Расчет теплоэнергетического оборудования котельных

Расчет теплоэнергетического оборудования котельных

Федеральное агентство по образованию

Волгоградский государственный

архитектурно-строительный университет

Институт экологии

Кафедра энергосбережения и теплотехники

Курсовой проект

Расчет теплоэнергетического оборудования котельных

Выполнил: ст.гр. ТГВ-3-10

Медведев А.В.

Проверил: Фокин В.М.

Волгоград 2014 г.

Содержание

1. Определение тепловых нагрузок и расхода топлива

. Расчет тепловой схемы производственно-отопительной котельной

. Подбор котлов

. Теплообменники

. Баки и емкости

. Трубопроводы и арматура

. Насосы

. Оборудование водоподготовки

. Тягодутьевые машины

. Дымовые трубы

. Топливное хозяйство

. Технико-экономические показатели

Библиографический список

топливо котельная тепловой дымовой

. Определение тепловых нагрузок и расхода топлива

Тепловые нагрузки для расчета и выбора оборудования котельных должны определяться для трех характерных режимов при коэффициенте обеспеченности : максимального зимнего - при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодную пятидневку; зимнего или наиболее холодного месяца - при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодный месяц; летнего - при средней расчетной температуре наружного воздуха тёплого периода.

Потребители тепла - промышленные предприятия и объекты жилищно-коммунального хозяйства - вначале распределяются на группы в зависимости от вида теплоносителя и его параметров, а затем подсчитывается суммарная тепловая нагрузка с определением максимальных расчетных расходов теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды.

Принципиальная схема пароснабжения и теплоснабжения потребителей от котельной с указанием длины участков (в метрах) приведена на схеме.

Схема пароснабжения и теплоснабжения потребителей А, Б, В, Г от котельной К.

Потребители А и Б (завод и промышленный цех) расходуют на технологические нужды сухой насыщенный пар соответственно  и  (причем =0,5 ) при рабочем давлении  =  = . Доля возврата конденсата от технологии составляет ≈ 60%, а его температура ≈ 50°С. Потребитель В -общественные здания, где расходуется горячая вода на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Потребитель Г относится к жилищно-коммунальному сектору и расходует горячую воду на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Прокладка паропроводов до потребителей А и Б - надземная, а трубопроводов теплосети до потребителей В и Г производится в проходных каналах. Для компенсации температурного удлинения трубопроводов предусмотрены неподвижные и скользящие опоры, а также П-образные компенсаторы.

Система теплоснабжения закрытая двухтрубная.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 1 и 2.

Для расчета любой принципиальной схемы паро- и теплоснабжения от котельной до жилых, общественных, промышленных зданий и сооружений выбирается объект, требующий наибольшего давления пара и максимальной технологической нагрузки (на схеме это потребитель А).

Таблица 1

Исходные данные потребителей А и Б.

Таблица 2

Исходные данные потребителей А,Б,В,Г.

Вид топлива: газ (Брянск-Москва).

Рассмотрим параметры, необходимые для составления сводных таблиц, характеризующих количество потребляемой теплоты и режим потребления.

. Технологические нагрузки потребителей , , МВт

=(-200)·10і

=1,2 (2773-200)·10і=3,0876

=(-200)·10і

=0,9 (2773-200)·10і=2,3157

2. Потери теплоты от наружного охлаждения изолированного газопровода максимального диаметра, МВт

=3,14 (-)··· ; =+2δ+2S

3. Максимальный расход теплоты на отопление жилых зданий - , общественных -  и промышленных , МВт

=· (20-)·=0,49·55·10і(20-(-22)) ·=1,1319

=0,25·=0,25·1,1319=0,283

=0,6·(16-)·=0,6·4000·(16-(-22)) ·=0,0912

4. Максимальный расход теплоты на отопление жилых зданий - , общественных -  и промышленных , МВт

