3. Подбор вспомогательного оборудования котельной
3.1. Подбор теплообменника для системы горячего водоснабжения
Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.
В различных отраслях промышленности, в энергетических установках применяется огромное количество разнообразных теплообменных аппаратов. Наиболее широкое распространение получили кожухотрубные теплообменники.
В зависимости от теплоносителя водоподготовительные установки делятся на водоводяные и пароводяные теплообменники. В курсовом проекте к установке принимаем водоводяные рекуперативные теплообменники, которых теплопередача от греющего теплоносителя к нагреваемому происходит через разделяющую их стенку трубы и в качестве теплоносителя используется горячая вода.
Для расчета необходимо знать нагрузку и температуры воды на входе и выходе из теплообменника как для греющей, так и для нагреваемой среды. Кроме того, принимаем запас по нагрузке равным 5% и потери давления равными 5 кПа. Расчет теплообменника приведён в таблице 9.
Таблица 9
Подбор теплообменного аппарата для СГВ
№ п/п |
Параметр |
Среда |
Ед. изм. |
|
греющая |
нагреваемая |
|||
1 |
Исходные данные |
|||
1.1. |
Нагрузка |
1493 |
кВт |
|
1.2. |
Температура воды на входе |
95 |
5 |
°С |
1.3. |
Температура воды на выходе |
70 |
60 |
°С |
1.4. |
Потери давления |
5 |
5 |
кПа |
1.5. |
Запас по нагрузке |
5 |
% |
|
2 |
Результаты расчета |
|||
Продолжение таблицы 9
№ п/п |
Параметр |
Среда |
Ед. изм. |
|||
греющая |
нагреваемая |
|||||
2.1. |
Марка теплообменника |
FP 31-51-1 NH |
||||
2.2. |
Запас по нагрузке |
82,67 |
% |
|||
2.3. |
Площадь теплообмена |
14,7 |
м2 |
|||
2.4. |
Масса |
443 |
кг |
|||
2.5. |
Расход среды |
53,1 |
23,5 |
т/ч |
||
2.6. |
Потери давления |
4,95 |
2,94 |
кПа |
||
2.7. |
Максимальная рабочая температура |
95 |
°С |
|||
2.8. |
Объем воды |
24,6 |
15,0 |
л |
||
3 |
Габариты |
|||||
3.1. |
Высота |
1332 |
мм |
|||
3.2. |
Длина |
590 |
мм |
|||
3.3. |
Ширина |
560 |
мм |
|||
Подбор насосного оборудования для СО и В и СГВ
1). Подбор насосного оборудования для СО и В.
Насосы сетевые применяются для перекачивания горячей воды в системах тепловых сетей. Насос сетевой, как правило, предназначен для работы с жидкостями, нагрев которых не превышает 181°С. Кроме того, любые виды сетевых насосов предназначены для работы с водой, очищенной от любых примесей.
Данные насосы чаще всего устанавливается в котельных и являются элементом мощных централизованных сетей теплоснабжения (отсюда – соответствующее название «насос сетевой»), а также крупных теплоэнергоцентралей (ТЭЦ).
Число сетевых насосов должно быть не менее двух, один из которых является резервным; при пяти рабочих сетевых насосах в одной группе резервный насос допускается не устанавливать. Место установки сетевого насоса определяется рабочей температурой насоса.
Подпиточный насос служит для обеспечения надежной работы тепловых сетей и местных систем. Устанавливается в тепловом пункте и предназначается для заполнения системы и ее подпитки – возмещение потери (утечки) воды в процессе эксплуатации.
Подпиточный насос должен перемещать незначительное количество воды и развивать сравнительно большое давление, превышающее гидростатическое в системе отопления. Используются специальные моноблочные насосы, а также вихревые лопастные насосы, создающие большое давление при малой подаче. Обычно устанавливают не менее двух насосов (один резервный).
Функциональная схема СО и В приведена на рис.3.
1. Для подбора сетевого насоса требуются следующие формулы:
где:
– потери давления в системе отопления
(сопротивление абонента с.о.), кПа;
– потери
давления в системе абонента, кПа;
– потери
давления в регуляторах, кПа;
– потери
давления в подогревателе горячего
водоснабжения, кПа;
– потери
давления в элеваторе.
