Для котельной второй категории нужно 2 параллельно работающих теплообменника охладителя конденсата на расчетную мощность - т.е. вдвое меньшей площади.

В подогревателях для систем отопления греющая вода (конденсат) проходит по трубному пространству, а нагреваемая (сетевая вода) - по межтрубному (рисунок 2.4). В подогревателях для систем водоснабжения греющая вода проходит по межтрубному пространству, а нагреваемая - по трубкам.

Для охладителя конденсата скорость подбираем по сечению трубного пространства, так как аппарат используется в системе отопления.

Подогреватель эффективно работает при скоростях воды:

- в трубном пространстве - 0,7…1,3 м/с;

- в межтрубном пространстве - 0,7…1,1 м/с.

Для подбора скоростей меняем число секций, набирая из нескольких секций потребную площадь теплообмена.

Требуемая площадь трубного пространства при расходе конденсата Dт=1,902 кг/с и скорости щ=1,279 м/с:

Выбираем по [2. Таблица 5] теплообменник ПВ-Z-06 с параметрами:

- Наружный диаметр трубы Ч длина по фланцевому разъему: 89 Ч 4000 мм.

- Поверхность нагрева одной секции: 2,24 м2.

- Площадь сечения межтрубного пространства: 0,00287 мІ.

- Площадь сечения трубного пространства: 0,00185 мІ.

- Z - число секций в теплообменнике.

Действительная скорость конденсата в трубном пространстве:

, что допустимо.

Для требуемой площади нагрева FOK = 39,936 м2 составляем секцию из 18-ти корпусов, соединенных калачами, тогда площадь нагрева в теплообменнике составит 18•2,24 м2=40,32 м2/секций.

Действительная скорость сетевой воды в межтрубном пространстве:

.

Скорость подогреваемой воды в межтрубном пространстве больше допускаемой, поэтому лишнюю нагреваемую воду пускаем по байпасной линии в обход теплообменника.

Принимаем горизонтальный водо-водяной теплообменник ПВ-18-06. Количество устанавливаемых теплообменников: два параллельно работающих.

Размеры корпуса: Dн=89 мм. L1=4000 мм.

Для охладителя деаэрированной воды скорость подбираем по сечению межтрубного пространства, так как аппарат используется в системе водоснабжения.

Требуемая площадь межтрубного пространства при расходе Gпит=6,896 кг/с и скорости щ=1,1 м/с:

Выбираем по [2. Таблица 5] теплообменник ПВ-Z-09 с параметрами:

- Наружный диаметр трубы Ч длина по фланцевому разъему: 168 Ч 4000мм.

- Поверхность нагрева в одном корпусе: 3,54 м2.

- Площадь сечения межтрубного пространства: 0,0122 мІ.

- Площадь сечения трубного пространства: 0,0057мІ.

- Z - число секций в теплообменнике.

Действительная скорость деаэрированной воды в межтрубном пространстве:

, что допустимо.

Действительная скорость х.о.в. воды в трубном пространстве:

Для требуемой площади нагрева Fодв=4,780 м2 составляем секцию из 2-х корпусов, соединенных калачём, тогда площадь нагрева в теплообменнике составит 3,40•2=6,8 м2

Принимаем горизонтальный водо-водяной теплообменник ПВ-2-09. Количество устанавливаемых теплообменников: один рабочий.

Выбор деаэратора питающей воды

- Поверхность охладителя выпара: 2,0 м2.

Для приема конденсата с производства, из теплообменников собственных нужд в котельных устанавливают конденсатный бак.

Определяем емкость бака, равную получасовому расходу возвращаемого конденсата [2. Формула (4,6)], м3:

,

где н' - удельный объем воды, м3/кг (из таблицы 1);

0,5 - время, час.

