Расчёт тепловых процессов топки котла

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В середине 70-х годов Беларусь почти половину своих потребностей в топливе покрывала за счет собственных ресурсов. Главным образом это обеспечивалось высоким уровнем добычи нефти (до 8млн.т. в год), но к 2010г. предполагается его снижение до 1,4-1,5 млн.т. в год. Другим видом топлива, который в свое время обеспечивал энергетическую независимость Беларуси, является торф.

В республике почти половина электроэнергии расходуется на промышленные нужды. Поэтому наиболее существенных эффектов в энергосбережении можно добиться только при структурной перестройке нашего хозяйства и внедрении новых технологий.

Основные направления выхода из энергетического кризиса следующие: энергосбережение; использование местных топливных ресурсов и малая энергетика; модернизация существующих электростанций и котельных; строительство новых атомных электростанций.

От надежной работы систем теплоснабжения зависит обеспечение комфортных условий труда и быта во всех жилых, общественных и производственных зданиях с постоянным или периодическим пребыванием людей. По своей значимости система теплоснабжения не уступает другим системам инженерного оборудования системам электроснабжения, топливоснабжения, водоснабжения, без которых немыслима жизнь современного города. При этом решение вопросов теплоснабжения городов требует их комплексного рассмотрения совместно с вопросами их электро- и топливоснабжения. Такое рассмотрение представляется необходимым на всех стадиях планирования и проектирования городов в целом, жилых районов и микрорайонов, промышленных узлов и комплексов, а также отдельных предприятий, групп жилых зданий и учреждений культурно-бытового обслуживания. При этом наиболее ответственным оно является для городов в целом, так как принимаемыми при этом принципиальными решениями в значительной мере предопределяются последующие решения по выбору систем теплоснабжения для отдельных городских районов и объектов.

В современных городах снабжение зданий различного назначения теплом осуществляется в основном от централизованных систем ( котельных, электростанций). Однако, в результате централизованной подачи тепла мо-гут быть охвачены только те системы теплоиспользования, которые требуют такой подачи при низких и средних температурах, как правило, не свыше 300°С. Если тепло должно подаваться при более высоких температурах, что имеет место в основном при технологических процессах, то его приходится получать от местного источника тепла, непосредственно включенного в систему его использования.

Преимущества электрического тока как энергоносителя во всех процессах транспорта и преобразования энергии из электрической в другие виды ее, в том числе и в тепло, настолько неоспоримы, что в принципе могли бы оправдать использование электрического тока как единственного энергоносителя в системах централизованного энергоснабжения городов и экономических районов. При этом получение необходимого потребителям тепла как при низких, так и при высоких температурах может быть обеспечено непосредственно у этих потребителей за счет преобразования электроэнергии в тепло с помощью электрических печей, плит, водонагревателей и т. п. с незначительными потерями энергии. Таким образом, можно было бы обойтись без создания наряду с системами централизованного электроснабжения городов также систем их централизованного или местного теплоснабжения, основанных на сжигании топлива в источниках тепла и его подаче потребителям. Отпала бы надобность в сооружении тепловых сетей, функции которых могли бы принять на себя городские электрические сети, во всех случаях охватывающие практически все здания городов, которым обязательно требуется электроэнергия для целей освещения и электрического привода различных машин и механизмов.

Однако такое кардинальное решение проблем централизованного энергоснабжения городов следует признать экономически неприемлемым по крайней мере до тех пор, пока получение электроэнергии будет базироваться в основном на превращении тепла в работу в тепловых двигателях. При таком превращении в сочетании с последующим обратным превращением электроэнергии в тепло неизбежны гораздо большие потери тепла и затраты топлива, чем при прямом получении тепла за счет сжигания топлива в источниках теплоснабжения.

Поэтому создание отдельных систем теплоснабжения городов является необходимостью как в настоящее время, так и в обозримой перспективе. Для снабжения потребителей теплом при температурах не выше 300°С централизованное теплоснабжение городов, несмотря на дополнительные вложения в сооружение тепловых сетей, оказывается, как правило, более экономичным решением, чем теплоснабжение от местных источников тепла, расположенных у потребителей, оно обеспечивает также меньшее загрязнение окружающей среды.

В настоящем дипломном проекте ставится задача о переводе парового котла ДКВР 20/13 с жидкого топлива на природный газ. Данное мероприятие имеет ряд преимуществ: значительно снижаются выбросы в окружающую среду; нет необходимости складирования запасов топлива; газовое топливо нет необходимости доставлять каким-либо видом транспорта. Кроме того, замена в котлах твердого и жидкого топлив газовым позволяет увеличить их производительность за счет: дополнительного экранирования топок; повышения теплового напряжения топочного объема; правильного выбора количества горелок, их конструкции и мест установки; улучшения условий теплопередачи в конвективной части котла благодаря уменьшению загрязненности поверхностей нагрева; увеличения к.п.д. котла благодаря отсутствию потерь тепла с механическим и химическим недожогами и возможности сжигания газа с меньшими избытками воздуха.

1. ВОДОПОДГОТОВКА

1.1 Вода и ее свойства. Общие сведения

Надежная и экономичная работа котельной установки в значительной степени зависит от качества воды, используемой для питания водогрейных котлов [3].

Источниками водоснабжения при питании котлов служат пруды, реки, озера, грунтовые или артезианские воды, а также водопровод. Такие природные воды всегда содержат различные примеси, которые придают воде определенные свойства, имеющие большое значение для работы котлов.

Все примеси природных вод могут быть разделены в основном на две группы:

а) нерастворимые или механические (ил, песок, глина и др.);

б) растворимые вещества; к последним относятся газы (СО₂, О₂, воздух); труднорастворимые минеральные вещества (соли кальция и магния); легкорастворимые - сода (Na₂CO₃), сернокислый кальций (CaSO₄), хлористый кальций (CaCl₂), и др.; продукты загрязнения водного источника сточными водами промышленных предприятий и населенных пунктов - аммиак, сероводород, хлор, органические соединения (фенолы, крезолы) и др.

