Совместными
усилиями
к общему успеху
с 1997 года
«Интех ГмбХ»
Инжиниринговая компания ООО «Интех ГмбХ» (LLC «Intech GmbH») с 1997 года осуществляет поставки отдельных узлов конструкций и оборудования, а также комплексно решает инжиниринговые задачи промышленных предприятий различных отраслей и готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию паровые котлы и их модернизацию, а также горелки котельных установок.
Основной целью модернизации любого котлового агрегата является экономия природного газа. Согласно расчётам, оптимальным способом достижения экономии является - снижение остаточного кислорода в отходящих газах. Преимущество данного способа заключается в сравнительно малой капитальной инвестиции и сроке окупаемости при высокой экономии ресурсов.
Основные эксплуатационные параметры стандартного котла:
Для обеспечения полного сгорания топлива и высокой эффективности процесса горения топливного газа стехиометрическое количество воздуха должно быть больше (из химической реакции следует, что для сжигания одной молекулы метана необходимы две молекулы кислорода, при этом надо учитывать, что в воздухе 21% кислорода):
Также надо учитывать, что кроме метана, в реакцию с кислородом также вступают (расходуют!) другие химические элементы, присутствующие в природном газе:
Очень важно учитывать, что при большом количестве подаваемого воздуха для горения, тепловые потери котла могут значительно увеличиться, что приведет к расходу дополнительного количества природного газа. При этом температура дымовых газов снижается и падает концентрация выбросов.
Следовательно, необходимо найти идеальное соотношение воздуха к топливному газу, чтобы избежать неполное сгорание топлива и образованию угарного газа (СО) и сажи при недостаточном количество воздуха и расход газа при избыточном количестве. Индикатором эффективного сгорания топлива может служить отсутствие угарного газа в отходящих газах, поэтому рекомендуется периодически измерять данный показатель.
Также рекомендуется для расчетов использовать уровень избыточного воздуха, измеряя концентрацию свободного кислорода O2 и/или двуокиси углерода СO2 в дымовых газах. Ниже на так называемом "треугольнике горения" (треугольник Оствальда) отображён состав дымовых газов для метана.
С помощью этого графика, зная процентное содержание СO2 и O2, определяем содержание CO и количество избыточного воздуха:
Ось X – это процентное содержание O2.
Ось Y – это процентное содержание СO2.
На точке А содержание СO2 - максимальное, а содержании O2, - минимальное (нулевое).
На точке В наоборот - нулевое содержание СO2 и максимальное O2 (21%, как в атмосфере). Надо отметить, что когда количество СO2 максимальное, то горение идет более эффективно, это значит, что печь содержит наименьшее количество избыточного воздуха и СO2 в дымовых газах никак не зависит от избыточного воздуха.
Если точка А это главное условие стехиометрического горения, то точка В – это отсутствие горения. Гипотенузу в данном случае можно рассматривать как идеальное горение без CO. Различные процентные содержания CO лежат на прямых линиях, параллельных гипотенузе.
В связи с изношенностью оборудования котловые агрегаты старого образца могут не позволять максимальную загруженность котла. Тем не менее повседневная рабочая нагрузка котла требует аналогичные затраты энергоресурсов, что резко снижает КПД котла.
Например, если расход топливного газа для производства 60 т пара в час составляет 6480 нм3/час или 108 Нм3 для производства 1 тонны пара, то это соответствует 74% КПД котла.
Остаточный кислород в дымоходе может колебаться между 5,5 – 6,8%. Это означает, что в системе имеется большое количество избыточного воздуха. Согласно расчётам, этот объёма составляет порядка 26,2 – 32,4% дополнительного воздуха, который расходует дополнительный природный газ, а также ведёт к потере тепла с дымовыми газами.
Совершенствуя систему управления и повышая эффективность сгорания топлива, мы можем точно отрегулировать количество поступаемого воздуха в систему горения.
Это достигается следующим путём:
Для эффективного управления процессом сжигания внедрятся:
С помощью ПК и сенсорных датчиков будет автоматически производиться расчёт необходимого количества воздуха. Расчётный объём воздуха будет поступать к зоне горения каждой горелки индивидуально.
