Проектирование производственно-отопительной котельной

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Курсовая работа

по дисциплине «Котельные установки и парогенераторы»

Введение

Высокие темпы промышленного производства и социального прогресса требуют резкого увеличения выработки тепловой энергии на базе мощного развития топливно-энергетического комплекса страны.

Централизованные системы теплоснабжения от тепловых электрических станций (ТЭС) наиболее эффективны. В настоящее время, централизованное теплоснабжение крупных городов осуществляется на базе мощных атомных станций теплоснабжения.

Для небольших теплопотребителей источником теплоты служат промышленные и отопительные котельные. Удельный вес их в балансе теплоснабжения составляет значительно большую часть. Несмотря на строительство крупных тепловых электростанций, с каждым годом увеличивается выпуск и улучшаются конструкции котлоагрегатов малой и средней мощности, повышаются надежность и экономичность котельного оборудования, снижается металлоемкость на единицу мощности, сокращаются сроки и затраты на производство строительно-монтажных работ.

В качестве топлива для котельных установок используют угли, торф, сланцы, древесные отходы, газ и мазут. Газ и мазут - эффективные источники тепловой энергии. При их применении упрощаются конструкция и компоновка котельных установок, повышается их экономичность, сокращаются затраты на эксплуатацию.

Развитие отечественной теплоэнергетики неразрывно связано с именами русских ученых и инженеров. Основы теплотехнической науки были заложены в середине XVIII в. великим русским ученым М.В. Ломоносовым. В 1766 г. талантливый русский теплотехник И.И. Ползунов создал в Барнауле первую в мире теплосиловую установку для привода заводских механизмов, которая включала паровой котел.

Практическое использование паросиловых установок дало новый источник энергии и сыграло большую роль в развитии промышленного производства. Ряд теоретических и экспериментальных работ по исследованию рабочих процессов котельных установок был проведен в конце XVIII и начале XI X вв. учеными В.В. Петровым и Я.Д. Захаровым.

В теплоснабжении крупных городов, районных центров, поселков котельные играют важнейшую роль. Городская сеть теплоснабжения обычно разделена на районы питания по числу ТЭЦ. В системе теплоснабжения подача тепла в жилые кварталы и промышленным предприятиям осуществляется от районных тепловых станций - крупных котельных с водогрейными и паровыми котлами.

теплота котлоагрегат энтальпия экономайзер

1. Расчёт тепловых нагрузок производственных и коммунально-бытовых потребителей тепла

Таблица 1.1 - Выбор варианта для расчета тепловой нагрузки котельной

Последняя цифра зачетной книжки	Наименование здания	Объем здания, т.куб.м.	Предпоследняя цифра зачетной книжки	Наименование здания	Объем здания, т.куб.м.	Последняя цифра зачетной книжки	Жесткость воды г.экв/м3	Кол-во жителей в поселке, чел
У всех	Хлебозавод 100 работающих	20	-	-		-	5,8	6000
У всех	Банно-прачечный комбинат	20	-	-		-
У всех	Животноводческая ферма на 2000 голов	50
4	Магазин	> 5	3	Ремонтная мастерская	> 10	4

Котельной установкой называют комплекс устройств и агрегатов, предназначенных для получения пара или горячей воды за счет сжигания топлива. По назначению различают отопительные, производственные и отопительно-производственные котельные установки. Общий случай для расчета представляют отопительно-производственные котельные, так как они работают, как правило, круглый год.

Тепловая нагрузка котельной по характеру распределения во времени классифицируется на сезонную и круглогодовую. Сезонная (расходы теплоты на отопление и вентиляцию) зависит в основном от климатических условий и имеет сравнительно постоянный суточный и переменный годовой график нагрузки. Круглогодовая (расходы теплоты на горячее водоснабжение и технологические нужды), практически не зависит от температуры наружного воздуха и имеет очень неравномерный суточный и сравнительно постоянный годовой график потребления теплоты.

Расчетную тепловую нагрузку котельной отопительно-производственного типа определяют отдельно для холодного и теплого периодов года. В зимнее время она складывается из максимальных расходов теплоты на все виды теплопотребления

где Ф_от, Ф_в, Ф_г.в Ф_т - максимальные потоки теплоты, расходуемой всеми потребителями системы теплоснабжения соответственно на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды, Вт; k_з - коэффициент запаса, учитывающий потери теплоты в тепловых сетях, расход теплоты на собственные нужды котельной и резерв на возможное увеличение теплопотребления хозяйством, k_з = 1,2.

В летнее время нагрузку котельной составляют максимальные расходы теплоты на технологические нужды и горячее водоснабжение

Суммарные расходы теплоты на все виды теплопотребления определяют по приближенным формулам.

1.1 Расход теплоты на отопление и вентиляцию

Максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на отопление жилых и общественных зданий поселка, включенных в систему централизованного теплоснабжения, можно определить по укрупненным показателям в зависимости от жилой площади помещения по формулам

где - укрупненный показатель максимального удельного потока теплоты, расходуемой на отопление 1 м² жилой площади, Вт/м²; F - жилая площадь, м².

Значения определяются в зависимости от расчетной зимней температуры наружного воздуха (=175Вт/).

Максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на нагрев вентиляционного воздуха общественных зданий

Для отдельных жилых, общественных и производственных зданий максимальные потоки теплоты, Вт, расходуемой на отопление и подогрев воздуха в приточной системе вентиляции можно определить по их удельным тепловым характеристикам

где q_от и q_в - удельные отопительная и вентиляционная характеристики здания, Вт/(м^3оС); V_н - объем здания по наружному обмеру (без подвальной части), м³; a - поправочный коэффициент, учитывающий влияние на удельную тепловую характеристику местных климатических условий

a = 0,54 + 22/(t_в - t_н).

