Учебная работа. Проектирование производственно-отопительной котельной

Для жилых и общественных:

Для производственных зданий:

Банно — прачечный комбинат:

Хлебозавод:

Магазин

Животноводческая ферма:

На расход мытья:

Ремонтная мастерская:

1.3 Расход теплоты на технологические нужды

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

где y — коэффициент спроса на теплоту, равный 0,6…0,7; G — расход теплоносителя (воды или пара), кг/ч; h — энтальпия теплоносителя, кДж/кг; hвоз — энтальпия обратной воды или возвращаемого конденсата, кДж/кг (можно принять hвоз = 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 tсм определяют по формуле

Расход горячей воды (tсм = 60 оС) для автогаражей

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

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

Поток теплоты, Вт, расходуемой на пастеризацию молока

где mм — масса молока, обрабатываемая в пастеризаторе, кг/ч; См — теплоемкость молока, равная 3,94 кДж/(кг×оС); tм — температура молока после пастеризации, принимают tм = 85 оС; tм — температура молока до пастеризации, (у охлажденного tм = 5 оС, после дойки tм = 35 оС).

Поток теплоты, Вт, расходуемой на пропаривание молочных фляг

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

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

Ремонтная мастерская:

Расход теплоносителя — воды (tсм=95)

Животноводческая ферма:

На обработку кормов:

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.

Назначение зданияТемператураV здания, м3Фот, ВтФв, ВтФг.в, ВтSФTнTвнЖивотноводческая ферма-30165000075864397860339739813463Хлебозавод-301620000961861377004751,82238637,8Банно-прачечный магазин-30155000111150148504751,82130751,82СуммаSФот=21679170SФв=9168460SФг.в=4306033,54

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.

Рис. 2.1 — Годовой график тепловой нагрузки: 1 — расход теплоты на отопление производственных зданий; 2 — на вентиляцию производственных зданий; 3- на отопление общественных зданий; 5 — на горячее водоснабжение и технологические нужды; 6 — суммарный график расхода теплоты; 7 — график тепловой нагрузки за отопительный период; 8 — нагрузка летнего периода.

Средневзвешенная расчётная внутренняя температура определяется по выражению:

tв.ср.=,

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:

tв.ср.= (20000*16+20000*15+50000*16+10000*20+5000*15)/115000=14,4 ° С

годовой расход теплоты, ГДж/год:

где F — площадь годового графика тепловой нагрузки, мм2; mф и mt — масштабы расхода теплоты и времени работы котельной, соответственно Вт/мм и ч/мм.

F=24600 мм2

mф=100000 Вт/мм

mt=50 ч/мм

Qгод=3,6*10-6*246*100000*50=442000 ГДж/год.

3. Расчёт принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной

тепловая схема №14.

Исходные данные для расчёта тепловой схемы котельной.

Пар для технологических нужд производства имеет параметры:

.Р1=1,37 МПа; х1=0,99; DТ =11,15 кг/с.

.температура сырой воды tсв=80С.

.Давление пара после РОУ Р2=0,118 МПа.

.Сухость пара на выходе из расширителя непрерывной продувки х2=0,98.

.потери пара в котельной в процентах от Dcут , dут=3,1 %.

.Расход тепловой воды на непрерывную продувку в процентах от Dcут dпр=2,4%.

.Расход тепла на подогрев сетевой воды Qб=12,22 МВт

.Температура воды на выходе из сетевых подогревателей t/1=920C.

.температура в обратной линии теплосети t/2=500C.

.Температура воды перед и после ХВО tхво=280С.

.температура конденсата на выходе из бойлера tкб=700С.

.потери воды в тепловой сети dТС=10%.

.Температура конденсата после пароводяного подогревателя сырой воды t//к1=950С.

.температура продуктов горения перед экономайзером, tух1 =3050С.

.температура продуктов горения за экономайзером, tух2 =1800С.

.1 Определение параметров воды и пара

При давлении Р1=1,37 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=0,118 МПа в состоянии насыщения имеем t2=104 0С, i//2=2683 кДж/кг, i/2=437кДж/кг, r2=2246 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара на выходе из котлоагрегата:

iх1=i//1 -(1-х1)∙r1 = 2788-(1-0,99)∙1961=2768,39 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара на выходе из расширителя:

iх2=i//2 -(1-х2)∙r2 = 2683-(1-0,98)∙2246=2638,08 кДж/кг.

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

iв=Св∙tв,

где Св=4,19 кДж/кг

.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;

iк — энтальпия конденсата, кДж/кг;

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

Рис. 3.1 Схема водоподогревательной установки.

