранулы в бункер - система обеспечит автоматическую подачу пеллет в горелку.

Низкая стоимость отопления. Сотрудники компании "Тепло-хорошо" произвели сравнительный расчет стоимости отопления различными видами топлива в Новосибирской области. Позвоните, напишите нам или заполните форму, и мы с удовольствием поделимся с Вами нашими исследованиями.

Экологичность. Топливные гранулы -- экологически чистое возобновляемое топливо с содержанием золы не более 3 %. При сжигании гранул в атмосферу выбрасывается ровно столько СО2, сколько было поглощено растением во время роста.

Возобновляемость. Пеллеты являются возобновляемым топливом, т.к. произведены из отходов деревообрабатывающей и с/х промышленности. А такое топливо как нефть, газ, уголь ограничены по запасам и ежегодно растут в цене.

Безопасность. Пеллеты на сегодняшний день являются наиболее безопасным видом топлива. Пеллеты не взрывоопасны и не подвержены самовоспламенению при повышении температуры. В процессе прессования не добавляются химические вещества, поэтому топливные гранулы не вызывают аллергическую реакцию у людей.

Удобство транспортировки и хранения. Одна тонна пеллет занимает примерно 1,5 м3. Как правило, пеллеты продаются в мешках по 20кг или биг-бэгах по 900-1000 кг. Пеллеты имеют продолжительный срок хранения.

Безотходность. После полного сгорания, в печи останется не более трёх процентов золы от общей массы топлива, а при горении, не выделяются запахи или вредные вещества.

1.2 Основные типы твердотопливных горелок

Котёл твёрдотопливный пиролизный стационарный (напольный) стальной АРГУС ТТ-20 предназначен для теплоснабжения при использовании дешевого твердого топлива, может применяться как отдельно работающий котел, а также в комбинации с отопительным котлом, работающим на газе или дизельном топливе. Возможно последующее доукомплектование котлом на газе/дизтопливе, работает без использования вспомогательной энергии и может эксплуатироваться при отсутствии напряжения в сети.

Рисунок 1.1 Пиролизный твердотопливный котел АРГУС ТТ-20, 30 кВт

1 - група безпеки; 2 - поворотный клапан; 3 - клапан граничной подачи воды; 4 - манометр; 5 - шибер верхней камеры; 6 - шибер вентилятора; 7 - верхняя камера; 8 - нижняя камера; 9 - катализатор; 10 - ручка шибера 5; 11 - ручка шибера 6; 12, 13 - ручки дверей; 14 - дверца верхней камеры; 15 - дверца нижней камеры; 16 - корпус котла; 17 - люк очистки; 18 - вентилятор; 19 - форсунка

Тело котла АРГУС ТТ изготовлено из высококачественной штампованной стали. Котел состоит из: двух камер, заслонки переключения, дверц в каждую с камер, вентилятора, терморегулятора.

Рисунок 1.2 Пеллетная горелка PB14/40 ("Общемаш")

1 - горелка РВ 14/40 АКС; 2 - бункер для пеллет; 3 - блок управления горелкой;

4 - податчик пеллет; 5 - шланг подачи пеллет от бункера к горелке; 6 - твердотопливный котел

Пеллетные горелки PB10/20, РВ14/40 предназначены для сжигания древесных гранул (пеллет) диаметром 6...8 мм в твердотопливных котлах тепловой мощностью до 50 кВт. Блок управления горелки обеспечивает автоматический розжиг пеллет и контроль пламени горелки, автоматическое поддержание заданной температуры воды в отопительной системе.

Рисунок 1.3 Автоматический твердотопливный котел Q Eko

Модель полностью защищена от закипания теплоносителя. Благодаря микропоцессорному управлению, скорость горения угля регулируется путем изменения скорости подачи угля и силы наддува воздуха, обеспечивая автоматическую работу от 3 до 12 суток, а так же экономию топлива до 40%. Обслуживание котла производится через удобные дверцы, расположенные с передней стороны.

Рисунок 1.4 Газовый котел Protherm Гепард 23 MOV, MTV

Функциональная схема котла: 1 - предохранительный клапан; 2 - газовый клапан; 3 - теплообменник ГВС; 4 - вентиль для слива; 5 - горелка; 6 - электроды розжига; 7 - NTC датчик температуры ОС на выходе; 8 - камера сгорания; 9 - теплообменник ОС; 10 - коллектор отработанных газов; 11 - термостат отработанных газов; 12 - NTC датчик температуры обратной линии ОС; 13 - расширительный бак; 14 - ионизационный электрод; 15 - насос; 16 - датчик давления системы отопления; 17 - 3-ходовой переключающий клапан; 18 - датчик протока ГВС; 19 - фильтр ГВС; 20 - клапан подпитки.