В зависимости от состава и количества примесей в воде изменяются ее свойства.

Наиболее существенной частью примесей являются труднорастворимые вещества, состоящие в основном из солей кальция и магния. Эти соединения являются накипеобразователями и придают воде определенное свойство, называемое жесткостью. Жесткость - важный показатель качества воды, и ее наличие определяет образование накипи в котлах.

За единицу измерения жесткости в настоящее время приняты миллиграмм-эквивалент на литр (мг-экв/л) и микрограмм-эквивалент на литр (мкг-экв/л). 1 мг-экв/л жесткости соответствует содержанию 20,04 мг/л иона кальция Ca²⁺ или 12,16 иона Mg²⁺.

Важными показателями качества воды являются также кислотность, щелочность и сухой остаток [3].

Кислотность воды обусловливается наличием свободных минеральных и органических кислот. Она оценивается по величине показателя концентрации иона водорода (pH). Для нейтральной воды рН=7; если рН<7 - реакция кислая, а при рН>7 - реакция щелочная. Для большинства природных вод рН=5,5-7.

Щелочность воды характеризуется содержанием в ней бикарбонатных, карбонатных и гидроксильных ионов в сочетании с катионами Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺. Единица ее измерения в мг-экв/л.

Сухой остаток характеризует общее содержание в воде минеральных и органических веществ и выражается в мг/л. Величина сухого остатка является одним из критериев пригодности воды для питания котлов.

К показателям качества воды относится и ее солесодержание, т.е. суммарная концентрация солей в воде, подсчитанная по ионному составу.

Умягчение воды производится с целью удаления из нее накипеообразователей до поступления воды в котел. Применяются химические способы умягчения воды и термические. Химическое умягчение осуществляется методами осаждения и катионного обмена, имеющими принципиальное отличие друг от друга.

Наличие различных примесей в природной воде делает ее непригодной для питания котлов, так как вызывают накипеобразование, коррозию и отложение солей, поэтому для обеспечения нормального режима работы испарительных поверхностей нагрева, защиты их от коррозии, питательная вода должна удовлетворять соответствующим нормам [3].

1.2 Система химводоочистки котельной

На нужды горячего водоснабжения и подпитку поступает вода из существующего хозяйственно-питьевого водопровода котельной, отвечающая требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая».

Требования к качеству подпиточной воды приняты по «Нормам качества подпиточной и сетевой воды тепловых сетей НР 34-70-051-83».

Для уменьшения содержания железа в проекте предусматривается установка обезжелезивания. Умягчение воды по способу натрий-катионирования.

Обезжелезивание воды происходит в фильтрах обезжелезивания. Через фильтр, загруженный сульфоуглем, пропускается аэрированная вода в течение 170-180 часов. За это время на поверхности зерен сульфоугля образуется пленка из соединений железа, служащая в дальнейшем катализатором. Когда потери напора в слое загрузки возрастают до 10 м. вод. ст., фильтр отключают на промывку.

Химводочистка воды принята по схеме двухступенчатого Na-катионирования. К установке принят блок из четырех Na-катионитовых фильтров. Два фильтра работают на 1-ой ступени умягчения, один - на 2-ой ступени умягчения и один резервный.

В баке мокрого хранения соли поддерживается постоянный уровень при помощи бачка постоянного уровня, 26% раствор соли из бака мокрого хранения поступает в емкость для хранения. Концентрированный раствор соли при помощи эжектора разбавляется до 7% концентрации и подается на регенерацию.

Для подпитки сети используется вода из системы водоснабжения, которая после химводоочистки поступает в вакуумную деаэрационную установку ДСА-50. Деаэрированная вода через регулятор давления поступает в обратный сетевой трубопровод для подпитки теплосети.

1.3 Выбор схемы водоподготовки

Расход пара на технологию D_Т = 18 т/ч.

Количество потерянного конденсата:

G_к =(1-) D_Т = (1-0,7)18=5,4 т/ч

где - доля возврата конденсата, принимаем (60-70%);

D_Т - расход пара на производство, т/ч.

Количество возвращаемого конденсата:

G_Т = D_Т - G_К = 18 - 5,4 = 12,6 т/ч

Расход пара на деаэрацию и подогрев сырой воды.

Принимается равной 9% от D_Т:

D_д +D_св = 0,09D_Т = 0,0918 = 1,62 т/ч

Потери пара внутри котельной принимается равными 2 % от D_T:

D_пот =0,02D_T=0,0218=0,36 т/ч

Полное количество пара, производимого котельной:

D = D_T+D_д+D_св+D_пот = 18+1,62+0,36=19,98 т/ч

Количество пара, которое можно получить из расширителя непрерывной продувки:

, т/ч

где т/ч

Р_пр - величина прдувки (2-10%), принимаем 3%;

i^l₁- энтальпия котловой воды при давлении в котле

826,1кДж/кг;

i^ll_н и i^l₂ - энтальпия пара и воды при давлении в

расширителе (1,5 кгс/см²);

i^ll_н = 2692,39 кДж/кг; i¹₂ = 464,54 кДж/кг;

- степень сухости пара, выходящего из расширителя

=0,98;

_под - КПД подогревателя (расширителя) (0,98)

т/ч

Количество воды уходящей из расширителя:

G¹_пр=G_пр-D_пр=0,6 - 0,1=0,5т/ч

Количество питательной воды, поступающей в котлы:

G_пит=D+G¹_пр =19,98+0,5=20,48 т/ч

Общее количество воды на выходе из деаэратора (питательная вода):

G_д=G_пит=20,48 т/ч

Если принять, что количество выпара из деаэратора питательной воды равно 0,4% расхода подаваемой через него воды, то:

D_вып=0,004G_д=0,00420,48=0,08 т/ч

Тогда производительность химводоочистки должна быть:

G_хво=G_к+G¹_пр+D_пот+D_вып=18+0,5+0,36+0,08=18,94 т/ч

Расход сырой воды на ХВО учитывается величиной коэффициента k = 1,1-1,25. Этот коэффициент учитывает количество воды, идущей на взрыхление катионита, его регенерацию, обмывку и прочие нужды ХВО

G_св=kG_хво=1,2518,94=23,68 т/ч

Так как от производственных потребителей конденсат возвращается не полностью, то питание котлов предусматривается химически очищенной водой. Согласно нормам качества питательной воды для экранированных котлов давлением до 14 ата не должна превышать 20 мг-экв/кг.