Хлебозавод:

а=0,54+22/(t_в-t_н)=0,54+22/(16-(-30))=1,02

Банно-прачечный комбинат:

а=0,54+22/(15-(-30))=1,03

Животноводческая ферма:

а=0,54+22/(10-(-30))=1,09

Магазин:

а=0,54+22/(15-(-30))=1,03

Ремонтная мастерская:

а=0,54+22/(20-(-30))=0,98

1.2 Расход теплоты на горячее водоснабжение

Средний поток теплоты, Вт, расходуемой за отопительный период на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий находят по формуле:

где q_г.в =320 - укрупненный показатель среднего потока теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение одного человека с учетом общественных зданий поселка, принимается в зависимости от средней за отопительный период нормы потребления воды при температуре 60 ^оС на одного человека g=85, л/сут:

Максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий

Для производственных зданий максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение, определяют по формуле

где G_v - часовой расход горячей воды, м³/ч; _в - плотность воды, принимается равным 983 кг/м³; С_в - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг^оС); t_г - расчетная температура горячей воды, равная 55 ^оС; t_х - расчетная температура холодной (водопроводной) воды, принимаемая в зимний период равной 5 ^оС, а летний период 15 ^оС.

Для животноводческих помещений максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение (t_г =40...60 ^оС) для санитарно-технических нужд (подмывание вымени, мытье молочной посуды, доильных аппаратов, молокопроводов, шлангов и другого оборудования, уборка помещений), подсчитывают по формуле

где - коэффициент неравномерности потребления горячей воды в течение суток, принимают = 2,5; n_i - число животных данного вида в помещении; g_i - среднесуточный расход воды на одно животное, кг, принимают для коров 15 кг, телят и молодняка 2 кг, свиноматок 3 кг, свиней на откорме 0,5 кг.

Поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение (t_г = 10...20 ^оС) для поения животных

Поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий в летний период, по отношению к отопительному снижается и определяется по следующим формулам:

для жилых и общественных зданий

для производственных зданий

n=6000чел. q_г.в.=320 Вт

Жилые здания:

Для производственных зданий:

Хлебозавод

Магазин

Банно-прачечный комбинат

Ремонтная мастерская:

Животноводческая ферма:

На расход мытья:

Определим поток теплоты, расходуемый на горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий в летний период.

Для жилых и общественных:

Для производственных зданий:

Банно - прачечный комбинат:

Хлебозавод:

Магазин

Животноводческая ферма:

На расход мытья:

Ремонтная мастерская:

1.3 Расход теплоты на технологические нужды

Поток теплоты, Вт, расходуемой на технологические нужды ремонтных мастерских и автогаражей, подсчитывают по формуле

где - коэффициент спроса на теплоту, равный 0,6...0,7; G - расход теплоносителя (воды или пара), кг/ч; h - энтальпия теплоносителя, кДж/кг; h_воз - энтальпия обратной воды или возвращаемого конденсата, кДж/кг (можно принять h_воз = 270...295 кДж/кг); p - коэффициент возврата обратной воды или конденсата, обычно принимаемый равным 0,7.

Расход теплоносителя - воды (при 95 ^оС) для получения смешанной воды с температурой t_см определяют по формуле

Расход горячей воды (t_см = 60 ^оС) для автогаражей

где n - число автомобилей, подвергающихся мойке в течение суток; g - среднесуточный расход воды на мойку одного автомобиля, кг/сут. Для легкового автомобиля g = 175 кг/сут, для грузового g = 250 кг/сут.

Расход пара D (G = D) для ремонтных мастерских можно принять равным 100...120 кг/ч.

Поток теплоты, Вт, расходуемой на технологические нужды животноводческих помещений, определяют по укрупненным нормам расхода пара и горячей воды на тепловую обработку кормов

где - коэффициент неравномерности потребления теплоты на технологические нужды в течение суток, принимают = 4; M_i - количество подлежащего тепловой обработке корма данного вида в суточном рационе одного животного, кг (таблица В.4); d_i - удельный расход пара или горячей воды на обрабатываемый корм данного вида, кг/кг (таблица В.4); h_i - энтальпия используемого пара или горячей воды, кДж/кг; n_i - число животных данного вида в помещении.

Поток теплоты, Вт, расходуемой на пастеризацию молока

где m_м - масса молока, обрабатываемая в пастеризаторе, кг/ч; С_м - теплоемкость молока, равная 3,94 кДж/(кг^оС); t''_м - температура молока после пастеризации, принимают t''_м = 85 ^оС; t'_м - температура молока до пастеризации, (у охлажденного t'_м = 5 ^оС, после дойки t'_м = 35 ^оС).

Поток теплоты, Вт, расходуемой на пропаривание молочных фляг

где d_ф - расход пара на пропаривание одной фляги (0,2 кг); n - число фляг; h_п - энтальпия пара, кДж/кг (при избыточном давлении 39,2 кПа h_п = 2636 кДж/кг).

Результаты расчетов тепловой нагрузки объектов проектирования сводят в табл. 1.2.

Ремонтная мастерская:

Расход теплоносителя - воды (t_см=95)

Животноводческая ферма:

На обработку кормов:

На пастеризацию молока:

На пропаривание молочных фляг:

Таблица 2- Удельные тепловые характеристики жилых, общественных и производственных зданий при расчётной наружной температуре -30 и их внутренняя расчётная температура.

Назначение здания	Температура	V здания, м3	Фот, Вт	Фв, Вт	Фг.в, Вт	Ф
	Tн	Tвн
Животноводческая ферма	-30	16	50000	75864	397860	339739	813463
Хлебозавод	-30	16	20000	96186	137700	4751,82	238637,8
Банно-прачечный комбинат	-30	15	20000	101970	153450	59540	314960
Жилые дома	-30	21		21000000	8400000	3840000	33240000
Ремонтная мастерская	-30	20	10000	294000	64600	57250,9	415850,9
Магазин	-30	15	5000	111150	14850	4751,82	130751,82
Сумма				Фот=21679170	Фв=9168460	Фг.в=4306033,54

Расчетная тепловая нагрузка котельной:

Расход теплоты в летнее время;

2. Построение годового графика тепловой нагрузки

Годовой расход теплоты на все виды теплопотребления можно определить аналитически или графически из годового графика тепловой нагрузки. По годовому графику устанавливаются также режимы работы котельной в течение всего года. Строят такой график в зависимости от длительности действия в данной местности различных наружных температур.

