Промышленная котельная с паровыми котлами
Расчёт тепловой схемы котельной, выбор вспомогательного оборудования. Максимально-зимний режим работы. Выбор питательных, сетевых и подпиточных насосов. Диаметр основных трубопроводов. Тепловой расчет котла. Аэродинамический расчёт котельной установки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.10.2012 |
| Размер файла | 1,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Ниже приведена методика определения высоты дымовой трубы в соответствии с санитарными нормами. Минимальная высота трубы принимается 30 м, чтобы уменьшить вредные выбросы около близко стоящих современных зданий.
Из моделей точечного источника и приземной атмосферы выводится следующая формула для определения высоты трубы по санитарным соображениям (фоновое загрязнение атмосферы на данном этапе учитывать не будем):
м, (3.78)
где , сек2/3мг/К1/3 - коэффициент, связанный с вертикальным и горизонтальным перемешиванием атмосферного воздуха из-за температурной неоднородности атмосферы; для Сибири А=200;
F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных частиц в атмосферном воздухе: для газообразных веществ при сжигании любого топлива F=1, для частиц золы и пыли, если КПД золоуловителя 90% F=2,5, а если КПД90%, то F=2;
М, г/сек - количество данного вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу;
m, n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выброса газовоздушной смеси из устья трубы;
ПДК, мг/м3 - предельно допустимая концентрация вредного вещества, лимитирующая чистоту воздушного бассейна;
VД, м3/сек - суммарный расход дымовых газов всех теплогенераторов при установке одной трубы на все котлы;
Т, оС - разность между температурой выбрасываемых газов (обычно температура уходящих газов, tух, оС) и средней температурой воздуха tв, оС, под которой понимают среднюю температуру самого жаркого месяца года в полдень (см. СНиП климатологии).
Коэффициент т определяется следующим образом:
(3.79)
Где
(3.80)
Здесь , м/сек - скорость выхода газов из устья трубы. Для оценки f рекомендуется принять =15-20 м/сек, Н=30м. если в результате расчета величина Н будет отличаться от предварительно принятой в высшую сторону более, чем на 5 м, то весь расчет следует уточнить.
Коэффициент п зависит от параметра Vм следующим образом:
n, (3.81)
, м3/сек (3.82)
Где - число теплогенераторов;
, м3/сек - расход газов одного котла после конвективного пучка перед дымососом. Этот расход определяют по результатам теплового расчета котла:
, м3/сек (3.83)
где , кг (м3) /сек - расчетный расход топлива;
VКП, м3/кг (м3) - объем газов в конвективном пучке;
, доли - присосы воздуха в конвективном пучке;
, м3/кг (м3) - теоретический объем воздуха.
n = 3, если Vм 0,3
n = 3 - , если 0,3 Vм 2
n = 1, если Vм 2.
Количество выбрасываемой в атмосферу золы при сжигании твердого топлива
(3.84)
Где , % - количество минеральных примесей в топливе,
, % - механический недожог,
, МДж/кг - теплота сгорания топлива,
аун, доли - доля уносимой с газом золы,
, доли - КПД золоуловителя,
, шт. - число теплогенераторов.
Количество выбрасываемого в воздух сернистого газа при сжигании любого топлива:
, г/сек, (3.85)
где , % - количество летучей золы в топливе,
, доли - доля сернистого газа, поглощаемого в газоходах золой топлива:
для канско-ачинских =0,2, для экибастузских =0,02, для всех остальных углей =0,10.
Количество выбрасываемых в атмосферу окислов азота, приведенных к NO2:
, г/сек (3.86)
где К - коэффициент, характеризующий выход окисло азота в зависимости от условий сжигания. Для водогрейных котлов с теплопроизводительностью Q, Гкал/час,
К=2,5. Q/ (20+ Q) = (2,5*10) / (20+10) = 0,83 (3.87)
коэффициент, учитывающий влияние на выход окислов азота содержащегося в топливе азота. Для природного газа =0,85; для мазута =0,8; для твердого топлива при NГ 1% =0,55, при NГ = 1 - 1,4% =0,70, при NГ = 1,4 - 2,0% =1,0, при NГ 2% =1,4.
Среднесуточные ПДК, утвержденные Минздравом РФ, следующие: для золы ПДКзл=0,5мг/м3, для сернистого газа ПДКSO2 =0,5 мг/м3, для двуокиси азота ПДК NO2=0.2 мг/м3.
Количество газообразных выбросов суммируется и приводится к выбросам сернистого ангидрида по формуле:
, г/сек (3.88)
Прежде чем рассчитывать высоту трубы по основной формуле, подсчитывает комплексе для золы Fзл. Мзл/ПДКзл и для газов Fгаз. Мгаз/ПДКгаз. Расчет ведут по большему комплексу (обратить внимание на правильное определение коэффициента F: для газов F = 1 при сжигании любого топлива).
Если высота трубы оказалась меньше предварительно заданных 30 м, то оставляют высоту трубы равной 30 м. если рассчитанная высота трубы Н превосходит более чем на 5 м предварительно заданную высоту, то расчет уточняют. Новую высоту трубы Н находят по формуле
, м, (3.89)
(3.90)
(3.91)
n1 (3.92)
В соответствии со СНиП II-35-76 следует выбирать дымовую трубу из кирпича или железобетона из следующего ряда диаметров выходного отверстия: 1,2; 1,5; 1,8; 2,1; 2,4 м и т.д.
Высота дымовых труб должна приниматься 30, 45, 60, 75, 90, 120, 150 и 180 м.
Минимальный диаметр выходных отверстий кирпичных труб 1,2 м, монолитных железобетонных - 3,6 м. Рекомендуемая скорость выхода газов из устья трубы dвых для труб с высотой до 45 м - (15-20) м\сек, а при высоте более 45 м - (20-25) м/сек.