Определим расход воды через сетевой подогреватель из уравнения теплового баланса:

.

кг/с.

Потери воды в тепловой сети заданы в процентах от Wб:

кг/с.

Подпиточный насос подаёт в теплосеть воду из деаэратора с энтальпией i/2=437 кДж/кг в количестве WТС. 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.

iкб=Cвtкб=4,19*70=293,3кДж/кг

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

Расход тепла на технологические нужды составит:

,

где iко — средневзвешенная энтальпия конденсата от технологических потребителей:

iко=iсв

kДж/с.

;

iк1=398 кДж/кг;tк1=95 0С;

iк2=293 кДж/кг;tк1=68 0С;

iсв=35 кДж/кг;tсв=8 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=DТ .

. ориентировочное определение общего расхода свежего пара.

Суммарный расход острого пара Dг на подогрев сырой воды перед химводоочисткой и деаэрацию составит 3-11% от Dc.

Примем Dг=0,03∙D0=0,03∙16,69=0,5 кг/с.

Общий расход свежего пара:

кг/с.

.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 Dред 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:

Рис. 3.2 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 dпр в процентах от Dcyт.

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.

.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.

1.Потери конденсата от технологических потребителей:

2.кг/с.

3.В случае отсутствия возврата конденсата от технологических потребителей W2=DТ.

4.потери продувочной воды Wр=0,23 кг/с.

.Потери пара внутри котельной заданы в процента от Dcyh.

6.кг/с.

7.потери воды в теплосети WТС=6,48 кг/с.

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

Общее количество химически очищенной воды равно:

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 Wсв=К∙Wхво=1,20∙11,753 =14,1 кг/с.

.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 tсв1=10 0C.

Расход редуцированного пара в подогреватель сырой воды:

кг/с

3.6 Расчёт конденсатного бака

Возврат конденсата от технологических потребителей необходим для экономии топлива и улучшение качества питательной воды котлоагрегатов. Конденсат собирается в сборные конденсатные баки, которые устанавливаются в котельной или на предприятии. Вода поступает в конденсатные баки самотёком или под напором. Температура смеси конденсата tсм (см. рисунок 3.8) определяется из выражения:

, (3.14)

где Wi — расход конденсата, кг/с; ti — температура потока конденсата, 0С; Wсм=∑Wi — суммарное количество конденсата, поступающего в конденсатный бак, кг/с.

рисунок 3.8 — Расчётная схема конденсатного бака

Находим суммарное количество воды Wсм, которое поступает в конденсатный бак.

температура смеси конденсата:

0С,

чему соответствует iсм=201 кДж/кг.

Общие замечания о расчёте деаэратора. 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 курсовой работе применен смешивающий термический деаэратор атмосферного типа (Р2=0,118 МПа). 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 (Dр).

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 (Dвып) по имеющимся опытным данным ЦКТИ составляет 2-4 кг на 1 тонну деаэрированной воды. В курсовой работе следует принять: Dвып=0,003*Wz, где Wz — суммарный расход деаэрируемой воды.

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

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

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

кг/с

кг/с.

3.7 Расчёт деаэратора

Неизвестными при расчёте являются расход деаэрированной воды Wд и расход пара на деаэрацию. Запишем уравнение теплового и массового балансов (предположим для деаэратора зn=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 применен смешивающий термический деаэратор атмосферного типа (Р2=0,118МПа). 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 (Dg).

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 (Dвып) по имеющимся опытным данным ЦКТИ составляет 2+4 кг на 1 тонну деаэрированной воды. В курсовом проекте следует принять: Dвып=0,003*Wz, где Wz — суммарный расход деаэрируемой воды.

Энтальпия пара (выпара) принимается равной энтальпии сухого насыщенного пара при данном давлении (Э2). Деаэрированная вода (Wg) 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.

;

,

Dd=Wd-35,717(Wд-35,717)∙2683+11,753∙115+0,68∙398+4,733∙293,3+ +0,18∙2638,08=Wд∙2683-93100,1;

Wд∙2683=93100,1; Wд=34,7 кг/с;

Dд= Wд-35,717=35,7-34,7=1кг/с.

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

Dд= Dред- Dб- Dсв=6,4 — 4,7 — 0,68=1,02 кг/с.

При расчёте деаэратора получено Dд=1,02 кг/с. Ошибка расчёта составляет 2%. Допустимое расхождение 3%.