=0,1·=0,1·1,1319=0,1132

=0,4·=0,4·0,283=0,1132

=0,233·(16-)·=0,233·4000·(16-(-22)) ·=0,0354

5. Максимальный зимний расход теплоты на горячее водоснабжение жилых зданий - , общественных -  и промышленных , МВт

=0,32··=0,32·1000·=0,32

=0,2·=0,2·0,32=0,064

=0,21·=0,21·0,32=0,0672

6. Годовые расходы теплоты жилыми, общественными и промышленными зданиями, ГДж/год:

На отопление: =86,4··=86,4·171·1,5061=22251,7238

вентиляцию: =64,8··=64,8·171·0,2618=2900,9534

гор. водоснабжение:=[86,4·+70,8(350-)]=0,4512[86,4·171·70,8(350-171)]=12384,3571

технолог. нужды: =··10і=5,8215·12·10і=69858

. Годовой расход натурального топлива : газа, тыс.·мі/год

 =·/(·)=·107395,0343/(37310·90)=3198,2797

. Годовой расход условного топлива , т/год

 =·/29308=3198,2797·37310/29308=4071,51

Таблица 3

Расчет падения давления от котельной К до потребителя А.

Таблица 4 Расчет расхода теплоты при

2. Расчет тепловой схемы производственно-отопительной котельной

Таблица 5.

3. Подбор котлов

При давлении в котельной =1,4 МПа ее наибольшая паропроизводительность в максимальном зимнем режиме =3,5695 кг/с=12,85 т/ч. Исходя из этого подбираем два котла ДКВР-6,5-13.

. Теплообменники

В котельных применяются рекуперативные теплообменники поверхностного типа, где передача теплоты от греющей среды к нагреваемой происходит через стенки труб, расположенных внутри корпуса теплообменника. В зависимости от расположения трубной системы теплообменники разделяются на вертикальные и горизонтальные. Вертикальные теплообменники применяются в крупных паровых котельных для подогрева сетевой воды, и их установка требует меньшей площади, но высота помещений должна обеспечивать возможность выема трубной системы. Горизонтальные теплообменники устанавливаются в производственно-отопительных и отопительных котельных с паровыми и водогрейными котлами (ДКВР, ДЕ, ТС, Е 1/9, ПТВМ, КВ-ГМ и др.) для подогрева сетевой, умягченной, исходной и другой воды. В качестве теплоносителя в теплообменниках используется пар или горячая вода. Выбор теплообменников после составления тепловой схемы на основании расчета тепловой схемы котельной. В производственно-отопительных котельных с паровыми котлами следует рассчитать и подобрать паровые и водо-водяные теплообменники.

Теплообменнки Т5 и Т6

На основании максимального расхода сетевой воды =6,6045 кг/с = 23,7762 т/ч подбираем два паровых водоподогревателя ПП-1-9-7-IV с номинальным расходом 16,1 т/ч и давлением греющего пара о,7 МПа. Вторая ступень не устанавливается.

Теплообменник Т3

Согласно расчету тепловой схемы котельной умягченная вода с расходом =1,2561 кг/с нагревается от =27°C до =48,21°C сухим насыщенным паром с давлением 0,8 МПа, расходом =0,0465 кг/с, температура насыщения пара =169,6°C. Тогда:

 = (-) = 0,0465(2768-335) = 113,1345 кВт

Δ =  =  = 131,71°C

=  =  = 0,35 мІ

Из табл. 3.5 подбираем паровой водоподогреватель 01 (типа МВН-2494) с поверхностью нагрева 0,625 мІ. Аналогично подбираются другие паровые подогреватели воды.