1.3 Конструкция твердотопливных горелок

Рисунок 1.5 Принципиальная схема твердотопливной горелки

1- котел; 2- бункер; 3 - горелка; 4 - двери дымоходов; 5 - смотровой глазок; 6 - двери топки; 7 - двери зольника

Промышленные твердотопливные водогрейные котлы предназначены для обогрева бытовых, производственных и иных помещений, оборудованных системой центрального отопления, для подогрева воды и производства тепловой энергии для технологических нужд. Котлы MD типа предназначены для работы с горелкой или приставной топкой. Котел трехходовой. Основными элементами теплообменника являются барабан с нагревательными трубами. Конструкция котла обеспечивает высокий теплообмен, в результате чего температура дыма не превышает 200С. В зависимости от используемого топлива и его потребности есть возможность использовать бункеры различных объемов и всю автоматизированную систему подачи топлива со склада. Наличие колосников дает возможность использования кускового топлива, загружая его прямо в топку. По желанию заказчика есть возможность комплектовать котел горелкой и топкой других производителей.

В предлагаемой ниже статье мы описали возможные датчики применяемые на пеллетных горелках (в пеллетных котла) и активные устройства (электромоторы, насосы). Иными словами, устройства, подключаемые к плате управления пеллетной горелкой. Можем заметить, что полного набора указанных датчиков мы не встречали ни на одной горелке, однако чем больше датчиков тем лучше, и, как правило, на качественных горелках, даже при отсутствии самих датчиков, имеются разъемы для их подключения.

Таблица 1.1 Возможные датчики пеллетной горелки

Вид датчика	Назначение	Примечание
1	2	3
Датчик пламени (оптический)	Предназначен для определения наличия пламени в топочной камере	При использовании торфяных пеллет возможно закопчение оптической поверхности датчика.
Датчик наполнения внутреннего бункера горелки	Предназначен для остановки/начала подачи пеллет внешним шнеком	При использовании внутреннего и внешнего шнека разных диаметров необходима синхорнизации их работы.
Датчик наполнения внешнего бункера горелки	Предназначен для остановки/начала подачи пеллет внешним шнеком
Датчик температуры в системе подачи пеллет	Аварийный датчик для предотвращения обратного огня.	Обычно установлен на температуру срабатывания 75 С, при включении обеспечивает остановку внешнего шнека и запуск внутреннего .
Внешний датчик рабочей температуры	Используется для контроля температуры теплоносителя и управления работой котла	Основной температурный датчик пеллетной горелки.
Внутренний датчик рабочей температуры	Установлен внутри котла	Может использоваться для включения водяного насоса.
Датчик давления дымовых газов	Используется для оптимизации работы горелки в связи с изменением тяги в дымовой трубе
1	2	3
Датчик кислорода (Лямбда -зонд)	Используется для оптимизации работы горелки	Используется для настройки работы котла
Датчик температуры дымовых газов	Используется для оптимизации работы горелки	Используется для тонкой настройки
Аварийный датчик температуры	Аварийный датчик, при пересечении порогового значения происходит отключение котла
Датчик внешнего включения	Предназначен для организации дистанционного включения котла	Может использоваться для подключения GSM модема
Датчик установки горелки	Предназначен для предотвращения включения горелки не установленной должным образом в котёл

Рисунок 1.5 Электромотор подачи воздуха

Рисунок 1.6 Электромотор шнека



Рисунок 1.7 Электромотор подачи теплого воздуха

Таблица 1.2 - Активные устройства пеллетной горелки котла.

Тип устройства	Назначение	Примечание
Электромотор внутреннего шнека пода пеллет	Обеспечивает подачу пеллет непосредственно в зону горения
Электромотор внешнего шнека подачи пеллет	Обеспечивает подачу пеллет из внешнего бункера
Электромотор ветилятора	Предназначен для подачи воздуха в зону горения
Электромотор насоса (для котла)	Насос включается при достижении теплоносителем температуры внутри котла	Служит для предотвращения преждевременного выхода котла от резкого перепада температур
Система индикации (светодиодная или экран)		В простых моделях используется несколько разноцветных светодиодов, в продвинутых моделях - ЖК экран
Система автоподжига	Тепловой фен для автоматического розжига пеллет
Система аварийной индикации	Предназначен для организации удаленной аварийной сигнализации
Система золоудаления	Система для удаления злоы из зольного ящика	Применяется как правило на горелках промышленного масштаба и на некоторых факельных бытовых

Алгоритм работы твердотопливного котла

1. Камера сжигания печных газов c футеровкой. Футеровка нужна поскольку в камере должна быть очень высокая температура. Отсутствие такой камеры приводит к перерасходу ДРОВ до 30-50%.

2. Несколько колен движения дымогазов. При их отсутствии КПД будет таким же низким, как у камина с его прямоходовым дымоходом по сравнению с русской печью.

3. Наружное утепление котла. Позволяет уменьшить теплопотери на обогрев котельной и замедлить остывание котла. Последнее дает возможность подбросить дров и запустить котел через 8-10 часов без новой растопки.

4. Терморегулятор. Нужен для регулирования мощности котла, без него котел рискованно оставлять более чем на 30мин. Если применен современный старт-стопный терморегулятор, то длительность горения в межсезонье с одной закладки может доходить до суток.