(Справочник эксплуат-ка газ. котельных стр.223 )

Замена в котлах твердого и жидкого топлив газовым позволяет увеличить их производительность за счет: дополнительного экранирования топок; повышения теплового напряжения топочного объема; правильного выбора количества горелок, их конструкции и мест установки; улучшения условий теплопередачи в конвективной части котла благодаря уменьшению загрязненности поверхностей нагрева; увеличения к.п.д. котла благодаря отсутствию потерь тепла с механическим и химическим недожогами и возможности сжигания газа с меньшими избытками воздуха.

1.4 Компоновка котельных

При компоновке котельной преследуют цель наиболее рационально разместить основное и вспомогательное оборудование, чтобы его удобно было эксплуатировать и вместе с тем, чтобы котельная получалась компактной, с минимальным объемом здания, несложным для сооружения.

Котельные располагают в отдельных помещениях, удовлетворяющих требованиям Правил Госгортехнадзора, «Строительных Норм и Правил», «Противопожарных норм строительного проектирования промышленных предприятий и населенных мест» и «Санитарных норм проектирования промышленных предприятий». Котельные помещения не должны примыкать к жилым зданиям. Нежелательно также примыкание котельных к производственным помещениям.

Различают три типа котельных: закрытые, полуоткрытые, открытые. В закрытых котельных все основное и вспомогательное оборудование (обычно за исключением золоулавливателей) размещают в закрытых помещениях. В котельных полуоткрытого типа котельные агрегаты и некоторое наиболее ответственное вспомогательное оборудование размещают в закрытом помещении, а дымососы, дутьевые вентиляторы, золоулавливатели и деаэраторы, баки и прочее - на открытом воздухе. В открытых котельных почти все оборудование размещают на открытом воздухе, сооружая только очень небольшое помещение для укрытия персонала, обслуживающего фронт котлов, а также насосов и щитов управления. Рекомендации по выбору типа котельной даны в СНиП II-92-76.

Котельные установки проектируют только с индивидуальными дымососами, дутьевыми вентиляторами и золоулавливателями. Топливоподачу, питательные насосы, водоумягчительную установку, деаэраторы и другое оборудование, а также дымовую трубу, как правило, проектируют общие для всей котельной.

Каждую котельную установку размещают в отдельной строительной ячейке; вспомогательное оборудование водопарового тракта размещают в строительной ячейке в одном из торцов котельной, причем помещение вспомогательного оборудования можно не отделять стеной от помещения котельных установок. Наряду с этим вспомогательное оборудование размещают и перед фронтом котлов. Здесь устанавливают тепловой щит, а при котельных агрегатах без воздухоподогревателей часто и дутьевые вентиляторы; в некоторых случаях перед фронтом котлов размещают питательные и сетевые насосы, водоподготовительную установку, деаэраторы.

Оборудование котельной размещают с учетом того, чтобы ее здание можно было выполнить из сборных железобетонных конструкций той номенклатуры и типоразмеров, которые применяют в промышленном строительстве.

Пролет здания котельной можно принимать равным: 6, 9, 12, 18 ,24 и 30 метров, шаг колонн 6 и 12 метров. Высоту помещения от отметки чистого пола до низа несущих конструкций на опоре следует принимать при пролете 12 м от 3,6 до 6 м включительно кратной 0,6 м, от 6 до 10,8 включительно - кратной 1,2 м, при больших высотах - кратной 1,8 м.

При пролете 18 и 24 м от 6 до 10,8 - кратной 1,2 м .

При пролете 30 м от 12,6 - кратной 1,8 м .

Кроме того при пролете 18 м. допускаются высоты, равные 4,8 и 5,4 м., а для пролета 24 м - 5,4 м. Для возможности расширения котельной одну из стен ее оставляют свободной от застройки.

Помещения, в которых установлены котлы, предусматриваю на каждом этаже два выхода наружу, расположенные с противоположных сторон котельной. Выходные двери должны открываться наружу от нажатия руки. Расстояние от фронта котлов или выступающих частей топок до противоположной стены котельной принимают не менее 3 м, причем в случае установки вспомогательного оборудования ширину свободных проходов перед фронтом котлов оставляют на менее 1,5 м. Однако это оборудование не должно мешать обслуживанию котла. Ширина остальных проходов между котлами и стенами должна быть не менее 1,3 м. Расстояние от верхней отметки котла или от отметки верхней площади обслуживания котла до нижних частей конструкций покрытия котельной должно быть не мене 2 м. Для обслуживания котлов устанавливают лестницы и площадки из несгораемых материалов. К площадкам более 5 м устанавливают не менее 2 лестниц шириной не менее 600 мм с углом наклона к горизонту не более 50⁰.

Площадки, предназначенные для обслуживания арматуры, контрольно-измерительных приборов и т.п., выполняют шириной не менее 800 мм, остальные площадки шириной не менее 600 мм.

Котельную оборудуют надлежащей вентиляцией и обеспечивают естественным и искусственным освещением, создающим освещенность в пределах 5-50 лк. Аварийное освещение предусматривают от самостоятельного источника энергии. В котельной располагают средства огнетушения в соответствии действующими правилами пожарной безопасности.

1.5. Тепловая схема котельной с паровыми котлами

Для покрытия чисто паровых нагрузок или для отпуска незначительного количества тепловой энергии в виде горячей воды от тепловых источников, предназначенных для снабжения потребителей паром, устанавливаются паровые котлы низкого давления. Развернутая тепловая схема с четырьмя паровыми котлами показана на чертеже 2.

