Главная
База знаний "Allbest"
Физика и энергетика
Проектирование производственно-отопительной котельной населенного пункта
Проектирование производственно-отопительной котельной населенного пункта
Расчёт тепловых нагрузок производственных и коммунально-бытовых потребителей тепла населенного пункта. Тепловая схема производственно-отопительной котельной, составление ее теплового баланса. Подбор вспомогательного оборудования, компоновка котельной.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.03.2015 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Расчёт тепловых нагрузок производственных и коммунально-бытовых потребителей тепла
- 1.1 Расход теплоты на горячее водоснабжение
- 1.2 Расход теплоты на технологические нужды
- 2. Построение годового графика тепловой нагрузки
- 3. Расчёт принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной
- 3.1 Определение параметров воды и пара
- 3.2 Расчёт редукционно-охладительной установки (РОУ)
- 3.3 Расчёт сепаратора непрерывной продувки
- 3.4 Расчёт расхода химически очищенной воды
- 3.5 Расчёт пароводяного подогревателя сырой воды
- 3.6 Расчёт деаэратора
- 4. Составление теплового баланса котельной
- 5. Выбор типа, размера и количества котлоагрегатов
- 6. Расчет теоретических и действительных объемов продуктов сгорания
- 7. Определение энтальпий продуктов сгорания и воздуха
- 8. Тепловой баланс котельного агрегата
- 9. Определение годового расхода топлива
- 10. Тепловой и конструкционный расчет водного экономайзера
- 11. Расчёт и подбор вспомогательного оборудования котельной
- 12. Компоновка котельной
- 13. Заключение
- 14. Литература
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.
отопительная котельная тепловой баланс
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.
1. Расчёт тепловых нагрузок производственных и коммунально-бытовых потребителей тепла
Таблица 2.1 - 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 |
Количество жителей в поселке, чел |
|
|
У всех |
Хлебозавод 100 работающих |
20 |
- |
- |
- |
5,1 |
4000 |
||
|
У всех |
Банно-прачечный комбинат |
20 |
- |
- |
- |
||||
|
У всех |
Животноводческая ферма на 2000 голов |
50 |
|||||||
|
7 |
Детский сад на 50 детей |
> 10 |
4 |
Поликлиника на 50 посетителей |
> 10 |
0 |
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
Фот, Фв, Фг. в Фт - максимальные потоки теплоты, расходуемой всеми потребителями системы теплоснабжения соответственно на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды, Вт; kз - коэффициент запаса, учитывающий потери теплоты в тепловых сетях, расход теплоты на собственные нужды котельной и резерв на возможное увеличение теплопотребления хозяйством, kз = 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.
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 qот и qв - удельные отопительная и вентиляционная характеристики здания, Вт/ (м3оС); Vн - 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/ (tв - tн).
Хлебозавод:
а=0,54+22/ (tв-tн) =0,54+22/ (16- (-32)) =2,72
Банно-прачечный комбинат:
а=0,54+22/ (15- (-32)) =2,67
Животноводческая ферма:
а=0,54+22/ (10- (-32)) =2,44
Поликлиника:
а=0,54+22/ (20- (-32)) =2,90
Детский сад:
а=0,54+22/ (20- (-32)) =2,90
1.1 Расход теплоты на горячее водоснабжение
Средний поток теплоты, Вт, расходуемой за отопительный период на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий находят по формуле:
где qг. 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 Gv - часовой расход горячей воды, м3/ч; в - плотность воды, принимается равным 983 кг/м3; Св - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/ (кгоС); tг - расчетная температура горячей воды, равная 55 оС; tх - 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 (tг =40.60 оС) для санитарно-технических нужд (подмывание вымени, мытье молочной посуды, доильных аппаратов, молокопроводов, шлангов и другого оборудования, уборка помещений), подсчитывают по формуле
(1.11)
где - коэффициент неравномерности потребления горячей воды в течение суток, принимают = 2,5; ni - число животных данного вида в помещении; gi - 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 (tг = 10.20 оС) для поения животных
(1.12)
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
Для общественных зданий Поликлиника, Детский сад:
,
Для производственных зданий: хлебозавод
Банно-прачечный комбинат
Животноводческая ферма на 2000 голов:
На расход мытья:
Определим поток теплоты, расходуемый на горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий в летний период.