Теплообменник Т4

Умягченная вода с расходом =1,2561 кг/с нагревается от 48,21°C до 85°C, а питательная вода с расходом =3,8509 кг/с охлаждается от 102°C до 90°C. Тогда:

 = ·(85-48,21) = 1,2561·4,19·36,79 = 193,6279 кВт

Δ = 90-48,21 = 41,79°C

Δ = 102-85 = 17°C

Δ =  =  = 27,56°C

=  =  = 3,58 мІ

По табл. 3.7 подбираем водо-водяной подогреватель (ГОСТ 27590) с поверхностью нагрева 5,75 мІ.

5. Баки и емкости

. Питательный бак-деаэратор атмосферного давления (ДА или ДСА) подбирают по расходу воды из деаэратора =3,8509 кг/с=13,8632 т/ч, выбираем деаэратор ДА-15.

. Объем расширителя (сепаратора) непрерывной продувки (СНП) определяют исходя из допустимого напряжения - 1000 мі образующегося пара в 1 ч на 1 мі полезного объема. Расход пара из СНП составляет =0,0189 кг/с при давлении 0,15 МПа. Удельный объем пара =1,18 мі/кг при давлении 0,15 МПа (табл. 3.1 [2]). Тогда часовой расход из СНП составит

 = 3600·· = 3600·0.0189·1.18 = 80 мі/ч

Полезный объем СНП в этом случае должен быть не менее =0,08 мі. Обычно устанавливают один расширитель для всех паровых котлов котельной.

. Для охлаждения подшипников механизмов котельной (вентилятора, дымососа и др.) на отметке 10…12 м устанавливают бак технической воды, емкость которого выбирают из расчета покрытия получасового расхода воды.

. Трубопроводы и арматура

Система трубопроводов в котельной предназначена для соединения между собой всего действующего оборудования: котельных агрегатов, насосов, деаэратора, теплообменников и т.д. Арматура предназначена для регулирования количества транспортируемого теплоносителя и изменения его направления. При курсовом проектировании рассчитывают диаметры и подбирают основные магистральные трубопроводы.

.        Паропроводы от котельных агрегатов:

 = / = 3,5695/2 = 1,785 кг/с

 =

 =  = 0,096 м

 = 96+2·4 = 104 по ГОСТ принимаем 108 мм

 = 108-2·4 = 100 мм

.        Общий паропровод котельной:

 =  = 0,137 м

 = 137+2·4,5 = 146 по ГОСТ принимаем 150 мм

 = 150-2·4,5 = 141 мм

3.       Питательный трубопровод от деаэратора:

 =

 =  = 0,047 м

 = 47+2·3 = 53 по ГОСТ принимаем 53 мм

 = 47 мм

4.       Подпиточный от деаэратора:

 =  = 0,011 м

 = 11+2·1,6 = 14,2 по ГОСТ принимаем 16 мм

 = 16-2·1,6 = 14,4 мм

5.       Подающий и обратный теплосети:

 =  = 0,065 м

 = 65+2·3,5 = 72 по ГОСТ принимаем 73 мм

 = 73-2·3,5 = 66 мм

Для трубопроводов котельных применяют бесшовные (холднотянутые и горячекатанные), электросварные и водогазопроводные трубы.

Итоговая таблица подбора трубопроводов.

. Насосы

Насосы - машины, предназначенные для перемещения жидкостей и сообщения им энергии. В котельных применяют лопастные (центробежные, вихревые, осевые) и струйные (эжекторы, инжекторы) насосы. Приводным двигателем к насосу служат электродвигатели, которые обычно соединяются с помощью муфты.

. Питательные насосы.

В котельных с паровыми котлами устанавливаются питательные насосы, которые могут быть центробежными и поршневыми (с электрическим или паровым приводом). Число их должно быть не менее двух с независимыми приводами, а один насос (или более) должен быть с паровым приводом.

