Расчет водогрейного котла

Тема курсовой работы: Рассчитать котловой агрегат по исходным данным:

Марка котла КВ-ГМ-6,5-150.

Тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию - 19 МВт, на ГВС - 3,5 МВт.

Местоположение - г.Рязань

Расчетные параметры теплоносителя: подача - 150°С, обратка - 70 °С.

Вид топлива - природный газ.

Месторождение топлива - Уренгойское газовое месторождение.

1. Краткое описание котлового агрегата марки КВ-ГМ-6,5-150

Котел водогрейный марки КВ-ГМ-6,5-150 предназначен для получения горячей воды температурой 150 °С, используемой в системах отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения.

Котел типа КВ-ГМ представляет собой устройство, несущий каркас которого отсутствует. Система трубная имеет опоры, приваренные к нижним коллекторам. Опоры, расположенные на стыке топочной камеры и конвективной шахты, неподвижны. Котлы типа КВ-ГМ-6,5-150 состоят из единой трубной системы.

Топочная камера, имеющая горизонтальную компоновку с прямоточным принудительным движением воды, экранирована трубами диаметром 60х3,5 мм, входящими в коллекторы диаметром 159х7 мм. К коллекторам присоединены радиационные и конвективные поверхности нагрева, имеющие облегченную натрубную изоляцию и газоплотную обмуровку.

Конвективная поверхность нагрева расположена в вертикальной шахте и набирается из U-образных ширм из труб диаметром 28х3 мм.

Котел оборудован горелкой типа РГМГ. Горелка устанавливается на воздушном коробе котла, который крепиться на фронтовом экране к щиту.

Движение воды и газа в котле организовано противоточно - сетевая вода подается в конветивные поверхности нагрева и выводятся из топочных экранов. Конвективные секции состоят из вертикальных стояков, в которые входят П-образные змеевики из труб диаметром 28 мм. Движение воды обеспечивается насосом.

На выходном коллекторе котла до запорной арматуры установлены: манометр, прибор для измерения температуры и труба с запорным устройством для удаления воздуха при заполнении котла. Оснащается предохранительными клапанами.

Котел имеет дренажные и воздушные вентили с запорной арматурой, обеспечивающие возможность удаления воды и осадков из нижних участков всех элементов котла и удаления воздуха из верхних.

Котлы КВ-ГМ оснащены лестницами-площадками для удобства обслуживания.

водогрейный котел теплота потери

Таблица 1 - Технические характеристики котлоагрегата КВ-ГМ-6,5-150

Эскиз водогрейного котла марки КВ-ГМ-6,5-150 показан на рисунке в Приложении А, схема гидравлическая принципиальная - в Приложении Б.

1. Расчет тепловой схемы котельного агрегата

Сетевая вода из обратного трубопровода сетевым насосом подается в котел, где нагревается до 150°С и подается в тепловую сеть. Температура воды на входе в котел должна быть выше точки росы дымовых газов, чтобы не было конденсации водяного пара в конвективных пучках котла. Значение температуры воды на входе в котел зависит от вида сжигаемого топлива и содержания в нем серы. При сжигании природного газа подаваемую воду нагревают до 70°С с помощью рециркуляционной перемычки, по которой вода из подающего трубопровода подмешивается в подаваемую.

Регулировка температуры сетевой воды при изменении температуры наружного воздуха осуществляется так называемым центральным качественным регулированием, которое заключается в регулировании отпуска теплоты путём изменения температуры теплоносителя на входе в прибор, при сохранении постоянным количество теплоносителя подаваемого в регулирующую установку.

Для восполнения потерь теплоносителя в котел подается предварительно нагретая и прошедшая химводоочистку и вакуумный деаэратор водопроводная вода.

В общем случае основной целью расчёта тепловой схемы являются:

определение общих тепловых нагрузок, состоящих из внешних нагрузок и расхода пара на собственные нужды и потерь,

определение всех тепловых и массовых потоков необходимых для выбора оборудования,

определение исходных данных для дальнейших технико-экономических расчётов (годовых выработок тепла, топлива и т.д.).

Расчёт тепловой схемы позволяет определить суммарную производительность котельной установки при нескольких режимах её работы. Расчёт производится для 4-х характерных режимов с соответствующей наружного воздуха в г.Рязань для характерных режимов определяются по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» [6]:

максимально-зимнего (-27 °С),

средней температуры наиболее холодного месяца (-16 °С),

средней температуры за отопительный период (-3,5 °С),

летнего.