Для общественных зданий Поликлиника, Детский сад:
Для производственных зданий:
Банно - прачечный комбинат:
Хлебозавод:
Животноводческая ферма:
На расход мытья:
1.2 Расход теплоты на технологические нужды
Поток теплоты, Вт, расходуемой на технологические нужды ремонтных мастерских и автогаражей, подсчитывают по формуле
(1.15)
где - коэффициент спроса на теплоту, равный 0,6.0,7; G - расход теплоносителя (воды или пара), кг/ч; h - энтальпия теплоносителя, кДж/кг; hвоз - энтальпия обратной воды или возвращаемого конденсата, кДж/кг (можно принять hвоз = 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 tсм определяют по формуле
(1.16)
Расход горячей воды (tсм = 60 оС) для автогаражей
(1.17)
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
(1.18)
где - коэффициент неравномерности потребления теплоты на технологические нужды в течение суток, принимают = 4; Mi - количество подлежащего тепловой обработке корма данного вида в суточном рационе одного животного, кг (таблица В.4); di - удельный расход пара или горячей воды на обрабатываемый корм данного вида, кг/кг (таблица В.4); hi - энтальпия используемого пара или горячей воды, кДж/кг; ni - число животных данного вида в помещении.
Поток теплоты, Вт, расходуемой на пастеризацию молока
(1.19)
где mм - масса молока, обрабатываемая в пастеризаторе, кг/ч; См - теплоемкость молока, равная 3,94 кДж/ (кгоС); 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
(1.20)
где
dф - расход пара на пропаривание одной фляги (0,2 кг); n - число фляг; hп - энтальпия пара, кДж/кг (при избыточном давлении 39,2 кПа hп = 2636 кДж/кг).
Результаты расчетов тепловой нагрузки объектов проектирования сводят в табл.1.2.
Животноводческая ферма:
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 |
20000 |
913920 |
476000 |
4751,82 |
1394671,82 |
|
|
Хлебозавод |
-30 |
10 |
50000 |
891576 |
1465800 |
182003 |
2539379 |
|
|
Банно-прачечный Комбинат |
-30 |
15 |
20000 |
1104312 |
613800 |
59540 |
1777,652 |
|
|
Поликлиника |
-30 |
20 |
10000 |
633360 |
125400 |
32000 |
790760 |
|
|
Детский сад |
-30 |
20 |
10000 |
588120 |
45600 |
61000 |
694720 |
|
|
Сумма |
Фот=4131288 |
Фв=2726600 |
Фг. в=339294,82 |
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. Средневзвешенная расчётная внутренняя температура определяется по выражению:
tв. ср. =, (2.1)
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:
tв. ср. = (20000*16+50000*10+20000*15+10000*20+10000*20) /110000=13,8° С
Годовой расход теплоты, ГДж/год:
(2.2)
где F - площадь годового графика тепловой нагрузки, мм2; mф и m - масштабы расхода теплоты и времени работы котельной, соответственно Вт/мм и ч/мм. F=6962 мм2 mф=66666 Вт/мм m=50 ч/мм
Qгод=3,6*10-6*6962*66666*50=83543 ГДж/год.
3. Расчёт принципиальной тепловой схемы производственно-отопительной котельной
Тепловая схема №17.
Исходные данные для расчёта тепловой схемы котельной.
Пар для технологических нужд производства имеет параметры:
Р1=1,38 МПа; х1=0,98; DТ =6,98 кг/с.
Температура сырой воды tсв=40С.
Давление пара после РОУ Р2=0,113 МПа.
Сухость пара на выходе из расширителя непрерывной продувки х2=0,96.
Потери пара в котельной в процентах от Dcут, dут=5 %.
Расход тепловой воды на непрерывную продувку в процентах от Dcут dпр=4%.
Расход тепла на подогрев сетевой воды Qб=19,513 МВт
Температура воды на выходе из сетевых подогревателей t/1=870C.
Температура в обратной линии теплосети t/2=480C.
Температура воды перед и после ХВО tхво=290С.
Температура конденсата на выходе из бойлера tкб=750С.
Потери воды в тепловой сети dТС=1,5%.
Температура конденсата после пароводяного подогревателя сырой воды t // к1=850С.
Температура продуктов горения перед экономайзером, tух1 =3200С.
Температура продуктов горения за экономайзером, tух2 =1600С.