Пар из котлов поступает на редукционно-охладительные установки РОУ, где снижаются его давление и температура. Температура снижается за счет испарения поданной в РОУ питательной воды, которая распыляется за счет снижения давления с 14 -16 кгс/см² до 6 кгс/см².

Основная часть пара отпускается на производственные нужды из паропроводов котельной, часть редуцированного и охлажденного пара используется в пароводяных подогревателях сетевой воды, откуда направляется в закрытую систему тепловых сетей. Конденсат от внешних потребителей собирается в конденсатные баки и перекачивается конденсатными насосами в деаэраторы питательной воды. Конденсат от пароводяных подогревателей, установленных в котельной, подается прямо в деаэраторы. Кроме того, имеется трубопровод для возможности слива его в конденсатные баки.

Каждый паровой котел укомплектован питательным центробежным электронасосом. Для всех трёх установленных котлов установлен один такой же резервный насос. Вода в паровые котлы может также подаваться двумя паровыми поршневыми насосами.

Фактические напоры теплоносителей определяются исходя из рабочего давления пара в котлах и расчетах гидравлического сопротивления системы трубопроводов, арматуры и теплообменников.

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

2.1 Общие положения

Тепловой расчет котельного агрегата может иметь двоякое назначение:

а) при проектировании нового котельного агрегата по заданным параметрам его работы (паропроизводительность, температуры перегретого пара, питательной воды, подогрева воздуха и др.) определяют величины всех его поверхностей нагрева.

б) при наличии готового котельного агрегата проверяют соответствие всех величин поверхностей нагрева заданным параметрам его работы.

Первый вид расчета называется конструкторским, второй - поверочным. В курсовом проекте выполняется поверочный расчет.

Тепловой расчет котельного агрегата производят по методике, разработанной Всесоюзным теплотехническим институтом им. Ф.А. Дзержинского и центральным котлотурбинным институтом им. И.И. Ползунова ВТИ и ЦКТИ. Величины котельного агрегата рассчитывают последовательно, начиная с топки, с последующим переходом к конвективным поверхностям нагрева. Предварительно выполняют ряд вспомогательных расчетов: составляют сводку конструктивных характеристик элементов котельного агрегата, определяют количество воздуха, необходимого для горения, количество дымовых газов по газоходам котельного агрегата и их энтальпию; составляют тепловой баланс котельного агрегата.

Тепловой расчет котельного агрегата выполняют по следующим разделам:

3. ВЫБОР ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

3.1 Выбор питательных насосов

Питательные насосы выбираются на подачу питательной воды при максимальной мощности котельной с запасом 10 %. Расчётный напор питательного насоса должен превышать давление пара на выходе из котла с учётом потерь давления в тракте и необходимой высоты подъёма воды.

По [1]

, МПа,

где:

= 1,3 МПа - избыточное давление в барабане котла;

- запас давления на открытие предохранительных клапанов, принимается равным 5% от ;

=0,17 МПа - сопротивление водяного экономайзера, принято;

=0,2 МПа - сопротивление питательных трубопроводов от насоса до котла с учётом сопротивления АРП, принято;

=0,01 МПа - сопротивление всасывающих трубопроводов, принято;

=0,03 МПа - давление столба воды от оси деаэраторов до оси барабана котла, принято;

=0,12 МПа - давление воды в деаэраторе котла;

МПа

Производительность питательного насоса:

т/ч,

где:

=2 - работающий и резервный паровые котлы в котельной;

=20 т/ч - номинальная паропроизводительность котла;

=0,6 т/ч - расход пара на продувку (принят ранее);

=1,1 т/ч - расход питательной воды на РОУ (принят ранее);

= 47,7 т/ч

По таблице 6,8 [3] выбираются 2 питательных электронасоса (один рабочий со 100%-ой подачей, второй - резервный) марки ЦНСГ -60- 198 с характеристиками:

производительность Q= 60 м³/ч;

давление р_п.н = 1,98 МПа;

температура питательной воды t_пв = 100 С;

номинальная мощность электродвигателя N_эл = 50 кВт.

3.2 Выбор сетевых насосов

Сетевые насосы также выбираются по производительности и напору. Суммарная производительность насосов выбирается из расчёта обеспечения максимального расхода сетевой воды при выходе из строя одного насоса. В котельных устанавливается не менее двух насосов.

По =150 т/ч к установке выбираются 2 насоса Д 200-95 с характеристиками:

производительность Q= 200 м³/ч;

давление р_п.н = 0,95 МПа;

номинальная мощность электродвигателя N_эл = 85 кВт.

3.3 Выбор сетевых подогревателей

Сетевые подогреватели выбираются по необходимой площади поверхности нагрева.

Поверхность нагрева подогревателя:

, м²,

где:

= 13,94 МВт - максимальная нагрузка отопления и горячего водоснабжения;

- коэффициент теплопередачи, Вт/м²К, для пароводяных подогревателей по [1] выбирается равным 2000 Вт/м²К;

- средняя разность температур между теплоносителями в подогревателе, С;

==27С;

Площадь поверхности нагрева теплообменника:

= 223,4 м².

Так как по СНиП II-35-76 число устанавливаемых подогревателей для систем отопления и вентиляции должно быть не менее двух, по таблице 10.7 [1] выбираются 2 горизонтальные пароводяные теплообменники ПВП - 224 с площадью поверхности нагрева 224 м² , площадью живого сечения для прохода воды = 0, 5488 м². Допустимое давление пара = 1 МПа, = 300С.

3.4 Выбор деаэраторов

Деаэратор подпитывающей воды выбирается по максимальному её расходу. Для закрытых систем теплоснабжения суммарная ёмкость баков деаэрированной воды выбирается из расчёта 20-минутной производительности деаэратора.

V_б = 20G_п.в^макс / 60 = 20 47,5 / 60 = 15,83 м³.