Таблица 2 - Заданные максимальные тепловые нагрузки котельной установки

Исходя из заданных тепловых нагрузок на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для всех характерных режимов определяются:

Тепловая нагрузка на отопление и вентиляцию:

где - расчетная тепловая нагрузка на отопление и вентиляцию 19МВт=19*0,86Гкал/ч=16340Мкал/ч,

- расчетная температура внутри отапливаемых помещений, принимается +18°С,

- температура наружного воздуха, [6] °С,

- температура наружного воздуха при максимально-зимнем режиме, [6] °С.

Общая тепловая мощность котельной установки без учета потерь и расхода на собственные нужды:

где - расчетная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение 3,5МВт=3,5*0,86Гкал/ч=3010Мкал/ч.

Коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию:

Текущая температура сетевой воды в подающем трубопроводе:

где - расчетная температура теплоносителя в подающем трубопроводе, °С.

Текущая температура сетевой воды в обратном трубопроводе:

где - расчетная температура теплоносителя в обратном трубопроводе, °С.

Расход сетевой воды на отопление и вентиляцию:

где t1, t2 - температура сетевой воды в прямом и обратном трубопроводах, °С,

Св.=4,19 кДж/кг*°С=4,19*0,239 ккал/кг*°С=1 Мкал/т*°С - теплоемкость воды.

Расход сетевой воды на горячее водоснабжение:

где =3,5 МВт=3,5*0,86 Гкал/ч=3010 Мкал/ч - расчетная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение.

Общий расход воды внешними потребителями в подающей магистрали тепловой сети:

Расход воды на подпитку и потери в тепловой сети:

Расход теплоты на собственные нужды котельной:

Общая тепловая мощность котельной установки с учетом затрат теплоты на собственные нужды:

Расход воды через котловой агрегат (принимая при максимально-зимнем режиме с нулевым расход воды на рециркуляцию и подмес в подающий трубопровод):

Температура воды на выходе их котельного агрегата:

где tк.1 - температура воды на входе в котельный агрегат =70°С=const.

Расход воды на собственные нужды котельной при =70°С=const:

Расход воды на линии рециркуляции при =70°С=const:

Расход воды по перемычке:

Расход исходной воды:

Расход греющей воды на теплообменник химически очищенной воды:

где = 65°С - температура воды, прошедшей первый теплообменник, химводоочистку, второй теплообменник и готовой к поступлению в вакуумный деаэратор;

= = 25°С - температура воды, прошедшей первый теплообменник и готовой к химводоочистке;

; = 70°С.

Температура греющей воды после теплообменника исходной воды:

где =;

= = 70°С;

= +5°С - для зимы; = +15°С - для лета

= 25°С;

Расход выпара из деаэратора:

Расход греющей воды на деаэрацию:

Расчетный расход воды на собственные нужды:

Расчетный расход воды через котельный агрегат:

Относительная погрешность расчета:

При Д<20% считается, что учебный расчет выполнен с необходимым приближением и не требует пересчета.

Расчет тепловой схемы для всех режимов сведен в таблицу 3.

Таблица 3 - Расчет тепловой схемы водогрейного котельного агрегата КВ-ГМ-6,5-150

2. Выбор числа устанавливаемых котлов

В соответствии со СНиП “Котельные установки” [7] расчётная мощность котельной определяется суммой мощностей, требующихся потребителям отопление, вентиляцию и горячие водоснабжение при максимально-зимнем режиме.

При определении мощности котельной должны также учитываться мощности, расходуемые на собственные нужды котельной и покрытия потерь в котельной и тепловых сетях.

Количество котлов, устанавливаемых в котельной, следует выбирать по режиму наиболее холодного месяца:

Ориентировочно приминаем 5 котлов. Производительность одного котла в максимально-зимний период в таком случае будет равна:

По условиям надежности количество котлов должно быть таким, чтобы при выходе из строя одного из котлов оставшиеся обеспечили расчетную тепловую нагрузку котельной при средней температуре наиболее холодного месяца.

Следовательно, для обеспечения требуемой теплопроизводительности принимаем к установке пять котлов типа КВ-ГМ-6,5-150.

При летнем режиме для обеспечения горячего водоснабжения потребителей достаточно одного котла, при этом еще один котёл должен находиться в резерве на случай выхода из строя работающего котла.

3. Тепловой расчет котельного агрегата

Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1 природного газа (при =1):

Теоретический объем продуктов сгорания при сгорании 1 природного газа:

Теоретический объем азота в продуктах сгорания:

Теоретический объем водяного пара в продуктах сгорания:

Теоретический объем трехатомных газов в продуктах сгорания:

Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания:

Энтальпия теоретического объема воздуха:

Энтальпия продуктов сгорания:

3.3 Расчет потерь теплоты и КПД-брутто котельном агрегате

Эскиз водогрейного котла марки КВ-ГМ-6,5-150

Приложение Б