Расход топлива, температура, давление, количество остаточного кислород, СО, NOx и прочая информация будут автоматически использованы при расчёте.
Система горения включает в себя шесть горелок топливного газа, из которых три будут сжигать природный газ, а оставшиеся три – природный и технологический газы.
Каждая горелка имеет сканнер пламени и пилотные воспламенители, дутьевые камеры сжигаемого газа, воздушные заслонки на входе дутьевой камеры с пневматическими приводами, соленоидные клапаны и блоки концевых выключателей.
Каждый воздушный регистр состоит из набора регулируемых цилиндрических клапанов вентилятора, контролирующих завихрения воздуха и, следовательно, интенсивность пламени и схему воздушного потока для минимизации теплового образования NOx и уменьшения выбросов.
Контрольно-измерительные приборы установлены на котле для оперативного управления остаточным кислородом.
В итоге, после переоборудования системы сжигания котла, мы достигнем уменьшения остаточного O2 в дымоходе до 2% (до 3% при высоких нагрузках), что в разы увеличит эффективность сжигания. Уменьшив O2 эффективность горелок будет улучшена до 87-92%, а глобальная эффективность котла также возрастёт в разы. При этом, сохраняя те же характеристики, указанные выше, новое потребление газа будет в районе 5500-6150 нм3/ч, а экономия газа составит 1 000 000 – 4 500 000 нм3/год.
Таким образом, экономия природного газа составит от 10,5% до 16,8% в зависимости от эксплуатационного режима.
Модернизация системы управления не только обеспечит сокращение избытка воздуха и, следовательно, потребление природного газа, но и улучшит общее энергопотребление системы. Кроме того, будет снижен расход электроэнергии для вентиляторов выхлопных газов при установке новых и современных вентиляторов, двигателей и частотных преобразователей. В настоящее время со старыми машинами эксплуатируются вентиляторы с фиксированной нагрузкой, тогда как новые оборудования используют только необходимую электрическую энергию для перемещения вентиляторов при нагрузке на котел. Таким образом можно также сэкономить тысячи кВт/ч электроэнергии.
| Производительность | 75 т/ч |
| Давление пара | 40 бар |
| Температура | 4300 С |
| Количество горелок | 6 шт. |
| Мощность горелки | 11,5 MВт |
| Расход топлива | 1,12 нм3/ч |
| Топливо: | |
| Природный газ | 93% СН4 |
| Возвратный газ | 80 (СО+СО2) + 5% NH3 |
I. Cостав природного газа:
CH4 = 90% C2H6 = 5% C3H8 = 3% N2 = 2%
CH4 = 900 л C2H6 = 50 л C3H8 = 30 л N2 = 20 л (1 м3 природного газа = 1000 л)
CH4 = 40,18 моль C2H6 = 2,23 моль C3H8 = 1,34 моль N2 = 0,89 моль (1 моль при н.у. = 22,4 л)
II. Химические реакции при горении природного газа:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O С3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O
2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O N2 + O2 = 2NO
III. Количество необходимого кислорода:
nO2 = 40,18 х 2 + 2,23 / 2 х 7 + 1,34 х 5 + 0,89 = 95,76 моль
VO2 = 95,76 моль х 22,4 л = 2 145 л
Vвозд. = 2 145 / 21% * 100% = 10 214 л = 10,2 м3 (содержание О2 в воздухе 21%)
Для сжигания 20 120 м3 воздуха необходимо:
V = 20 120 / 10,2 = 1 973 м3/ч природного газа
Расход природного газа в год:
1 973 м3/ч х 24 ч х 330 дней = 15 626 160 м3/год
Снизив содержание О2 с 6% до 3%, экономия газа составит:
15 626 160 м3 / 2 = 7 813 080 м3/год
NОx: низкий.
Количество: 6 шт.
Тяга: принудительная.