4. Составление теплового баланса котельной

Здесь: Wпв=Wд-W1-Wтс=34,7-5,575-6,48=22,645 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+41=92%

Суммарные потери теплоты:

q∑=100-зсх=100-92=8%

.Потери от утечек свежего пара

. Потери в окружающую среду в бойлере

4%

. потери с водой при производстве химводоочистки:

0,45%

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

. Потери в окружающую среду в подогревателе сырой воды:

0,13%

. Потери выпаром:

. Потери в окружающую среду в пароводяном подогревателе:

Итого имеем

51+41+7,14=99,14%

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:

) недопустимо устанавливать один котлоагрегат, а общее их число не должно превышать 4-6;

) устанавливаемые котлоагрегаты должны иметь одинаковую производительность.

Выбираем котёл ДКВР-10-13 с паропроизводительностью 3,08 кг/с.

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

где Dсум. — общая паропроизводительность котельной;

Dк — паропроизводительность одного котла.

. Следовательно, 6 котлов.

Недогруз котла составляет:

6. Расчет теоретических и действительных объемов продуктов сгорания

Котлоагрегат работает на буром угле следующего состава:

Таблица 6.1 — Элементарный состав топлива

Вид топливаРабочая масса топливаНизшая теплота сгорания Qнр МДж/кгСостав %WрAрSкрSоррCрHрNрOрМазут 403,00,3-0,585,310,20,30,440,7

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(85,3+0,376*0,5)+0,265*10,2-0,0333*0,4=10,298 м/кг.

объем трехатомных газов:

V=0,0186*(С+0,375*( S+ S))=

,0186*(85,3+0,375*0,5)=1,59м/кг.

объем азота:

V=0,79* V+0,008*N=0,79*10,298+0,008*0,3=8,137 м/кг.

объем водяных паров:

V=0,111*Н+0,0124*W+0,0161* V=

,111*10,2+0,0124*3+0,0161*10,298=1,335 м/кг

Теоретический объем продуктов сгорания:

Vго= VRO2 + VN2+ VH2Oо=1,59+8,137+1,335=11,062 м/кг

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топочной камеры задан: бт=1,25. Величина присосов воздуха в газоходе экономайзера Дбэ=0,1.

далее расчет производится для двух вариантов. Коэффициент избытка воздуха уходящих газов(с экономайзером и без него):

=+=1,25+0,1=1,35

==1,25

объем водяных паров:

VH2Oc=VH2Oo+0,0161(-1) V

Объем продуктов сгорания:

Vг=VRO2+VN2+VH2O+(-1) V

С установкой экономайзера.

VH2Oc=1,335+0,0161*(1,35-1)*10,298=1,393=1,4 м3/кг

Vгс=1,59+8,137+1,4+(1,35-1)*10,298=14,73 м3/кг

Без установки экономайзера.

VH2Oб=1,335+0,0161*(1,25-1)*10,298=1,376=1,38 м3/кг

Vгб=1,59+8,137+1,38+(1,25-1)*10,298=13,68 м3/кг

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

Для определения энтальпий продуктов сгорания необходимо знать их состав и объем, а также температуру, которая различна для вариантов «С экономайзером» и «Без экономайзера» и задана в задании.

температуры приведены в таблице 4 методических указаний.

Энтальпией газов при промежуточных температурах определяются методом линейной интерполяции.

Энтальпия теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания, отнесенная к 1 кг топлива, определяется по формулам:

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания определяется с учетом реального коэффициента избытка воздуха

С установкой экономайзера.

Температура уходящих газов tух2 = 180 °C:

=316,4 кДж/м3;=234 кДж/м3 ;

=274,2 кДж/м3;=240 кДж/м3,

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре tух2

Без установки экономайзера.

температура уходящих газов tух1 = 305 °C:

=570,65 кДж/м3;= 398,75 кДж/м3;

=471,2 кДж/м3; = 409,95 кДж/м3,

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре tух1

8. тепловой баланс котельного агрегата

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

Уравнение теплового баланса:

рр=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6, кДж/кг.

Примем Qpp=Qнр=40700 кДж/кг. Приняв располагаемое тепло за 100%, можно записать в виде:

%-q1+q2+q3+q4+q5+q6-q1+∑qпот

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

=100-∑qпот, %.

потери тепла с уходящими газами определяются по формуле:

=(I2-ухIхво)(100-q4)/100, кДж/кг.

q2=Q2/Qpp

Схв=1,3 кДж/м3 — удельная ёмкость 1 м3воздуха в интервале температур 0 — 100

В связи с тем, что объёмы продуктов сгорания рассчитываются предположении полного сгораниия топлива, в уравнение введена поправка на величину q4 — механической неполноты сгорания.

q3=1%; q4=0%.