Принимаем цилиндрический бак с эллиптическими днищами БТ(Б)-10-0,0-В с характеристиками:

- Объем: 10 м3

- Диаметр D: 1900 мм

- Высота H: 3750 мм

- Высота с опорами H1: 4050 мм

- Масса: 1370 кг

3.3 Выбор насосов

Насосы выбираются по производительности и напору. Напор рассчитывается как сумма линейных и местных сопротивлений при движении воды, геометрической разности уровней воды и разности избыточных давлений в аппаратах, между которыми установлен насос.

Питательный насос на ВЭК

Качество питательной воды для паровых котлов с рабочим давлением 1,4 МПа в соответствии с нормативными документами:

- общая жесткость: 0,02 мг.экв/л;

- растворенный кислород: 0,03 мг/л;

- свободная углекислота: отсутствие.

При выборе схем обработки воды и при эксплуатации паровых котлов качество котловой (продувочной) воды нормируют по общему солесодержанию (сухому остатку). Величина его обуславливается конструкцией сепарационных устройств, которыми оборудован котел, и устанавливается заводом изготовителем.

Таблица 3.1. Качество воды источника водоснабжения

Жо - жесткость исходной воды;

Ж - карбонатная жесткость воды;

ЖСа - кальциевая жесткость воды.

4.1 Выбор схемы приготовления воды

Небольшие котельные обычно используют водопроводную воду, которая уже очищена от дисперсных и органических примесей и в котельной проводится только умягчение воды.

Наиболее дешевая и распространенная из схем ВПУ - Na-катионирование. В процессе Na-катионирования жесткость воды уменьшается до требуемых норм.

Определяем показатель [2. формула (5.1)], мг/дм3:

где

где SИВ - cухой остаток исходной воды (источника водоснабжения), мг/кг;

ЖСа и ЖMg - кальциевая и магниевая жёсткость исходной воды, мг-экв/кг;

ЭNa , ЭCа , ЭMg - эквивалентные массы ионов Na+=23, Са2+=20 и Mg2+=12,2 мг/мг-экв.

Щёлочность обработанной воды равна карбонатной жесткости исходной воды:

Относительная щелочность обработанной и котловой воды [2. формула (5.2)]:

,

где - эквивалентная масса NаОН;

Na-катионирование может не подходить для некоторых типов исходной воды. Проверка проводится по трем критериям:

1. По величине продувки котла, которая для котлов с давлением до 1,4 МПа не должна превышать 10 % [2. формула (5.3)]:

,

где - доля обработанной воды в питательной. Она равна отношению расхода химически очищенной воды Gхов, втекающей в питательный деаэратор, к расходу воды, вытекающей из деаэратора Gпит;

SКВ - допустимые предельные концентрации солей в котловой воде для котлов типа ДЕ при работе без пароперегревателя составляют 3000 мг/дм3.

;

.

Принимали

2. По допустимой величине относительной щелочности котловой воды, которая для котлов с вальцованными соединениями не должна превышать 50 %:

Условие выполняется.

3. По концентрации СО2 в паре, которая не должна превышать 20 мг/кг. СО2 образуется за счет разложения в котле солей NaHCO3, определяющих щелочность воды [2. формула (5.5)]:

ССО= ЭСОЩОВ в (у1 + у),

где ЭСО=22 мг/мг-экв - эквивалентная масса СО2;

1 = 0,4 - доля разложения NaHCO3 в котле (остальное разлагается ещё в деаэраторе);

= 0,7- доля разложения Na2CO3 в котле.

Условие не выполняется.

Na-катионирование не подходит по концентрации СО2 в паре.

4.2 Расчёт оборудования водоподготовительной установки

Для сокращения количества устанавливаемого оборудования и его унификации принимают однотипные конструкции фильтров для первой и второй ступени. Для первой устанавливаем два фильтра и один для второй ступени: один из фильтров первой ступени используется для второй ступени в период регенерации фильтра второй ступени.

Требуемая площадь фильтрования:

,

где - максимально допустимая скорость фильтрования (при останове одного из фильтров на регенерацию), м/ч. Для фильтров 2-й ступени м/ч, для 1-й ступени зависит от жесткости исходной воды и типа фильтра:

При Жо < 5 мг-экв/дм3 м/ч,

При Жо =5 - 10 мг-экв/дм3 м/ч,

При Жо > 10 мг-экв/дм3 м/ч.