5. Дымосос или наддув. Позволяют снизить требования к высоте и размеру трубы, эксплуатировать котел с хорошим КПД даже при плохой тяге, например, в межсезонье. Дымосос технически сложнее и менее долговечен. Вентилятор наддува более надежен, но приходится следить за уплотнениями дверок котла, иначе будет дымление даже через небольшие щели.

6. Энергонезависимость. Позволяет пользоваться котлом при ЕСТЕСТВЕННОЙ циркуляции теплоносителя даже при отсутствии электричества. В таких котлах невозможно применить современные способы регулирования, поэтому они имеют низкий КПД, особенно, в режиме длительного горения.

Запуск «холодной» пеллетной горелки

При «холодном» запуске котла, при информации с датчика уровня о наличии пеллет во внутреннем шнеке, и соответственно, в зоне горения, включается система автоподжига. Затем, при фиксации датчиком пламени открытого огня включается максимальная подача воздуха для дальнейшего розжига. После некоторого времени котёл переходит в режим нормальной работы. При неудачном запуске, в зависимости от алгоритма работы горелки, возможны: дополнительная подача пеллет, продувка воздухом и повторное включение системы автоподжига. Существуют модели включающие насос теплоносителя только при достижении заданной температуры и останавливающий его при ее понижении.

Рисунок 1.8 Вентилятор

Режим нормальной работы пеллетной горелки

После розжига, горелка переходит в режим нормальной работы. Предварительно установив требуюмую мощность горелки ( например, Вы приобрели горелку мощностью 25 кВт для отопления 150 кв. метров, в этом случае оптимальным будет уменьшение мощности горелки до 10-15 кВт) устанавливается температурный диапазон работы горелки, например, нижняя граница 70 С, а верхняя 85 С. Алгоритм следующий - при достижении температуры теплоносителя верхней границы котел останавливается и переходит в режим stand-by, после чего температура начинает опускаться, затем, при переходе нижней границы, котёл автоматически запускается. Информация об изменении температуры поступает с внешнего датчика температуры, установленного в систему отопления (батареи) или внутреннего датчика котла. Соответственно, чем больше это диапазон, тем более длительные перерывы могу быть между включением/выключение пеллетного котла.

Запуск из режим stand-by

Запуск из режима stand-by происходит при пересечении нижней установленной температурной границы. Основное отличие от процедуры холодного запуска котла, заключается в том, что в этом случае первоначально включается вентилятор, который разжигает тлеющие пеллеты. В отдельных случая возможно включение внутреннего шнека, с целью подачи новых пеллет взамен прогоревших. Система автоподжига может включаться после нескольких попыток неудачного запуска (хотя это говорит пожалуй о том, что со времени остановки котла прошёл значительный период времени и запуск может считаться «холодным»).

Динамическое изменение мощности работы горелки

Под динамическим изменением мощности мы подразумеваем следующую ситуацию, допустим, как в примере выше, Ваша горелка работает в режиме 75% от возможной мощности, т.е. этого достаточно для нормального функционирования системы отопления и обеспечения требуемого комфорта. В случае, например, зимой, понижения температуры окружающей среды, горелка будет длительней достигать верхней границы и быстрей опускаться до нижней, однако настроенной мощности будет хватать для отопления Вашего дома.

Теперь представьте ситуацию, у Вас установлен бойлер для горячей воды, и Вы решили в самую холодную ночь года принять душ одновременно все, в этом случае, падение температуры теплоносителя может быть достаточно резким, и через некоторое время Вы может почувствовать на собственной коже, что Ваш котёл не «вытягивает» нагрузку, несмотря на то, что трудится в пиковом режиме. Вот именно для подобных случаев и применяется система динамического изменения мощности горелки. В этом случае, горелкаавтоматически увеличит рабочую мощность до 100%, а при достижении требуемой температуры вернётся обратно.

Остановка горелки в штатном режиме

После поступления команды от пульта управления или внешнего выключателя ( например GSM modem) отключается внешняя система подачи пеллет, а внутренний шнек подает оставшиеся пеллеты в зону горения, одновременно вентилятор начинает подавать воздум с максимальной скоростью, для скорейшего прогорания оставшихся пеллет. После прохождения заданного периода времени и поступления сигнала об отсутствие пламени пульт управления отключает горелку. Стоит отметить, что при выключении горелки возможно продолжение мониторинга (температуры и пламени для предотвращения возникновения обратного огня) в течение некоторого времени.

Тонкая настройка пеллетной горелки

При наличии дополнительных датчиков пеллетной горелки возможна тонкая настройка её работы. В качестве регулируемых параметров изменяется скорость подачи пеллет и объём подоваемого воздуха. В качестве индикаторов используются температурные датчики, лямбда зонд, датчики температуры дымовых газов, датчики давления и т.д.Оптимальные параметры работы пеллетной горелки определяются исходя из требований клиентов, но, как правило, это наименьший расход топлива.