3.1 Определение параметров воды и пара
При давлении Р1=1,36 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=0,113 МПа в состоянии насыщения имеем t2=103 0С, i // 2=2681 кДж/кг, i/2=432,84 кДж/кг, r2=2252,8 кДж/кг.
Энтальпия влажного пара на выходе из котлоагрегата:
iх1=i // 1 - (1-х1) •r1 = 2788- (1-0,98) •1961=2748,78 кДж/кг.
Энтальпия влажного пара на выходе из расширителя:
iх2=i // 2 - (1-х2) •r2 = 2681- (1-0,96) •2252,8=2590,888 кДж/кг.
Энтальпия воды при температуре ниже 1000С может быть с достаточной точностью определена без использования таблиц по формуле:
iв=Св•tв,
где Св=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;
iк - энтальпия конденсата, кДж/кг;
зn - коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом и трубопроводами в окружающею среду (зn=0,95).
Схема водоподогревательной установки.
Определим расход воды через сетевой подогреватель из уравнения теплового баланса:
.
кг/с.
Потери воды в тепловой сети заданы в процентах от Wб:
кг/с.
Подпиточный насос подаёт в теплосеть воду из деаэратора с энтальпией i/2=432,84 кДж/кг в количестве WТС.
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.
iкб=Cвtкб=4, 19*75=314.25кДж/кг
2. Определение расхода пара на подогрев сетевой воды и на технологические нужды.
Расход тепла на технологические нужды составит:
,
где
iко - средневзвешенная энтальпия конденсата от технологических потребителей: iко=iсв
kДж/с.
;
iк1=356,2 кДж/кг; tк1=85 0С; iсв=20,95 кДж/кг; tк1=4 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=DТ.
3. Ориентировочное определение общего расхода свежего пара.
Суммарный расход острого пара Dг на подогрев сырой воды перед химводоочисткой и деаэрацию составит 3-11% от Dc.
Примем Dг=0,03•D0=0,03•11,991=0,359 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 Dред 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:
Рисунок 3.3 - 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 dпр в процентах от Dcyт.
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.
Потери конденсата от технологических потребителей:
кг/с.
В случае отсутствия возврата конденсата от технологических потребителей W2=6,98=DТ.
Потери продувочной воды Wр=0,404 кг/с.
Потери пара внутри котельной заданы в процента от Dcyh.
кг/с.
Потери воды в теплосети WТС=0,81 кг/с.
Потери пара с выпаром из деаэратора могут быть определены только при расчёте деаэратора. Предварительно примем Dвып=0,05 кг/с.
Общее количество химически очищенной воды равно:
(3.11)
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 Wсв=К•Wхво=1, 20•8,861 =10,6332 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 tсв1=7 0C.
Расход редуцированного пара в подогреватель сырой воды:
кг/с
Произведём уточнение ранее принятого расхода Dвып. Суммарный расход деаэрируемой воды:
кг/с
кг/с.
3.6 Расчёт деаэратора
Неизвестными при расчёте являются расход деаэрированной воды Wд и расход пара на деаэрацию. Запишем уравнение теплового и массового балансов (предположим для деаэратора зn=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=0,17МПа). 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 (Dg).
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 (Dвып) по имеющимся опытным данным ЦКТИ составляет 2+4 кг на 1 тонну деаэрированной воды. В курсовом проекте следует принять: Dвып=0,003*Wz, где Wz - суммарный расход деаэрируемой воды.
Энтальпия пара (выпара) принимается равной энтальпии сухого насыщенного пара при данном давлении (Э2”). Деаэрированная вода (Wg) 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.
;
,
Dd= 0,039+Wd - 8,861 - 0,458 - 3,88 - 0,090
Dd= Wd - 13,25
(Wд-13,25) •2681+8,861•125,7+0,458•356,2+3,88•314,25+0,090•2590,8=
=Wд•432,84+0,039•2681;
Wд•2248,16=36898,373; Wд=14,633 кг/с;
Dд= Wд-13,25=14,633-13,25=1,383 кг/с.
Проверка точности расчёта первого приближения. Из уравнения массового баланса линии редуцированного пара определяем значение Dд:
Dд= Dред - Dб - Dсв=5,53 - 3,88 - 0,458=0, 192 кг/с.
При расчёте деаэратора получено Dд=1,383 кг/с. Ошибка расчёта составляет 86,1%. Допустимое расхождение 3%. Следовательно необходимо провести второй цикл приближений.
