Проектирование производственно-отопительной котельной населенного пункта

• Введение
• 1. Расчёт тепловых нагрузок производственных и коммунально-бытовых потребителей тепла
• 1.1 Расход теплоты на горячее водоснабжение
• 1.2 Расход теплоты на технологические нужды
• 2. Построение годового графика тепловой нагрузки
• 3. Расчёт принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной
• 3.1 Определение параметров воды и пара
• 3.2 Расчёт редукционно-охладительной установки (РОУ)
• 3.3 Расчёт сепаратора непрерывной продувки
• 3.4 Расчёт расхода химически очищенной воды
• 3.5 Расчёт пароводяного подогревателя сырой воды
• 3.6 Расчёт деаэратора
• 4. Составление теплового баланса котельной
• 5. Выбор типа, размера и количества котлоагрегатов
• 6. Расчет теоретических и действительных объемов продуктов сгорания
• 7. Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха
• 8. Тепловой баланс котельного агрегата
• 9. Определение годового расхода топлива
• 10. Тепловой и конструкционный расчет водного экономайзера
• 11. Расчёт и подбор вспомогательного оборудования котельной
• 12. Компоновка котельной
• 13. Заключение
• 14. Литература

Высокие темпы промышленного производства и социального прогресса требуют резкого увеличения выработки тепловой энергии на базе мощного развития топливно-энергетического комплекса страны.

Централизованные системы теплоснабжения от тепловых электрических станций (ТЭС) наиболее эффективны. В настоящее время, централизованное теплоснабжение крупных городов осуществляется на базе мощных атомных станций теплоснабжения.

Для небольших теплопотребителей источником теплоты служат промышленные и отопительные котельные. Удельный вес их в балансе теплоснабжения составляет значительно большую часть. Несмотря на строительство крупных тепловых электростанций, с каждым годом увеличивается выпуск и улучшаются конструкции котлоагрегатов малой и средней мощности, повышаются надежность и экономичность котельного оборудования, снижается металлоемкость на единицу мощности, сокращаются сроки и затраты на производство строительно-монтажных работ.

В качестве топлива для котельных установок используют угли, торф, сланцы, древесные отходы, газ и мазут. Газ и мазут — эффективные источники тепловой энергии. При их применении упрощаются конструкция и компоновка котельных установок, повышается их экономичность, сокращаются затраты на эксплуатацию.

Развитие отечественной теплоэнергетики неразрывно связано с именами русских ученых и инженеров. Основы теплотехнической науки были заложены в середине XVIII в. великим русским ученым М. В. Ломоносовым. В 1766 г. талантливый русский теплотехник И. И. Ползунов создал в Барнауле первую в мире теплосиловую установку для привода заводских механизмов, которая включала паровой котел.

отопительная котельная тепловой баланс Практическое использование паросиловых установок дало новый источник энергии и сыграло большую роль в развитии промышленного производства. Ряд теоретических и экспериментальных работ по исследованию рабочих процессов котельных установок был проведен в конце XVIII и начале XI X вв. учеными В. В. Петровым и Я. Д. Захаровым. В теплоснабжении крупных городов, районных центров, поселков котельные играют важнейшую роль. Городская сеть теплоснабжения обычно разделена на районы питания по числу ТЭЦ. В системе теплоснабжения подача тепла в жилые кварталы и промышленным предприятиям осуществляется от районных тепловых станций — крупных котельных с водогрейными и паровыми котлами.

1. Расчёт тепловых нагрузок производственных и коммунально-бытовых потребителей тепла

Таблица 2.1 — Выбор варианта для расчета тепловой нагрузки котельной

Котельной установкой называют комплекс устройств и агрегатов, предназначенных для получения пара или горячей воды за счет сжигания топлива. По назначению различают отопительные, производственные и отопительно-производственные котельные установки. Общий случай для расчета представляют отопительно-производственные котельные, так как они работают, как правило, круглый год.

Тепловая нагрузка котельной по характеру распределения во времени классифицируется на сезонную и круглогодовую. Сезонная (расходы теплоты на отопление и вентиляцию) зависит в основном от климатических условий и имеет сравнительно постоянный суточный и переменный годовой график нагрузки. Круглогодовая (расходы теплоты на горячее водоснабжение и технологические нужды), практически не зависит от температуры наружного воздуха и имеет очень неравномерный суточный и сравнительно постоянный годовой график потребления теплоты.

Расчетную тепловую нагрузку котельной отопительно-производственного типа определяют отдельно для холодного и теплого периодов года. В зимнее время она складывается из максимальных расходов теплоты на все виды теплопотребления где

Ф_от, Ф_в, Ф_{г. в} Ф_т - максимальные потоки теплоты, расходуемой всеми потребителями системы теплоснабжения соответственно на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды, Вт; k_з — коэффициент запаса, учитывающий потери теплоты в тепловых сетях, расход теплоты на собственные нужды котельной и резерв на возможное увеличение теплопотребления хозяйством, k_з = 1,2.

В летнее время нагрузку котельной составляют максимальные расходы теплоты на технологические нужды и горячее водоснабжение

Суммарные расходы теплоты на все виды теплопотребления определяют по приближенным формулам.

Расход теплоты на отопление и вентиляцию.

Максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на отопление жилых и общественных зданий поселка, включенных в систему централизованного теплоснабжения, можно определить по укрупненным показателям в зависимости от жилой площади помещения по формулам

где — укрупненный показатель максимального удельного потока теплоты, расходуемой на отопление 1 м² жилой площади, Вт/м²; F — жилая площадь, м².

Значения определяются в зависимости от расчетной зимней температуры наружного воздуха (=175Вт/).

Максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на нагрев вентиляционного воздуха общественных зданий

Для отдельных жилых, общественных и производственных зданий максимальные потоки теплоты, Вт, расходуемой на отопление и подогрев воздуха в приточной системе вентиляции можно определить по их удельным тепловым характеристикам

где q_от и q_в — удельные отопительная и вентиляционная характеристики здания, Вт/ (м^3оС); V_н — объем здания по наружному обмеру (без подвальной части), м³; a — поправочный коэффициент, учитывающий влияние на удельную тепловую характеристику местных климатических условий.

a = 0,54 + 22/ (t_в - t_н).

Хлебозавод:

а=0,54+22/ (t_в-t_н) =0,54+22/ (16- (-32)) =2,72

Банно-прачечный комбинат:

а=0,54+22/ (15- (-32)) =2,67

Животноводческая ферма:

а=0,54+22/ (10- (-32)) =2,44

Поликлиника:

а=0,54+22/ (20- (-32)) =2,90

Детский сад:

а=0,54+22/ (20- (-32)) =2,90

1.1 Расход теплоты на горячее водоснабжение

Средний поток теплоты, Вт, расходуемой за отопительный период на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий находят по формуле:

где q_{г. в} =320 — укрупненный показатель среднего потока теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение одного человека с учетом общественных зданий поселка, принимается в зависимости от средней за отопительный период нормы потребления воды при температуре 60 ^оС на одного человека g=85, л/сут:

Максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий

Для производственных зданий максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение, определяют по формуле

где G_v — часовой расход горячей воды, м³/ч; _в — плотность воды, принимается равным 983 кг/м³; С_в — удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/ (кг^оС); t_г — расчетная температура горячей воды, равная 55 ^оС; t_х — расчетная температура холодной (водопроводной) воды, принимаемая в зимний период равной 5 ^оС, а летний период 15 ^оС.

Для животноводческих помещений максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение (t_г =40.60 ^оС) для санитарно-технических нужд (подмывание вымени, мытье молочной посуды, доильных аппаратов, молокопроводов, шлангов и другого оборудования, уборка помещений), подсчитывают по формуле

(1.11)

где — коэффициент неравномерности потребления горячей воды в течение суток, принимают = 2,5; n_i — число животных данного вида в помещении; g_i — среднесуточный расход воды на одно животное, кг, принимают для коров 15 кг, телят и молодняка 2 кг, свиноматок 3 кг, свиней на откорме 0,5 кг.

Поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение (t_г = 10.20 ^оС) для поения животных

(1.12)

Поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий в летний период, по отношению к отопительному снижается и определяется по следующим формулам:

для жилых и общественных зданий

для производственных зданий

Для общественных зданий Поликлиника, Детский сад:

Для производственных зданий: хлебозавод

Банно-прачечный комбинат

Животноводческая ферма на 2000 голов:

На расход мытья:

Определим поток теплоты, расходуемый на горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий в летний период.

Для общественных зданий Поликлиника, Детский сад:

Для производственных зданий:

Банно — прачечный комбинат:

Хлебозавод:

Животноводческая ферма:

На расход мытья:

1.2 Расход теплоты на технологические нужды

Поток теплоты, Вт, расходуемой на технологические нужды ремонтных мастерских и автогаражей, подсчитывают по формуле

(1.15)

где — коэффициент спроса на теплоту, равный 0,6.0,7; G — расход теплоносителя (воды или пара), кг/ч; h — энтальпия теплоносителя, кДж/кг; h_воз — энтальпия обратной воды или возвращаемого конденсата, кДж/кг (можно принять h_воз = 270.295 кДж/кг); p - коэффициент возврата обратной воды или конденсата, обычно принимаемый равным 0,7.

Расход теплоносителя — воды (при 95 ^оС) для получения смешанной воды с температурой t_см определяют по формуле

(1.16)

Расход горячей воды (t_см = 60 ^оС) для автогаражей

(1.17)

где n — число автомобилей, подвергающихся мойке в течение суток; g — среднесуточный расход воды на мойку одного автомобиля, кг/сут. Для легкового автомобиля g = 175 кг/сут, для грузового g = 250 кг/сут.

Расход пара D (G = D) для ремонтных мастерских можно принять равным 100.120 кг/ч.

Поток теплоты, Вт, расходуемой на технологические нужды животноводческих помещений, определяют по укрупненным нормам расхода пара и горячей воды на тепловую обработку кормов

(1.18)

где — коэффициент неравномерности потребления теплоты на технологические нужды в течение суток, принимают = 4; M_i — количество подлежащего тепловой обработке корма данного вида в суточном рационе одного животного, кг (таблица В.4); d_i — удельный расход пара или горячей воды на обрабатываемый корм данного вида, кг/кг (таблица В.4); h_i — энтальпия используемого пара или горячей воды, кДж/кг; n_i — число животных данного вида в помещении.

Поток теплоты, Вт, расходуемой на пастеризацию молока

(1.19)

где m_м — масса молока, обрабатываемая в пастеризаторе, кг/ч; С_м — теплоемкость молока, равная 3,94 кДж/ (кг^оС); t''_м — температура молока после пастеризации, принимают t''_м = 85 ^оС; t'_м — температура молока до пастеризации, (у охлажденного t'_м = 5 ^оС, после дойки t'_м = 35 ^оС).

Поток теплоты, Вт, расходуемой на пропаривание молочных фляг

(1.20)

где

d_ф — расход пара на пропаривание одной фляги (0,2 кг); n — число фляг; h_п — энтальпия пара, кДж/кг (при избыточном давлении 39,2 кПа h_п = 2636 кДж/кг).

Результаты расчетов тепловой нагрузки объектов проектирования сводят в табл.1.2.

Животноводческая ферма:

На пастеризацию молока:

На пропаривание молочных фляг:

Таблица 2 — Удельные тепловые характеристики жилых, общественных и производственных зданий при расчётной наружной температуре — 30 и их внутренняя расчётная температура.