Аэродинамическое сопротивление конических кирпичных и железобетонных труб есть сумма сопротивления трения прямой конической части и местного сопротивления устья из-за изменения сечения потока газов в момент выхода его в атмосферу:
, Па (3.93)
причем сопротивление трения есть
, Па (3.94)
где
i = 0,02 - средний уклон внутренней части трубы,
, кг/м3 - плотность газов за конвективным пучком, приближенно
, кг/м3 (3.95)
, м/сек - скорость выхода газов через устье трубы,
а местное сопротивление
, Па (3.96)
где коэффициент местного сопротивления устья трубы.
Рассчитываем сопротивление, приняв диаметр устья трубы из рекомендуемого ряда значений и уточнив скорость выхода газов из устья трубы:
, м/сек (3.97)
Самотяга дымовой трубы определяется по формуле
, Па (3.98)
где Н, м - рассчитанная геометрическая высота трубы,
, м/с2 - ускорение свободного падения,
1,21, кг/м3 - плотность воздуха при 20 оС,
, кг/м3 - плотность дымовых при температуре уходящих газов
3.6 Выбор дымососа и электродвигателя к нему
Вентиляторы, предназначенные для удаления продуктов сгорания и преодоления сопротивлений газового тракта котельной установки, называются дымососами.
В качестве дымососов и вентиляторов для промышленных паровых и водогрейных котлов применяются центробежные машины, которые бывают одностороннего и двустороннего всасывания.
Обозначение типа дымососа и вентилятора принято производить в зависимости от его аэродинамической схемы. Первая цифра в обозначении указывает относительный диаметр входа машины. Под этой величиной понимают отношение диаметра входного отверстия в диске рабочего колеса к наружному диаметру рабочего колеса. Вторая цифра обозначает угол лопаток на выходе с рабочего колеса. Номер машины соответствует диаметру рабочего колеса в дециметрах.
Основными величинами, характеризующими работу - вентилятора (дымососа), являются: производительность (м3/с или м3/ч), полный напор (Па), потребляемая электродвигателем мощность (кВт), частота вращения (об/мин) и КПД по полному напору (%).
Производительность и полный напор дымососа (вентилятора) связаны между собой зависимостью, называемой напорной характеристикой. Каждая машина в зависимости от ее аэродинамической схемы при постоянной скорости вращения имеет свою напорную характеристику, определяемую экспериментально. Напорные характеристики машин приводятся в каталогах заводов-изготовителей.
Для выбора дымососа необходимо знать приведённое полное давление газового тракта и приведённый расход дымососа:
(3.99)
где - коэффициент запаса для сопротивления;
- температура газов при которой производят испытания дымососа, для определения технических характеристик;
где - коэффициент запаса;
В соответствии с полученными данными подбираем насос
Марка дымососа: ДН - 6,3
Производительность - 525300 м3/ч
Напор - 980 Па, КПД - 83%, Габариты мм 1150x1240x1075; масса 370 кг. Мощность электродвигателя дымососа:
(3.100)
где - коэффициент запаса;
Выбор электродвигателя производится по ближайшей большей мощности и синхронной частоте вращения 1500 об/мин из [2] стр143 таблица 5.28.
Эл. двигатель: 4AM100S4
Число оборотов - 1500 об/мин
Мощность - 3 кВт
3.7 Расчёт воздушного тракта, выбор дутьевого вентилятора и электродвигателя к нему
Обычно сопротивление воздушного тракта рассчитывается по методике той же, что и для газового тракта. В рамках курсового проекта допускается применять упрощенную методику. Дутьевой вентилятор должен преодолевать сопротивление воздуховодов и горящего слоя угля на решетке. Для выбора дутьевого вентилятора необходимо знать приведенное сопротивление воздушного тракта и приведенный расход холодного воздуха.
Приведённое сопротивление:
Приведённая производительность вентилятора:
где - коэффициент запаса;
Расход холодного воздуха:
где - присос воздуха в топочную камеру;
- присос воздуха в воздуховод;
Выбираем дутьевой вентилятор ВДН-9 (Производительность - 14,9*103 м3/ч;
напор - 2830 Па; t = 30 0С; з = 83%; масса 583 кг.).
Мощность вентилятора:
где - коэффициент запаса;
Выбираем электродвигатель
4. Выбор и расчёт системы подготовки воды
4.1 Общие сведения о воде
Для водоснабжения энергообъектов используются в большинстве случаев природные воды, как поверхностные (из рек, озер, прудов), так и подземные (из артезианских скважин). Все воды содержат разнообразные примеси, попадающие в воду в процессе ее естественного круговорота в природе. Кроме того, возможно загрязнение водоисточников бытовыми и промышленными стоками.
Все примеси, загрязняющие воду, подразделяются на три вида в зависимости от размера их частиц:
Истинно растворенные примеси находятся в воде в виде ионов, отдельных молекул, комплексов или состоят из нескольких молекул. Размер этих частиц менее 10-6 мм. В истинно растворенном состоянии в воде находятся газы (О2, СО2, Н2S, N2), а также катионы и анионы поступивших в воду солей Са2+, Мg2+, Nа+, К+, НСО3-, Сl-, SО42-, NO3-, NО2-.
Коллоидно-растворенные примеси имеют размеры частиц порядка 10-6 - 10-4 мм. Каждая из частиц образована большим числом молекул (их может быть несколько тысяч). Эти примеси могут быть как органического, так и минерального происхождения. К первым относятся гуминовые вещества, вымываемые из почвы, ко вторым - кремниевые кислоты, соединения железа.
Грубодисперсные примеси имеют размер частиц более 10-4 мм. Это растительные остатки, частицы песка, глины и т.д. Содержание грубодисперсных примесей в природных водах различно в разное время года: для равнинных рек максимальное содержание наблюдается в период паводка (таяния снегов), для горных рек - в паводок и в периоды ливней в горах.
Для оценки качества природных вод и вод энергообъектов на различных стадиях технологического процесса приняты нижеперечисленные показатели:
Взвешенные вещества - определяют непосредственно в отобранной пробе, пользуясь весовым методом. ВЗВ - 3 (44) мг/л.