(15)
где:
– суммарные потери давления в контуре,
кПа;
– сопротивление
на источнике теплоты, кПа;
– сопротивление
в трубопроводе, кПа.
(16)
где:
требуемый
напор сетевого насоса, кПа;
напор
на всасывающем патрубке насоса, кПа.
(17)
где
напор
сетевого насоса, кПа.
Результаты расчётов по подбору сетевых насосов для системы отопления и вентиляции приведены в таблице 10.
Таблица 10
Сводные данные по расчету и подбору сетевых насосов для СО и В
№ п/п |
Показатель |
Значение |
Единицы измерения |
1. |
Исходные данные |
||
1.1. |
Расход теплоносителя |
139,05 |
м3/ч |
1.2. |
Сопротивление магистрали |
105,00 |
кПа |
1.3. |
Сопротивление на источнике теплоты |
2,25 |
кПа |
1.4. |
Сопротивление абонента с.о. и вентиляции |
5,00 |
кПа |
1.5. |
Суммарные потери давления в контуре |
237,25 |
кПа |
1.6. |
Напор на всасывающем патрубке насоса |
125,00 |
кПа |
1.7. |
Требуемый напор насоса |
362,25 |
кПа |
1.8. |
Запас по напору |
18,11 |
кПа |
1.9. |
Напор насоса |
380,36 |
кПа |
2. |
Технические характеристики насоса |
|
|
2.1. |
Марка |
Wilo BL 50/170-11/2 |
|
2.2. |
Производительность |
77,1 |
м3/ч |
2.3. |
Напор |
46,7 |
м |
2.4. |
КПД насоса |
75,7 |
% |
2.5. |
Количество (с резервным) |
3,0 |
шт. |
2.6. |
Частота |
2935,0 |
об/мин |
2.7. |
Мощность электропривода |
15,0 |
кВт |
Устанавливаем три насоса (2 основных и 1 резервный) марки Wilo BL 50/170-11/2 мощностью 15 кВт (общая цена: 5646 EUR), так как они являются более экономичными в сравнении с другими насосами. А также выбранные насосы являются менее затратными и более экономичными, в сравнении с установкой двух насосов марки Wilo IL 80/200-22/2 мощностью 22 кВт (общая цена: 7296 EUR) для заданных параметров.
2. Для подбора подпиточного насоса использованы следующие формулы:
(18)
где:
объем воды в системе отопления, м3;
м3/ГКал;
максимальная
тепловая нагрузка, ГКал.
(19)
где:
объем воды в системе теплоснабжения,
м3;
объем воды в системе отопления, м3;
объем
воды в источнике отопления, м3.
Вычисляется следующим образом:
,
(20)
где:
– объём котловой воды в 1 котле, м3;
– объём
котловой воды во 2 котле, м3.
,
(21)
где
величина утечки теплоносителя, м3;
,
(22)
где:
статический напор в системе, кПа;
высота
здания, м.
,
(23)
где: требуемый напор подпиточного насоса, кПа;
сопротивление
подпиточной линии, кПа.
,
(24)
где напор подпиточного насоса, кПа.
Результаты подбора подпиточных насосов приведены в таблице 11.