Расчетная тепловая нагрузка котельной:

Расход теплоты в летнее время;

2. Построение годового графика тепловой нагрузки

Годовой расход теплоты на все виды теплопотребления можно определить аналитически или графически из годового графика тепловой нагрузки. По годовому графику устанавливаются также режимы работы котельной в течение всего года. Строят такой график в зависимости от длительности действия в данной местности различных наружных температур. Средневзвешенная расчётная внутренняя температура определяется по выражению:

t_{в. ср.} =, (2.1)

где V — объёмы зданий по наружному обмеру, м³; t — расчётные внутренние температуры этих зданий,. Средневзвешенная расчётная внутренняя температура для жилых и общественных зданий и производственных помещений:

t_{в. ср.} = (20 000*16+50 000*10+20 000*15+10 000*20+10 000*20) /110 000=13,8° С

Годовой расход теплоты, ГДж/год:

(2.2)

где F — площадь годового графика тепловой нагрузки, мм²; m_ф и m — масштабы расхода теплоты и времени работы котельной, соответственно Вт/мм и ч/мм. F=6962 мм² m_ф=66 666 Вт/мм m=50 ч/мм

Q_год=3,6*10^-6*6962*66 666*50=83 543 ГДж/год.

3. Расчёт принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной

Тепловая схема № 17.

Исходные данные для расчёта тепловой схемы котельной.

Пар для технологических нужд производства имеет параметры:

Р₁=1,38 МПа; х₁=0,98; D_Т =6,98 кг/с.

Температура сырой воды t_св=4⁰С.

Давление пара после РОУ Р₂=0,113 МПа.

Сухость пара на выходе из расширителя непрерывной продувки х₂=0,96.

Потери пара в котельной в процентах от D_cут, d_ут=5 %.

Расход тепловой воды на непрерывную продувку в процентах от D_cут d_пр=4%.

Расход тепла на подогрев сетевой воды Q_б=19,513 МВт

Температура воды на выходе из сетевых подогревателей t^/₁=87⁰C.

Температура в обратной линии теплосети t^/₂=48⁰C.

Температура воды перед и после ХВО t_хво=29⁰С.

Температура конденсата на выходе из бойлера t_кб=75⁰С.

Потери воды в тепловой сети d_ТС=1,5%.

Температура конденсата после пароводяного подогревателя сырой воды t ^// _к1=85⁰С.

Температура продуктов горения перед экономайзером, t_ух1 =320⁰С.

Температура продуктов горения за экономайзером, t_ух2 =160⁰С.

3.1 Определение параметров воды и пара

При давлении Р₁=1,36 МПа в состоянии насыщения имеем t₁=194 ⁰С, i ^// ₁=2788 кДж/кг, i^/₁=826 кДж/кг, r₁=1961 кДж/кг.

При давлении Р₂=0,113 МПа в состоянии насыщения имеем t₂=103 ⁰С, i ^// ₂=2681 кДж/кг, i^/₂=432,84 кДж/кг, r₂=2252,8 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара на выходе из котлоагрегата:

i^х₁=i ^// _{1 - (}1-х₁) •r₁ = 2788- (1−0,98) •1961=2748,78 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара на выходе из расширителя:

i^х₂=i ^// _{2 - (}1-х₂) •r₂ = 2681- (1−0,96) •2252,8=2590,888 кДж/кг.

Энтальпия воды при температуре ниже 100⁰С может быть с достаточной точностью определена без использования таблиц по формуле:

i_в=С_в•t_в,

где С_в=4,19 кДж/кг

1. Расчёт подогревателей сетевой воды.

Для водоподогревателя:

.

Для пароводяных водоподогревателей:

где W₁ и W₂ - расходы воды (греющей и подогреваемой), кг/с;

t^/₁, t^/₂ и t ^// ₁, t ^// ₂ — начальные и конечные температуры воды, ⁰С;

D₁ — расход греющего пара, кг/с;

i₁ — энтальпия пара, кДж/кг;

i_к — энтальпия конденсата, кДж/кг;

з_n — коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом и трубопроводами в окружающею среду (з_n=0,95).

Схема водоподогревательной установки.

Определим расход воды через сетевой подогреватель из уравнения теплового баланса:

.

кг/с.

Потери воды в тепловой сети заданы в процентах от W_б:

кг/с.

Подпиточный насос подаёт в теплосеть воду из деаэратора с энтальпией i^/₂=432,84 кДж/кг в количестве W_ТС.

Поэтому расход тепла на подогрев сетевой воды в бойлерах уменьшится на величину:

где соответствует температуре;

кДж/кг.

Расход пара на подогрев сетевой воды определяется из уравнения:

.

Откуда:

кг/с.

i_кб=C_вt_кб=4, 19*75=314.25кДж/кг

2. Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды.

Расход тепла на технологические нужды составит:

где

i_ко — средневзвешенная энтальпия конденсата от технологических потребителей: i_ко=i_св

kДж/с.

;

i_к1=356,2 кДж/кг; t_к1=85 ⁰С; i_св=20,95 кДж/кг; t_к1=4 ⁰С;

Суммарный расход на подогрев сетевой воды и на технологические нужды составит:

МДж/с.

Расход пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды составит:

кг/с.

При отсутствии сетевых подогревателей D₀=D_Т.

3. Ориентировочное определение общего расхода свежего пара.

Суммарный расход острого пара D_г на подогрев сырой воды перед химводоочисткой и деаэрацию составит 3−11% от D_c.

Примем D_г=0,03•D₀=0,03•11,991=0,359 кг/с.

Общий расход свежего пара:

кг/с.

3.2 Расчёт редукционно-охладительной установки (РОУ)

Назначение РОУ — снижение параметров пара за счёт дросселирования

(мятия) и охлаждения его водой, вводимой в охладитель в распылённом состоянии. РОУ состоит из редукционного клапана для снижения давления пара, устройства для понижения температуры пара путём впрыска воды через сопла, расположенные на участке паропровода за редукционным клапаном и системы автоматического регулирования температуры и давления дросселирования пара.