Сухой остаток СО (мг/л) - определяют путем выпаривания определенного объема предварительно профильтрованной пробы и последующего просушивания остатка при температуре 110-120 оС. Сухой остаток выражает содержание растворенных в воде минеральных и органических примесей, нелетучих при указанной температуре. Содержащиеся в природной воде Са (НСО3) 2 и Мg (НСО3) 2
при выпаривании разлагаются с выделением Н2О и СО2, и в сухом остатке появляются СаСО3 и МgСО3.
Это надо иметь в виду, сравнивая сухой остаток с минеральным. С. О - 274 мг/л.
Минеральный остаток (общее солесодержание) - подсчитывается путем суммирования концентраций катионов и анионов, определенных при проведении полного химического анализа воды.
Прокаленный остаток (мг/л) - характеризует содержание в воде минеральных веществ. Его определяют путем прокаливания при 800 оС сухого остатка. При прокаливании сгорают органические вещества и частично разлагаются карбонаты.
Окисляемость - показатель, характеризующий содержание в воде органических веществ. Перманганатная окисляемость - 4,64 мг-экв/л.
Общая жесткость Жо (мг-экв/л, мкг-экв/л) - суммарная концентрация в воде катионов кальция и магния. Общую жесткость подразделяют на карбонатную (Жк) и некарбонатную (Жнк): Жо= Жк+ Жнк Карбонатная жесткость обуславливается наличием в воде бикарбонатов и карбонатов кальция и магния, некарбонатная жесткость - присутствием в воде хлоридов и сульфатов кальция и магния. Жо - 3,3 мг-экв/л.
Общая щелочность воды Що (мг-экв/л) - суммарная концентрация в воде растворимых гидроксидов и анионов слабых кислот НСО3 - и СО32 - за вычетом концентрации ионов водорода. Що - 3,3 мг-экв/л.
Ионный состав воды. Вода всегда электрически нейтральна, поэтому сумма концентраций содержащихся в ней катионов равна сумме концентраций анионов при условии, что они выражены в мг-экв/л. Этой закономерностью, называемой уравнением электронейтральности раствора, пользуются при проверке правильности выполнения анализа воды. В водах энергетических объектов могут присутствовать ионы, приведенные в таблице:
|
Катионы |
Анионы |
|
|
Водород Н+ Натрий Nа+ - 2,5 Калий К+ Аммоний NН4+ Кальций Са2+ Магний Мg2+ Железо двухвалентное Fe2+ Железо трехвалентное Fe3+ Алюминий Аl3+ Медь Сu2+ |
Гидроксильный ОН- Бикарбонатный НСО3- Карбонатный СО32- Нитритный NO2- Нитратный NO3- Хлоридный Cl - 7,8 Фторидный F- Сульфатный SO42 - 4,9 Силикатный SiO32 - Ортофосфатный РО43- Гидросульфидный НS- |
Химически чистая вода является очень слабым электролитом, только одна из десяти миллионов молекул диссоциирует на ионы Н+ и ОН-: Н2ОН+ + ОН-.
Отрицательный логарифм концентрации водородных ионов, называемый водородным показателем рН, для химически чистой воды равен 7. В зависимости от значения рН водного раствора оценивают реакцию среды:
|
Реакция среды |
Значение рН |
|
|
Кислая |
1-3 |
|
|
Слабокислая |
4-6 |
|
|
Нейтральная |
7 |
|
|
Слабощелочная |
8-10 |
|
|
Щелочная |
11-14 |
Вода для питьевых целей имеет рН=6,5-9,0.
Растворимые газы. Для вод, используемых для энергетических целей, важное значение имеют растворенные в воде газы: кислород, углекислота, сероводород, аммиак. Кислород поступает в воду из воздуха, где его содержится около 21%. Концентрация кислорода в поверхностных водах близка к значению растворимости его при данной температуре и давлении. Растворимость О2 при контакте с воздухом при атмосферном давлении 760 мм Нg следующая:
|
Температура воды, оС |
0 |
10 |
20 |
25 |
90 |
100 |
|
|
Содержание О2, мг/л |
14,6 |
11,3 |
9,1 |
8,3 |
1,6 |
0 |
Основным источником поступления в воду углекислоты (содержание СО2 в воздухе невелико - всего 0,04%) являются биохимические процессы разложения органических веществ в природе. Растворяясь в воде, СО2 реагирует с водой, образуя гидратированную форму Н2СО3.
4.2 Роль примесей в воде при ее использовании в энергетике
Растворенные в воде вещества вызывают те или иные неполадки в работе энергетического оборудования. В основном это связано с образованием в тепловых агрегатах накипных отложений и коррозии. При больших щелочности и солесодержании имеют место вспенивание котловой воды и занос солей в пароперегреватель.
В настоящее время в котлах предусматриваются специальные сепарационные устройства, ступенчатое испарение, промывка пара и другие способы, способствующие получению чистого пара. Допускаемое солесодержание в чистом и солевых отсеках оговаривается заводом-изготовителем в паспортных данных к котлу.
В теплофикационных водогрейных котлах кроме карбонатных отложений при подогреве воды свыше 130 оС сильно снижается растворимость СаSО4, что потребовало
применять нормы качества подпиточной и сетевой воды, исключающие выпадение из
раствора гипса, образующего очень плотные накипи. В теплообменной аппаратуре, работающей при 25-50 оС, возникают так называемые низкотемпературные отложения, основным компонентом которых является карбонат кальция (СаСО3).
Образующиеся накипные отложения значительно снижают теплопроизводительность теплообменников, а также увеличивают их гидравлическое сопротивление. В подогревателях горячего водоснабжения (подогрев воды до 70 оС), использующих недеаэрированную исходную воду, накипные отложения могут быть весьма велики, поэтому применение исходной воды без предварительной обработки ограничивается соответствующими нормами.