Производительность одного насоса с электроприводом, кг/с

 = 1,1(++) = 1,1(3,5695+0,1165+0,0328) = 4,09

Напор, создаваемый питательным насосом, МПа

 = 1,15(-)+ = 1,15(1,4-0,15)+0,2 = 1,64

Подбираем насос 2,5ЦВ-1,3 с производительностью 15 мі/ч по табл. 3.8. Производительность питательного насоса (резервного) с паровым приводом должна быть не менее 50% номинальной производительности всех котлов, т.е

 = 0,5· = 0,5·4,09 = 2,05 кг/с = 7,38 мі/ч

Подбираем поршневой насос ПНП-3 с подачей 7,5 мі/ч по табл. 3.9.

. Сетевые насосы.

Предназначены для создания циркуляции и устанавливаются на обратной линии тепловых сетей, где температура воды не превышает 70°C. Производительность сетевого насоса определяют по общему расходу сетевой воды

 = 1,1· = 1,1·6,6045 = 7,26 кг/с = 26,14 мі/ч

Подбираем два сетевых насоса К45/55 с подачей 20-65 мі/ч по табл. 3.10. Напор сетевого (циркуляционного) насоса, МПа: =0,6…1

. Подпиточные насосы.

Служат для восполнения утечки воды из системы теплоснабжения. Производительность подпиточного насоса выбирают вдвое большей для возможности аварийной подпитки сетей, т.е

 = 2· = 2·0,1321 = 0,26 кг/с

Необходимый напор подпиточного насоса определяется давлением воды в обратной магистрали теплосети и сопротивлением трубопроводов и арматуры на линии подпитки. Ориентировочно

 ≈ 0,2· = 0,2·0,6 = 0,12 МПа

Подбираем подпиточный насос К 8/18 с производительностью 6-16 мі/ч по табл. 3.10.

Результаты подбора всех насосов сводят в итоговую таблицу.

8. Оборудование водоподготовки

Расчет оборудования ХВО

Таблица 6

. Тягодутьевые машины

Для первичного выбора тягодутьевых машин паровых и водогрейных котлов следует пользоваться утвержденным указанием по комплектации (табл. 8.22, 8.33 [1]).

Для котлов ДКВР-6,5-13 в комплектации: дымосос Д-10 с электродвигателем АО72-8 (10 кВт), вентилятор ВД-8 с электродвигателем А02-51-6 (5,5 кВт).

Для регулирования производительности вентилятора и дымососа устанавливают направляющие аппараты, которые закручивают поток в направлении вращения колеса. при работе водогрейных котлов во всех режимах более рационально осуществлять комбинированный способ регулирования работы тягодутьевых машин, а именно ступенчатое регулирование частоты вращения ротора машины при помощи многоскоростного электродвигателя и плавное регулирование направляющим аппаратом.

. Дымовые трубы

Дымовые трубы котельных установок предназначены для удаления топочных дымовых газов и рассеивания вредных соединений, содержащихся в продуктах сгорания, атмосферном воздухе, с целью снижения их концентрации в атмосфере на уровне дыхания до необходимого уровня. Дымовая труба создает естественную тягу, и движение газов происходит вследствие разности плотностей окружающего холодного воздуха и горячих продуктов сгорания. Для надежной и экономичной работы котельной целесообразно использовать искусственную тягу с установкой тягодутьевых машин (вентилятора и дымососа), которые должны обеспечивать не только подачу необходимого для горения воздуха в топку, но и удаления продуктов его сгорания в атмосферу через дымовую трубу, поддерживая при этом заданное разряжение и давление в топке.

Дымовые трубы работают в сложных условиях: при перепадах температуры, давления, влажности, агрессивном воздействии дымовых газов, ветровых нагрузках от собственного веса. Для котельной проектируется обычно одна общая для всех котлов дымовая труба. Дымовые трубы сооружаются по типовым проектам из железобетона и металла.

Из дымовых труб котельных в атмосферу выбрасываются продукты сгорания, которые содержат токсичные вещества, оказывающие вредное воздействие на биосферу (оксиды углерода, серы, азота и др.). Содержание вредных веществ в воздухе определяется их концентрацией - количеством вещества, мг, находящегося в мі воздуха (мг/мі). Максимальная концентрация вредных веществ, не оказывающих вредного влияния на человека, называется предельно допустимой концентрацией (ПДК).