В охладителе РОУ основная часть воды испаряется, а другая с температурой кипени отводится в конденсационные баки или непосредственно в деаэратор.

Примем в курсовой работе, что вся вода, вводимая в РОУ, полностью испаряется, и пар на выходе является сухим, насыщенным.

Подача охлаждённой воды в РОУ производственных котельных обычно осуществляется из магистрали питательной воды после деаэратора.

Тепловой расчёт РОУ ведётся по балансу тепла (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 — Схема РОУ

Расход редукционного пара D_ред с параметрами Р₂, t₂, i ^// ₂ и расхода увлажняющей воды W₁ определяем из уравнения теплового баланса РОУ:

из уравнения материального баланса РОУ:

Решая совместно уравнения (6) и (7), получим:

где D₁ — расход острого пара, кг/с, с параметрами Р₁, х₁;

— энтальпия влажного пара, кДж/кг;

— энтальпия увлажняющей воды, поступающей в РОУ, кДж/кг.

Определим расход свежего пара, поступающего в РОУ:

кг/с

Составляем схему РОУ:

Рисунок 3.3 — Узел РОУ

Определяем расход увлажняющей воды:

кг/с.

3.3 Расчёт сепаратора непрерывной продувки

Непрерывная продувка барабанных котлоагрегатов осуществляется для уменьшения солесодержания котловой воды и получения пара надлежащей чистоты. Величина продувки (в процентах от производительности котлоагрегатов) зависит от солесодержания питательной воды, типа котлоагрегатов и т. п.

Для уменьшения потерь тепла и конденсата с продувочной водой применяются сепараторы — расширители. Давление в расширителе непрерывной продувки принимается равным Р₂. Пар из расширителей непрерывной продувки обычно направляют в деаэраторы.

Тепло продувочной воды (от сепаратора непрерывной продувки) экономически целесообразно использовать при количестве продувочной воды больше 0,27 кг/с. Эту воду обычно пропускают через теплообменник подогрева сырой воды. Вода из сепаратора подаётся в охладитель или барботер, где охлаждается до 40−50 ⁰С, а затем сбрасывается в канализацию.

Расход продувочной воды из котлоагрегата определяется по заданному его значению d_пр в процентах от D_cyт.

кг/с.

Количество пара, выделяющегося из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса:

и массового баланса сепаратора:

.

Рисунок 3.5 — Узел сепаратора непрерывной продувки

Имеем:

кг/с.

Расход воды из расширителя:

кг/с.

3.4 Расчёт расхода химически очищенной воды

Общее количество воды, добавляемой из химводоочистки, равно сумме потерь воды и пара в котельной, на производстве и в тепловой сети.

Потери конденсата от технологических потребителей:

кг/с.

В случае отсутствия возврата конденсата от технологических потребителей W₂=6,98=D_Т.

Потери продувочной воды W_р=0,404 кг/с.

Потери пара внутри котельной заданы в процента от D_cyh.

кг/с.

Потери воды в теплосети W_ТС=0,81 кг/с.

Потери пара с выпаром из деаэратора могут быть определены только при расчёте деаэратора. Предварительно примем D_вып=0,05 кг/с.

Общее количество химически очищенной воды равно:

(3.11)

Для определения расхода сырой воды на химводоочистку необходимо учесть количество воды, идущей на взрыхление катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. Их обычно учитывают величиной коэффициента К=1,10 — 1,25. в данной курсовой работе следует принимать К=1, 20.

Имеем W_св=К•W_хво=1, 20•8,861 =10,6332 кг/с.

3.5 Расчёт пароводяного подогревателя сырой воды

Рисунок 3.6 — Схема пароводяного подогревателя сырой воды

Запишем уравнение теплового баланса подогревателя:

отсюда энтальпия воды на выходе из подогревателя:

Температура сырой воды на выходе из подогревателя t_св1=7 ⁰C.

Расход редуцированного пара в подогреватель сырой воды:

кг/с

Произведём уточнение ранее принятого расхода D_вып. Суммарный расход деаэрируемой воды:

кг/с

кг/с.

3.6 Расчёт деаэратора

Неизвестными при расчёте являются расход деаэрированной воды W_д и расход пара на деаэрацию. Запишем уравнение теплового и массового балансов (предположим для деаэратора з_n=1);

Для удаления растворённых в воде газов применяются смешивающие термические деаэраторы. В общем случае они могут быть атмосферного типа с давлением в колонке 0,11−0,13 МПа, повышенного давления и вакуумные с давлением ниже атмосферного. В курсовом проекте применён смешивающий термический деаэратор атмосферного типа (Р₂=0,17МПа). Под термической деаэрацией воды понимают удаление растворённого в ней воздуха при нагреве до температуры кипения, соответствующей давлению деаэраторной колонке. Целью деаэрации является удаление входящих в состав воздуха агрессивных газов, вызывающих коррозию металла оборудования (кислорода и угольной кислоты). Подогрев воды, поступающей в деаэратор, до температуры насыщения осуществляется редуцированным паром (D_g).

Газы, выделяемые деаэрированной водой, переходят в паровой поток и остатком неконденсированного избыточного пара (выпара) удаляются из деаэраторной колонки через штуцер, а затем сбрасываются в барботер (иногда — через охладитель выпара). Расход избыточного пара (D_вып) по имеющимся опытным данным ЦКТИ составляет 2+4 кг на 1 тонну деаэрированной воды. В курсовом проекте следует принять: D_вып=0,003*W_z, где W_z — суммарный расход деаэрируемой воды.

Энтальпия пара (выпара) принимается равной энтальпии сухого насыщенного пара при данном давлении (Э₂"). Деаэрированная вода (W_g) из бака деаэратора подаётся питательным насосом (ПН) в котельный агрегат.

При расчёте деаэратора неизвестными являются расход деаэрированной воды (Wg). Эти величины определяются при совместном решении уравнений массового и теплового балансов деаэратора.