Существующая горелка
Предлагаемая горелка
Существующий КИП:
Предлагаемый КИП:
на русском языке, CD-ROM
Существующий котел:
Предлагаемый котел:
Данное технико-экономическое предложение компании ООО «Интех ГмбХ» охватывает систему сжигания для переоборудования парового котла высокого давления. По желанию заказчика целью переоборудования было сокращение общего потребления системы, повысив энергоэффективность при модернизации котлов.
Мы сосредоточили внимание на двух котлах: на котле, где используется 5 горелок на естественной тяге (они являются объектом нашего предложения), а также котле с 6-ю горелками с принудительной тягой. Все рассуждения по второму котлу могут применяться по отношению к другим котлам.
Котел 1 производит 50 т/ч перегретого пара при избыточном давлении 110 бар. В данном случае Заказчик просит заменить существующие горелки топливного газа на естественной тяге на горелки на принудительной тяге из-за постоянных проблем, возникающих с существующими «вращающимися горелками». Реконструкция котла заключается в установке пяти новых горелок топливного газа в комплекте со сканерами пламени и пилотными воспламенителями, камерой воздуха горения и воздушными заслонками на входе воздушной камеры в комплекте с пневматическим приводом, соленоидными клапанами и блоками концевых выключателей.
Для увеличения безопасности системы мы также поставляем новый газопровод в комплекте со всеми необходимыми клапанами и контрольно-измерительными приборами в соответствии со стандартом NFPA 85, полностью собранными на скиде и готовыми к установке на стороне котла. Также мы хотели установить новые контрольно-измерительные приборы на котле для обеспечения безопасности, надежности и увеличения эффективности с помощью управления остаточным кислородом в трубе.
Наконец, мы установим систему управления котлом и распределительную систему управления, которая будет находиться в отдельном безопасном и защищенном месте (помещение управления).
Для усиления контроля за потоком воздуха горения и, соответственно, для сокращения избытка воздуха, увеличивая при этом эффективность котла, мы поставим один вытяжной вентилятор (IDF) для воздуха горения в горелки и один нагнетательный вентилятор (FDF) для вывода отработанного газа. Необходимые модификации газоотводной трубы и установка новой трубы воздуха горения будет осуществлена в соответствии с установочными чертежами.
Каждая горелка будет гарантировать требуемую интенсивность сжигания 7 МВт.
Будет поставлено электрическое оборудование, подходящее для работы в невзрывоопасной зоне.
Основной объем поставки включает следующие позиции:
Товары будут поставлены в соответствии со следующими стандартами:
| Материалы: | ASTM/UNI/EN |
| Фланцы: | ANSI/EN |
| Детали под давлением: | PED |
| Линии топливного газа: | NFPA 85 |
| Контрольно-измерительные приборы и электрооборудование: | IEC/EN |
| Шум: | ISO |
| Знаки (сертификационные) электрооборудование: | CE |
| Кол-во установок: | 1 |
| Горелок на 1 установку: | 5 |
| Поток пара (т/ч): | 50 |
| Давление пара (бар изб.): | 110 |
| Кол-во: | 5 |
| Производитель/тип: | ВСЕ/DM 13 ½ х12 |
| Для каждой горелки: | |
| Расчетная интенсивность сжигания, МВт | 7 |
| Расход топливного газа, нм3/ч | 680 |
| Давление топливного газа на входе в скид, бар изб | 3 |
| Температура топливного газа, С | 25 |
| Избыток воздуха, % | 10 |
| Расход воздуха горения, нм3/ч | 7.350 |
| Температура воздуха горения, С | темп. окр. среды |
| Перепады давления | мм вод. ст. 175 |
Эталонный состав:
| H2O, % объем. | 0,00 |
| CO2 | 1,50 |
| H2S | 0,00 |
| N2 | 2,50 |
| CH4 | 89,00 |
| C2H6 | 5,0 |
| C3H8 | 1,50 |
| C4H10 | 0,50 |
| C5H12 | 0,00 |
| C6+ | 0,00 |
| Низшая теплота сгорания, МДж/нм3 | 37,02 |