Наряду с карбонатными отложениями в теплообменной аппаратуре идет накопление продуктов коррозии. Довольно характерным является состав отложений, отобранных и подогревателя горячего водоснабжения (состав приводится в %): СаО - 25,96; МgО - 1,97; Fе2О3 - 23,46; SiО2 - 6,2; SО3 - 0,42; потери при прокаливании - 36%.
В современных котлах, особенно сжигающих высокореакционное топливо (газ, мазут) тепловой поток на экранных трубах может достигать 580-700 кВт/м2. Образование на внутренней поверхности нагрева незначительных по толщине (около 0,1-0,2 мм), но низкотеплопроводных отложений приводит к перегреву металла и, как следствие, к появлению отдулин, свищей и даже разрывов экранных труб.
Образование отложений на поверхности нагрева происходит вследствие протекания в нагреваемой среде процессов, связанных с образованием труднорастворимых веществ вследствие концентрирования солей при многократном упаривании в котле питательной воды, а также понижения растворимости ряда веществ с повышением температуры (соли с отрицательным температурным коэффициентом растворимости, например СаSО4). По химическому составу накипи подразделяются на:
Накипи щелочноземельных металлов, которые содержат СаСО3, СаSО4, СаSiО3, Са3 (РО4) 2, МgО*Мg (ОН) 2, Мg3 (РО4) 2, 5Са*5SiО2*Н2О. В зависимости от преобладающего аниона они разделяются на карбонатные, сульфатные, фосфатные и силикатные.
Железноокисные и железнофосфатные накипи.
Медные накипи.
Все материалы, из которых выполняется теплоэнергетическое оборудование, подвергаются коррозии - разъеданию под воздействием среды, с которой они соприкасаются. В водной среде происходит электрохимическая коррозия, обусловленная действием большого количества микрогальванических пар, возникающих на поверхности металла. Электрохимической коррозии подвержены водоподготовительное оборудование, тракт питательной воды, котел, теплосеть.
Химическая коррозия обуславливается протеканием химической реакции непосредственно между молекулами среды и атомами металла. Примером этого вида коррозии является разрушение углеродистой стали в высокоперегретом водяном паре при t=450-500 оС: 3Fе+4Н2О=Fе3О4+4Н2.
По внешнему виду коррозионных повреждений различают общую коррозию, когда вся поверхность разрушается равномерно с одинаковой скоростью и местную коррозию, когда разрушаются отдельные участки поверхности металла. При этом возможны различные формы: коррозия пятнами, язвенная, точечная, межкристаллитная и транскристаллитная. Межкристаллитная коррозия или "каустическая хрупкость" металла, возникает в неплотностях заклепочных швов, развальцованных концов кипятильных труб, где котловая вода может упариваться до концентрации едкого натра 5-10%, при механических или термических перенапряжениях котельного металла, при этом наблюдаются кольцевые трещины развальцованных концов труб.
Некоторые примеси, содержащиеся в исходной питательной или котловой воде, вызывающие ускорение коррозии, называются ускорителями или стимуляторами коррозии. К основным стимуляторам коррозии углеродистой стали относятся растворенные в воде кислород и ионы водорода. При плохо налаженной деаэрации коррозии подвергаются трубопроводы, теплообменная аппаратура, аккумуляторные баки и другое оборудование. Особенно подвержена коррозии теплообменная аппаратура, устанавливаемая на подпиточном тракте до деаэратора.
4.3 Водно-химический режим котлов
Водно-химический режим котлов должен обеспечивать работу котла и питательного тракта без повреждения их элементов вследствие отложений накипи и шлама, повышения относительной щелочности котловой воды до опасных пределов и в результате коррозии металла.
Все паровые котлы с естественной и многократной принудительной циркуляцией паропроизводительностью 0,7 т/ч и более, все паровые прямоточные котлы независимо от паропроизводительности, а также все водогрейные котлы должны быть оборудованы установками для докотловой обработки воды, гарантирующих выполнение требований настоящего параграфа.
Требования к качеству питательной воды
Показатели качества питательной воды котлов с естественной и многократной принудительной циркуляцией паропроизводительностью 0,7 т/ч и более не должны превышать или выходить за пределы значений, указанных в таблицах:
Нормы качества питательной воды паровых газотрубных котлов
|
Показатель |
Для котлов, работающих |
||
|
на жидком топливе |
на других видах топлива |
||
|
Прозрачность по шрифту, см, не менее |
40 |
20 |
|
|
Общая жесткость, мкг-экв/кг |
30 |
100 |
|
|
Содержание растворенного кислорода, мкг/кг |
50 |
100 |
Нормы качества питательной воды для водотрубных котлов с рабочим давлением пара до 4 МПа (40 кгс/см2).
|
Показатель |
Рабочее давление, МПа (кгс/см2) |
||||
|
0,9 (9) |
1,4 (14) |
2,4 (24) |
4 (40) |
||
|
Прозрачность по шрифту, см, не менее |
30 |
40 |
40 |
40 |
|
|
Общая жесткость, мкг-экв/кг |
30*/40 |
15*/20 |
10*/15 |
5*/10 |
|
|
Содержание соединений железа (в пересчете на Fe), мкг/кг |
- |
300*/- |
100*/200 |
50*/100 |
|
|
Содержание соединений меди (в пересчете на Сu) мкг/кг |
Не нормируется |
10*/- |
|||
|
Содержание растворенного кислорода (для котлов с паропроизводительностью 2 т/ч и более), мкг/кг |
50*/100 |
30*/50 |
20*/50 |
20*/30 |
|
|
Значение рН при 25 оС |
8,5-10,5 |
||||
|
Содержание нефтепродуктов, мг/кг |
5 |
3 |
3 |
0,5 |
* В числителе указаны значения для котлов, работающих на жидком топливе, в знаменателе - на других видах топлива.
Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов.