Уточнённый расчёт РОУ.
Расход редуцированного пара:
Dред= Dд+ Dсв+ Dб=1,383+0,458+3,88=5,721 кг/с.
D1=Dред - W1
(
D1=Dред - W1=5,721-0,167=5,554 кг/с
Общий расход свежего пара:
D0= D1+ DТ=5,554+6,98=12,534 кг/с
Уточнённый расход тепловой схемы.
1. Расчёт расширителя непрерывной продувки:
кг/с;
кг/с;
кг/с.
2. Расчёт расхода химически очищенной воды:
кг/с;
Wхво=W2+ Wp+DYT+ WТС+Dвып=6,98+0,416+0,626+0,81+0,039=8,871кг/с;
Wсв=К•Wхво=1,2•8,871=10,645 кг/с.
3. Расчёт пароводяного подогревателя сырой воды:
кг/с.
4. Суммарный расход деаэрируемой воды:
кг/с;
Dвып=0,003•W?=0,003•13, 199=0,039 кг/с;
5. Расчёт деаэратора:
Dд=Wд+ Dвып-Wхво-Dсв - Dб - Dр= Wд+0,039-8,871-0,458-3,88-0,085=Wд - 13,255;
(Wд-13,255) •2681+8,871•125,7+0,458•356,2+3,88•314,25+0,085•2590,8= =Wд•432,84+0,039•2681;
Wд•2248,16=32923,4817;
Wд=14,644 кг/с; Dд=14,644-13,255=1,389 кг/с.
Проверка математического баланса линии дедуцированного пара.
Имеем:
Dд= Dред - Dcв - Dб = 5,721-0,458-3,88=1,383 кг/с.
Из расчёта деаэратора Dд=1,389 кг/с. Расхождение составляет 0,4%, дальнейших уточнений не требуется.
Определение полной нагрузки на котельную. Полная нагрузка определяется по формуле:
Dcyh= D1+ DТ +DYT = 5,554+6,98+0,626=13,16 кг/с.
В то же время:
Dcyh=Wд-W1-WТС-Wпр=14,644-0,167-0,81-0,501=13,166 кг/с.
4. Составление теплового баланса котельной
Здесь: Wпв=Wд-W1-Wтс=14,644-0,167-0,81=13,667 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):
51,95+24,91=76,86%
Суммарные потери теплоты:
q?=100-зсх=100-76,86=23,14%
Основные составляющие потерь теплоты:
1. Потери от утечек свежего пара
2. Потери в окружающую среду в бойлере
,
1, 195%
3. Потери с водой при производстве химводоочистки:
0,59%
4. Потери теплоты со сбрасыванием в барботер продувочной водой (после пароводяного подогревателя)
5. Потери в окружающую среду в подогревателе сырой воды:
0,14%
6. Потери выпаром:
7. Потери в окружающую среду в пароводяном подогревателе:
Итого имеем
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 4-5;
2) устанавливаемые котлоагрегаты должны иметь одинаковую производительность.
Выбираем котёл КЕ-10-14 с паропроизводительностью 2,78 кг/с.
Определим количество котлов, которые необходимо установить для покрытия всей нагрузки:
где Dсум. - общая паропроизводительность котельной;
Dк - паропроизводительность одного котла.
котлов.
Перегруз 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 |
|||
|
Челябинский бурый уголь |
17,0 |
24,9 |
0,7 |
0,5 |
41,8 |
3,0 |
1,0 |
11,1 |
15,8 |
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. (41,8+0,376. (0,5+0,7)) +0,265.3-0,033.11,1=4,189 м/кг.
Объем трехатомных газов:
V=0,0186. (С+0,375. (S+ S)) =0,0186. (41,8+0,375. (0,7+0,5) =0,785 м/кг.
Объем азота:
V=0,79. V+0,008. N=0,79.4,189+0,008.1=3,389 м/кг.
Объем водяных паров:
V=0,111. Н+0,0124. W+0,0161. V =0,111.3+0,0124.17+0,0161.4,189= =0,611 м/кг.
Теоретически полный объем продуктов сгорания:
Коэффициент избытка воздуха на выходе из топочной камеры задан: бт=1,3. Величина присосов воздуха в газоходе экономайзера Дбэ=0,10.
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
С установкой экономайзера.
Температура уходящих газов tух2 = 160°C.