2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЕЛЛЕТНОЙ ГОРЕЛКИ

2.1 Котельный агрегат КВа-0,75

Котёл КВа в исполнении на газовом топливе, оборудованный автоматизированной блочной горелкой ГБЛ с автоматикой КСУ-ЭВМ или горелкой газоблочной БСТ-Г с автоматикой КАСКАД М, предназначен для теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий с абсолютным давлением воды в системе, не выше 0,07 МПа и максимальной температурой нагрева воды 115° С и может эксплуатироваться в автоматическом режиме без постоянного наблюдении со стороны обслуживающего персонала. Котёл предназначен для работы на воде, соответствующей «Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и водогрейных котлов с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 ?С)»

Котёл KBa-l,0Гн (газоплотный) работает под давлением в топке (до 300Па), а котёл «Факел-Г» под разрежением в топке (> 5 Па);

Взрывной клапан на котле «Факел-Г» установлен на задней секции котла, а на котле KBa-l,0Гн (газоплотный) на газоходе котла (за котлом);

Отличаются координатами подвода газовой линии к горелкам;

Котел «Факел-Г» работает только с дымососом, а КВа (газоплотный) - без дымососа.

Котлы KBa-l,0Гн (газоплотный) и котлы «Факел-Г» (газовый) взаимозаменяемы. Преимущества котлов КВа-1,0Гн (газоплотный) позволяет экономить до 4% топлива.

Котёл КВа , может быть оборудован автоматизированной блочной горелкой ГБЛ с автоматикой КСУ-ЭВМ или горелкой газоблочной БСТ-Г с автоматикой КАСКАД М, предназначен для теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий с абсолютным давлением воды в системе, не выше 0,07 МПа и максимальной температурой нагрева воды 115° С и может эксплуатироваться в автоматическом режиме без постоянного наблюдении со стороны обслуживающего персонала. Котёл предназначен для работы на воде, соответствующей «Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и водогрейных котлов с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 ?С)».

Котёл КВа имеет повышенное гидравлическое сопротивление. При его совместной работе с котлами других типов температура воды на выходе из всех работающих котлов не должна отличаться более чем на 1 - 2 °С.

Состав изделия.

В состав изделия входит: пакет котельных секций, газовая блочная горелка ГБЛ или БСТ-Г с системой автоматики безопасности и регулирования (далее «горелочное устройство»), теплоизоляционной кожух, а также арматура, гарнитура и контрольно-измерительные приборы.

Устройство и работа котла КВа

Основным рабочим органом котла является пакет котельных секций, состоящий из трёх типов секций - передней, задней и средних. Секции собираются в пакет при помощи конических ниппелей и стягиваются болтами.
Внутренние стенки труб секций и ограничивающие их стыкующиеся ребра образуют конвективные газоходы. При сборке пакета все стыкующиеся ребра секций уплотняются термостойким материалом. К передней секции крепится горелочное устройство. К задней секции крепится газоход со взрывным клапаном, который при монтаже соединяется с газоходом котельной. Между газоходом котла и газоходом котельной проектом котельной должен быть предусмотрен ручной шибер, отключающий котел от дымового тракта.
Пакет котельных секций котла КВа закрыт теплоизоляционным кожухом. Кожух выполнен в виде отдельных съемных панелей. В случае установки котла без кожуха на наружную поверхность пакета наносится слой теплоизоляционной мастики.

Для управления работой котла КВа применяется комплект средств управления КСУ-ЭВМ или КАСКАД М, который входит в комплект горелочного устройства.

Комплект средств управления предназначен для эксплуатации в котельной с температурой воздуха от +5 °С до +40 °С при относительной влажности от 30 до 80%. Комплект средств управления КСУ-ЭВМ состоит из: блока управления, блока коммутационных элементов, сигнализатора температур или термометра ТГП-100Эк, напоромеров, тягонапоромеров и датчиков контроля и защиты параметров, устанавливаемых на котле и комплекте стоек.

Комплект средств управления закреплен на комплекте стоек (стойка I и стойка II). Блок управления и блок коммутационных элементов закреплены на стойке I, а напоромеры, тягонапоромеры, сигнализатор температуры ТЭСТ-1 или термометр ТГП-100Эк и датчики закреплены на стойке II. Комплект стоек крепится к полу помещения котельной с помощью дюбелей, которые входят в комплект поставки. Стойки устанавливаются в соответствии с проектом котельной вблизи котла и соединяются между собой, а также с горелочным устройством и котлом, электрокоммуникациями согласно электрических схем соединений, входящих в состав эксплуатационной документации горелочного устройства. Автоматика КАСКАД М состоит из блока автоматики «контролер», блока зажимов и приборной панели. Блок автоматики установлен непосредственно на горелку БСТ-Г, а приборная панель и блок зажимов устанавливаются по месту согласно проекта котельной.

Подробное описание устройства системы автоматики изложено в руководстве по эксплуатации на горелочное устройство.