;

D_d= 0,039+W_d — 8,861 — 0,458 — 3,88 — 0,090

D_d= W_d — 13,25

(Wд-13,25) •2681+8,861•125,7+0,458•356,2+3,88•314,25+0,090•2590,8=

=W_д•432,84+0,039•2681;

W_д•2248,16=36 898,373; W_д=14,633 кг/с;

D_д= W_д-13,25=14,633−13,25=1,383 кг/с.

Проверка точности расчёта первого приближения. Из уравнения массового баланса линии редуцированного пара определяем значение D_д:

D_д= D_ред - D_б - D_св=5,53 — 3,88 — 0,458=0, 192 кг/с.

При расчёте деаэратора получено D_д=1,383 кг/с. Ошибка расчёта составляет 86,1%. Допустимое расхождение 3%. Следовательно необходимо провести второй цикл приближений.

Уточнённый расчёт РОУ.

Расход редуцированного пара:

D_ред= D_д+ D_св+ D_б=1,383+0,458+3,88=5,721 кг/с.

D₁=D_{ред -} W₁

(

D₁=D_{ред -} W₁=5,721−0,167=5,554 кг/с

Общий расход свежего пара:

D₀= D₁+ D_Т=5,554+6,98=12,534 кг/с

Уточнённый расход тепловой схемы.

1. Расчёт расширителя непрерывной продувки:

кг/с;

кг/с;

кг/с.

2. Расчёт расхода химически очищенной воды:

кг/с;

W_хво=W₂+ W_p+D_YT+ W_ТС+D_вып=6,98+0,416+0,626+0,81+0,039=8,871кг/с;

W_св=К•W_хво=1,2•8,871=10,645 кг/с.

3. Расчёт пароводяного подогревателя сырой воды:

кг/с.

4. Суммарный расход деаэрируемой воды:

кг/с;

D_вып=0,003•W_?=0,003•13, 199=0,039 кг/с;

5. Расчёт деаэратора:

D_д=W_д+ D_вып-W_хво-D_св - D_б - D_р= W_д+0,039−8,871−0,458−3,88−0,085=W_д — 13,255;

(W_д-13,255) •2681+8,871•125,7+0,458•356,2+3,88•314,25+0,085•2590,8= =W_д•432,84+0,039•2681;

W_д•2248,16=32 923,4817;

W_д=14,644 кг/с; D_д=14,644−13,255=1,389 кг/с.

Проверка математического баланса линии дедуцированного пара.

Имеем:

D_д= D_{ред -} D_{cв -} D_б = 5,721−0,458−3,88=1,383 кг/с.

Из расчёта деаэратора D_д=1,389 кг/с. Расхождение составляет 0,4%, дальнейших уточнений не требуется.

Определение полной нагрузки на котельную. Полная нагрузка определяется по формуле:

D_cyh= D₁+ D_Т +D_YT = 5,554+6,98+0,626=13,16 кг/с.

В то же время:

D_cyh=W_д-W₁-W_ТС-W_пр=14,644−0,167−0,81−0,501=13,166 кг/с.

4. Составление теплового баланса котельной

Здесь: W_пв=W_д-W₁-W_тс=14,644−0,167−0,81=13,667 кг/с

Расход теплоты с паром на технологические нужды с учетом возврата конденсата:

Процент расхода теплоты на технологические нужды:

Расход теплоты в теплосеть с учетом потерь воды в теплосети:

Аналогично

Полезно расходуемый процент теплоты (КПД схемы):

51,95+24,91=76,86%

Суммарные потери теплоты:

q_?=100-з_сх=100−76,86=23,14%

Основные составляющие потерь теплоты:

1. Потери от утечек свежего пара

2. Потери в окружающую среду в бойлере

1, 195%

3. Потери с водой при производстве химводоочистки:

0,59%

4. Потери теплоты со сбрасыванием в барботер продувочной водой (после пароводяного подогревателя)

5. Потери в окружающую среду в подогревателе сырой воды:

0,14%

6. Потери выпаром:

7. Потери в окружающую среду в пароводяном подогревателе:

Итого имеем

Незначительное расхождение вызвано погрешностью расчетов. При выполнении курсовой работы допустимо расхождение, не превышающее 1%, следовательно, малые потери учитывать нецелесообразно.

5. Выбор типа, размера и количества котлоагрегатов

Подбирая количество устанавливаемых котлоагрегатов, условно принимаем, что максимальная нагрузка котельной соответствует суммарной производительности и руководствуемся следующими соображениями:

1) недопустимо устанавливать один котлоагрегат, а общее их число не должно превышать 4−5;

2) устанавливаемые котлоагрегаты должны иметь одинаковую производительность.

Выбираем котёл КЕ-10−14 с паропроизводительностью 2,78 кг/с.

Определим количество котлов, которые необходимо установить для покрытия всей нагрузки:

где D_{сум. -} общая паропроизводительность котельной;

D_к — паропроизводительность одного котла.

котлов.

Перегруз котла составляет:

6. Расчет теоретических и действительных объемов продуктов сгорания

Котлоагрегат работает на буром угле следующего состава:

Таблица 6.1 — Элементарный состав топлива

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива:

V=0,089^{. (}С+0,376^{. (}S+S)) +0,265^. H-0,033^. О=

=0,089^{. (}41,8+0,376^{. (}0,5+0,7)) +0,265^.3-0,033^.11,1=4,189 м/кг.

Объем трехатомных газов:

V=0,0186^{. (}С+0,375^{. (}S+ S)) =0,0186^{. (}41,8+0,375^{. (}0,7+0,5) =0,785 м/кг.

Объем азота:

V=0,79^. V+0,008^. N=0,79^.4, 189+0,008^.1=3,389 м/кг.

Объем водяных паров:

V=0,111^. Н+0,0124^. W+0,0161^. V =0,111^.3+0,0124^.17+0,0161^.4, 189= =0,611 м/кг.

Теоретически полный объем продуктов сгорания:

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топочной камеры задан: б_т=1,3. Величина присосов воздуха в газоходе экономайзера Дб_э=0,10.