Требования к качеству котловой воды
|
Показатель |
Система теплоснабжения |
||||||
|
Открытая |
Закрытая |
||||||
|
Температура сетевой воды, оС |
|||||||
|
115 |
150 |
200 |
115 |
150 |
200 |
||
|
Прозрачность по шрифту, см, не менее |
40 |
40 |
40 |
30 |
30 |
30 |
|
|
Карбонатная жесткость: При рН не более 8,5 При рН более 8,5 |
800* 700 |
750* 600 |
375* 300 |
800* 700 |
750* 600 |
375* 300 |
|
|
Не допускается |
По расчету |
||||||
|
Содержание растворенного кислорода, мкг/кг |
50 |
30 |
20 |
50 |
30 |
20 |
|
|
Содержание соединений железа (в пересчете на Fe), мкг/кг |
300 |
300* 250 |
250* 200 |
600* 500 |
500* 400 |
375* 300 |
|
|
Значение рН при 25 оС |
7,0-8,5 |
7,0-11,0 |
|||||
|
Содержание нефтепродуктов, мг/кг |
<1,0 |
Нормы качества котловой воды, необходимый режим ее коррекционной обработки, режимы непрерывной и периодической продувок принимаются на основании инструкции предприятия-изготовителя котла, типовых инструкций по ведению водно-химического режима или на основании результатов тепло-химических испытаний. При этом для паровых котлов с давлением до 4 МПа (40 кгс/см2) включительно, имеющих заклепочные соединения, относительная щелочность котловой воды не должна превышать 20%. Для котлов со сварными барабанами и креплением труб методом вальцовки (или вальцовкой с уплотнительной подваркой) относительная щелочность котловой воды допускается до 50%. Для котлов со сварными барабанами и приварными трубами относительная щелочность котловой воды не нормируется.
Качество пара.
Паровые котлы без пароперегревателей должны вырабатывать насыщенный (влажный) пар с влажностью пара менее 1%. При этом солесодержание пара должно быть не более 1% от солесодержания котловой воды. Лишь в отдельных случаях по согласованию с потребителями пара допускается работа котла со сниженными параметрами пара и повышение его влажности до 10%.
4.4 Обработка воды методом ионного обмена. Na-катионирование
Обработка воды методами ионного обмена основана на пропуске исходной или частично обработанной воды через фильтрующий слой ионообменного материала, практически нерастворимого в воде, но способного взаимодействовать с содержащимися в обрабатываемой воде ионами. Материалы, обладающие свойством обменивать катионы, называются катионитами, а материалы, обладающие свойством обменивать анионы - анионитами. На водоподготовительных установках энергетических объектов применяются катиониты: сульфоуголь (наиболее дешевый), катионит КУ-2 (термостойкий), реже - катионит КУ-1. Чтобы получить нужную ионную форму ионита, проводят регенерацию.
Катиониты при регенерации их растворами NаCl, Н2SО4, NH4Cl образуют соответственно натриевую, водородную или аммонийную формы, которые условно можно обозначить: NаR, HR, NH4R. При пропуске обрабатываемой воды, содержащей катионы Са2+, Мg2+ через отрегенерированный катионит, протекают реакции обмена ионов Са2+, Мg2+ на ионы Nа+, H+, NH4+, содержащихся в катионите; этот процесс называется катионированием.
Nа-катионирование основано на пропуске воды через Nа-форму катионита, для чего предварительно катионит регенерируется поваренной солью (NaCl). При Nа-катионировонии воды протекают следующие реакции:
2NаR+Са (НСО3) 2СаR2+2NаНСО3
2NаR+Мg (НСО3) 2MgR2+2NаНСО3
2NаR+CаCl2СаR2+2NaCl
2NаR+CаSO4СаR2+2Na2SO4
2NаR+MgCl2MgR2+2NaCl
2NаR+MgSO4MgR2+2Na2SO4
где NаR, СаR2, MgR2 - солевые формы катионита.
Как видно из приведенных реакций. Из обрабатываемой воды удаляются катионы Са2+ и Mg2+, а в обрабатываемую воду поступают ионы Nа+, анионный состав воды при этом не меняется.
Одноступенчатым Nа-катионированием можно получить воду с остаточной жесткостью до 0,1 мг-экв/л, однако для получения боее глубокоумягченной воды (с остаточной жесткостью 0,01-0,02 мг-экв/л) требуется существенно увеличить удельный расход соли на регенерацию фильтра, причем необходим тщательный контроль за "проскоком" жесткости. В схеме двухступенчатого Nа-катионирования все эти недостатки устраняются и надежно обеспечивается остаточная жесткость фильтра менее 0,01 мг-экв/л.
Число ступеней катионирования определяется требованиями к обработанной воде. Так, для паровых экранированных котлов, где требуется глубокое умягчение воды, целесообразно применение схемы двухступенчатого Nа-катионирования. Для горячего водоснабжения, если требуется частичное умягчение воды, достаточно одной ступени катионирования.
4.5 Выбор и расчет системы водоподготовки
Студент при выборе схемы водоподготовки исходит из качества исходной воды реки или водохранилища, расположенных в районе расположения котельной ([1], приложение 8, с. 201-205), и рекомендаций ([1], параграф 1.14, с.59-60; пар. 1.13, с.57, схема 4). При этом доля возврата конденсата определяется по формуле:
= (4.1)
= (8+1,4+ (38/100) *15,03 +0,5*6,81) /24,74 = 0,75
где - процент возврата технологического конденсата.
Определяются три показателя водно-химического режима:
1. Продувка котла.
2. Допустимое содержание углекислоты в паре.
3. Нормируемая относительная щелочность котловой воды (предусмотреть при необходимости нитратирование обрабатываемой воды ([1], пар.1.16.3, с.67)).
Расчеты делаются с целью определить, можно ли применить самую экологически чистую водоподготовку - Na-катионирование.
Продувка котла
Величина продувки для теплогенераторов с давлением 1,4 МПа не должна быть более 10%:
= (4.2)
= [228* (1-0,75) +5*0,75] / [2500-228* (1-0,75) +5*0,75] = 0,024
где , мг/л, - солесодержание химически обработанной воды; принимается равным , мг/л, - сухому остатку исходной воды,
- общая доля возврата конденсата,
5 мг/л - солесодержание котловой воды; принимается равным 2000-3000мг/л.