Автоматика безопасности отключает подачу газа в горелочное устройство при следующих аварийных ситуациях:

1) невоспламенении газа при розжиге;

2) погасании пламени запальника;

3) погасании факела горелки;

4) повышении температуры воды на выходе из котла свыше 115 °С;
5) повышении давления воды на выходе из котла;

6) понижении давления воды на выходе из котла;

7) достижении предельных значений давления воздуха перед горелкой с принудительной подачей воздуха;

8) понижении давления газа перед электромагнитным клапаном;

9) повышении давления газа перед электромагнитным клапаном;

10) повышении давления в топке котла;

11) взрыве в топочном пространстве;

12) прекращении подачи электроэнергии;

13) неисправности автоматики безопасности;

14) неисправности цепей защиты;

15) недопустимом снижении расхода воды через котёл.

Работа котла КВа

Газ, через "кран на горелке" и систему автоматических газовых клапанов горелочного устройства поступает в горелку, где смешивается с воздухом, подаваемым вентилятором, поджигается от электроискрового запального устройства и сгорает. Подробное описание конструкции горелочного устройства, принцип работы, монтажа и эксплуатации приведено в эксплуатационной документации горелочного устройства.

Продукты сгорания, отдав часть тепла чугунной топочной камере котла, через проемы в нижней части топки двумя потоками направляются в конвективные газоходы секций.

В верхней части секций продукты сгорания поворачивают, омывая низко-температурные газоходы пакета секций и удаляются через газоход, расположенный сзади котла, в сборный газоход, соединенный с газоходом котельной.

Вода в котел подводится через нижний патрубок и поступает в заднюю секцию. Вследствие того, что нижний коллектор имеет шайбы, приваренные к стяжному болту, вода по задней секции поднимается вверх. Далее, при помощи специальных литых вставок, установленных в верхних головках секций, обеспечивается винтообразное движение воды по средним секциям котла. Вода, пройдя последовательно по всем секциям, нагревается и через патрубок на фронте котла отводится в систему теплоснабжения.

Подключение котла КВа к водяной системы отопления производится согласно проекта котельной, выполненного в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и водогрейных котлов с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 ?С)» с обязательной установкой запорной и предохранительной арматуры.

Рисунок 2.1 Котел КВа-0,75 с газовой горелкой

Рисунок 2.2 Котел КВа-0,75 для работы на твердом топливе



Рисунок 2.3 Котел КВа-0,75 переоборудованный под работу на пеллетах

2.2 Разрабатываемая пеллетная горелка

Разрабатываемая пеллетная горелка предназначена для применения в комплекте с котельным агрегатом КВа-0,75Т. Котельный агрегат при этом подвергается некоторой доработке. В частности доработке подвергается дверка топки, предназначенная для подачи твердого топлива. В остальном котельный агрегат не подвергается никаким изменениям. Разработанная пеллетная горелка состоит из нескольких отдельных узлов.

Корпус горелки, он выполнен из трубы 219 мм в которой сделано 21 квадратных прорезей для выхода пламени. К корпусу горелки сваркой соединены основание, загрузочная горловина и крышка горелки, а также приварены кронштейны для крепления горелки к дверце котельного агрегата.

Рисунок 2.4 Разработанная пеллетная горелка

3. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАСЧЕТ ПЕЛЛЕТНОЙ ГОРЕЛКИ

3.1 Расчет необходимой производительности питателя

Необходимая производительность питателя определяется из тепловой мощности котельного агрегата и низшей теплоты сгорания топлива.

Для котла КВа-0,75Т тепловая производительность равна 750 кВт = 2,7 ГДж/ч = 0,644 Гкалл/ч.

Расход топлива котельным агрегатом В в кг/ч определяется по формуле [5]

,

где Qк - тепловая мощность котельного агрегата, ккалл/ч;

Qн - низшая теплота сгорания топлива, ккал/кг (для древесных пеллет Qн = 4500ккал/кг);

- КПД котельного агрегата, (для котла КВа-0,75Т = 0,85).

.

Таким образом, для обеспечения номинальной тепловой производительности котельного агрегата необходимо подавать 168,36 кг/ч топлива на основе древесных пеллет.

3.2 Расчет параметров питателя

Производительность спирального питателя n в об/мин определяется площадью рабочей полости и насыпной плотностью, шагом спирали и частотой ее вращения [2]

,

где W - производительность спирального питателя, кг/ч;

D - диаметр корпуса горелки, м;

d - диаметр дутьевой трубы, м;

S - шаг спирали питателя, м;

n - частота вращения, об/мин;

- насыпная плотность топлива, кг/м3.

Определив частоту вращения спирального питателя и исходя из стандартного ряда асинхронных электродвигателей необходимо определить при максимальной нагрузке на котельный агрегат передаточное отношение червячного редуктора, об/мин

Для удобства выполнения расчетов и проведения анализа все расчеты выполнены в среде MS EXCEL.