Скорость фильтрования в первой ступени принята в зависимости от жесткости исходной воды:

Жо = 6,20 мг.экв/л м/ч.

Скорость фильтрации в фильтре второй ступени принимаем такой же, поскольку приняли одинаковые фильтры первой и второй ступеней.

Коэффициент собственных нужд химводоочищенной воды

Количество сырой воды, поступающей на химводоочистку:

Площадь фильтров:

Диаметр фильтра:

Выбираем фильтр ФИПа I-1,0-0,6 Na, c характеристиками:

- Диаметр фильтра: dф = 1000 мм.

- Высота слоя катионита: hкат = 2 м.

Полная площадь фильтрования:

Полная емкость фильтра:

где Ер = 1000 г-экв/м3 - рабочая обменная емкость сульфоугля при Nа-катионировании для катионита КУ-2 8.

Количество соли на одну регенерацию:

,

где , тогда ,

но учитывая реальный расход соли на регенерацию, который примерно вдвое больше расчетного, т.к. часть соли не прореагировав проскакивает через фильтр, получаем:

.

Тогда исходя из выше сказанного, примем

.

Этого количества соли хватит на следующий объем:

.

Период регенерации фильтров:

Число регенераций в неделю

раз

Расход соли на 1 регенерацию:

,

где b - удельный расход соли на регенерацию, b=120 г/г-экв.

Суточный расход соли:

В данном оборудовании на время регенерации фильтра работает только одна ступень катионирования.

5. КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ

Проектирование новых и реконструкция существующих котельных установок независимо от мощности должно производиться в соответствии с требованиями СНиП II-35-76.

Компоновка оборудования котельной должна быть закрытой, т.к. район Екатеринбурга имеет расчетную температуру наружного воздуха -32 °С. При закрытой компоновке все оборудование котельной располагается в помещении.

Размеры пролетов зданий и сооружений и шаг колонн следует принимать кратными 6 м. Котлы устанавливаются, как правило, в одноэтажной части здания по фронту с расстоянием между котлами не менее 1-2 м. Вспомогательное оборудование располагают в двухэтажной (иногда в одноэтажной) части здания. Для расширения котельной (при монтаже паровых или водогрейных котлов) оставляется свободным от установки вспомогательного оборудования торец здания, так называемый «временный торец».

На рис. 5.1-5.2 приведена компоновка оборудования одноэтажной котельной с тремя котлами ДЕ-10-14, разработанная в качестве типовой институтом «Сантехпроект». Котельная предназначена для теплоснабжения потребителей II категории. Основным топливом в котельной является природный газ, резервным - мазут. Строительная часть котельной выполняется из сборных железобетонных конструкций.

1 - фильтр Н-катионитный 1-й ступени;

2 - бак;

3 - блок насосов декарбонизированной воды;

4 - декарбонизатор;

5 - фильтр Н-катионитный буферный;

6 - блок приготовления исходной воды;

7 - фильтр Na-катионитный 1-й ступени;

8 - фильтр Na-катионитный 2-й ступени;

9 - таль ручная передвижная;

10 - верстак слесарный;

11 - блок насосов горячего водоснабжения;

12 - блок сетевых насосов;

13 - крупноблочная установка горячего водоснабжения;

14 - блок сепаратора непрерывной продувки;

15 - дымосос;

16 - крупноблочная деаэрационная питательная установка;

17 - дутьевой вентилятор;

18 - чугунный водяной экономайзер;

19 - котел;

20 - блок редукционной установки;

21 - блок подогревателей сетевой воды;

22 - блок холодильника отбора проб;

23 - газоход котла;

24 - всасывающий воздухопровод;

25 - дымовая труба.