Далее расчет производится для двух вариантов. Коэффициент избытка воздуха уходящих газов:

=+=1,3+0,1=1,4;

==1,3

Действительный объем водяных паров:

Действительный объем продуктов сгорания:

7. Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха

С установкой экономайзера.

Температура уходящих газов t_ух2 = 160 °C.

=279,8 кДж/м³; =208 кДж/м³;

=243,4 кДж/м³; =213 кДж/м^3,

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре t_ух2

Без установки экономайзера. Температура уходящих газов t_ух1 = 320 °C.

=602,6кДж/м³; = 419 кДж/м³; =495,8 кДж/м³; = 430,8 кДж/м^3,

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре t_ух1

8. Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс составляется для определения КПД котлоагрегата и расхода топлива при установившемся тепловом состоянии котлоагрегата.

Уравнение теплового баланса:

Q_р^р=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆, кДж/кг.

Примем Q_p^p=Q_н^р, кДж/кг. Приняв располагаемое тепло за 100%, можно записать в виде:

100% -q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆-q₁+?q_пот

Если известны потери тепла в котлоагрегате, его коэффициент полезного действия брутто определяется из выражения:

Потери тепла с уходящими газами определяются по формуле:

С_хв=1,3 кДж/м^{3 -} удельная ёмкость 1 м³воздуха в интервале температур 0 — 100

В связи с тем, что объёмы продуктов сгорания рассчитываются препложении полного сгораниия топлива, в уравнение введена поправка на величину q₄ — механической неполноты сгорания: q₃=0,5%; q₄=7%.

Для бурого угля: Q_н^р=15,8 МДж/кг. t_хв=29.

I_хв^o=V_в^{. о}t_хв^. С_хв=4,189^.29^. 1,3=157,9253 кДж/кг

С экономайзером.

Потери теплоты с уходящими газами:

Из таблицы 8.2 для выбранного в результате расчета тепловой схемы котельной котлоагрегата имеем: q₅^c=1,7%

Из расчета тепловой схемы имеем:

D_ка=2,78/с, i^/₁=826 кДж/кг, i^/₂=432,84 кДж/кг, d_пр=4%,

i^x₁=2748,78 кДж/кг

Расход топлива, подаваемого в топку:

Расход полностью сгоревшего в топке топлива:

Без экономайзера.

Потери теплоты с уходящими газами

Из таблицы 8.2 q₅^б=0,9%

Расход топлива, подаваемого в топку в данном варианте, изменится только за счет изменения, поэтому

Расчетный расход топлива

9. Определение годового расхода топлива

Годовой расход пара, вырабатываемого одним котельным агрегатом

(D_ка =2,78 кг/с):

Приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате

Годовой расход теплоты:

Годовой расход топлива для двух вариантов:

10. Тепловой и конструкционный расчет водного экономайзера

Водяной экономайзер представляет собой поверхностный теплообменник и служит для подогрева питательной воды перед подачей ее в барабан котла за счет теплоты уходящих газов. При этом снижаются потери теплоты с уходящими газами, но в то же время несколько увеличиваются потери теплоты в окружающую среду и подсосы воздуха в газоходе. Присосы воздуха в газоходе не только снижают показатель, но и вызывают значительное повышение расхода электроэнергии на собственные нужды (привод дымососа). Тепловой расчет:

Исходными данными для расчета водяного экономайзера является:

температура воды перед экономайзером

;

температура газов перед экономайзером

температура газов после экономайзера;

Расчетом определяются:

температура воды на выходе из экономайзера, .

поверхность нагрева экономайзера, м².

Тепловосприятие экономайзера определяется из уравнения теплового баланса:

где — коэффициент сохранения тепла.

Определяем энтальпию воды, выходящей из экономайзера:

Температуру воды после экономайзера определяем по соответствующей энтальпии воды :

Определим поверхность нагрева водяного экономайзера:

где

— коэффициент теплоотдачи в экономайзере, ;

— температурный напор, .

Температурный напор в экономайзере:

где — разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности нагрева, где она наибольшая, ;

— разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности нагрева, где она наименьшая, .

Температурный напор:

Подставим значения в формулу для определения площади поверхности экономайзера:

так как, то экономайзер некипящий.

Конструктивный расчет

Выбираем стальной гладкотрубный экономайзер.

Стальные гладкотрубные экономайзеры выполняют в виде горизонтальных змеевиков из бесшовных труб с наружным диаметром 28, 30, 32, 38 мм и толщиной стенок 3−3,5 мм.

Основные величины, которыми мы будем пользоваться при разработке конструкции стального экономайзера, примем равными:

наружный диаметр труб ;

расположение труб в пучке — шахматное;

относительный шаг труб поперек хода газов ;

относительный шаг труб по ходу газов ;

Предварительно выбрав размеры горизонтального сечения экономайзера, увязываем их с размерами сечения газохода парогенератора. Ширина конвективного газохода для всех парогенераторов КЕ равна, а ширина для выбранного нами парогенератора КЕ-10 равна. Приняв с учетом вышеприведенных рекомендаций относительные шаги труб поперек движения газов и походу движения, радиус изгиба труб, произведем расстановку труб экономайзера.

Расположение труб экономайзера

Согласно выбранным размерам определим площадь сечения для прохода газов:

где — количество труб в горизонтальном ряду, шт.

При шахматном расположении количество труб

Найдем скорость дымовых газов:

где

— средняя температура уходящих газов:

Значение скорости газов не выходит за допустимые пределы (м/с), следовательно, корректировка не требуется.

Скорость движения воды в трубах:

м/с

где — количество воды, проходящей через экономайзер котлоагрегата.

— удельный объем воды ();

— внутренний диаметр трубы ();

— общее количество параллельно включенных труб по воде.