Таблица 3.1 Расчет параметров горелки

Тепловая мощность, кВт	Низшая теплота сгорания древесных пеллет, ккал/кг	КПД котельного агрегата	Необходимый расход топлива, кг/ч	Диаметр корпуса D, м	Диаметр дутьевой трубы d, м
750	4500	0,85	168,47	0,208	0,098
700	4500	0,85	157,24	0,208	0,098
600	4500	0,85	134,77	0,208	0,098
500	4500	0,85	112,31	0,208	0,098
400	4500	0,85	89,85	0,208	0,098
300	4500	0,85	67,39	0,208	0,098
200	4500	0,85	44,92	0,208	0,098
100	4500	0,85	22,46	0,208	0,098
0,085	650	0,5	3,85	195	750
0,085	650	0,5	3,59	195	700
0,085	650	0,5	3,08	195	600
0,085	650	0,5	2,56	195	500
0,085	650	0,5	2,05	195	400
0,085	650	0,5	1,54	195	300
0,085	650	0,5	1,03	195	200
0,085	650	0,5	0,51	195	100

Рисунок 3.1 Зависимость основных параметров работы горелки от величины нагрузки на котельный агрегат

Одним из основных факторов влияющих на расход топлива котельными агрегатами работающими на твердом топливе из материалов в основу которых входит древесина, а в частности в нашем случае это пеллеты является влажность. Влажность снижает теплотворную способность топлива на древесной основе, что в свою очередь приводит к увеличению расхода топлива котельным агрегатом.

Разрабатываемая пеллетная горелка должна обеспечивать необходимую производительность дозирующего органа шнекового питателя. Результаты расчетов представлены в таблице 3.2 и на рисунке 3.2.

Таблица 3.2 Расчет рабочих режимов горелки в случае снижения теплотворной способности топлива (повышения влажности пеллет).

Тепловая мощность, кВт	Низшая теплота сгорания древесных пеллет, ккал/кг	КПД котельного агрегата	Необходимый расход топлива, кг/ч	Диаметр корпуса D, м	Диаметр дутьевой трубы d, м
1	2	3	4	5	6
750	4500	0,85	168,47	0,208	0,098
750	4400	0,85	172,30	0,208	0,098
750	4300	0,85	176,30	0,208	0,098
750	4200	0,85	180,50	0,208	0,098
750	4100	0,85	184,90	0,208	0,098
Шаг питателя, м	Насыпная плотность топлива, кг/м3	КПД питателя	Частота вращения питателя, об/мин	Передаточное число редуктора	Частота вращения ЭД, об/мин
1	2	3	4	5	6
750	4000	0,85	189,53	0,208	0,098
750	3900	0,85	194,39	0,208	0,098
750	3800	0,85	199,50	0,208	0,098
0,085	650	0,5	4,03	195	785
0,085	650	0,5	4,12	195	804
0,085	650	0,5	4,22	195	823
0,085	650	0,5	4,33	195	844
0,085	650	0,5	4,44	195	865
0,085	650	0,5	4,56	195	888

Рисунок 3.2 Результаты расчета

В результате выполненных расчетов выявлены оптимальные режимы работы пеллетной горелки. В частности при передаточном отношении червячного редуктора z = 195 для достижения номинальной тепловой мощности котла необходимо вращать спиральный транспортер с частотой вращения nтр = 3,85 об/мин, соответственно частота вращения приводящего электродвигателя составит nэд = 750 об/мин.

Регулирование производительности питателя при снижении тепловой нагрузки необходимо производить плавно. Этого возможно добиться при помощи снижения частоты вращения приводного электродвигателя частотным преобразователем.

В случае снижения теплотворной способности пеллетного топлива необходимо несколько увеличить частоту вращения спирального питателя и при работе на номинальной тепловой нагрузке котельного агрегата частота вращения питателя может достигать 4,5 - 5 об/мин, а частота вращения электродвигателя достигает 880 - 900 об/мин. Следовательно с учетом работы на топливе низкого качества необходимо выбирать электродвигатель с более высокой частотой вращения вплоть до 1500 об/мин.

4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОТЕЛЬНЫМ АГРЕГАТОМ

4.1 Энергосберегающая система авторизованного управления тягодутьевым трактором котла САУ ТДТК

Топливо и электроэнергия, потребляемые различными котлоагрегатами расходуются не оптимально, что связано с суточными (технологическими) колебаниями потребления теплоносителя (пар, горячая вода). Около 60% электроэнергии собственных нужд котельных потребляют тягодутьевые машины - вентилятор и дымосос. В настоящее время на всех котлах применяется нерегулируемый асинхронный электропривод, а регулирование расхода воздуха и разрежения в топке осуществляется изменением положения заслонок направляющих аппаратов с центрального пульта управления (рисунок 5.1). При таком способе регулирования потери на дросселирование доходят до 70%.

Кроме того при эксплуатации котла (в связи с изменением параметров тягодутьевых трактов, топки котла и свойств топлива) устанавливаемые по наладочным технологическим картам режимы отличаются от оптимальных, имеет место перерасход топлива.

Еще одним источником энергопотерь на котлоагрегатах является отсутствие оперативного контроля содержания О2 в отходящих газах, вследствие чего процесс сжигания топлива ведется с избытком воздуха. При этом содержание О2 в отходящих газах находится в пределах 8-10 %, хотя в большинстве случаев достаточно 2-3 %.