Если при расчете оказывается, что величина продувки менее 2%, то для дальнейших расчетов принимают р=5%.
Нормируемая относительная щелочность котловой воды (предусмотреть при необходимости нитратирование обрабатываемой воды ([1], пар.1.16.3, с.67). По правилам Госгортехнадзора при наличии клепаных соединений относительная щелочность не должна превосходить 20%, при наличии вальцовых соединений - 50%, а при сварных соединениях не нормируется.
При Na-катионировании относительная щелочность котловой воды равна относительной щелочности питательной воды и определяется по формуле:
= 40*0,86*100/60,75 = 56.6% (4.3)
где 40 - эквивалент NaOH,
, мг-экв/л, - общая щелочность питательной воды:
=3,3* (1-0,75) +0,05*0,75=0,862 мг-экв/л (4.4)
, мг-экв/л, - общая щелочность химически очищенной воды (при Na-катионировании равна щелочности исходной воды).
=0,05 мг-экв/л, - общая щелочность конденсата,
, мг/л, - сухой остаток питательной воды:
= 228* (1-0,75) +5*0,75 = 60,75 мг/л (4.5)
Допустимое содержание углекислоты в паре
Содержание углекислоты в паре допускается при центральном потреблении пара до 100 мг/л а при разветвленной сети потребителей пара - не выше 20 мг/кг. При использовании деаэраторов с барботажом концентрацию углекислоты в паре определяют по формуле:
= 22*3,3* (1-0,75) * (0,4+0,7) = 19,96 мг/кг (4.6)
где 22 - эквивалент углекислоты,
- доля разложения Na2CO3 в котле (зависит от давления); при давлении 1,4 МПа доля есть 0,7.
Для котлов с преобладанием отопительной нагрузки, т.е. большой долей возвращаемого конденсата, наиболее часто подходит схема обработки воды по методу натрий-катионирования ([1], пар.1.5.1, с.22-26). Если вычисляемые выше показатели удовлетворяют требованиям, то Na-катионирование следует принять в качестве рабочего процесса химической обработки воды. Для паровых котлов требуется глубокое умягчение воды до остаточной жесткости 0,01-0,03 мг-экв/л, что достигается при двухступенчатом натрий-катионировании.
Производительность водоподготовки, м3 (т) /час:
= (10+ (5/100) *10) * (1-0,75) *1,1*3 = 8,66 т/ч (4.7)
где , т/час - паропроизодительность котла;
- количество котлов в котельной;
, % - продувка котла;
, доли - общая доля возвращаемого конденсата.
Скорость фильтрации в зависимости от жесткости
Скорость фильтрования рекомендуется для 1 ступени:
При жесткости воды Скорость фильтрования W, м/час
5 мг-экв/л 25
5-10 мг-экв/л 15
10-15 мг-экв/л 10
Для 2 ступени - не более W=40 м/час.
Рабочее количество фильтров в 1 и 2 ступенях установки
В установке принимаются в первой ступени 2 рабочих и 1 резервный фильтр, во второй ступени - 1 рабочий и 1 резервный.
Площадь сечения, диаметр и тип фильтра
Расчет площади сечения одного фильтра производят для 1 и 2 ступеней по формуле:
= 8,66 / (25*2) = 0,173 м2 (4.8)
= 8,66 / (40*1) = 0,216 м2 (4.9)
где а - число рабочих фильтров для каждой ступени.
Условный диаметр фильтра
= (4*0,173/3,14) = 0,47 м (4.10)
= (4*0,216/3,14) = 0,52м (4.11)
По расчетному диаметру ДУ с учетом производительности фильтра выбирают по расчетному каталогу ([2], с.3560, табл.12.14) подходящий фильтр:
Выбор и расчёт системы подготовки воды
|
, мм |
700 |
1000 |
1500 |
|
|
, м2 |
0,39 |
0,76 |
1,72 |
Проверяют скорость фильтрации, которая должна быть не менее рекомендованной
= 8,66/ (0,39*2) = 11,1 м/час 4.12)
= 8,66/ (0,39*1) = 22,2 м/час (4.13)
Удобно для обеих ступеней фильтрования использовать фильтры одной конструкции.
Удаляемое количество солей жесткости в сутки
1 ступень
= 24*3,3*8,66= 685,87 г-экв/сутки, (4.14)
где ЖО, г-экв/м3 (мг-экв/л), - жесткость исходной воды
2 ступень
для второй ступени жескость поступающей воды принять 0,1 мг-экв/л
= 24*0,1*8,66 = 20,9 г-экв/сутки (4.15)
Рабочая обменная емкость катионита
Рабочая обменная способность катионита определяется по уравнению
= 0,62*0,90*500-0,5*5*3,3 = 270,7 мг-экв/м3, (4.16)
где - коэффициент эффективности регенерации в зависимости от удельного расхода соли q г/г-экв, на регенерацию;
- коэффициент, учитывающий снижение обменной способности по Са++ и Mg++ за счет частичного захвата катионов Na+;
, г-экв/м3, - полная обменная спосо6ность катионита (для сульфоугля можно принять 500-550);
, м3/м3, - удельный расход воды на отмывку катионита (для обеих ступеней фильтрования =5).
1 ступень
Количество соли на регенерацию зависит от общей жесткости исходной воды:
жесткость , г-экв/м3количество соли г-экв/м3
5100
7100-120
10120-150
15 170-250
20 275-300
Зависимость коэффициента от количества соли на регенерацию дается табличной зависимостью:
|
мг/мг-экв |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
|
|
0,62 |
0,74 |
0,81 |
0,86 |
0,90 |
Зависимость коэффициента от ниже определенного параметра приводится в следующей таблице:
|
0,01 |
0,05 |
0,1 |
0,5 |
1,0 |
5,0 |
10 |
||
|
0,93 |
0,88 |
0,83 |
0,7 |
0,65 |
0,54 |
0,50 |
Na+, мг/л, - содержание катионов натрия в исходной воде; , мг-экв/л, - общая жесткость исходной воды, 1,47, мг/мг-экв, - эквивалент натрия.