Производительность головки деаэратора выбирается по максимальному расходу питательной воды, т.е G_п.в^макс = 47,5 т/ч.

По таблице 5-1 [4] выбираются 2 деаэратора марки ДСА-25 с параметрами: = 1,2 МПа,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Природный газ как высокоэффективный энергоноситель, широко применяемый в настоящее время во всех звеньях общественного производства, оказывает прямое воздействие на увеличение выпуска промышленной продукции, рост производительности труда и снижение удельных расходов топлива, а, следовательно, и себестоимости выпускаемой продукции.

В результате реконструкции котельной Речицкого пивзавода котел ДКВР 20/13 был переведен на природный газ. При этом был произведен расчет необходимого расхода газа для покрытия заданной нагрузки, определены параметры тепловой схемы, необходимая поверхность теплообмена экономайзера, т.е. выполнен его конструктивный расчет. Кроме того, выполнен поверочный котлоагрегата, рассчитана схема водоподготовки, а также сделан выбор основного и вспомогательного оборудования. Для надежной и безопасной эксплуатации котлоагрегата разработаны схемы автоматического контроля и регулирования процессов. В проекте отражены вопросы техники безопасности и охраны окружающей среды, на основе сметно-финансовой документации произведен расчет основных технико-экономических показателей, сделан сравнительный анализ работы котла на мазуте и газе, из чего определен экономический эффект.

ЛИТЕРАТУРА

Эстеркин С. И. Котельные установки. Курсовое проектирование.- Л.: Энергоатомиздат, 1989.

Уревич А. Л. Краткий справочник работника газового хозяйства. -Мн., 1978.

Кузовникова Е. А. Котельные установки . ч. 3. -Мн.: «Высшая школа», 1992.

Вукалович Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара.

Роддатис К. Ф., Полтарецкий А. Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. -М., 1989.

Деев Л. В., Балахничев Н. А. Котельные установки и их обслуживание.

-М.: Стройиздат, 1974.

Зах Р. Г. Котельные установки. -М.: Машиностроение, 1969.

Гусев Ю. Л. Основы проектирования котельных установок. -М.: Стройиздат, 1967.

Роддатис К. Ф. Котельные установки. -М.: Энергоиздат, 1977.

Рабинович О. М. Сборник задач по технической термодинамике. -М.: Машиностроение, 1969.

Каталог-справочник. Котлы малой, средней мощности и топочные устройства. - М.: НИИ Информтяжмаш, 1972.

Справочник по водоподготовке котельных установок. Изд. 2-е, перераб. и доп. Под ред. О. В. Лившица. -М.:Энергия, 1978.

Кузнецов Н. В., Митор В. В. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). -М.: Энергия, 1973.

Мочан С. Н. Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод). -Л.: Энергия, 1977

Панин В. И. Обслуживание коммунальных котельных и тепловых сетей.-М.: Стройиздат, 1974.

Киселев Н. А. Котельные установки . -М.: «Высшая школа», 1986.

Центробежные консольные насосы общего назначения для воды, каталог. -М.: Центихимнефтемаш, 1989.

Николаев А. А. Справочник проектировщика. -М.: Издательство литературы по строительству, 1965.

Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. -М.: Энергоатомиздат, 1997.

Прокопчик Г. А. Нормирование расхода энергетических ресурсов: учебное пособие, часть 2 Гомельский политехнический институт им. П. О. Сухого, 1996.

ЗАДАНИЕ

ПО ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

Студенту Соловьеву Виталию Николаевичу

1. Тема проекта Перевод на природный газ котла ДКВР 20/13 котельной Речицкого пивзавода

(Утверждена приказом по ВУЗу от 11.02.04г № 228 - с )

2. Сроки сдачи студентом законченного проекта 24.06.04 г

3. Исходные данные к проекту

1.Место нахождения котельной - город Речица;

2. Минимальная нагрузка потребления пара Dmin =4,85 т/ч ;

3. Максимальная выработка пара Dmax =28 т/ч;

4. Установленная мощность котельной Dуст =56 т/ч;

5. Расчетная температура наружного воздуха для отопления tно = - 25^оС;

6. Расчетная температура наружного воздуха для вентиляции tнв = -11 ^оС;

7. Средняя температура наружного воздуха за отопительный период

tср=-1,3 ^оС.

4. Содержание расчётно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов) Аннотация;

Введение;

1. Описание котельной;

2. Описание тепловой схемы котельной;

3. Расчет тепловой схемыкотельной; 4. Тепловой расчет котельного агрегата; 5. Аэродинамический расчет котельного агрегата;

6. Расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования;

7. Водоподготовка; 8. Охрана труда и экология;

9. Автоматизация тепломеханических процессов;

10. Технико-экономические показатели;

Заключение;

Литература.

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей и графика) 1. План котельной ДП.Т.01.02.03.04.52.01. - 1 лист;

2. Разрез котельнойДП.Т.01.02.03.04.52.02. - 1 лист;

3. Тепловая схема котельной ДП.Т.01.02.03.04.52.03. - 1 лист;

4. Разрез котла ДКВР 20/13 ДП.Т.01.02.03.04.52.04. - 2 листа;

5. Автоматизация котла. Регулирование ДП.Т.01.02.03.04.52.05.-

1 лист; 6. Автоматизация котла. Контроль ДП.Т.01.02.03.04.52.06.- 1 лист;

7. Водоподготовка ДП.Т.01.02.03.04.52.07. - 1 лист;

8. Технико-экономические показатели ДП.Т.01.02.03.04.52.08.-

1 лист.

6. Консультанты по проекту (с указанием относящихся к ним разделов проекта)

1. Руководитель и консультант дипломного проекта Иванова Е.М.

Разделы 1-7, 9

2. Консультант по разделу охраны труда и экологии Овсяник Г.А. Раздел 8

3.Консультант по экономической части Прокопчик Г.А. Раздел 10

7. Дата выдачи задания « 11 » февраля 2004г.