Таблица 11
Сводные данные по подбору подпиточных насосов для СО и В
№ п/п |
Показатель |
Значение |
Единицы измерения |
1. |
Исходные данные |
||
1.1. |
Объём воды в трубопроводе |
65 |
м3 |
1.2. |
Объём воды в с.о. |
11,70 |
м3 |
1.3. |
Объём воды на источнике водоснабжения |
3,54 |
м3 |
1.4. |
Объём воды в системе теплоснабжения |
78,47 |
м3 |
1.5. |
Величина утечки теплоносителя |
5,89 |
м3/ч |
1.6. |
Высота наиболее высокого здания |
12,5 |
м |
1.7. |
Статический напор в системе |
165 |
кПа |
1.8. |
Сопротивление в подпиточной линии (ХВО) |
100 |
кПа |
1.9. |
Требуемый напор насоса |
265 |
кПа |
1.10. |
Запас по напору |
13,25 |
кПа |
1.11. |
Напор насоса |
278,25 |
кПа |
2. |
Технические характеристики насоса |
||
2.1. |
Марка |
Wilo IPL 40/150-3/2 |
|
2.2. |
Производительность |
5,91 |
м3/ч |
2.3. |
Напор |
27,9 |
м |
2.4. |
КПД насоса |
29 |
% |
2.5. |
Количество (с резервным) |
2 |
шт. |
2.6. |
Частота |
2900 |
об/мин |
2.7. |
Мощность электропривода |
3 |
кВт |
Устанавливаем два насоса (основной и резервный) марки Wilo IPL 40/150-3/2 мощностью 3 кВт (общая цена: 1936 EUR), так как они являются более экономичными в сравнении с другими насосами. А также выбранные насосы являются менее затратными и более экономичными, в сравнении с установкой трех насосов марки Wilo IPL 32/160-1,1/2 мощностью 1,1 кВт (общая цена: 2136 EUR) для заданных параметров.
На рис. 7 изображён пьезометрический график, построенный по результатам расчёта сетевых и подпиточных насосов.
Рис.7. Пьезометрический график контура СО и В
3. Расчёты по подбору рециркуляционного насоса, необходимого для циркуляции теплоносителя в котловом контуре, представлены в таблице 12.
Сопротивление в водяном контуре котла выбирается, в соответствии с характеристиками котлоагрегата, приведёнными в паспорте оборудования (см. приложение).
Таблица 12
Сводные данные по расчёту рециркуляционного насоса для СО и В
№ п/п |
Показатель |
Значение |
Единицы измерения |
1. |
Исходные данные |
||
1.1. |
Расход теплоносителя |
40,40 |
м3/ч |
1.2. |
Сопротивление в водяном контуре котла |
4,50 |
кПа |
1.3. |
Запас по напору |
0,50 |
кПа |
1.4. |
Напор насоса |
5,00 |
кПа |
2. |
Технические характеристики насоса |
|
|
2.1. |
Марка |
Wilo IPL 80/150-1,1/4 |
|
2.2. |
Производительность |
43,6 |
м3/ч |
2.3. |
Напор |
5,82 |
м |
2.4. |
КПД насоса |
76,06 |
% |
2.5. |
Количество |
1,0 |
шт. |
2.6. |
Частота |
1450 |
об/мин |
2.7. |
Мощность электропривода |
1,1 |
кВт |
Устанавливаем по одному насосу для каждого котла марки Wilo IPL 80/150-1,1/4 мощностью 1,1 кВт (общая цена: 1068 EUR), так как другие насосы не удовлетворяют заданным параметрам.
2). Подбор насосного оборудования для СГВ:
1. Подбор сетевых насосов осуществляется аналогично подбору данных насосов для СО и В. На рис. 8 приведена функциональная схема системы горячего водоснабжения.
К3-котлоагрегат №3; ТО-теплообменник СГВ; П-потребитель СГВ; СН-сетевой насос;
ЦН-циркуляционный насос; ПН-подпиточный насос; РН-рециркуляционный насос.
Рис. 8. Функциональная схема системы горячего водоснабжения
Результаты расчёта сетевых насосов представлены в таблице 13.