Рис. 2.1 - Годовой график тепловой нагрузки: 1 - расход теплоты на отопление производственных зданий; 2 - на вентиляцию производственных зданий; 3- на отопление общественных зданий; 5 - на горячее водоснабжение и технологические нужды; 6 - суммарный график расхода теплоты; 7 - график тепловой нагрузки за отопительный период; 8 - нагрузка летнего периода.

Средневзвешенная расчётная внутренняя температура определяется по выражению:

t_в.ср.=,

где V - объёмы зданий по наружному обмеру, м³; t - расчётные внутренние температуры этих зданий, .

Средневзвешенная расчётная внутренняя температура для жилых и общественных зданий и производственных помещений:

t_в.ср.= (20000*16+20000*15+50000*16+10000*20+5000*15)/115000=14,4 ° С

Годовой расход теплоты, ГДж/год:

где F - площадь годового графика тепловой нагрузки, мм²; m_ф и m - масштабы расхода теплоты и времени работы котельной, соответственно Вт/мм и ч/мм.

F=24600 мм²

m_ф=100000 Вт/мм

m=50 ч/мм

Q_год=3,6*10^-6*246*100000*50=442000 ГДж/год.

3. Расчёт принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной

Тепловая схема №14.

Исходные данные для расчёта тепловой схемы котельной.

Пар для технологических нужд производства имеет параметры:

1. Р₁=1,37 МПа; х₁=0,99; D_Т =11,15 кг/с.

2. Температура сырой воды t_св=8⁰С.

3. Давление пара после РОУ Р₂=0,118 МПа.

4. Сухость пара на выходе из расширителя непрерывной продувки х₂=0,98.

5. Потери пара в котельной в процентах от D_cут , d_ут=3,1 %.

6. Расход тепловой воды на непрерывную продувку в процентах от D_cут d_пр=2,4%.

7. Расход тепла на подогрев сетевой воды Q_б=12,22 МВт

8. Температура воды на выходе из сетевых подогревателей t^/₁=92⁰C.

9. Температура в обратной линии теплосети t^/₂=50⁰C.

10. Температура воды перед и после ХВО t_хво=28⁰С.

11. Температура конденсата на выходе из бойлера t_кб=70⁰С.

12. Потери воды в тепловой сети d_ТС=10%.

13. Температура конденсата после пароводяного подогревателя сырой воды t^//_к1=95⁰С.

14. Температура продуктов горения перед экономайзером, t_ух1 =305⁰С.

15. Температура продуктов горения за экономайзером, t_ух2 =180⁰С.

3.1 Определение параметров воды и пара

При давлении Р₁=1,37 МПа в состоянии насыщения имеем t₁=194 ⁰С, i^//₁=2788 кДж/кг, i^/₁=826 кДж/кг, r₁=1961 кДж/кг.

При давлении Р₂=0,118 МПа в состоянии насыщения имеем t₂=104 ⁰С, i^//₂=2683 кДж/кг, i^/₂=437кДж/кг, r₂=2246 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара на выходе из котлоагрегата:

i^х₁=i^//₁ -(1-х₁)•r₁ = 2788-(1-0,99)•1961=2768,39 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара на выходе из расширителя:

i^х₂=i^//₂ -(1-х₂)•r₂ = 2683-(1-0,98)•2246=2638,08 кДж/кг.

Энтальпия воды при температуре ниже 100⁰С может быть с достаточной точностью определена без использования таблиц по формуле:

i_в=С_в•t_в,

где С_в=4,19 кДж/кг

1.Расчёт подогревателей сетевой воды.

Для водоподогревателя:

.

Для пароводяных водоподогревателей:

,

где W₁ и W₂ - расходы воды (греющей и подогреваемой), кг/с;

t^/₁, t^/₂ и t^//₁, t^//₂ - начальные и конечные температуры воды, ⁰С;

D₁ - расход греющего пара, кг/с;

i₁ - энтальпия пара, кДж/кг;

i_к - энтальпия конденсата, кДж/кг;

з_n - коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом и трубопроводами в окружающею среду (з_n=0,95).

Рис. 3.1 Схема водоподогревательной установки.

Определим расход воды через сетевой подогреватель из уравнения теплового баланса:

.

кг/с.

Потери воды в тепловой сети заданы в процентах от W_б:

кг/с.

Подпиточный насос подаёт в теплосеть воду из деаэратора с энтальпией i^/₂=437 кДж/кг в количестве W_ТС. Поэтому расход тепла на подогрев сетевой воды в бойлерах уменьшится на величину:

,

где соответствует температуре;

кДж/кг.

Расход пара на подогрев сетевой воды определяется из уравнения:

.

Откуда:

кг/с.

i_кб=C_вt_кб=4,19*70=293,3кДж/кг

2. Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды

Расход тепла на технологические нужды составит:

,

где i_ко - средневзвешенная энтальпия конденсата от технологических потребителей:

i_ко=i_св

kДж/с.

;

i_к1=398 кДж/кг; t_к1=95 ⁰С;

i_к2=293 кДж/кг; t_к1=68 ⁰С;

i_св=35 кДж/кг; t_св=8 ⁰С;

Суммарный расход на подогрев сетевой воды и на технологические нужды составит:

МДж/с.

Расход пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды составит:

кг/с.

При отсутствии сетевых подогревателей D₀=D_Т .

3. Ориентировочное определение общего расхода свежего пара.

Суммарный расход острого пара D_г на подогрев сырой воды перед химводоочисткой и деаэрацию составит 3-11% от D_c.

Примем D_г=0,03•D₀=0,03•16,69=0,5 кг/с.

Общий расход свежего пара:

кг/с.

3.2 Расчёт редукционно-охладительной установки (РОУ)

Назначение РОУ - снижение параметров пара за счёт дросселирования (мятия) и охлаждения его водой, вводимой в охладитель в распылённом состоянии. РОУ состоит из редукционного клапана для снижения давления пара, устройства для понижения температуры пара путём впрыска воды через сопла, расположенные на участке паропровода за редукционным клапаном и системы автоматического регулирования температуры и давления дросселирования пара.