9 - таль ручная передвижная;

11 - блок насосов горячего водоснабжения;

13 - крупноблочная установка горячего водоснабжения;

15 - дымосос;

18 - чугунный водяной экономайзер;

19 - котел;

20 - блок редукционной установки;

22 - блок холодильника отбора проб;

23 - газоход котла;

24 - всасывающий воздухопровод;

25 - дымовая труба.

6. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Исходные данные из расчета котла:

1. Номинальная паро-производительность: Dном = 10 т/ч= 2,778 кг/с.

2. Расход топлива (природного газа) на один котел, эту величину нужно считать для своего топлива, кг/с:

,

где - заданная величина непрерывный продувки (из верхнего барабана), равная , где - уточненная паропроизводительность котельной (п. 2.9).;

- уточненное процентное количество воды непрерывной продувки, (п. 4.1). Выполним уточняющий расчет:

;

- энтальпия кипящей воды, определяется при давлении воды в барабане, ;

- энтальпия сухого насыщенного пара при заданном давлении в барабане Рб, ;

- энтальпия питательной воды на входе в ВЭК при (уже рассчитана как ):

;

- коэффициент полезного действия котла (в долях), =92,1% [3. Стр.250 таблица 8.20].

- низшая теплота сгорания газа [5. Стр.140 таблица 4].

3. Водяной экономайзер типа ЭП2-236 [3. Таблица 8.20, стр 248 ].

4. Тип горелки: ГМ-7 [3. Таблица 8.20, стр 248 ].

5. Аэродинамическое сопротивление горелки при tв=30о С, hГ=1,1 кПа [3. Таблица 7.53, стр. 212 ].

6. КПД котла, .

7. Число котлов - 2.

8. Температура питательной воды на входе в водяной экономайзер tпв = tпит = =95,153 єС.

9. Температура уходящих дымовых газов на выходе из экономайзера tух= 146 єС [3. Стр.250 таблица 8.20].

10. Температура «холодного» воздуха: tх.в = 30 єС.

11. Коэффициент расхода воздуха в топке =1,1.

12. Коэффициент расхода воздуха в уходящих газах=1,5.

13. Площадь сечения для прохода продуктов сгорания F = 0,25 м2.

14. Характеристики дымовых газов месторождения Барса-Гельмес-Вышка-Небит-Даг:

- Плотность газа при нормальных условиях 0 = 0,778 кг/м3 [5. Таблица4, стр. 140].

- Объем продуктов сгорания . [4. Таблица13, стр 152].

- Теоретически необходимый объем воздуха . [4. Таблица13, стр 152].

6.1 Сопротивление участков тракта дымовых газов

Дымовые газы выходят из экономайзера с температурой tух и объемом Vух1 при . В процессе движения по газоходу от котла до дымовой трубы в дымовые газы подсасывается еще немного холодного воздуха (Д), за счет этого объем газов на входе в дымовую трубу еще увеличивается на величину Д.

Определяем объемы Vух, м3/м3:

,

Температура дымовых газов перед дымовой трубой за счет разбавления холодным воздухом уменьшается до значения [2. формула 7.1)], оС:

.

В самом газоходе температура tср газов берётся средней между значениями на выходе из экономайзера и на входе в трубу:

.

Расход продуктов сгорания в газоходе, в том числе и через дымосос
[2. формула 7.2)], м3/с:

,

Сечение газоходов и боровов (подземных газоходов) подбирают по скорости движения газов (w = 2-6 м/с) из условия возможности проникновения в них при чистке и ревизии. Для боровов выбранные «а и в» (а ~ 0,6…1,5 м, в ~1…2 м).

Площадь сечения газохода, м2:

,

где щ - расчетная скорость газов в ВЭК, м/с.

 ,

где, F - площадь сечения для прохода продуктов сгорания F= 0,348 м2;

Vо - объёмный расход дымовых газов при tух= 146 єС, м3/с.

.

Fав = F

Сечение борова м2: , откуда сторона газохода:

.

Принимаем а=0,5 м, тогда

Принимаем сечение газохода 800Ч1000 мм (из условия для возможности проникновения в них при чистке и ревизии).