8. Календарный график работы над проектом на весь период проектирования (с указанием сроков выполнения и трудоёмкости отдельных этапов)

Пункты 1-3 -5.04.-12.04.

Пункты 4-7 -13.04.-26.04

Пункт 8-9 - 27.04-10.05.

Оформление графической части - 11.05.- 31.05.

Оформление пояснительной записки -1.06.-7.06.

СОДЕРЖАНИЕ

Вариант

Введение

1. Основы проектирования котельных

1.1 Выбор производительности и типа котельной

1.2 Выбор числа и типов котлов

1.3 Компоновка котельной

1.4 Тепловая схема котельной

2. Тепловой расчет котельного агрегата

2.1 Общие положения

2.2 Сводка конструктивных характеристик

2.3 Определение количества воздуха, необходимого для горения, состава и количества дымовых газов и их энтальпии

2.4 Составление теплового баланса

2.5 Тепловой расчет топки

2.6 Тепловой расчет конвективного пучка

3. Расчет хвостовых поверхностей нагрева

3.1 Конструктивный расчет экономайзера

3.2 Проверка теплового баланса

Заключение

Литература

Введение

Котельной установкой называют совокупность устройств и механизмов предназначенных для производства водяного пара или приготовления горячей воды. Водяной пар используют для привода в движение паровых двигателей, для нужд промышленности и сельского хозяйства и отопления помещения. Горячую воду предназначают для отопления производственных, общественных и жилых зданий, для коммунально-бытовых нужд населения.

По роду производимого теплоносителя различают установки с паровыми и водогрейными котлами. По назначению паровые котельные агрегаты делят на промышленные, устанавливаемые в производственных и отопительных котельные, которые устанавливают в котельных тепловых электрических станций. По типу паровые котлы можно разделить на вертикально-цилиндрические, вертикально-водотрубные с развитой испарительной поверхностью нагрева и экранные. Современная паровая котельная установка представляет собой сложное сооружение. Основной частью её является собственно паровой котел, в котором осуществляется превращение воды в насыщенный пар. Однако в настоящее время собственно паровой котел с целью повышения экономичности котельной установки дополняется пароперегревателем, водяным экономайзером и воздухоподогревателем. Пароперегреватель предназначается для повышения температуры и энтальпии пара, полученного в котле. В водяном экономайзере используют тепло дымовых газов уходящих из котла, для подогрева воды, подаваемой в котел, а в воздухоподогревателе - для подогрева воздуха, поступающего в его топку. Устанавливают водяной экономайзер или воздухоподогреватель либо тот и другой в совокупности. Собственно котел, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, а также топка, связанные в единое органическое целое, совместно с примыкающими к ним паро- и водопроводами, газо- и воздухопроводами, арматурой образуют в целом котельный агрегат. Котельный агрегат имеет каркас с лестницами и помостами для обслуживания и заключается в обмуровку. Металлические поверхности элементов котельного агрегата, соприкасающиеся с дымовыми газами и водой, паром или воздухом служат для передачи тепла от дымовых газов к воде, пару и воздуху и называются поверхностями нагрева. Современный котельный агрегат обслуживается рядом вспомогательных механизмов и устройств, которые могут быть индивидуальными и групповыми. К вспомогательным механизмам и устройствам относят дымососы и дутьевые вентиляторы, питательные и водоподготовительные установки, пылеприготовительные установки, топливоподачу, системы золоулавливания и золоудаления - при сжигании твердого топлива, мазутное хозяйство - при сжигании жидкого топлива, газорегуляторную станцию - при сжигании газообразного топлива. Дымососы предназначаются для удаления дымовых газов из котельной установки. Дутьевые вентиляторы устанавливают для того, чтобы при подаче воздуха в топку преодолеть сопротивление горелок или слоя топлива на решетке, а также сопротивления воздухоподогревателя. Тепловые, гидродинамические и аэродинамические процессы, протекающие в котельной установке, необходимо регулировать и контролировать. По этому ее оснащают регулирующими устройствами, такими, как регулятор температуры перегретого пара, запорными регулирующими и предохранительными органами, контрольно-измерительными приборами. На ряду с этим в котельных установках осуществляют комплексную автоматизацию регулирования всех основных происходящих в них процессов. Котельные установки, расположенные в одном здании или на общей площадке в совокупности со всем комплексом вспомогательных механизмов и устройств называют котельной. В соответствии с назначением и родом производимого теплоносителя различают энергетические, производственные, отопительные и производственно-отопительные котельные, а также котельные с паровыми и водогрейными котлами.

1. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОТЕЛЬНЫХ

1.1 Выбор производительности и типа котельной

котельная горение тепловой дымовой

Проектирование котельной начинают с выявления характера потребителей и определения количества потребного для них тепла или пара, а также вида и параметров теплоносителя. При этом производственные котельные обычно вырабатывают пар для технологических нужд, отопления и вентиляции производственных цехов; отопительные котельные приготавливают горячую воду для отопления жилых и общественных зданий, а также для хозяйственных нужд; производственно-отопительные котельные вырабатывают пар и приготавливают горячую воду для всех перечисленных выше видов потребления.

Потребность в тепле на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых общественных и промышленных зданий определяют по проектам местных систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. При отсутствии таких проектов потребность в тепле может быть подсчитана по укрупненным показателям. Отпуск пара на технологические нужды промышленных предприятий и горячей воды определяю по технологическим проектам этих предприятий.

Когда вид и параметры теплоносителя, а также полный отпуск тепла или пара выявлены, можно установить профиль и производительность проектируемой котельной. Если все тепло отпускается в виде горячей воды, проектируют котельную с водогрейными котлами, если в виде пара и в виде горячей воды, то в зависимости от количественного соотношения отпусков пара и горячей воды можно спроектировать паровую котельную с установкой для подогрева сетевой воды либо комбинированную котельную с водогрейными и паровыми котлами.