В охладителе РОУ основная часть воды испаряется, а другая с температурой кипени отводится в конденсационные баки или непосредственно в деаэратор.

Примем в курсовой работе, что вся вода, вводимая в РОУ, полностью испаряется, и пар на выходе является сухим, насыщенным.

Подача охлаждённой воды в РОУ производственных котельных обычно осуществляется из магистрали питательной воды после деаэратора.

Тепловой расчёт РОУ ведётся по балансу тепла (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 - Схема РОУ

Расход редукционного пара D_ред с параметрами Р₂, t₂, i^//₂ и расхода увлажняющей воды W₁ определяем из уравнения теплового баланса РОУ:

из уравнения материального баланса РОУ:

Решая совместно уравнения (6) и (7), получим:

,

где D₁ - расход острого пара, кг/с, с параметрами Р₁, х₁;

- энтальпия влажного пара, кДж/кг;

- энтальпия увлажняющей воды, поступающей в РОУ, кДж/кг.

Определим расход свежего пара, поступающего в РОУ:

кг/с

Составляем схему РОУ:

Рис. 3.2 Узел РОУ.

Определяем расход увлажняющей воды:

кг/с.

3.3 Расчёт сепаратора непрерывной продувки

Непрерывная продувка барабанных котлоагрегатов осуществляется для уменьшения солесодержания котловой воды и получения пара надлежащей чистоты. Величина продувки (в процентах от производительности котлоагрегатов) зависит от солесодержания питательной воды, типа котлоагрегатов и т.п.

Для уменьшения потерь тепла и конденсата с продувочной водой применяются сепараторы - расширители. Давление в расширителе непрерывной продувки принимается равным Р₂. Пар из расширителей непрерывной продувки обычно направляют в деаэраторы.

Тепло продувочной воды (от сепаратора непрерывной продувки) экономически целесообразно использовать при количестве продувочной воды больше 0,27 кг/с. Эту воду обычно пропускают через теплообменник подогрева сырой воды. Вода из сепаратора подаётся в охладитель или барботер, где охлаждается до 40-50 ⁰С, а затем сбрасывается в канализацию.

Расход продувочной воды из котлоагрегата определяется по заданному его значению d_пр в процентах от D_cyт.

кг/с.

Количество пара, выделяющегося из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса:

,

и массового баланса сепаратора:

.

Рисунок 3.5 - Узел сепаратора непрерывной продувки

Имеем:

кг/с.

Расход воды из расширителя:

кг/с.

3.4 Расчёт расхода химически очищенной воды

Общее количество воды, добавляемой из химводоочистки, равно сумме потерь воды и пара в котельной, на производстве и в тепловой сети.

1. Потери конденсата от технологических потребителей:

2. кг/с.

3. В случае отсутствия возврата конденсата от технологических потребителей W₂=D_Т.

4. Потери продувочной воды W_р=0,23 кг/с.

5. Потери пара внутри котельной заданы в процента от D_cyh.

6. кг/с.

7. Потери воды в теплосети W_ТС=6,48 кг/с.

8. Потери пара с выпаром из деаэратора могут быть определены только при расчёте деаэратора. Предварительно примем D_вып=0,05 кг/с.

Общее количество химически очищенной воды равно:

Для определения расхода сырой воды на химводоочистку необходимо учесть количество воды, идущей на взрыхление катионита, его регенерацию, отмывку и прочие нужды водоподготовки. Их обычно учитывают величиной коэффициента К=1,10 - 1,25. в данной курсовой работе следует принимать К=1,20.

Имеем W_св=К•W_хво=1,20•11,753 =14,1 кг/с.

3.5 Расчёт пароводяного подогревателя сырой воды.

Рисунок 3.6 - Схема пароводяного подогревателя сырой воды

Запишем уравнение теплового баланса подогревателя:

отсюда энтальпия воды на выходе из подогревателя:

Температура сырой воды на выходе из подогревателя t_св1=10 ⁰C.

Расход редуцированного пара в подогреватель сырой воды:

кг/с

3.6 Расчёт конденсатного бака

Возврат конденсата от технологических потребителей необходим для экономии топлива и улучшение качества питательной воды котлоагрегатов. Конденсат собирается в сборные конденсатные баки, которые устанавливаются в котельной или на предприятии. Вода поступает в конденсатные баки самотёком или под напором. Температура смеси конденсата t_см (см. рисунок 3.8) определяется из выражения:

, (3.14)

где W_i - расход конденсата, кг/с; t_i - температура потока конденсата, ⁰С; W_см=?W_i - суммарное количество конденсата, поступающего в конденсатный бак, кг/с.

Рисунок 3.8 - Расчётная схема конденсатного бака

Находим суммарное количество воды W_см, которое поступает в конденсатный бак.

Температура смеси конденсата:

⁰С,

чему соответствует i_см=201 кДж/кг.

Общие замечания о расчёте деаэратора. Для удаления растворённых в воде газов применяются смешивающие термические деаэраторы. В общем случае они могут быть атмосферного типа с давлением в колонке 0,11-0,13 МПа, повышенного давления и вакуумные с давлением ниже атмосферного. В курсовой работе применён смешивающий термический деаэратор атмосферного типа (Р₂=0,118 МПа). Под термической деаэрацией воды понимают удаление растворённого в ней воздуха при нагреве до температуры кипения, соответствующей давлению деаэраторной колонке. Целью деаэрации является удаление входящих в состав воздуха агрессивных газов, вызывающих коррозию металла оборудования (кислорода и угольной кислоты). Подогрев воды, поступающей в деаэратор, до температуры насыщения осуществляется редуцированным паром (Dр).

Газы, выделяемые деаэрированной водой, переходят в паровой поток и остатком неконденсированного избыточного пара (выпара) удаляются из деаэраторной колонки через штуцер, а затем сбрасываются в барботер (иногда - через охладитель выпара). Расход избыточного пара (D_вып) по имеющимся опытным данным ЦКТИ составляет 2-4 кг на 1 тонну деаэрированной воды. В курсовой работе следует принять: D_вып=0,003*W_z, где W_z - суммарный расход деаэрируемой воды.