Проверяем скорость,

.

(Попадаем в нужный диапазон w = 2-6 м/с)

Эквивалентный диаметр борова [2. формула (7.9)], м:

,

где F - площадь живого сечения канала, м2;

U - полный периметр сечения, омываемый протекающей средой, м.

.

Сопротивление газового тракта от топки котла до дымососа и от дымососа до выхода газов из дымовой трубы состоит из суммы сопротивлений участков [2. формула (7.3)], Па:

где hэк - аэродинамическое сопротивление водяного экономайзера [3. Таблица 9.2, стр. 317 ] hэк= 343 Па

hк - сопротивление котла, по [2. таблица 16] hк =720 Па;

hБ - суммарное сопротивление боровов-газоходов котла, Па;

hЗ - сопротивление заслонки на дымососе принимается равным 20 Па;

hД.ТР. - сопротивление дымовой трубы, Па (расчет в пункте 6.2)

НС - самотяга дымовой трубы, Па (расчет в пункте 6.2)

Аэродинамическое сопротивление участка тракта [2. формула (7.4)], Па:

,

где сопротивление трения на отдельном участке, Па;

местные сопротивления на участке газохода, Па.

Сопротивление трения [2. формула (7.5)], Па:

,

где - коэффициент сопротивления трения, для стального газохода =0,02;

l - суммарная длина газохода - канала, l =6+4+2=12 м;

- скорость протекающей среды, = 4 - 8 м/с;

- эквивалентный (гидравлический) диаметр, м;

- плотность протекающей среды, кг/м3.

Объемная плотность газа кг/м3:

,

где - плотность дымовых газов при нормальных условиях [5. Таблица 4, стр. 140].

Местные сопротивления [2. формула (7.9)], Па:

,

где - коэффициент местного сопротивления, зависящий от геометрической формы участка (а иногда и от критерия Рейнольдса). Для всего газового тракта (от котла до устья дымовой трубы) принимаем, что скорость газа одна и та же (= 4- 8 м/с). По [2. таблица 15]:

- плавное расширение (выход из ВЭК вход в газоход перед дымососом) принимаем =0,12;

- колено 90є - 2 места, принимаем =1,2.

- колено 45є (плавный поворот) - 2 места, принимаем =0,355.

- расширение канала в трубу,

.

Для всего газового тракта принимаем, что скорость газа .

.

.

6.2 Сопротивление дымовой трубы. Расчет самотяги

Суммарный расход газов от всех подключенных к трубе котлов при номинальной нагрузке и скорости газов на выходе из трубы, (принимается = 8-15 м/с.) рассчитывается внутренний диаметр трубы (для кирпичной - на выходе газов):

, м3/с

где nk - число котлов, nk=2 шт.

.

Принимаем скорость .

Диаметр трубы расчетный верхний, м:

,

.

Скорость газов на выходе из дымовой трубы и высота трубы определяют условия рассеивания газов в районе расположения котельной. Максимальная концентрация вредных газов уменьшается с увеличением высоты трубы и выходной скорости газов.

Принимаем стальную трубу с диаметром 1 м и высотой H=20 м.

Проверка скорости:

попадаем в нужный диапазон (8-15 м/с).

Сопротивление трения для стальной трубы Па:

где - коэффициент трения для стальной трубы, =0,02.

Местные сопротивления [2. формула (7.9)], Па:

,

где - коэффициент местного сопротивления, для всех труб .

Величина самотяги для дымовой трубы [2. формула (7.11)], Па:

,

где Н - высота дымовой трубы, м;

tТР - средняя температура газового потока на данном участке (в дымовой трубе), °С;

g - ускорение силы тяжести, g=9,81 м/с2;

- температура наружного (холодного) воздуха, °С.

.

.

Сопротивление дымовой трубы:

Проверка на подсос воздуха в тракте:

Т.к. на выходе из дымососа отрицательное давление - продукты сгорания не будут просачиваться в помещение котельной.

6.3 Сопротивление участков воздушного тракта