Предлагаемая энергосберегающая система управления тягодутьевым трактом котла САУ ТДТК (рисунок 4.2) позволяет существенно снизить потребление электрической энергии асинхронными двигателями вентиляторов и дымососов, а также обеспечивает рациональный расход используемого топлива.

САУ ТДТК построена на базе современной электрической и микропроцессорной техники ведущих зарубежных и отечественных производителей, а также собственных разработок. Унифицированные комплектующие и гибкое программное обеспечение позволяют легко адаптировать систему для управления различными типами котлов.

САУ ТДТК предназначена для:

- автоматического контроля давления (расхода) газа и воздуха, подаваемых в котлоагрегат, разрежения в топке и содержания кислорода в отходящих газах;

- автоматического регулирования давления (расхода) воздуха, подаваемого вентилятором в котлоагрегат в соответствии с заданным соотношением "газ/воздух" и с учетом содержания кислорода в отходящих газах (за счет частотного управления скоростью приводного двигателя вентилятора при полностью открытых заслонках);

- автоматической стабилизации разрежения в топке котла в соответствии с заданием оператора (за счет частотного управления скоростью приводного двигателя дымососа при полностью открытых заслонках);

Рисунок 4.1 Структурная схема существующей системы управления.

- представления информации оперативному персоналу о технологических параметрах тягодутьевого тракта котла.

Основу САУ ТДТК составляют частотные преобразователи на базе IGBT- транзисторов с ШИМ управлением и система контроля содержания кислорода в дымовых газах СКСК и программируемый контроллер.

Рисунок 4.2 Структурная схема энергосберегающей системы автоматизированного управления (САУ ТДТК).

Внедрение системы позволяет:

- экономить от 30 до 60% электроэнергии;

- экономить от 2 до 6% топлива;

- улучшить экологические показатели котлоагрегата.

Срок окупаемости затрат от 6 до 12 месяцев.

В зависимости от уровня автоматизации котлоагрегата САУ ТДТК может внедряться:

- в составе существующих систем автоматизации с использованием имеющихся датчиков и локальных регуляторов;

- автономно с поставкой всего комплекса технических средств и программного обеспечения;

- в составе АСУ ТП котла, в том числе с разработкой этой АСУТП.

Экономичность работы котельных также может быть существенно повышена при внедрении системы управления электроприводами насосов. Применение частотного регулирования позволяет работать при полностью открытом вентиле, исходя из фактической потребности в теплоносителе. В этом случае расход электроэнергии минимален, существенно увеличивается срок службы насосов.

Таблица 4.1 Основные технические характеристики частотных преобразователей

Характеристика	Значение параметра
Диапазон мощностей подключаемых двигателей	0,4 - 132 кВт (3 фазы, 380-460 ±10%, 50-60 Гц ±5%)
Выходная частота	0,1 - 400 Гц
Шаг изменения частоты	Цифровое управление: ± 0.01% от макс. частоты; Аналоговое управление: ±0.2% (при 25±10 °С) от макс. частоты
Время ускорения и замедления	0,01~3600,0 сек (линейной и нелинейной характеристиках разгона)
Функции защиты	- Защита от перегрузки по току, - От повышенного и пониженного напряжения, - От работы двигателя на 2-х фазах, - Электронная термозащита двигателя, - От короткого замыкания на выходе и т.д.

Система контроля содержания кислорода (СКСК)

Содержание кислорода в продуктах сгорания различных видов топлива (природный газ, мазут, пылеугольное топливо и др.) является основным показателем качества процесса горения, определяющим эффективность работы теплоэнергетических установок.

Рисунок 4.3 Система контроля содержания кислорода (СКСК)

Система контроля содержания кислорода предназначена для автоматического непрерывного измерения объёмного процентного содержания кислорода в отходящих (дымовых) газах котлов различного типа, нагревательных и плавильных печей, других теплотехнических агрегатов с целью поддержания оптимального режима сгорания топлива, его экономии и обеспечения экологической безопасности.

Газоаналитическая система состоит из датчика-зонда, введенного в дымоход, электронного функционального преобразователя и блока стабилизации температуры. Принцип действия системы основан на термодинамических свойствах твердоэлектролитной электрохимической ячейки, используемой в качестве чувствительного элемента датчика.

Система выполнена на современной элементной базе с использованием оригинальных технических решений, что позволило значительно повысить точность измерения содержания кислорода, показания которого отображаются на цифровом индикаторе в трехразрядном десятичном коде.

Для обеспечения оптимального режима работы датчика и увеличения срока его службы, в системе предусмотрен блок стабилизации температуры. Установка необходимой температуры и ее контроль производится регулировочным резистором по отдельному цифровому индикатору. Благодаря наличию аналогового выхода газоанализатор может подключаться к существующим приборам и системам автоматики.