| Молекулярный вес: | 18,09 |
| Давление на горелке, бар изб. | 1,8 |
| Температура, С | 25 |
| Установка: | вне помещения |
| Окружающая среда: | промышленная |
| Высота над уровнем моря, м | 0 |
| Барометрическое давление, мбар | 1.013,25 |
| Классификация помещения: | не взрывоопасное |
| Температура окружающего воздуха (мин/макс) С | -20/+25 |
| Относительная влажность (макс.), % | 85 |
| Воздух КИП: | |
| Давление (мин/норм/макс/расч), бар изб. | 4,5/5/6/9 |
| Температура (мин/расч), С | -/- |
| Технологический воздух | |
| Давление (мин/норм/макс/расч), бар изб. | 4,5/5/6/9 |
| Электропитание: | 380 В перем. тока, 3 фазы, 50 Гц 220 В перем. тока, 1 фаза, 50 Гц 24 В пост. тока |
Предлагаемые горелки являются горелками природного газа с низким выбросом NOx с принудительной тягой и двойной воздушной заслонкой. Каждая воздушная заслонка состоит из набора регулируемых цилиндрических клапанов вентилятора, контролирующих завихрения воздуха и, следовательно, интенсивность пламени и схему воздушного потока для минимизации теплового образования NOx. Горелки будут установлены на передней стенке котла.
Воздушные заслонки, контролирующие завихрения потока воздуха, приводятся в действие вручную с помощью рычагов на лицевой стороне горелки. Необходимое положение открытия заслонки устанавливается на стадии пуско-наладки.
Природный газ распределяется через газосборник, поставляемый в комплекте со съемными газовыми трубками с многоструйными наклонными газовыми патрубками, которые могут индивидуально регулироваться и вращаться на месте, чтобы обеспечить необходимое распределение газа и форму пламени в целях контроля образования NOx, поддерживая требуемую эффективность сжигания. Небольшая часть газа подается с помощью центральной газовой трубки.
Необходимое положение и ориентация каждого патрубка будет определено во время пуско-наладки.
Горелки поставляются в комплекте с:
Для каждой горелки мы поставим по одному высокомощному пилотному воспламенителю природного газа, класс 3 по NFPA. Каждый воспламенитель будет поставляться с:
У пилотного воспламенителя будут следующие основные характеристики:
| Топливо | природный газ |
| Поток топливного газа | 3-5 нм3/ч |
| Давление топливного газа | 0,3-0,5 бар изб. |
Каждая горелка поставляется в комплекте со сканером пламени UV, имеет компактный тип с усилительным блоком, встроенным в раму, цифровую связь SPDT для контроля пламени, аналоговый сигнал 4-20 мА для интенсивности пламени, подачу электроэнергии - 24 В постоянного тока, защита IP 65, в комплекте с шаровым клапаном и поворотными узловыми соединениями, соединением охлаждающего / продувочного воздуха в комплекте с гибким шлангом длиной 1200 мм (потребление воздуха около 8-10 нм3/ч).
Горелки будут установлены в единственной воздушной коробке, которая включена в объем поставки.
Для монтажа/демонтажа каждой горелки мы поставим одну заслонку – воздушные жалюзи, камеру с противоположными лопастями. Каждая заслонка будет укомплектована пневматическим приводом двойного действия, пятиходовым соленоидным клапаном (24 В) и коробкой концевого переключателя, защита IP65.
Воздух горения будет подаваться новым вентилятором. Для обеспечения характеристик «сбалансированного котла» также будет необходимо установить вентилятор для отсоса выхлопного газа.
Мы поставляем механические, электрические и пневматические клапана и контрольно-измерительные приборы на скиде, а также клапана и контрольно-измерительные приборы для каждой горелки. Мы также поставляем распределительный коллектор к горелкам для главного газа и распределительный коллектор для газа к пилотным воспламенителям. Каждый распределитель буден оснащен пятью соединениями с горелками и питателем пилотов.