Энтальпия пара (выпара) принимается равной энтальпии сухого насыщенного пара при данном давлении (Э₂”). Деаэрированная вода (W_g) из бака деаэратора подаётся питательным насосом (ПН) в котельный агрегат.

При расчёте деаэратора неизвестными являются расход пара на деаэратор (D_g) и расход деаэрированной воды (W_g). Эти величины определяются при совместном решении уравнений массового и теплового балансов деаэратора.

Произведём уточнение ранее принятого расхода D_вып. Суммарный расход деаэрируемой воды:

кг/с

кг/с.

3.7 Расчёт деаэратора

Неизвестными при расчёте являются расход деаэрированной воды W_д и расход пара на деаэрацию. Запишем уравнение теплового и массового балансов (предположим для деаэратора з_n=1);

Для удаления растворённых в воде газов применяются смешивающие термические деаэраторы. В общем случае они могут быть атмосферного типа с давлением в колонке 0,11-0,13 МПа, повышенного давления и вакуумные с давлением ниже атмосферного. В курсовом проекте применён смешивающий термический деаэратор атмосферного типа (Р₂=0,118МПа). Под термической деаэрацией воды понимают удаление растворённого в ней воздуха при нагреве до температуры кипения, соответствующей давлению деаэраторной колонке. Целью деаэрации является удаление входящих в состав воздуха агрессивных газов, вызывающих коррозию металла оборудования (кислорода и угольной кислоты). Подогрев воды, поступающей в деаэратор, до температуры насыщения осуществляется редуцированным паром (D_g).

Газы, выделяемые деаэрированной водой, переходят в паровой поток и остатком неконденсированного избыточного пара (выпара) удаляются из деаэраторной колонки через штуцер, а затем сбрасываются в барботер (иногда - через охладитель выпара). Расход избыточного пара (D_вып) по имеющимся опытным данным ЦКТИ составляет 2+4 кг на 1 тонну деаэрированной воды. В курсовом проекте следует принять: D_вып=0,003*W_z, где W_z - суммарный расход деаэрируемой воды.

Энтальпия пара (выпара) принимается равной энтальпии сухого насыщенного пара при данном давлении (Э₂”). Деаэрированная вода (W_g) из бака деаэратора подаётся питательным насосом (ПН) в котельный агрегат.

При расчёте деаэратора неизвестными являются расход деаэрированной воды (Wg). Эти величины определяются при совместном решении уравнений массового и теплового балансов деаэратора.

;

,

D_d=W_d-35,717(W_д-35,717)•2683+11,753•115+0,68•398+4,733•293,3+ +0,18•2638,08=W_д•2683-93100,1;

W_д•2683=93100,1; W_д=34,7 кг/с;

D_д= W_д-35,717=35,7-34,7=1кг/с.

Проверка точности расчёта первого приближения. Из уравнения массового баланса линии редуцированного пара определяем значение D_д:

D_д= D_ред- D_б- D_св=6,4 - 4,7 - 0,68=1,02 кг/с.

При расчёте деаэратора получено D_д=1,02 кг/с. Ошибка расчёта составляет 2%. Допустимое расхождение 3%.

4. Составление теплового баланса котельной

Здесь: W_пв=W_д-W₁-W_тс=34,7-5,575-6,48=22,645 кг/с

Расход теплоты с паром на технологические нужды с учетом возврата конденсата:

Процент расхода теплоты на технологические нужды:

Расход теплоты в теплосеть с учетом потерь воды в теплосети:

Аналогично

Полезно расходуемый процент теплоты (КПД схемы):

51+41=92%

Суммарные потери теплоты:

q_?=100-з_сх=100-92=8%

Основные составляющие потерь теплоты:

1.Потери от утечек свежего пара

2. Потери в окружающую среду в бойлере

4%

3. Потери с водой при производстве химводоочистки:

0,45%

4. Потери теплоты со сбрасыванием в барботер продувочной водой (после пароводяного подогревателя)

5. Потери в окружающую среду в подогревателе сырой воды:

0,13%

6. Потери выпаром:

7. Потери в окружающую среду в пароводяном подогревателе:

Итого имеем

51+41+7,14=99,14%

Незначительное расхождение вызвано погрешностью расчетов. При выполнении курсовой работы допустимо расхождение, не превышающее 1 %, следовательно, малые потери учитывать нецелесообразно.

5. Выбор типа, размера и количества котлоагрегатов

Подбирая количество устанавливаемых котлоагрегатов, условно принимаем, что максимальная нагрузка котельной соответствует суммарной производительности и руководствуемся следующими соображениями:

1) недопустимо устанавливать один котлоагрегат, а общее их число не должно превышать 4-6;

2) устанавливаемые котлоагрегаты должны иметь одинаковую производительность.

Выбираем котёл ДКВР-10-13 с паропроизводительностью 3,08 кг/с.

Определим количество котлов , которые необходимо установить для покрытия всей нагрузки:

где D_сум. - общая паропроизводительность котельной;

D_к - паропроизводительность одного котла.

. Следовательно, 6 котлов.

Недогруз котла составляет:

6. Расчет теоретических и действительных объемов продуктов сгорания

Котлоагрегат работает на буром угле следующего состава:

Таблица 6.1 - Элементарный состав топлива

Вид топлива	Рабочая масса топлива	Низшая теплота сгорания Qнр МДж/кг
	Состав %
	Wр	Aр	Sкр	Sорр	Cр	Hр	Nр	Oр
Мазут 40	3,0	0,3	-	0,5	85,3	10,2	0,3	0,4	40,7

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива:

V=0,089*(С+0,376*(S+S))+0,265*H-0,033*О=

=0,089(85,3+0,376*0,5)+0,265*10,2-0,0333*0,4=10,298 м/кг.

объем трехатомных газов:

V=0,0186*(С+0,375*( S+ S))=

0,0186*(85,3+0,375*0,5)=1,59м/кг.

объем азота:

V=0,79* V+0,008*N=0,79*10,298+0,008*0,3=8,137 м/кг.