Количество петель в одном змеевике:

где

l — длина одной петли, ;

Z — количество змеевиков, установленных в газоходе, шт. при двухходовом экономайзере

Расчетная высота экономайзера:

Схема двухступенчатого экономайзера

11. Расчёт и подбор вспомогательного оборудования котельной

К вспомогательному оборудованию относят конденсатные и питательные баки, конденсатные и питательные насосы, оборудование водоподготовки. Они обеспечивают бесперебойное снабжение котельных агрегатов водой.

Для паровых котлов с избыточным давлением пара свыше 68,7 кПа устанавливают конденсатные и питательные баки. Конденсат насосами перекачивают из конденсатных в питательные баки, расположенные на высоте 3.5 м от пола. В эти баки подается также химочищенная вода для восполнения потерь конденсата. Роль питательного бака может выполнять резервуар термического деаэратора, объем которого должен быть равен 2/3 V_{п. б}. Вместимость конденсатных баков, м³, подсчитывают по формуле:

(11.1)

где p — доля возвращаемого конденсата (принимают p = 0,7).

M_пв — расход питательной воды при расчетной нагрузке котельной, кг/с.

M_пв=D₀+0,1D₀=12,534+0.1*12,534=13,7874 кг/с (11.2)

V_кб=3,6*13,7874*0,7=34,74 м³

Мощность, кВт, потребляемая центробежным насосом с электроприводом, определяется по формуле:

(11.3)

где G_н — подача насоса, м³/ч;

P_н — напор, создаваемый насосом, кПа;

_н — КПД насоса.

В качестве питательных насосов устанавливают два центробежных насоса с электроприводом (рабочий и резервный). Подача каждого насоса должна быть не менее 110% суммарной максимальной паропроизводительности всех котлов.

Напор, кПа, создаваемый питательным насосом, ориентировочно может быть подсчитан по формуле

(11.4)

где P_к — избыточное давление в котле, кПа.

G_пн=1,1*3D_ка=1,1*3*46,33=152,9т/ч (11.5)

Р= (152,9*1500) / (3600*0,85) =74,95 кПа

Выбираем насос НКу-150 с электродвигателем AИР180М2УЗ

Для принудительной циркуляции воды в тепловых сетях в отопительно-производственной котельной устанавливают два сетевых насоса с электроприводом (один резервный). Подача сетевого насоса, м³/ч, равна часовому расходу сетевой воды в подающей магистрали G_п, рассчитанному по выражению

G_сн=3,6*Ф_р/ (4, 19* (t_п-t₀) *с₀), (11.6)

где t_п и t₀ — температуры прямой и обратной сетевой воды.

G_сн= (3,6*8 921 842,1) / (4, 19* (89−44) *977,8) =174 т/ч

Напор, развиваемый сетевым насосом, зависит от общего сопротивления тепловой сети. Ориентировочно принимают P_{с. н} = 200.400 кПа.

Р= (381*310) / (3600*0,85) =38,6 кПа

Насос НКу-250 с двигателем АИР200L2 с P_двиг = 45 кВт.

Подпиточные насосы компенсируют разбор воды из открытых тепловых сетей на горячее водоснабжение и технологические нужды, а также восполняет утечки воды. Подачу подпиточного насоса, м³/ч, принимают равным:

G_пп= (3,6* (Ф_гв+Ф_тнв) / (4, 19* (t_п-t₀) *с₀)) +0,03G_п, (11.7)

где Ф_гв-тепловая нагрузка на ГВС;

Ф_тнв-тепловая нагрузка на технологические нужды.

G_пп= (3,6* (6 763 211,82+286 061,5) / (4, 19* (89−44) *977,8)) +0,03*381=149,07 т/ч

Напор, развиваемый подпиточными насосами — P_пп = 200.600 кПа.

В котельной должно быть не менее двух подпиточных насосов, из которых один резервный. Устанавливают их перед сетевыми насосами, подавая в систему химически очищенную воду из деаэраторов или баков-аккумуляторов подпиточной воды.

Р= (149,07*400) / (3600*0,85) =19,5 кПа

Насос Кс-20−50/2 с двигателем АИР112М2У3 с Р_двиг=7,5 кВт.

Расчет водоподготовки.

Необходимость подготовки питательной воды обусловлена наличием в природной воде различных примесей. Растворенные в воде соли кальция и магния определяют жесткость воды. При кипении эти соли образуют на стенках котлов плотный осадок — накипь, ухудшающий теплопередачу от котельных газов к воде.

Величину жесткости измеряют в миллиграм-эквивалентах на 1 кг воды (мгэкв/кг), что соответствует 28 мг окиси кальция или 21 мг окиси магния.

С целью умягчения воды в производственно-отопительных котельных получила распространение докотловая обработка воды в натрий-катионитовых фильтрах. Объем катионита, м³, требующийся для фильтров, находят по формуле:

(11.8)

где G_vp — расчетный расход исходной воды, м³/ч; - период между регенерациями катионита (принимают равным 8.24 ч); H_о=7,6 — общая жесткость исходной воды, гэкв/м³; E — обменная способность катионита, гэкв/м³, (для сульфоугля E = 280.350 гэкв/м³). Расчетный расход исходной воды:

(11.9)

где 4,5 — расход воды на регенерацию 1 м³ катионита, м³; G_{vи -} расход исходной воды, м³/ч. G_vи равен количеству воды подаваемой подпиточным насосом G_vи = G_пп.

G_vp=149,07+ (4,5*149,07*7,6/290) =166,6 м³/ч

V_кат=166,6*12*7,6/290=52,39 м³/ч

Расчетная площадь поперечного сечения фильтра:

(11.10)

где h — высота загрузки катионита в фильтре, равная 2.3 м; n — число рабочих фильтров (1.3).

По таблице подбирают фильтры с площадью поперечного сечения F, близкой к расчетной F_р (с запасом в сторону увеличения). Дополнительно к выбранному количеству фильтров устанавливают один резервный.

Диаметр 1500 мм, высота слоя катиона 2 м, площадь 1,72 м².