Каждое соединение горелки (диаметр 3") будет укомплектовано клапаном с ручным управлением, пневматическим запорным клапаном (2 шт.), вытяжным клапаном и манометром и соединено с горелкой с помощью гибкого шланга.
Каждое соединение с пилотом (диаметр ½ ") будет укомплектовано клапаном с ручным управлением, пневматическим запорным клапаном (2 шт.), вытяжным клапаном и самоприводным редукционным клапаном и манометром и соединено с пилотным воспламенителем с помощью гибкого шланга.
Соединительный трубопровод между газовым скидом и каждым распределителем в настоящий момент включен в наш объем поставки.
Наши границы ответственности включают входной фланец на скиде природного газа, клеммные рейки соединительной коробки, установленные на скиде и распределитель воздуха КИП. Заказчик должен предоставить воздух КИП для новых клапанов и контрольно-измерительных приборов.
Для контрольно-измерительных приборов, установленных на каждой горелке и на каждом отводе, мы поставим одну распределительную коробку для сбора всех сигналов. Распределительные коробки будут включать предварительно проложенные кабели до клеммных реек и должны быть установлены и соединены на месте Заказчиком.
Возможность установки скида на платформу с полностью проложенными кабелями будет обсуждаться во время визита на завод.
Диаметры трубопровода будут следующие:
| Регулирующий клапан до установки | диаметр 6" ANSI 150# RF |
| Регулирующий клапан после установки | диаметр 6" ANSI 150# RF |
| Для каждой горелки | диаметр 3" ANSI 150# RF |
| Трубопровод пилотного воспламенителя | диаметр 1/2" ANSI 150# RF общая линия диаметр 1/2" ANSI 150# RF к каждому пилотному воспламенителю |
Все клапана будут шаровые, корпус из материала ASTM A105, шар AISI 304. Все соленоидные клапана будут иметь защиту IP65.
Датчики будут типа Smart c протоколом HART, сигнал 4-20 мА; все клапана и контрольно-измерительные приборы будут подходящими для работы в невзрывоопасном помещении, защита минимум IP65.
Мы поставим следующие основные позиции:
Для каждой горелки мы поставим следующие позиции:
Для каждого пилотного воспламенителя мы поставим следующие позиции:
Система управления горелками (СУГ) обеспечивает безопасный пуск, эксплуатацию и останов горелок при контролируемых условиях.
СУГ спроектирована для мульти-горелочной и мульти-топливной системы с электрическими воспламенителями природного газа, детектором UV-пламени для контроля основного пламени горелки, автоматическим пуском оператором из аппаратной или с местной панели.
СУГ должна исполнять все логические последовательности для безопасных автоматических до- и постпродувочных циклов, низких/высоких уровней барабана, высокого давления пара, остановки подачи питательной воды котла, давления топлива, зажигания воспламенителей, пуска горелки, сигнализации и блокировки при погасании пламени.
Логические последовательности СУГ проектируются в соответствии со стандартом NFPA 85 для горелочных систем, версия «автоматическая система» с пуском и остановом оператором с СУГ или местной панели.
Система основывается на программируемом логическом контроллере (ПЛК) со всей необходимой аппаратурой и интерфейсами ввода-вывода, кнопками и лампами для управления оператором и отображения аварийных сигналов и остановки из шкафа управления.
Все оборудование имеет кабельные линии в отдельно стоящем шкафу, который устанавливается в безопасном помещении, где располагается вся системная аппаратура.
Система основана на безаварийном ЦП программируемого логического контроллера, сертифицированного для безопасного использования на качественном уровне АК6 в соответствии с DIN V 19250, SIL 2/SIL 3 в соответствии с EN 61508.
Система СУГ будет иметь следующие характеристики:
Система будет поставлена в комплекте с картами ввода-вывода модульной конструкции, прошедшими испытания по отдельности, а также всей необходимой аппаратурой и оборудованием.
Система будет оснащена кабелями и проводами в отдельно стоящем шкафу стандартной модульной конструкции (800х800х2000 мм панели плюс 100 мм основание), расположенном в безопасном помещении, где также располагаются все системные аппаратные схемы.