объем водяных паров:

V=0,111*Н+0,0124*W+0,0161* V=

0,111*10,2+0,0124*3+0,0161*10,298=1,335 м/кг

Теоретический объем продуктов сгорания:

V_г^о= V_RO2 + V_N2+ V_H2O^о=1,59+8,137+1,335=11,062 м/кг

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топочной камеры задан: б_т=1,25. Величина присосов воздуха в газоходе экономайзера Дб_э=0,1.

Далее расчет производится для двух вариантов. Коэффициент избытка воздуха уходящих газов(с экономайзером и без него):

₌+=1,25+0,1=1,35

==1,25

Объем водяных паров:

V_H2O^c=V_H2O^o+0,0161(-1) V

Объем продуктов сгорания:

V_г=V_RO2+V_N2+V_H2O+(-1) V

С установкой экономайзера.

V_H2O^c=1,335+0,0161*(1,35-1)*10,298=1,393=1,4 м³/кг

V_г^с=1,59+8,137+1,4+(1,35-1)*10,298=14,73 м³/кг

Без установки экономайзера.

V_H2O^б=1,335+0,0161*(1,25-1)*10,298=1,376=1,38 м³/кг

V_г^б=1,59+8,137+1,38+(1,25-1)*10,298=13,68 м³/кг

Далее расчет производится для двух вариантов. Коэффициент избытка воздуха уходящих газов:

=+=1,3+0,1=1,4;

==1,3

Действительный объем водяных паров:

Действительный объем продуктов сгорания:

7. Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха

Для определения энтальпий продуктов сгорания необходимо знать их состав и объем, а также температуру, которая различна для вариантов «С экономайзером» и «Без экономайзера» и задана в задании.

Значение энтальпий 1 м³ различных газов и влажного воздуха в зависимости от их температуры приведены в таблице 4 методических указаний.

Энтальпией газов при промежуточных температурах определяются методом линейной интерполяции.

Энтальпия теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания, отнесенная к 1 кг топлива, определяется по формулам:

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания определяется с учетом реального коэффициента избытка воздуха

С установкой экономайзера.

Температура уходящих газов t_ух2 = 180 °C:

=316,4 кДж/м³; =234 кДж/м³ ;

=274,2 кДж/м³; =240 кДж/м³,

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре t_ух2

Без установки экономайзера.

Температура уходящих газов t_ух1 = 305 °C:

=570,65 кДж/м³; = 398,75 кДж/м³;

=471,2 кДж/м³; = 409,95 кДж/м³,

Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре t_ух1

8. Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс составляется для определения КПД котлоагрегата и расхода топлива при установившемся тепловом состоянии котлоагрегата.

Уравнение теплового баланса:

Qрр=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6, кДж/кг.

Примем Qpp=Qнр=40700 кДж/кг. Приняв располагаемое тепло за 100%, можно записать в виде:

100%-q1+q2+q3+q4+q5+q6-q1+?qпот

Если известны потери тепла в котлоагрегате, его коэффициент полезного действия брутто определяется из выражения:

q=100-?qпот, %.

Потери тепла с уходящими газами определяются по формуле:

Q2=(I2-ухIхво)(100-q4)/100, кДж/кг.

q2=Q2/Qpp

Схв=1,3 кДж/м3 - удельная ёмкость 1 м3воздуха в интервале температур 0 - 100

В связи с тем, что объёмы продуктов сгорания рассчитываются предположении полного сгораниия топлива, в уравнение введена поправка на величину q4 - механической неполноты сгорания.

q₃=1%; q₄=0%.

Для мазута Q_н^р=40700 МДж/кг.

t_хво=28.

Энтальпия теоретического объема воздуха:

I_хво^o=V_в^оt_хвС_хв=10,298*30*1,3=401,622 кДж/кг

С экономайзером.

Потери теплоты с уходящими газами

Из методических указаний для данного котла q₅^c=1,7%

Расход топлива, подаваемого в топку:

Расход полностью сгоревшего в топке топлива:

Без экономайзера.

Потери теплоты с уходящими газами

Из методических указаний для данного котла q₅^б=0,9 %

Расход топлива, подаваемого в топку в данном варианте, изменится только за счет изменения, поэтому

Расчетный расход топлива

9. Определение годового расхода топлива

Годовой расход пара, вырабатываемого одним котельным агрегатом (D_ка =4 кг/с):

Приращение энтальпии рабочего тела в котлоагрегате

Годовой расход теплоты:

Годовой расход топлива для двух вариантов:

10. Тепловой и конструкционный расчет водного экономайзера

Водяной экономайзер представляет собой поверхностный теплообменник и служит для подогрева питательной воды перед подачей ее в барабан котла за счет теплоты уходящих газов. При этом снижаются потери теплоты с уходящими газами, но в то же время несколько увеличиваются потери теплоты в окружающую среду и подсосы воздуха в газоходе. Присосы воздуха в газоходе не только снижают , но и вызывают значительное повышение расхода электроэнергии на собственные нужды (привод дымососа).

Тепловой расчет

Исходными данными для расчета водяного экономайзера является:

· температура воды перед экономайзером ;

· температура газов перед экономайзером ;

· температура газов после экономайзера ;

Расчетом определяются:

· температура воды на выходе из экономайзера , .

· поверхность нагрева экономайзера , м².

Тепловосприятие экономайзера определяется из уравнения теплового баланса:

где - коэффициент сохранения тепла.



Определяем энтальпию воды, выходящей из экономайзера:

Температуру воды после экономайзера определяем по соответствующей энтальпии воды :

Определим поверхность нагрева водяного экономайзера:

где - коэффициент теплоотдачи в экономайзере, ;

- температурный напор, .

Температурный напор в экономайзере:

,

где - разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности нагрева, где она наибольшая, ;

- разность температур теплообменивающихся сред на том конце поверхности нагрева, где она наименьшая, .



Подставим значения в формулу для определения площади поверхности экономайзера:

так как , то экономайзер некипящий.

Конструктивный расчет

Выбираем стальной гладкотрубный экономайзер.