= Na/23 = 2.5/23 = 0.109 мг-экв/л, (4.17)
= 0.109/3,3 = 0,03 (4.18)
2 ступень
для второй ступени принять без расчета ЕР=250-300 г-экв/м3.
Для второй ступени расход соли на регенерацию =300 мг/мг-экв.
Число регенераций каждого фильтра в сутки
= 685,87/ (0,39*2*270,7*2) = 1.62 1/сутки (4.19)
= 20,9/ (0,39*1,5*250*1) = 0,14 1/сутки (4.20)
где , м2, - сечение фильтра,
, м, - высота слоя катионита в фильтре (для фильтров первой ступени Н=2-2,5 м, для второй - Н=1,5 м),
- число рабочих фильтров для каждой ступени.
Расход 100% поваренной соли на 1 регенерацию в сутки (для каждой ступени)
= 685,87*0,39*2*100/1000 =53,5 кг (4.21)
= 250*0,39*1,5*300/1000 = 43,87 кг (4.22)
Суточный расход технической (93%) соли в сутки на регенерацию фильтров (рассчитывается для каждой ступени)
= 53,5*1.62*2*100/93 = 186,4 кг/сутки (4.23)
= 43,87*0,14*1*100/93 = 6,6 кг/сутки (4.24)
Межрегенерационный период работы фильтров
= (24/1.62) - 2 = 20,38 час (4.25)
= (24/0,14) - 3 = 168,4 час (4.26)
где , час, - время одной регенерации; при загрузке фильтров сульфоуглем время для 1 ступени - 2 часа,2 ступени - 2,5-3,5 часа.
Схема включения оборудования и Na+ - катионирования:
Схема работы фильтров Na+ - катионитовой установки:
4.6 Деаэрация питательной воды
Деаэрация является завершающим этапом обработки питательной воды и защищает энергетическое оборудование и трубопроводы от коррозии. Наиболее эффективным и универсальным методом удаления из воды всех растворенных газов. Нашедшим широкое распространение в энергетике, является термическая деаэрация.
Для деаэрации воды в котельных установках применяются в основном термические деаэраторы атмосферного типа, работающие при давлении 0,12 МПа и t=104 оС. В некоторых случаях, диктуемых тепловой схемой котельной, используются вакуумные деаэраторы, работающие при давлении от 0,0075 до 0,05 МПа, т.е. при температуре воды от 40 до 80 оС.
Сущность термической деаэрации заключается в установлении равновесия между жидкой и паровой фазами в соответствии с законом Генри, согласно которому концентрация газа, растворенного в воде, пропорциональна парциальному давлению этого газа над поверхностью воды. Закон Генри выражается формулой: G=крг, где G - концентрация газа, растворенного в воде, мг/л; к - коэффициент растворимости газа в воде при значении парциального давления газа над водой 0,1 МПа; рг - парциальное давление газа над поверхностью воды, МПа.
Коэффициент растворимости газа при одном и том же давлении зависит от температуры, он тем меньше, чем выше температура. Для полного удаления газа из воды необходимо, чтобы парциальное давление газа над водой равнялось нулю. Это состояние может быть достигнуто при кипении воды, т.е. когда парциальное давление паров воды повысится до давления, поддерживаемого в деаэраторе, а температура воды станет равной температуре насыщения. Процесс деаэрации затормозится, если переходящие в пар газы не будут вместе с паром постоянно отводится из зоны, где происходит их десорбция из воды.
4.7 Выбор и расчет деаэратора
Наиболее универсальным способом удаления растворенных газов из питательной воды паровых котлов является термическая деаэрация при практически атмосферном давлении (р=0,12 МПа, t=1040С) - ([1], пар.1.12, с.53-54).
Количество воды для питания котла:
= (10+ (5/100) *10) *3+0,643 = 31,39 т/час (4.27)
где , т/час - паропроизводительность котла;
, % - процент продувки;
- число теплогенераторов;
, т/час - расход подпиточной воды (см. выбор подпиточного насоса).
Расход пара для нагрева воды в деаэраторе, т/час:
= 31,39* (440, 20-334) / (2683,3-440, 20) +0,314 = 1,8 т/час (4.28)
где , кДж/кг - энтальпия насыщенной воды при р=0,12 Мпа: , кДж/кг - то же пара: =334 кДж/кг - средняя энтальпия потоков воды, поступающих в деаэратор (при 800С).
Потеря пара с выпаром, т/час
= 31,39*10/1000 = 0,314 т/час (4.29)
где , кг/т - величина выпара на тонну деаэрируемой воды (при наличии охладителя выпара х=2 кг/т, при отсутствии - 10 кг/т).
Выбор деаэратора производится по расходу питательной воды.
Выбираем деаэратор атмосферного давления ДА-50: Номинальная производительность - 50 т/ч; рабочее давление - 0,12 (1,2) МПА (кгс/см2); температура
деаэрирования - 104 0С; средняя температура подогрева воды в деаэраторе - 10 - 40 0С; масса - 474 кг.
Размер колонки, мм:
Диаметр и толщина 812х6
Высота стенок корпуса 236
Пробное гидравлическое давление - 0,3 (30) МПА (кгс/см2);
Допускаемое повышение давления при работе защитного устройства - 0,17 (1,7) МПА (кгс/см2);
Полная вместимость аккумуляторного бака - 15 м3;
Диаметр и толщина стенки аккумуляторного бака - 2016х8 мм;
Поверхность охладителя выпара - 2 м2;
Вместимость деаэраторного бака - 15 м3;
Тип охладителя выпара - ОВА - 2;
Клапан регулирующий под уровень регулятора уровня - 6с-5-2 (Dу 150 мм);
Клапан регулирующий под уровень регулятора давления - 6с-6-1 (Dу 100 мм);
Запорное устройство указателя уровня - 12Б2бк (Dу 20 мм);
Клапан запорный - 1с-10 (Dу 10 мм);
Термометр - А № 6-2о-220-160;
Моновакууметр - 160х1,5/1 - 1,6 тип 1.
