birmaga.ru
добавить свой файл

1
АВТОМАТИЧЕСКИЕ КОТЛЫ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ГОРЕНИЯ

1.Краткие сведения о физических и химических процессах в системах пульсирующего горения (ПГ)

Итоговые уравнения химических реакций и стехиометрические коэффициенты в системах ПГ практически аналогичны хорошо изученным для обычных топочных процессов в системах стационарного горения.

Если абсолютные давления реагирующих веществ близки к атмосферному, а амплитуда колебаний давления много меньше абсолютного давления (случай линейной акустики), то главным отличием ПГ от “факельного” следует считать:

1. более интенсивное перемешивание компонентов как следствие нестационарных вихрей, интенсивная газификация капель или твердых частиц топлива (основная причина низкой эмиссии монооксида углерода)

2. отсутствие пространственно стационарных фронтов горения и, следовательно, пространственно сглаженные поля температур (основная причина низкой эмиссии оксидов азота)

3. возникновение периодов времени, в которые возможна система давления в топочных камерах ниже атмоcферного

4. генерация акустических волн (шума пульсаций) со спектром близким к Фурье-спектру “прямоугольных” колебаний

Многие более “тонкие” особенности процессов еще находятся в стадии изучения.
2.Описание устройства и принципа действия котла ПГ

Упрощенно принцип действия и конструкцию котла можно представить следующим

образом.

В камеру сгорания через воздушнопульсирующий и газопульсирующий мембранные клапаны, расположенные в ресиверных камерах, поступают воздух и топливный газ. С помощью электрозапальной свечи осуществляется первичное воспламенение газовоздушной смеси в камере сгорания и кратковременное повышение давления, приводящие к возникновению акустических волн в резонаторе. Камера сгорания совместно с резонаторными трубами образуют объемный акустический резонатор типа резонатора Гельмгольца.

Когда давление в камере превышает давление в ресиверах, пульсирующие мембранные клапаны приходят в закрытое состояние. При этом дальнейшее поступление газа и воздуха в камеру сгорания приостанавливается. Под избыточным давлением дымовые газы выходят из камеры сгорания и через резонаторные трубы и выхлопной коллектор поступают в окружающую среду. Через определенное время (20 мсек) давление в камере снижается и пульсирующие клапаны открываются, впуская очередную порцию газа и воздуха. Приведенный цикл повторяется с частотой 35 - 50 раз в секунду. Устанавливается периодический (автоколебательный) процесс, именуемый пульсирующим горением.


После установления процесса пульсирующего горения всасывание воздуха происходит бла годаря периодическим полуволнам разрежения, а повторное воспламенение свежих порций газовоздушной смеси осуществляется не от свечи, а остаточным пламенем, которое постоянно присутствует в зоне завихрения на свечном конце камеры сгорания. Процесс пульсируюшего горения может продолжаться неограниченное время, пока не будет отключена подача топливного газа. Для включения и отключения подачи топливного газа служит отсечной клапан.

Камера сгорания и резонансные трубы окружены водяной рубашкой, по

которой противотоком к дымовым газам движется нагреваемая вода. С помощью вентилятора осуществляется продувка камеры сгорания и резонансных труб перед розжигом.

При достижении нагреваемой водой заданной максимальной температуры подача топливного газа прекращается. При остывании воды до заданной минимальной температуры цикл розжига котла и горение снова повторяются.Таким образом, в старт-стопном режиме, поддерживается необходимая температура воды и обеспечивается необходимая среднечасовая теплопроизводительность котла.

3.Автоматика котлов пульсирующего горения типа ПВ

На Кимовском радиоэлектромеханическом заводе выпускаются котлы пульсирующего горения мощностью 100 кВт (ПВ-100) и 400 кВт (ПВ-400). Ниже описана система автоматического управления котлов ПВ.

Блок автоматического контроля и управления котла (БАК) – главное звено системы, обеспечивает автоматизированную работу котла в различных режимах (розжиг, поддержание режима горения и выработки тепла, отключение по командам управления теплопроизводительностью и т.д.), высокую безопасность при эксплуатации и возникновении внештатных аварийных ситуаций. Блок БАК с комплексом датчиков (продувки, горения, 2 датчика температуры теплоносителя, датчик уровня воды в котле) и дополнительным электрооборудованием:

- обеспечивают выдачу управляющих сигналов на трансформатор зажигания, электромагнитный газовый клапан и вентилятор для управления розжигом и горением;


- обеспечивают запрет подачи топлива при неудачных попытках розжига, а также при ненадлежащем топливе и воздухопитании (если не обеспечивается установленный напор продувки, засорены воздуховоды и газоходы выхлопа, либо давление топливного газа за пределами допустимых значений);

- не допускают начала розжига при ненадлежащих параметрах теплоносителя в котле и останавливают горение (подачу топлива), если эти параметры вышли за допустимые пределы в процессе работы;

- обеспечивают выдачу сигнала “Тревога” при неполадках, возникших в ходе

функционирования.

По требованию заказчика котлы могут комплектоваться блоками автоматического управления (БАУ), предназначенными для управления группой (не более шести) водогрейных котлов, подключенных к единой, общей для всех котлов, системе водяного отопления. Блок БАУ работает в автоматическом режиме и может использоваться в составе автоматизированных котельных, не требующих постоянного присутствия обслуживающего персонала. При этом котлы должны быть оснащены блоками автоматического контроля типа БАК.