Таблица 13
Расчёт сетевых насосов СГВ
№ п/п |
Показатель |
Значение |
Единицы измерения |
1. |
Исходные данные |
||
1.1. |
Расход теплоносителя |
23,40 |
м3/ч |
1.2. |
Сопротивление магистрали |
105,00 |
кПа |
1.3. |
Сопротивление на источнике теплоты |
2,94 |
кПа |
1.4. |
Сопротивление абонента СГВ |
145,00 |
кПа |
1.5. |
Суммарные потери давления в контуре |
377,90 |
кПа |
1.6. |
Напор на всасывающем патрубке насоса |
125,00 |
кПа |
1.7. |
Требуемый напор насоса |
502,90 |
кПа |
1.8. |
Запас по напору |
25,20 |
кПа |
1.9. |
Напор насоса |
528,10 |
кПа |
2. |
Технические характеристики насоса |
||
2.1. |
Марка |
Wilo BL 32/210-7,5/2 |
|
2.2. |
Производительность |
23,8 |
м3/ч |
2.3. |
Напор |
54,7 |
м |
Продолжение таблицы 13
№ п/п |
Показатель |
Значение |
Единицы измерения |
2.4. |
КПД насоса |
49,3 |
% |
2.5. |
Количество (с резервным) |
2,0 |
шт. |
2.6. |
Частота |
2900,0 |
об/мин |
2.7. |
Мощность электропривода |
7,5 |
кВт |
Устанавливаем два насоса (основной и резервный) марки Wilo BL 32/210-7,5/2 мощностью 7,5 кВт (общая цена: 2988 EUR), так как они являются более экономичными в сравнении с другими насосами, а при подборе трех насосов по заданным параметрам необходима установка этого же насоса.
2. Подбор подпиточных насосов, также осуществляется аналогично подбору соответствующих насосов для СО и В. Дополнительно для расчёта используются следующие формулы:
- объем воды в системе потребителя ГВ определяется по формуле:
|
(25) |
,
м3
где:
величина
тепловой нагрузки на систему горячего
водоснабжения с учетом перспективы и
транспортных потерь теплоты, Мкал/ч;
удельный
объем воды на разовое наполнение системы
горячего водоснабжения,
м3/(Гкал/ч);
-
сумма объемов воды в трубопроводе и
системе потребителя ГВ дает объем воды
в системе теплоснабжения (
),
м3;
- величина утечки теплоносителя составляет:
,
м3/ч;
(26)
- максимальный расход воды на СГВ определяется по формуле:
|
(27) |
,
м3/чгде: 2,4 – коэффициент часовой неравномерности;
расход
сетевой воды на нужды горячего
водоснабжения, т/ч;
- производительность определяется суммой величины утечки теплоносителя и максимального расхода воды на СГВ, м3/ч.
Результаты расчёта подпиточных насосов представлены в таблице 14.
Таблица 14
Расчёт подпиточных насосов
№ п/п |
Показатель |
Значение |
Единицы измерения |
1. |
Исходные данные |
||
1.1. |
Объём воды в трубопроводе |
65 |
м3 |
1.2. |
Объём воды в СГВ |
98,38 |
м3 |
1.3. |
Объём воды на источнике водоснабжения |
0,015 |
м3 |
1.4. |
Объём воды в системе теплоснабжения |
163,38 |
м3 |
1.5. |
Величина утечки теплоносителя |
12,25 |
м3/ч |
1.6. |
Высота наиболее высокого здания |
12,5 |
м |
1.7. |
Статический напор в системе |
165 |
кПа |
1.8. |
Сопротивление в подпиточной линии (ХВО) |
100 |
кПа |
1.9. |
Требуемый напор насоса |
265 |
кПа |
1.10. |
Запас по напору |
13,25 |
кПа |
1.11. |
Напор насоса |
278,25 |
кПа |
2. |
Технические характеристики насоса |
||
2.1. |
Марка |
Wilo IPL 40/150-3/2 |
|
2.2. |
Производительность |
12,3 |
м3/ч |
2.3. |
Напор |
27,9 |
м |
2.4. |
КПД насоса |
48,72 |
% |
2.5. |
Количество (с резервным) |
2 |
шт. |
2.6. |
Частота |
2900 |
об/мин |
2.7. |
Мощность электропривода |
3 |
кВт |
Устанавливаем два насоса (основной и резервный) марки Wilo IPL 40/150-3/2 мощностью 3 кВт (общая цена: 1936 EUR), так как они являются более экономичными в сравнении с другими насосами. А также выбранные насосы являются менее затратными и более экономичными, в сравнении с установкой трех насосов марки Wilo IPL 32/160-1,1/2 мощностью 1,1 кВт (общая цена: 2136 EUR) для заданных параметров.
По результатам расчётов построен пьезометрический график для сетевого насоса контура СГВ, представленный на рис. 11.