=279,8 кДж/м3; =208 кДж/м3;
=243,4 кДж/м3; =213 кДж/м3,
Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре tух2
Без установки экономайзера. Температура уходящих газов tух1 = 320°C.
=602,6кДж/м3; = 419 кДж/м3; =495,8 кДж/м3; = 430,8 кДж/м3,
Энтальпия действительных объемов продуктов сгорания при температуре tух1
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, 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:
Потери тепла с уходящими газами определяются по формуле:
Схв=1,3 кДж/м3 - удельная ёмкость 1 м3воздуха в интервале температур 0 - 100
В связи с тем, что объёмы продуктов сгорания рассчитываются препложении полного сгораниия топлива, в уравнение введена поправка на величину q4 - механической неполноты сгорания: q3=0,5%; q4=7%.
Для бурого угля: Qнр=15,8 МДж/кг. tхв=29.
Iхвo=Vв. оtхв. Схв=4,189.29. 1,3=157,9253 кДж/кг
С экономайзером.
Потери теплоты с уходящими газами:
Из таблицы 8.2 для выбранного в результате расчета тепловой схемы котельной котлоагрегата имеем: q5c=1,7 %
Из расчета тепловой схемы имеем:
Dка=2,78/с, i/1=826 кДж/кг, i/2=432,84 кДж/кг, dпр=4%,
ix1=2748,78 кДж/кг
Расход топлива, подаваемого в топку:
Расход полностью сгоревшего в топке топлива:
Без экономайзера.
Потери теплоты с уходящими газами
Из таблицы 8.2 q5б=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
(Dка =2,78 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 показатель, 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, .
Температурный напор:
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 для всех парогенераторов КЕ равна , а ширина для выбранного нами парогенератора КЕ-10 равна . Приняв с учетом вышеприведенных рекомендаций относительные шаги труб поперек движения газов и походу движения , радиус изгиба труб , произведем расстановку труб экономайзера.
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:
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 Vп. б. Вместимость конденсатных баков, м3, подсчитывают по формуле:
(11.1)
где p - доля возвращаемого конденсата (принимают p = 0,7).
Mпв - расход питательной воды при расчетной нагрузке котельной, кг/с.
Mпв=D0+0,1D0=12,534+0.1*12,534=13,7874 кг/с (11.2)
Vкб=3,6*13,7874*0,7=34,74 м3
Мощность, кВт, потребляемая центробежным насосом с электроприводом, определяется по формуле:
, (11.3)
где Gн - подача насоса, м3/ч;
Pн - 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
(11.4)
где Pк - избыточное давление в котле, кПа.
Gпн=1,1*3Dка=1,1*3*46,33=152,9т/ч (11.5)
Р= (152,9*1500) / (3600*0,85) =74,95 кПа
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 Gп, рассчитанному по выражению
Gсн=3,6*Фр/ (4, 19* (tп-t0) *с0), (11.6)
где tп и t0 - температуры прямой и обратной сетевой воды.
Gсн= (3,6*8921842,1) / (4, 19* (89-44) *977,8) =174 т/ч
Напор, развиваемый сетевым насосом, зависит от общего сопротивления тепловой сети. Ориентировочно принимают Pс. н = 200.400 кПа.
Р= (381*310) / (3600*0,85) =38,6 кПа
Насос НКу-250 с двигателем АИР200L2 с Pдвиг = 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:
Gпп= (3,6* (Фгв+Фтнв) / (4, 19* (tп-t0) *с0)) +0,03Gп, (11.7)
где Фгв-тепловая нагрузка на ГВС;
Фтнв-тепловая нагрузка на технологические нужды.
Gпп= (3,6* (6763211,82+286061,5) / (4, 19* (89-44) *977,8)) +0,03*381=149,07 т/ч
Напор, развиваемый подпиточными насосами - Pпп = 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= (149,07*400) / (3600*0,85) =19,5 кПа
Насос Кс-20-50/2 с двигателем АИР112М2У3 с Рдвиг=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:
(11.8)
где Gvp - расчетный расход исходной воды, м3/ч; - период между регенерациями катионита (принимают равным 8.24 ч); Hо=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:
(11.9)
где 4,5 - расход воды на регенерацию 1 м3 катионита, м3; Gvи - расход исходной воды, м3/ч. Gvи равен количеству воды подаваемой подпиточным насосом Gvи = Gпп.