Определяем фактический межрегенерационный период , ч, и число регенераций каждого фильтра в сутки n_р:

(11.11)

(11.12)

где F — площадь поперечного сечения выбранного фильтра, м²; 1,5 — продолжительность процесса регенерации, ч.

Число регенераций в сутки по всем фильтрам:

. (11.13)

Для регенерации натрий-катионовых фильтров используют раствор поваренной соли NaCl (6.8%). Расход соли, кг, на одну регенерацию фильтра определяют по формуле:

(11.14)

где a — удельный расход поваренной соли, равный 200 г/ (гэкв).

Суточный расход соли по всем фильтрам:

(11.15)

В крупных котельных поваренная соль хранится в железобетонных резервуарах в виде крепкого раствора (26%), который насосом подается в фильтр раствора соли, а затем в бак для разбавления водой до требуемой концентрации.

В котельных малой мощности, если месячный расход соли менее 3 т, ее хранят в сухом виде, а для получения необходимого раствора используют солерастворители.

Стандартные солерастворители подбирают следующим образом. Определяют объем соли, м³, на одну регенерацию:

. (11.16)

Тогда при высоте загрузки соли h = 0,6 м диаметр солерастворителя, м:

(11.17)

По таблице выбирают солерастворитель, диаметр которого близок к расчетному.

Диаметр 600 мм, высота кварца 0,5 м, объем для соли 0,4 м³.

В природной воде присутствуют растворенные газы — углекислота и кислород, приводящие к коррозии трубопроводов. Для уменьшения содержания газов применяют дегазацию (деаэрацию) питательной воды.

В паровых котельных применяют деаэраторы атмосферного типа. В них греющий пар под давлением близким к атмосферному (0,11.0,12 МПа), нагревает обрабатываемую воду до кипения (102.104 ^оС). Выделяемые из воды газы вместе с остатками несконденсировавшегося пара (выпар) выходят из деаэрационной колонки, а деаэрированная вода собирается в баке установки.

Подбирают деаэраторы по их производительности (табл. В.16).

Для данного случая подходит деаэратор ДСА-50

12. Компоновка котельной

Компоновка предусматривает правильное размещение котельных агрегатов и вспомогательного оборудования в помещении котельной. Выбираю котельную закрытой, т.к. расчётная наружная температура для отопления t_н<-30⁰С (равна — 32⁰С). Оборудование котельной компонуют таким образом, чтобы здание ее можно было построить из унифицированных сборных конструкций. Одна торцевая стена должна быть свободной на случай расширения котельной. В котельной предусматриваю два выхода, находящихся в противоположных сторонах помещения, с дверьми, открывающимися наружу. Расстояние от фронта котлов до противоположной стены должно быть не менее 3 м, при механизированных топках не менее 2 м. Перед фронтом котлов допускается устанавливать дутьевые вентиляторы, насосы и тепловые щиты. При этом ширина свободного прохода вдоль фронта принимается не менее 1,5 м. Проходы между котлами, котлами и стенами котельной оставляют равным не менее 1 м. Просвет между верхней отметкой котлов и нижними частями конструкций покрытия здания должен быть не менее 2 м.

13. Заключение

Техническое состояние источников теплоснабжения, тепловых сетей и других объектов коммунальной теплоэнергетики на сегодняшний день не отвечает современным требованиям. Необходима техническая реконструкция и модернизация всей системы теплоснабжения и внедрение нового энергоэффективного и экологически чистого теплоэнергетического оборудования.

Работа котельных установок должна быть надежной, экономичной и безопасной для обслуживающего персонала. Для выполнения этих требований котельные установки эксплуатируются в соответствии с правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов и рабочими инструкциями, составленными на основе правил Госгортехнадзора с учетом местных условий и особенностей оборудования.

Котел должен быть оборудован необходимым количеством контрольно-измерительных приборов, автоматической системой регулирования важнейших параметров котла, защитными устройствами, блокировкой и сигнализацией.

Режимы работы котла должны соответствовать режимной карте, в которой указываются рекомендуемые технологические и экономические показатели его работы: параметры пара и питательной воды, температура и разрежение по газовому тракту, коэффициент избытка воздуха и т. п.

Большинство современных котельных установок полностью

автоматизированы. При нарушении нормальной работы котла вследствие неисправностей, которые могут привести к аварии, он должен быть немедленно остановлен.

Капитальный ремонт котлов производится через каждые два-три года. Котел периодически подвергается техническому освидетельствованию по трем видам:

наружный осмотр (не реже одного раза в год);

внутренний осмотр (не реже одного раза в четыре года);

гидравлическое испытание (не реже одного раза в восемь лет).

14. Литература

1. Т 24 Проектирование производственно-отопительной котельной населенного пункта: Метод. пособие. /сост.е.В. Дресвянникова. Ижевск: ФГБОУ ВПО ИжГСХА, 2012 — 77 с.;

2. Электродвигатели АИР — технические характеристики [электронный ресурс] - режим доступа: http://electronpo.ru/production

3. Технические характеристики электродвигателей АИР [электронный ресурс] - режим доступа: http://www.sti-ug.ru/elektrodvigateli/tekhnicheskie-kharakteristiki-elektrodvigatelej-air.html

4. Экономайзеры паровых котлов [электронный ресурс] - режим доступа: http://ru. science. wikia.com/wiki/Экономайзеры_паровых_котлов

5. Компоновка и разрез котельной [электронный ресурс] - режим доступа: http://techliter.ru/load/chertezhi/planirovki_proizvodstvennykh_linij_uchastkov_cekhov/komponovka_i_razrez_kotelnoj_chertezh/99−1-0−2291

6. Здания котельных. Компоновка оборудования [электронный ресурс] - режим доступа: http://www.vemiru.ru/index. php? r=19&sid=805

7. Инженерное оборудование зданий и сооружений [электронный ресурс] - режим доступа: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-144−2/58. htm