Стальные гладкотрубные экономайзеры выполняют в виде горизонтальных змеевиков из бесшовных труб с наружным диаметром 28, 30, 32, 38 мм и толщиной стенок 3-3,5 мм.

Основные величины, которыми мы будем пользоваться при разработке конструкции стального экономайзера, примем равными:

· наружный диаметр труб ;

· расположение труб в пучке - шахматное;

· относительный шаг труб поперек хода газов ;

· относительный шаг труб по ходу газов ;

Предварительно выбрав размеры горизонтального сечения экономайзера, увязываем их с размерами сечения газохода парогенератора. Ширина конвективного газохода равна , а ширина . Приняв с учетом вышеприведенных рекомендаций относительные шаги труб поперек движения газов и походу движения , радиус изгиба труб , произведем расстановку труб экономайзера.



Рис. 10.1 Расположение труб экономайзера

Согласно выбранным размерам определим площадь сечения для прохода газов:

где - количество труб в горизонтальном ряду, шт.

При шахматном расположении количество труб

Найдем скорость дымовых газов:



где - средняя температура уходящих газов:

Значение скорости газов не выходит за допустимые пределы (м/с), следовательно, корректировка не требуется.

Скорость движения воды в трубах:

, м/с,

где - количество воды, проходящей через экономайзер котлоагрегата.

- удельный объем воды ();

- внутренний диаметр трубы ();

- общее количество параллельно включенных труб по воде.

Количество петель в одном змеевике:

где l - длина одной петли, ;

Z - количество змеевиков, установленных в газоходе, шт.

при двухходовом экономайзере

Расчетная высота экономайзера:

Если расчетная высота будет больше 1,5 м, то экономайзер делят на отдельные пакеты высотой 0,8 - 1,2 м с разрывом для ремонта и обслуживания экономайзера.

Рис. 10.2 Схема двухступенчатого экономайзера

11. Расчёт и подбор вспомогательного оборудования котельной

К вспомогательному оборудованию относят конденсатные и питательные баки, конденсатные и питательные насосы, оборудование водоподготовки. Они обеспечивают бесперебойное снабжение котельных агрегатов водой.

Для паровых котлов с избыточным давлением пара свыше 68,7 кПа устанавливают конденсатные и питательные баки. Конденсат насосами перекачивают из конденсатных в питательные баки, расположенные на высоте 3...5 м от пола. В эти баки подается также химочищенная вода для восполнения потерь конденсата. Роль питательного бака может выполнять резервуар термического деаэратора, объем которого должен быть равен 2/3 V_п.б. Вместимость конденсатных баков, м³, подсчитывают по формуле:

где p - доля возвращаемого конденсата (принимают p = 0,7).

M_пв - расход питательной воды при расчетной нагрузке котельной, кг/с.

M_пв=D₀+0,1D₀=16,69+0.1*16,69=18,359 кг/с

V_кб=3,6*18,359*0,7=46,26 м³

Мощность, кВт, потребляемая центробежным насосом с электроприводом, определяется по формуле:

,

где G_н - подача насоса, м³/ч;

P_н - напор, создаваемый насосом, кПа;

_н - КПД насоса.

В качестве питательных насосов устанавливают два центробежных насоса с электроприводом (рабочий и резервный). Подача каждого насоса должна быть не менее 110 % суммарной максимальной паропроизводительности всех котлов.

Напор, кПа, создаваемый питательным насосом, ориентировочно может быть подсчитан по формуле

где P_к - избыточное давление в котле, кПа.

G_пн=1,1*3D_ка=1,1*3*46,26=152,658т/ч

Р=(152,658*1450)/(3600*0,85)=72,34кПа

Выбираем насос НКу-150 с электродвигателем AИР180М2УЗ

Для принудительной циркуляции воды в тепловых сетях в отопительно-производственной котельной устанавливают два сетевых насоса с электроприводом (один резервный). Подача сетевого насоса, м³/ч, равна часовому расходу сетевой воды в подающей магистрали G_п, рассчитанному по выражению

G_сн=3,6*Ф_р/(4,19*(t_п-t₀)*с₀),

где t_п и t₀- температуры прямой и обратной сетевой воды.

G_сн=(3,6*42517797,57)/(4,19*(95-50)*977,8)=830,2 т/ч

Напор, развиваемый сетевым насосом, зависит от общего сопротивления тепловой сети. Ориентировочно принимают P_с.н = 200...400 кПа.

Р=(830,2*300)/(3600*0,85)=81,39 кПа

Насос НКу-250 с двигателем АИР200L2 с P_двиг = 45 кВт.

Подпиточные насосы компенсируют разбор воды из открытых тепловых сетей на горячее водоснабжение и технологические нужды, а также восполняет утечки воды. Подачу подпиточного насоса, м³/ч, принимают равным:

G_пп=(3,6*(Ф_гв+Ф_тнв)/(4,19*(t_п-t₀)*с₀))+0,03G_п,

где Ф_гв-тепловая нагрузка на ГВС;

Ф_тнв-тепловая нагрузка на технологические нужды.

G_пп=(3,6*(4306033,54+277834,435)/(4,19*(95-50)*977,8))+0,03*830,2 =114,41 т/ч

Напор, развиваемый подпиточными насосами - P_пп = 200...600 кПа.

В котельной должно быть не менее двух подпиточных насосов, из которых один резервный. Устанавливают их перед сетевыми насосами, подавая в систему химически очищенную воду из деаэраторов или баков-аккумуляторов подпиточной воды.

Р=(114,41*400)/(3600*0,85)=14,96 кПа

Насос Кс-20-50/2 с двигателем АИР112М2У3 с Р_двиг=7,5 кВт.

Расчет водоподготовки.

Необходимость подготовки питательной воды обусловлена наличием в природной воде различных примесей. Растворенные в воде соли кальция и магния определяют жесткость воды. При кипении эти соли образуют на стенках котлов плотный осадок - накипь, ухудшающий теплопередачу от котельных газов к воде.

Величину жесткости измеряют в миллиграм-эквивалентах на 1 кг воды (мгэкв/кг), что соответствует 28 мг окиси кальция или 21 мг окиси магния.