Таблица 4.2 Основные технические характеристики системы контроля содержания кислорода СКСК

Характеристика	Значение параметра
Диапазон измерения, объемная доля	1-10%
Предел допускаемой основной абсолютной погрешности	0,5%
Время установления показаний	не более, 20сек
Напряжение питания	+10%,-15%,220В
Частота переменного тока	50Гц
Выходной аналоговый сигнал	0,5-5мА
Потребляемая полная мощность	не более, 300ВА
Наименование составляющих	Габаритные размеры
Датчик-зонд	1765х185х175мм
Электронный функциональный преобразователь	445х255х130мм
Блок стабилизации температуры	445х255х130мм

5. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

5.1 Обеспечение условий и безопасности труда на производстве

Общее руководство и ответственность за организацию, и состоянию работ по охране труда возлагается на директора предприятия. Каждый год приказом директора возлагается ответственность за организацию, и состоянию работ по охране труда на главного инженера, начальника цехов, руководителей производственных участков и руководителей других структурных подразделений завода. Имеется специалист по охране труда, который координирует деятельность структуры подразделений завода по вопросам охраны труда на предприятии.

В соответствии с трудовым кодексом Республики Башкортостан нормальная продолжительность рабочего времени на предприятии составляет 40 часов в неделю. На работах с вредными условиями труда рабочая неделя сокращается до 36 часов. Продолжительность ежегодных отпусков на предприятии составляет 28 календарных дней.

Ответственность за организацию безопасных технологических процессов, безопасную эксплуатацию зданий и сооружений предприятий в плане сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности возлагается на ведущего инженера-механика.

Ответственными лицами за обеспечение здоровых и безопасных условий труда на рабочих местах, соблюдение действующего законодательства о труде являются старший мастер, а также исполняющие обязанности мастеров. твердотопливный горелка питатель котел

При тяжелом несчастном случае, групповом несчастном случае, несчастном случае со смертельным исходом работодатель организации в течение суток обязан направить извещение по форме 1, предусмотренной приложением № 1 к постановлению Минтруда РФ№ 73 от 24 октября 2002 г. «Об утверждении форм документов, необходимых для расследования и учета несчастных случаев на производстве».

Для расследования несчастного случая на производстве в организации работодатель незамедлительно создает комиссию в составе не менее трех человек. В состав комиссии включаются инженер по охране труда, представители работодателя, представители профсоюзного органа. Комиссию возглавляет работодатель или уполномоченный им представитель.

По результатам расследования государственный инспектор составляет Заключение по форме 5, предусмотренной приложением № 1 к постановлению Минтруда РФ № 7 3 от 24 октября 2002 г., и выдает предписание, являющееся обязательным для исполнения работодателем (его представителем).

Расследование профессиональных заболеваний проводится в соответствии с Положением о расследовании и учете профессиональных заболеваний, утвержденным постановлением Правительств РФ от 15 декабря 2000 г. № 967.

Согласно ст. 20 Закона об основах: «Государственный надзор и контроль за соблюдением требований охраны труда осуществляется федеральной инспекцией труда -- единой федеральной централизованной системой государственных органов».

Для предприятия принята санитарно - защитная зона по первому классу. На санитарно - защитной зоне размещается здание подсобного и обслуживающего назначения, занимающее не более 50% площади. Производственный корпус расположен с учётом наилучших условий для естественного проветривания и освещения, территория предприятия, а также транспортные пути заасфальтированы.

Производственные цеха имеют систему вентиляции. Краткость циркуляции воздуха в котельном цехе К = 5, при аварийном режиме К = 9. Отопление и вентиляция производственных, административных помещений и объектов централизованное и соответствует СНиП 2.04.05-91, освещение комбинированное соответствует СНиП II-4-79.

Все работающие на предприятии при поступлении на работу проходят специальное медицинское обследование для лиц, работающих в пищевой промышленности. Не реже чем один раз в три месяца персонал, непосредственно работающий с пищевой продукцией и один раз в год персонал, не работающий с продукцией проходит периодический медицинский осмотр согласно приказа Минздрава Российской Федерации № 90 от 14.03.96

На работах с вредными условиями труда работникам бесплатно выдается по 0,5 литра молока в смену. Согласно статье 183 Трудового Кодекса Республики Башкортостан на работающих с вредными условиями труда, а также на работах, производимых в особых температурных условиях или связанных с загрязнением, работникам выдается специальная одежда и обувь. Спецодежда проходит дезинфекцию не менее чем раз в 10 дней. Согласно статье 184 Трудового Кодекса Республики Башкортостан на работах связанных с загрязнением работником выдается бесплатно мыло. Норма составляет 400 грамм в месяц на одного работника[24].

На предприятии в достаточном количестве имеются умывальники и уборные, снабженные специальными моющими средствами, однако отсутствуют душевые кабинки. В достаточном количестве в цехах имеются раздевалки и комнаты отдыха, оборудованные с соблюдением норм гигиены и противопожарной безопасности.

В целях обеспечения пожарной безопасности, на предприятиях создана добровольная пожарная дружина. Руководители непосредственно в цехах, машинном отделении, мас...