Рис. 11. Пьезометрический график для СГВ
3. Циркуляционный насос служит для подачи требуемого расхода и обеспечения требуемого напора горячей воды у потребителя. Его выбирают по расходу горячей воды и необходимому напору. Расход теплоносителя определяется согласно данным подбора теплообменных аппаратов по греющей среде, м3/ч.
Требуемый напор насоса определяется по формуле:
|
(28) |
,кПагде:
суммарные
потери давления в контуре, складывающиеся
из сопротивления воды в водяном контуре
котла и сопротивления в теплообменнике,
кПа;
запас
по напору, принимается равным 5 % от
,
кПа.
Согласно правилам Госгортехнадзора РФ, в котельной должно быть установлено для контура отопления и вентиляции - как минимум 3 насоса, один из которых резервный, а для контура горячего водоснабжения – 2.
Расчёт циркуляционных насосов представлен в таблице 15.
Таблица 15
Расчёт циркуляционных насосов
№ п/п |
Показатель |
Значение |
Единицы измерения |
1. |
Исходные данные |
||
1.1. |
Расход теплоносителя |
51,36 |
м3/ч |
1.2. |
Сопротивление в водяном контуре котла |
4,5 |
кПа |
1.3. |
Сопротивление в теплообменнике |
4,95 |
кПа |
1.5. |
Суммарные потери давления в контуре |
9,45 |
кПа |
1.8. |
Запас по напору |
0,47 |
кПа |
1.9. |
Напор насоса |
9,92 |
кПа |
2. |
Технические характеристики насоса |
||
Продолжение таблицы 15
№ п/п |
Показатель |
Значение |
Единицы измерения |
2.1. |
Марка |
Wilo BAC 40/136-1,1/2-R |
|
2.2. |
Производительность |
27,6 |
м3/ч |
2.3. |
Напор |
1,15 |
м |
2.4. |
КПД насоса |
- |
% |
2.5. |
Количество (с резервным) |
3 |
шт. |
2.6. |
Частота |
2750 |
об/мин |
2.7. |
Мощность электропривода |
1,1 |
кВт |
Устанавливаем три насоса (2 основных и 1 резервный) марки Wilo BAC 40/136-1,1/2-R мощностью 1,1 кВт (общая цена: 1413 EUR), так как они являются более экономичными в сравнении с другими насосами. А также выбранные насосы являются менее затратными и более экономичными, в сравнении с установкой двух насосов марки Wilo TOP-S 80/10 3~PN 6 мощностью 1,68 кВт (общая цена: 5014 EUR) для заданных параметров.
4. Расчёты по подбору рециркуляционного насоса, необходимого для циркуляции теплоносителя в котловом контуре, представлены в таблице 16.
Сопротивление в водяном контуре котла выбирается, в соответствии с характеристиками котлоагрегата, приведёнными в паспорте оборудования (см. приложении).
Таблица 16
Сводные данные по расчёту рециркуляционного насоса для СГВ
№ п/п |
Показатель |
Значение |
Единицы измерения |
1. |
Исходные данные |
||
1.1. |
Расход теплоносителя |
34,24 |
м3/ч |
Продолжение таблицы 16
№ п/п |
Показатель |
Значение |
Единицы измерения |
1.2. |
Сопротивление в водяном контуре котла |
4,50 |
кПа |
1.3. |
Запас по напору |
0,50 |
кПа |
1.4. |
Напор насоса |
5,00 |
кПа |
2. |
Технические характеристики насоса |
||
2.1. |
Марка |
Wilo IPL 80/150-1,1/4 |
|
2.2. |
Производительность |
34,8 |
м3/ч |
2.3. |
Напор |
5,82 |
м |
2.4. |
КПД насоса |
76,06 |
% |
2.5. |
Количество |
1,0 |
шт. |
2.6. |
Частота |
1450 |
об/мин |
2.7. |
Мощность электропривода |
1,1 |
кВт |
Устанавливаем по одному насосу для каждого котла марки Wilo IPL 80/150-1,1/4 мощностью 1,1 кВт (общая цена: 1068 EUR), так как другие насосы не удовлетворяют заданным параметрам.