Для мазута Qнр=40700 МДж/кг.

tхво=28.

Энтальпия теоретического объема воздуха:

Iхвоo=VвоtхвСхв=10,298*30*1,3=401,622 кДж/кг

С экономайзером.

потери теплоты с уходящими газами

Из методических указаний для данного котла q5c=1,7%

Расход топлива, подаваемого в топку:

Расход полностью сгоревшего в топке топлива:

Без экономайзера.

Потери теплоты с уходящими газами

Из методических указаний для данного котла q5б=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 (Dка =4 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 , 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, .

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 равна , а ширина . Приняв с учетом вышеприведенных рекомендаций относительные шаги труб поперек движения газов и походу движения , радиус изгиба труб , произведем расстановку труб экономайзера.

Рис. 10.1 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:

Если расчетная высота будет больше 1,5 м, то экономайзер делят на отдельные пакеты высотой 0,8 — 1,2 м с разрывом для ремонта и обслуживания экономайзера.

Рис. 10.2 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 Vп.б. Вместимость конденсатных баков, м3, подсчитывают по формуле:

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

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

пв=D0+0,1D0=16,69+0.1*16,69=18,359 кг/с

Vкб=3,6*18,359*0,7=46,26 м3

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

,

где Gн — подача насоса, м3/ч; н — напор, создаваемый насосом, кПа;

hн — 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

где Pк — избыточное давление в котле, кПа.

Gпн=1,1*3Dка=1,1*3*46,26=152,658т/ч

Р=(152,658*1450)/(3600*0,85)=72,34кПа

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 Gп, рассчитанному по выражению

Gсн=3,6*Фр/(4,19*(tп-t0)*с0),

где tп и t0- температуры прямой и обратной сетевой воды.

Gсн=(3,6*42517797,57)/(4,19*(95-50)*977,8)=830,2 т/ч

Напор, развиваемый сетевым насосом, зависит от общего сопротивления тепловой сети. Ориентировочно принимают Pс.н = 200…400 кПа.

Р=(830,2*300)/(3600*0,85)=81,39 кПа

Насос НКу-250 с двигателем АИР200L2 с Pдвиг = 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:

Gпп=(3,6*(Фгв+Фтнв)/(4,19*(tп-t0)*с0))+0,03Gп,

где Фгв-тепловая нагрузка на ГВС;

Фтнв-тепловая нагрузка на технологические нужды.

Gпп=(3,6*(4306033,54+277834,435)/(4,19*(95-50)*977,8))+0,03*830,2 =114,41 т/ч

Напор, развиваемый подпиточными насосами — Pпп = 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=(114,41*400)/(3600*0,85)=14,96 кПа

Насос Кс-20-50/2 с двигателем АИР112М2У3 с Рдвиг=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 (мг×экв/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:

где Gvp — расчетный расход исходной воды, м3/ч;

t — период между регенерациями катионита (принимают равным 8…24 ч); Hо=7,6 — общая жесткость исходной воды, г×экв/м3; — обменная способность катионита, г×экв/м3, (для сульфоугля E = 280…350 г×экв/м3).

Расчетный расход исходной воды:

где 4,5 — расход воды на регенерацию 1 м3 катионита, м3; Gvи — расход исходной воды, м3/ч.vи равен количеству воды подаваемой подпиточным насосом Gvи = Gпп.

Gvp=114,41+(4,5*114,41*7,6/290)=127,9 м3/ч

Vкат=127,9*12*7,6/290=40,22 м3/ч

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

Диаметр 2000 мм, высота слоя катиона 2,5 м, площадь 3,1 м2.

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

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

Число регенераций в сутки по всем фильтрам:

.

Для регенерации натрий-катионовых фильтров используют раствор поваренной соли NaCl (6…8%). Расход соли, кг, на одну регенерацию фильтра определяют по формуле:

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

суточный расход соли по всем фильтрам:

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:

.

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

По таблице выбирают солерастворитель, диаметр которого близок к расчетному.

Диаметр 600 мм, высота кварца 0,5м, 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 tн<-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.

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).

Литература

1. Инженерное оборудование зданий и сооружений

2. Электродвигатели АИР — технические характеристики

3. Технические характеристики электродвигателей АИР

. Экономайзеры паровых котлов

5. компоновка и разрез котельной

. Здания котельных. Компоновка оборудования

Учебная работа. Проектирование производственно-отопительной котельной