Назначение здания
|
Температура
|
V здания, м3
|
Фот, Вт
|
Фв, Вт
|
Фг.в, Вт
|
SФ
|
|
Tн
|
Tвн
|
|
|
|
|
|
Животноводческая ферма
|
-30
|
16
|
50000
|
75864
|
397860
|
339739
|
813463
|
Хлебозавод
|
-30
|
16
|
20000
|
96186
|
137700
|
4751,82
|
238637,8
|
Банно-прачечный комбинат
|
-30
|
15
|
20000
|
101970
|
153450
|
59540
|
314960
|
Жилые дома
|
-30
|
21
|
|
21000000
|
8400000
|
3840000
|
33240000
|
Ремонтная мастерская
|
-30
|
20
|
10000
|
294000
|
64600
|
57250,9
|
415850,9
|
Магазин
|
-30
|
15
|
5000
|
111150
|
14850
|
4751,82
|
130751,82
|
Сумма
|
|
|
|
SФот=21679170
|
SФв=9168460
|
SФг.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.
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 применён 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 применён 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%
Основные
составляющие потерь теплоты:
.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 топлива
|
Рабочая масса топлива
|
Низшая теплота сгорания Qнр
МДж/кг
|
|
Состав %
|
|
|
Wр
|
Aр
|
Sкр
|
Sорр
|
Cр
|
Hр
|
Nр
|
Oр
|
|
Мазут 40
|
3,0
|
0,3
|
-
|
0,5
|
85,3
|
10,2
|
0,3
|
0,4
|
40,7
|
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.
Значение энтальпий 1 м3 различных газов и влажного воздуха в
зависимости от их 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
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