Шкаф будет содержать ПЛК, блоки питания, карты ввода-вывода, клеммные рейки и реле.
Шкаф будет поставлен в комплекте со следующим:
Шкаф СУГ будет питаться от двум источников напряжения (один из них источник бесперебойного питания) 220 В перем.тока, 50 Гц, 1 фаза. Из этих источников мы получим все дополнительные источники напряжения, которые требуются для надлежащей работы СУГ, в частности:
Все источники питания будут защищены с помощью магнитных тепловых реле с дополнительным контактом для аварийного сигнала.
Для распределения 24 В пост.тока мы поставим два блока питания.
Для каждой горелки мы поставим одну местную панель управления, которая будет установлена вблизи горелки, и будет поддерживаться существующими конструкциями, с кнопками ПУСК/СТОП и лампами, с кабелями и проводами вплоть до клеммных реек, с защитой IP55.
Для местного управления котлом и для последовательного пуска воспламенения мы предлагаем главную панель управления, соединенную кабелями и проводами с клеммными рейками, с защитой от пыли и влаги IP55. Главная панель управления будет содержать локальный/удаленный селектор, кнопку проверки лампы, кнопку перезагрузки, общую кнопку отключения, кнопку запроса продувки и сигнальные лампы для случаев: остановка котла, разрешающий сигнал на продувку, продувка в процессе/завершена, ошибка продувки.
СУГ и местная панель управления полностью испытана в нашем цеху перед отгрузкой. Заказчику предоставляется сертификат испытаний. После этого осуществляется испытания СУГ в присутствии заказчика. Заказчик должен уведомить нас о намерениях провести испытания в нашем цеху как минимум за 4 недели до поставки.
Для управления паровым котлом мы используем распределительную систему управления, относящуюся к котлу (или к системе управления котлом), основанную на программируемом логическом контроллере (ПЛК) в комплекте с необходимой аппаратурой и модулями ввода-вывода.
Система управления котлом будет связываться с СУГ и будет оснащена ЦП, блоком питания и всем необходимым для использования.
Система оснащена кабелями и проводами в отдельно стоящем шкафу стандартной модульной конструкции (800х800х2000 мм панели плюс 100 мм основание), расположенном в безопасном помещении, где также располагаются все системные аппаратные схемы. Шкаф оснащен охлаждающим вентилятором, приводимым в действие с помощью переключателя температуры.
Шкаф СУГ будет питаться от двум источников напряжения (один из них источник бесперебойного питания) 220 В перем.тока, 50 Гц, 1 фаза. Из этих источников мы получим все дополнительные источники напряжения, которые требуются для надлежащей работы СУГ, в то время, как питание из другого источника будет использовано для вторичного оборудования.
Все источники питания будут защищены с помощью магнитных тепловых реле с дополнительным контактом для аварийного сигнала.
Для распределения тока с напряжением 24 В мы используем два блока питания.
На внутренней плате будет установлен и соединен кабелями до клеммных реек базовый статив для ПЛК, содержащий все необходимые коммуникационные элементы: интерфейсные реле, автоматические переключатели и все другие необходимые детали для правильной работы, последовательности управления, интерфейса и управления установленного оборудования.
Клеммные рейки будут предоставлены для соединения всех сигналов с и от места, связанного с управлением котла.
Все реле, питающиеся 24 В пост.тока, будут оснащены LED.
Как указано выше, все логические последовательности управления будут реализованы с помощью ПЛК, которые будет иметь следующие основные характеристики:
Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемым паровым котлам и горелкам котельных установок.
Инженеры проконсультируют или предоставят дополнительную техническую информацию по проектам модернизации тепловых котлов и горелкам котельных установок.
Ваши запросы на модернизацию тепловых котлов и горелок котельных установок просим присылать в технический департамент нашей компании.
Технический департамент: info@intech-gmbh.ru, тел. +7 (499) 261-08-45.
Центральный сайт компании Интех ГмбХ
Филиал компании в Казахстане – ТОО "Интех СА"