1.2 Выбор числа и типа котлов

Число и тип котлов при проектировании котельной выбирают, исходя из годового графика отпуска тепла или пара для отопления и подогрева вентилируемого воздуха, для горячего водоснабжения, и технологических нужд. Для котельных с паровыми котлами целесообразно строить годовые графики отпуска пара, производя перерасчет отпуска тепла на отопление, вентиляцию и отпуск пара по формуле:

, т/ч

где: h_{с п} - энтальпия пара, поступающего в сетевой подогреватель воды, кДж/кг;

h_к - энтальпия конденсата, выходящего из охладителя конденсата сете- вого подогревателя, кДж/кг;

--h_{? п} - КПД сетевого подогревателя воды, составляющий 0,95-0,98.

Над суммирующей кривой отпуска тепла или пара надстраивают кривую собственного расхода тепла или пара котельной и потери тепла или пара в ней. Расход пара на деаэрацию определяют по формуле, приведенной в таблице 1, а расход пара на другие нужды принимают в процентах к ее выработке: на обдувку поверхностей нагрева 1% , на распыление мазута в паровых форсунках 2-3%, на разогрев мазута в мазутохранилище - до 5%, на паровые питательные насосы 1%. Потери тепла и пара в котельной принимают равными 1-2% отпущенного тепла или пара.

Приходя к определению числа и производительности котлов, подлежащих установке в котельной, исходят из того, что котлы должны быть однотипными и одинаковой производительности. Предпочтительнее выбирать меньшее число более крупных котлов; желательно чтобы в котельной было 2-3 работающих котла. Резервного котла, как правило, не предусматривают, за исключением тех случаев, когда по условиям производства недопустимо даже кратковременное сокращение отпуска тепла или пара.

Производительность котлов выбирают из такого расчета, чтобы они полностью обеспечивали требуемую выработку пара в зимний максимум, и чтобы в летний период можно было выводить по очереди все котлы в капитальный ремонт. Расчет сводим в таблицу 1 [определение номинальной производительности котельной, выбор числа и производительности котельного агрегата].

Наименование расчетной величины	Обо-зна-чение	Ед изм.	Расчетная формула или источник	Расчет	Результат
					Промежуто- чный	Оконча-тельный
1	2	3	4	5	6	7
1. Максимальное потребление пара на технические нужды производства	Dпотт.н	т/ч	Задание			6,5
2. Потеря пара в сетях	qсетт.н	%	Опытные данные		2,0
3. Отпуск пара из котельной на технологические нужды производства	Dотпт,н	т/ч	Dпотт.н • 100 ___________________ (100-qсетов)	6,5•100 100-2		6,63
4. Потери тепла в сетях		%	Опытные данные	4 ? 5	4
5. Тепло на отопление и вентиляцию		КВт	Задание		5000
6. Отпуск тепла из котельной на отопление и вентиляцию		кВт		(5000 •100) / (100 - 4)	5208,3
7. Температура прямой сетевой воды		0С	Задание		150
8. Температура обратной сетевой воды		0С	Задание		70
9. Энтальпия прямой сетевой воды		КДж кг	Таблица воды и водяного пара	[1],стр.47	632,2
10. Энтальпия обратной сетевой воды		КДж кг	Таблица воды и водяного пара	[1],стр.47	292,9
11. Энтальпия насыщенного пара		КДж кг	Таблица воды и водяного пара	[1],стр.49	2789
12. Потери тепла сетевым подогревателем в окружающую среду		%	Опытные данные	3 ? 4	4,0
13. Температура конденсата греющего пара на выходе из системы подогревателей сетевой воды		0С	Опытные данные при x=1 Т-S диаграмма		85
14. Отпуск пара на подогре- ватели сетевой воды		т/ч		(5208,3 •3,6) / (2789- 4,19•85) • (100 / (100-4))		8
15. Полный отпуск пара из котельной		т/ч		25,5 + 8		33,5
16. Собственный расход пара с учетом потерь		%	Опытные данные		5,0
17. Выработка пара котельной без учета расхода на деаэрацию		т/ч		33,5 • 100 100 - 5		35
18. Количество возвращающегося конденсата		т/ч		0,6 • 6,63 + 8	12
19. Потребность в добавочной воде		т/ч	Dвырк - Qк	35 - 12		23
20. Температура возвращающегося конденсата перед деаэратором		0С	Опытные данные	70 ? 85	85
21. Температура химически очищенной воды перед деаэратором		0С	Опытные данные		70
22. Средняя температура воды перед деаэратором		0С		12 • 85 + 23• 70 12 + 23		75
23. Средняя энтальпия воды перед деаэратором		кДж кг	Таблица воды и водяного пара	[1],стр.47		313,97
24. Потери тепла деаэратором в окружающую среду		%	Опытные данные	2 ? 2,5	2
25. Давление в деаэраторе		МПа	Опытные данные	0,105 ? 0,15	0,12
26. Температура воды в деаэраторе		0С	Таблица воды и водяного пара	[1],стр.47	104,2
27. Расход пара в деаэраторе		т/ч		(436,6 - 313,9) • (2433 - 436,6) • •100 • 35 • (100 - 2) hq= 4,19 •104,2 = = 436,598 кДж/кг h= 2789- 4,19 • 85 = = 2433кДж/кг		2,2
28. Максимальная нагрузка котлов		т/ч		2,2 + 35		37,2
29. Номинальная производительность котла	Dk	т/ч	[1],cтр.248	ДЕ-6,5-14ГМ	6,5
30. Количество котлов установленных в котельной		Шт.		37,2 / 6,5	5,7	6

1.3 Компоновка котельных

При компоновке котельной преследуют цель наиболее рационально разместить основное и вспомогательное оборудование, чтобы его удобно было эксплуатировать и вместе с тем, чтобы котельная получалась компактной, с минимальным объемом здания, несложным для сооружения.