1 - малогабаритная деаэрационная колонка,
2,3 - тарелки с отверстиями,
4 - бак аккумулятора,
5 - секционная перегородка,
6- выходное окно,
7 - паровая коробка,
8 - дырчатый лист,
9 - перегородка,
10 - подвод химически отчищенной воды и конденсата,
11 - подвод барбатирующего пара,
12- слив,
13 - отвод деаэрированной воды,
14 - переливной гидрозатвор.
Список литературы
1. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзиныш Э.Я. Производственные и отопительные котельные. - М.: Энергостройиздат. - 1984. - 240с.
2. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки. - Л.: Энергоатомиздат. 1985. - 400с.
3. Делягин Г.Н., Лебедев В.И., Пермяков Б.А. Теплогенерирующие установки. М.: Стройиздат. - 1986. - 559с.
4. Соловьев Ю.П. Проектирование теплоснабжающих установок для промышленных предприятий. - М.: Энергия. - 1978. - 192с.
5. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 488 с.
6. Роддатис К.Ф. Котельные установки. - М.: Энергия, 1977. - 432 с.
7. Кострикин Ю.М., Мещерский Н.А., Коровина О.В. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1990.
8. Семячкин Б.Е. Методические указания к курсовой работе "Тепловой расчет теплогенератора" для студентов очного отделения специальности 290700 "Теплогазаснабжение и вентиляция" по дисциплине "Теплогенерирующие установки" - 3 курс, 5 семестр. - Т.: ТюмГАСА, 2000.
9. СНиП II-35-76*. Котельные установки. - М.: Госстрой России. - 2001. - 47с.
10. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. - М.: Госстрой России. - 2003. - 48с.
11. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология. - М.: Госстрой России. - 2003. - 140с.
12. СП 41-104-2000. Проектирование автономных источников теплоснабжения. - М: Госстрой России. - 2001. - 38с.
Приложения
Приложение №1
Подробное описание тепловой схемы:
Обозначения:
1. Насос сырой воды.
2. Пароводяной подогреватель сырой воды.
3. Водоподготовительная установка.
4. Водоводяной подогреватель химической очистки воды.
5. Водоводяной подогреватель химической очистки воды.
6. Охладитель выпара деаэратора.
7. Атмосферный деаэратор.
8. Питательный насос.
9. Теплогенератор.
10. Расширитель непрерывной продувки.
11. Редукционно-охладительная установка.
12. Сетевой подогреватель.
13. Охладитель конденсата.
14. Сетевой насос.
15. Бак подпиточной воды.
16. Подпиточный насос.
17. Дренаж.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет тепловой схемы котельной закрытого типа с водогрейными котлами. Выбор основного и вспомогательного оборудования, определение исходных данных для аэродинамического расчета газового и воздушного трактов. Расчет технико-экономических показателей.
курсовая работа [1002,2 K], добавлен 19.11.2013Расчет теплового пункта, выбор водоподогревателей горячего водоснабжения, расчет для данного населенного пункта источника теплоснабжения на базе котельной и выбор для нее соответствующего оборудования. Расчёт тепловой схемы для максимально-зимнего режима.
курсовая работа [713,9 K], добавлен 26.12.2015Применение отопительно-производственной котельной сельскохозяйственного типа для создания потока теплоты, удовлетворяющего нужды птицефабрики. Расчет тепловой мощности котельной и водоподготовки, выбор теплоносителя, питательных и сетевых насосов.
курсовая работа [119,6 K], добавлен 13.11.2010Развитие котельной техники, состав котельной установки. Определение теоретических объёмов воздуха, газов, водяных паров и азота, расчёт энтальпий. Тепловой баланс котла, расчёт расхода топлива. Тепловой расчёт конвективного пучка и водяного экономайзера.
курсовая работа [58,1 K], добавлен 02.07.2012Расчет тепловой нагрузки и выбор технологического оборудования котельной. Тепловой расчет котла ПК-39-II M (1050 т/ч) при сжигании смеси углей. Расчет тяги и дутья. Обоснование и выбор аппаратуры учета, контроля, регулирования и диспетчеризации котельной.
дипломная работа [1011,5 K], добавлен 13.10.2017Определение тепловых нагрузок и расхода топлива производственно-отопительной котельной; расчет тепловой схемы. Правила подбора котлов, теплообменников, баков, трубопроводов, насосов и дымовых труб. Экономические показатели эффективности установки.
курсовая работа [784,4 K], добавлен 30.01.2014Описание котельной и ее тепловой схемы, расчет тепловых процессов и тепловой схемы котла. Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по газоходам, расчет объемов воздуха и продуктов сгорания, потерь теплоты, КПД топки и расхода топлива.
дипломная работа [562,6 K], добавлен 15.04.2010Краткая характеристика ОАО "САРЭКС". Реконструкция теплоснабжения. Определение тепловых нагрузок всех потребителей. Расчет схемы тепловой сети и тепловой схемы котельной. Выбор соответствующего оборудования. Окупаемость затрат на сооружение котельной.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 01.01.2009Расчёт по определению количества теплоты, необходимого на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для жилищно-коммунального сектора и промышленных предприятий. Гидравлический расчет тепловой сети, выбор оборудования для проектируемой котельной.
курсовая работа [917,0 K], добавлен 08.02.2011Проект теплоснабжения промышленного здания в г. Мурманск. Определение тепловых потоков; расчет отпуска тепла и расхода сетевой воды. Гидравлический расчёт тепловых сетей, подбор насосов. Тепловой расчет трубопроводов; техническое оборудование котельной.
курсовая работа [657,7 K], добавлен 06.11.2012