Исходными данными для работы блока являются:

- температура воздуха за пределами котельной;

- температура воды в общей для всех котлов части отопительной системы (температура воды в коллекторе);

- сигнал, выдаваемый каждым из подключенных котлов и подтверждающий работоспособность котла. Отсутствие сигнала воспринимается блоком как АВАРИЯ котла;

- параметры, задаваемые оператором с помощью кнопок лицевой панели блока.

Выключение котла осуществляется управляющим сигналом, выдаваемым блоком на каждый из подключенных котлов. Отсутствие сигнала воспринимается котлом как команда НАГРЕВ.

Во время работы блок поддерживает в заданном интервале температуру воды в системе отопления, включая или отключая необходимое количество котлов. Заданный интервал температуры устанавливается оператором при настройке системы. Максимальная температура этого интервала устанавливается либо оператором (ручной режим), либо определяется по графику зависимости максимальной температуры от “уличной температуры” (автоматический режим).


Кроме указанных выше режимов, при кратковременном нажатии кнопки ВВОД/СБРОС, блок с интервалом в 30 секунд поочередно со всех котлов снимает управляющий сигнал. После этого каждый из котлов продолжает работать в автономном режиме, руководствуясь собственными установками.

Если возникла неисправность контролируемых элементов блока, блок все котлы переводит в автономный режим и на двух первых местах индикатора отображает символы ЧП, а на третьем и четвертом - код неисправности. Одновременно выдается сигнал АВАРИЯ ОБЩ, который также выдается, если с какого либо котла, заявленного при установке параметров как работоспособный, на блок не поступает сигнал, подтверждающий исправность котла.

На индикатор, по желанию оператора, можно вывести информацию о ряде текущих параметров отопительной системы .
4.Преимущества котлов пульсирующего горения

В настоящее время выпускается немало видов автономных отопительных установок, в число которых входят и автоматические водогрейные котлы пульсирующего горения. Используемая принципиально новая технология выработки тепла, достигнутые технические характеристики позволяют утверждать, что котлы пульсирующего горения являются одним из наиболее эффективных и безопасных средств решения задачи отопления.

Котлы данного типа имеют следующие достоинства:

1. Предельная простота конструкции, отсутствие горелки и дымососа.

2. Малые габариты и масса на единицу теплопроизводительности (в 2 раза выше, чем в традиционных котлах). Такие весогабаритные характеристики котлов модели ПВ обусловлены высоким коэффициентом теплоотдачи от продуктов сгорания к стенкам теплообменного аппарата и высокими скоростями течения газовых сред.

3. Причинами экономичного использования энергетических ресурсов котлов ПВ являются:

а) отсутствие дымососа и постоянно действующего вентилятора (электроэнергию потребляют только КИПиА);

б) малое гидравлическое сопротивление контура котла (экономия электроэнергии в насосном хозяйстве);


в) высокий КПД котла (93-95%);

г) малая поверхность теплообменного аппарата и малая собственная теплоемкость котлоагрегата - малые потери тепла временно остановленным и повторно запускаемым котлом;

д) малый расход тепла на собственные нужды котельной вследствие ее малогабаритности.

4. Работа в системе старт-стопного регулирования, дающая значительную экономию газа.

5. Котлы ПВ могут объединяться с помощью блока автоматического управления (БАУ) в группы до шести котлов включительно. Так, из котлов ПВ-400, которые к тому же можно размещать по два (друг на друга), можно скомплектовать модуль мощностью 2,4 МВт.

6. Котлы типа ПВ работают на низком давлении газа и малочувствительны к его колебаниям. Так на упомянутую котельную мощностью 2,4 МВт необходимое давление в газовой магистрали составит всего 220 ± 30 мм вод.ст.

7. Высокий уровень пассивной безопасности из-за малого объема, заполняемого газовоздушной смесью, и высокой прочности оболочек. Котлы ПВ имеют столь малые объемы всех полостей, что суммарная энергия хлопка незначительна, а прочность всех элементов конструкции котлоагрегата позволяет выдержать избыточное давление при хлопке 16 кг/см2, хотя теоретически достижимое давление при хлопке 8 кг/см2.

На последнем пункте следует остановиться подробнее.

1. “Пассивная безопасность” (в газовом хозяйстве) означает, что единица газоиспользующего оборудования сконструирована (рассчитана) и изготовлена (с последующими обязательными испытаниями) таким образом, что при выведении из действия (выходе из строя) любых элементов (узлов) автоматики безопасности исключается травмирование людей и/или значительный материальный ущерб от “хлопка” газовоздушной смеси.

2. “Полная пассивная безопасность” комплекса газоиспользующего оборудования (котельной установки в целом), кроме изложенного в п.1 предполагает также отсутствие газоопасного помещения, в котором наряду с травмированием персонала возможно отравление (удушье) топливным либо угарным газом.


К достоинствам котлов типа ПВ можно отнести также их невысокую стоимость, обусловленную отсутствием таких дорогостоящих элементов, как горелка и дымосос.

Котлы пульсирующего горения ПВ-100 и ПВ-400, производимые на Кимовском радиоэлектромеханическом заводе (КРЭМЗе) в настоящее время уже широко известны потребителям и имеют положительные отзывы. КРЭМЗ является владельцем патентов на их изобретение и промышленные образцы.

Реформирование ЖКХ в регионах России неизбежно влечет децентрализацию коммунального теплоснабжения с резким увеличением количества автономных газовых котельных. Изменения в промышленности, сельском хозяйстве и сфере обслуживания, повлекшие возникновение большого количества малых предприятий, и рационализация теплоэнергетики средних предприятий, так же обусловили многократное увеличение количества автономных газоиспользующих установок.

Администрация КРЭМЗ

www.kremz.rosprom.org