Котельные располагают в отдельных помещениях, удовлетворяющих требованиям Правил Госгортехнадзора, «Строительных Норм и Правил», «Противопожарных норм строительного проектирования промышленных предприятий и населенных мест» и «Санитарных норм проектирования промышленных предприятий». Котельные помещения не должны примыкать к живым зданиям. Нежелательно также примыкание котельных к производственным помещениям.

Различают три типа котельных: закрытые, полуоткрытые, открытые. В закрытых котельных все основное и вспомогательное оборудование (обычно за исключением золоулавливателей) размещают в закрытых помещениях. В котельных полуоткрытого типа котельные агрегаты и некоторое наиболее ответственное вспомогательное оборудование размещают в закрытом помещении, а дымососы, дутьевые вентиляторы, золоулавливатели и деаэраторы, баки и прочее - на открытом воздухе. В открытых котельных почти все оборудование размещают на открытом воздухе, сооружая только очень небольшое помещение для укрытия персонала, обслуживающего фронт котлов, а также насосов и щитов управления. Рекомендации по выбору типа котельной даны в СНиП II-92-76.

Котельные установки проектируют только с индивидуальными дымососами, дутьевыми вентиляторами и золоулавливателями. Топливоподачу, питательные насосы, водоумягчительную установку, деаэраторы и другое оборудование, а также дымовую трубу, как правило, проектируют общие для всей котельной.

Каждую котельную установку размещают в отдельной строительной ячейке; вспомогательное оборудование водопарового тракта размещают в строительной ячейке в одном из торцов котельной, причем помещение вспомогательного оборудования можно не отделять стеной от помещения котельных установок. Наряду с этим вспомогательное оборудование размещают и перед фронтом котлов. Здесь устанавливают тепловой щит, а при котельных агрегатах без воздухоподогревателей часто и дутьевые вентиляторы; в некоторых случаях перед фронтом котлов размещают питательные и сетевые насосы, водоподготовительную установку, деаэраторы.

Оборудование котельной размещают с учетом того, чтобы ее здание можно было выполнить из сборных железобетонных конструкций той номенклатуры и типоразмеров, которые применяют в промышленном строительстве.

Пролет здания котельной можно принимать равным: 6, 9, 12, 18 ,24 и 30 метров, шаг колонн 6 и 12 метров. Высоту помещения от отметки чистого пола до низа несущих конструкций на опоре следует принимать при пролете 12 м от 3,6 до 6 м включительно кратной 0,6 м, от 6 до 10,8 включительно - кратной 1,2 м, при больших высотах - кратной 1,8 м.

При пролете 18 и 24 м от 6 до 10,8 - кратной 1,2 м .

При пролете 30 м от 12,6 - кратной 1,8 м .

Кроме того при пролете 18 м. допускаются высоты, равные 4,8 и 5,4 м., а для пролета 24 м - 5,4 м. Для возможности расширения котельной одну из стен ее оставляют свободной от застройки.

Помещения, в которых установлены котлы, предусматриваю на каждом этаже два выхода наружу, расположенные с противоположных сторон котельной. Выходные двери должны открываться наружу от нажатия руки. Расстояние от фронта котлов или выступающих частей топок до противоположной стены котельной принимают не менее 3 м, причем в случае установки вспомогательного оборудования ширину свободных проходов перед фронтом котлов оставляют на менее 1,5 м. Однако это оборудование не должно мешать обслуживанию котла. Ширина остальных проходов между котлами и стенами должна быть не менее 1,3 м. Расстояние от верхней отметки котла или от отметки верхней площади обслуживания котла до нижних частей конструкций покрытия котельной должно быть не мене 2 м. Для обслуживания котлов устанавливают лестницы и площадки из несгораемых материалов. К площадкам более 5 м устанавливают не менее 2 лестниц шириной не менее 600 мм с углом наклона к горизонту не более 50⁰.

Площадки, предназначенные для обслуживания арматуры, контрольно-измерительных приборов и т.п., выполняют шириной не менее 800 мм, остальные площадки шириной не менее 600 мм.

Котельную оборудуют надлежащей вентиляцией и обеспечивают естественным и искусственным освещением, создающим освещенность в пределах 5-50 лк. Аварийное освещение предусматривают от самостоятельного источника энергии. В котельной располагают средства огнетушения в соответствии действующими правилами пожарной безопасности.

1.4 Тепловая схема котельной с паровыми котлами

Для покрытия чисто паровых нагрузок или для отпуска незначительного количества тепловой энергии в виде горячей воды от тепловых источников, предназначенных для снабжения потребителей паром, устанавливаются паровые котлы низкого давления. Развернутая тепловая схема с четырьмя паровыми котлами показана на чертеже 2.

Пар из котлов поступает на редукционно-охладительные установки РОУ, где снижаются его давление и температура. Температура снижается за счет испарения поданной в РОУ питательной воды, которая распыляется за счет снижения давления с 14 -16 кгс/см² до 6 кгс/см².

Основная часть пара отпускается на производственные нужды из паропроводов котельной, часть редуцированного и охлажденного пара используется в пароводяных подогревателях сетевой воды, откуда направляется в закрытую систему тепловых сетей. Конденсат от внешних потребителей собирается в конденсатные баки и перекачивается конденсатными насосами в деаэраторы питательной воды. Конденсат от пароводяных подогревателей, установленных в котельной, подается прямо в деаэраторы. Кроме того, имеется трубопровод для возможности слива его в конденсатные баки.

Каждый паровой котел укомплектован питательным центробежным электронасосом. Для всех трёх установленных котлов установлен один такой же резервный насос. Вода в паровые котлы может также подаваться двумя паровыми поршневыми насосами.

Фактические напоры теплоносителей определяются исходя из рабочего давления пара в котлах и расчетах гидравлического сопротивления системы трубопроводов, арматуры и теплообменников.

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

2.1 Общие положения

Тепловой расчет котельного агрегата может иметь двоякое назначение:

а) при проектировании нового котельного агрегата по заданным параметрам его работы (паропроизводительность, температуры перегретого пара, питательной воды, подогрева воздуха и др.) определяют величины всех его поверхностей нагрева.