Gvp=149,07+ (4,5*149,07*7,6/290) =166,6 м3/ч
Vкат=166,6*12*7,6/290=52,39 м3/ч
Расчетная площадь поперечного сечения фильтра:
, (11.10)
где h - высота загрузки катионита в фильтре, равная 2.3 м; n - число рабочих фильтров (1.3).
По таблице подбирают фильтры с площадью поперечного сечения F, близкой к расчетной Fр (с запасом в сторону увеличения). Дополнительно к выбранному количеству фильтров устанавливают один резервный.
Диаметр 1500 мм, высота слоя катиона 2 м, площадь 1,72 м2.
Определяем фактический межрегенерационный период , ч, и число регенераций каждого фильтра в сутки nр:
(11.11)
(11.12)
где F - площадь поперечного сечения выбранного фильтра, м2; 1,5 - продолжительность процесса регенерации, ч.
Число регенераций в сутки по всем фильтрам:
. (11.13)
Для регенерации натрий-катионовых фильтров используют раствор поваренной соли NaCl (6.8%). Расход соли, кг, на одну регенерацию фильтра определяют по формуле:
(11.14)
где a - удельный расход поваренной соли, равный 200 г/ (гэкв).
Суточный расход соли по всем фильтрам:
(11.15)
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:
. (11.16)
Тогда при высоте загрузки соли h = 0,6 м диаметр солерастворителя, м:
(11.17)
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.
Подобные документы
Составление принципиальной схемы производственно-отопительной котельной промышленного предприятия. Расчет тепловых нагрузок внешних потребителей и собственных нужд котельной. Расчет расхода топлива и мощности электродвигателей оборудования котельной.
курсовая работа [169,5 K], добавлен 26.03.2011Разработка тепловой схемы производственно-отопительной котельной. Расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования. Составление схемы трубопроводов и компоновка оборудования. Основные принципы автоматизации котельного агрегата паровой котельной.
дипломная работа [293,3 K], добавлен 24.10.2012Расчет тепловых нагрузок. Определение паропроизводительности котельной. Конструктивный тепловой расчет сетевого горизонтального пароводяного подогревателя. Годовое производство пара котельной. Схема движения теплоносителей в пароводяном теплообменнике.
контрольная работа [4,0 M], добавлен 15.01.2015Общая тепловая мощность котельной установки без учета потерь и расхода на собственные нужды. Выбор различных подогревателей, насосов и другого вспомогательного оборудования. Расчёт воздушного тракта, выбор дутьевого вентилятора и электродвигателя к нему.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 31.03.2015Определение сезонных и круглогодичных тепловых нагрузок, температуры и расходов сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе. Гидравлический и тепловой расчет паропровода, конденсатопровода и водяных тепловых сетей. Выбор оборудования для котельной.
курсовая работа [408,7 K], добавлен 10.02.2015Составление сводной таблицы тепловых нагрузок котельной. Техническая характеристика вспомогательного оборудования газовоздушного тракта. Расчёт пароводяного подогревателя сетевой воды. Компоновка тепломеханического оборудования промышленной котельной.
курсовая работа [828,8 K], добавлен 18.04.2013Расчет тепловых нагрузок отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, температур сетевой воды, расходов сетевой воды. Гидравлический расчет паропровода. Принципиальная тепловая схема котельной. Расчет контактного теплообменника с активной насадкой.
курсовая работа [198,2 K], добавлен 11.10.2008Определение тепловых нагрузок и расхода топлива для расчета и выбора оборудования котельных. Подбор теплообменников. Составление тепловой схемы производственно-отопительной котельной. Подбор агрегатов. Расчет баков и емкостей, параметров насосов.
курсовая работа [924,0 K], добавлен 19.12.2014Расчет тепловой схемы отопительной котельной. Гидравлический расчет трубопроводов котельной, подбор котлов. Выбор способа водоподготовки. Расчет насосного оборудования. Аэродинамический расчет газовоздушного тракта котельной. Расчет взрывных клапанов.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 16.05.2017Расчет тепловых нагрузок отопления вентиляции. Сезонная тепловая нагрузка. Расчет круглогодичной нагрузки, температур и расходов сетевой воды. Расчет тепловой схемы котельной. Построение тепловой схемы котельной. Тепловой расчет котла, текущие затраты.
курсовая работа [384,3 K], добавлен 17.02.2010