С целью умягчения воды в производственно-отопительных котельных получила распространение докотловая обработка воды в натрий-катионитовых фильтрах. Объем катионита, м³, требующийся для фильтров, находят по формуле:



где G_vp - расчетный расход исходной воды, м³/ч;

- период между регенерациями катионита (принимают равным 8...24 ч); H_о=7,6 - общая жесткость исходной воды, гэкв/м³;

E - обменная способность катионита, гэкв/м³, (для сульфоугля E = 280...350 гэкв/м³).

Расчетный расход исходной воды:

где 4,5 - расход воды на регенерацию 1 м³ катионита, м³; G_vи - расход исходной воды, м³/ч.

G_vи равен количеству воды подаваемой подпиточным насосом G_vи = G_пп.

G_vp=114,41+(4,5*114,41*7,6/290)=127,9 м³/ч

V_кат=127,9*12*7,6/290=40,22 м³/ч

По таблице подбирают фильтры с площадью поперечного сечения F, близкой к расчетной F_р (с запасом в сторону увеличения). Дополнительно к выбранному количеству фильтров устанавливают один резервный.

Диаметр 2000 мм, высота слоя катиона 2,5 м, площадь 3,1 м².

Определяем фактический межрегенерационный период , ч, и число регенераций каждого фильтра в сутки n_р :

где F - площадь поперечного сечения выбранного фильтра, м²; 1,5 - продолжительность процесса регенерации, ч.

Число регенераций в сутки по всем фильтрам:

.

Для регенерации натрий-катионовых фильтров используют раствор поваренной соли NaCl (6...8%). Расход соли, кг, на одну регенерацию фильтра определяют по формуле:

где a - удельный расход поваренной соли, равный 200 г/(гэкв).

Суточный расход соли по всем фильтрам:

В крупных котельных поваренная соль хранится в железобетонных резервуарах в виде крепкого раствора (26%), который насосом подается в фильтр раствора соли, а затем в бак для разбавления водой до требуемой концентрации.

В котельных малой мощности, если месячный расход соли менее 3 т, ее хранят в сухом виде, а для получения необходимого раствора используют солерастворители.

Стандартные солерастворители подбирают следующим образом. Определяют объем соли, м³, на одну регенерацию:

.

Тогда при высоте загрузки соли h = 0,6 м диаметр солерастворителя, м:

По таблице выбирают солерастворитель, диаметр которого близок к расчетному.

Диаметр 600 мм, высота кварца 0,5м, объем для соли 0,4 м³.

В природной воде присутствуют растворенные газы - углекислота и кислород, приводящие к коррозии трубопроводов. Для уменьшения содержания газов применяют дегазацию (деаэрацию) питательной воды.

В паровых котельных применяют деаэраторы атмосферного типа. В них греющий пар под давлением близким к атмосферному (0,11...0,12 МПа), нагревает обрабатываемую воду до кипения (102...104 ^оС). Выделяемые из воды газы вместе с остатками несконденсировавшегося пара (выпар) выходят из деаэрационной колонки, а деаэрированная вода собирается в баке установки.

Подбирают деаэраторы по их производительности (табл. В.16).

Для данного случая подходит деаэратор ДСА-50

12. Компоновка котельной

Компоновка предусматривает правильное размещение котельных агрегатов и вспомогательного оборудования в помещении котельной. Выбираю котельную закрытой, т.к. расчётная наружная температура для отопления t_н<-30⁰С (равна -32⁰С). Оборудование котельной компонуют таким образом, чтобы здание ее можно было построить из унифицированных сборных конструкций. Одна торцевая стена должна быть свободной на случай расширения котельной. В котельной предусматриваю два выхода, находящихся в противоположных сторонах помещения, с дверьми, открывающимися наружу. Расстояние от фронта котлов до противоположной стены должно быть не менее 3 м, при механизированных топках не менее 2 м. Перед фронтом котлов допускается устанавливать дутьевые вентиляторы, насосы и тепловые щиты. При этом ширина свободного прохода вдоль фронта принимается не менее 1,5 м. Проходы между котлами, котлами и стенами котельной оставляют равным не менее 1 м. Просвет между верхней отметкой котлов и нижними частями конструкций покрытия здания должен быть не менее 2 м.

Заключение

Техническое состояние источников теплоснабжения, тепловых сетей и других объектов коммунальной теплоэнергетики на сегодняшний день не отвечает современным требованиям. Необходима техническая реконструкция и модернизация всей системы теплоснабжения и внедрение нового энергоэффективного и экологически чистого теплоэнергетического оборудования.

Работа котельных установок должна быть надежной, экономичной и безопасной для обслуживающего персонала. Для выполнения этих требований котельные установки эксплуатируются в соответствии с правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов и рабочими инструкциями, составленными на основе правил Госгортехнадзора с учетом местных условий и особенностей оборудования.

Котел должен быть оборудован необходимым количеством контрольно-измерительных приборов, автоматической системой регулирования важнейших параметров котла, защитными устройствами, блокировкой и сигнализацией.

Режимы работы котла должны соответствовать режимной карте, в которой указываются рекомендуемые технологические и экономические показатели его работы: параметры пара и питательной воды, температура и разрежение по газовому тракту, коэффициент избытка воздуха и т.п.

Большинство современных котельных установок полностью

автоматизированы. При нарушении нормальной работы котла вследствие неисправностей, которые могут привести к аварии, он должен быть немедленно остановлен.

Капитальный ремонт котлов производится через каждые два-три года. Котел периодически подвергается техническому освидетельствованию по трем видам:

- наружный осмотр (не реже одного раза в год);

- внутренний осмотр (не реже одного раза в четыре года);

- гидравлическое испытание (не реже одного раза в восемь лет).

Литература

1. Инженерное оборудование зданий и сооружений

2. Электродвигатели АИР - технические характеристики

3. Технические характеристики электродвигателей АИР

4. Экономайзеры паровых котлов

5. Компоновка и разрез котельной

6. Здания котельных. Компоновка оборудования

Размещено на Allbest.ru