Количество основных вредных веществ , г/с, выбрасываемых в атмосферу с продуктами сгорания, рассчитывают на основании имеющихся рекомендаций и санитарных норм следующим образом:

.Оксиды серы:

 = 20··() = 20·0,2395·0,01 = 0,0479

. Оксиды углерода:

 = ··· = 0,5·0, 5·37,31·0,2395 = 2,2339

. Оксиды углерода:

 = ···= 0,9·0,1·0,2395·37,31 = 0,8042

Минимально допустимая высота дымовой трубы определяется из условия обеспечения отвода продуктов сгорания и рассеивания их в атмосфере, при котором концентрация вредных веществ у поверхности земли будет меньше максимальной разовой предельно допустимой концентрации (ПДК) данного вещества в атмосферном воздухе, утвержденной Минздравом РФ. Предварительная минимальная высота дымовой трубы , м, из условия выброса и рассеивания в атмосфере с учетом суммарного действия оксида углерода () и диоксида серы и азота ( и ) будет равна:

 =

 =  = 15,83

 - разность между температурой выбрасываемых (уходящих) дымовых газов (=155°C) и окружающего атмосферного воздуха , равная максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года (29,1°C).

Полный объемный расход дымовых топочных газов, мі/с, удаляемых в атмосферу через трубу (охлаждение продуктов сгорания в дымовой трубе не учитывается) определяется по формуле:

 = [+(-1)]

 = 0,2395[10,47+(1,35-1)9,32] = 4,7125

Задаваясь скоростью продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы =20 м/с и имея значение ,  определяют диаметр устья дымовой трубы , м, а также коэффициенты ,, по формулам:

 =  =  = 0,55 м

 = 1000 = 1000 = 6,97

 = 0,65[(·)/ = 0,65[(4,7125·125,9)/15,83 = 2,18

 = [0,67+0,1+0,34

 = [0,67+0,1(6,97+0,34 = 0,63

В зависимости от параметра  находят безразмерный коэффициент : при >2, =1.

Далее рассчитывают минимальную высоту дымовой трубы, м, во втором приближении:

 = · = 15,830,63·1 = 12,56

 · 100 = 20,7%

Если разница между  и  больше 5%, выполняют второй уточняющий расчет, который производится по формулам:

 = · = 12,56( = 11,95 м

 = 1000 = 11,08

 = 0,65[(4,7125·125,9)/12,56 = 2,35

 = [0,67+0,1(11,08+0,34(11,08 = 0,57

 = 1

При высоте дымовой трубы  определяют максимальную приземную концентрацию каждого из вредных веществ по формулам:

 =  =  = 0,2122

 =  =  = 0,0046

 =  =  = 0,0764

Проверяют условие, при котором безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1, т.е.

 +  +  ≤ 1

 +  +  = 0,98 < 1

. Топливное хозяйство

Мазут используют в качестве основного топлива или резервного. Когда основным топливом является природный газ, то мазут применяют только в зимние месяцы. Он может также использоваться в качестве аварийного топлива при непродолжительном прекращении подачи газа и растопочного, когда основным является твердое топливо.

Объем мазутохранилища, мі:

 =  =  = 66,68

12. Технико-экономические показатели

Таблица 7

Библиографический список.

1. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности.-М.: Энергоиздат, 1989. - 487 с.

. СНиП II-. Котельные установки. - М.: Стройиздат, 1977. - 48 с.

. Фокин В.М. Тепловые схемы котельных: Учеб.-метод. пособ.-Волгоград, 2000. - 70 с.

. Фокин В.М. Тепловой расчет теплогенератора: Учеб.-метод. пособ.-Волгоград, 2000. - 68 с.