2. Расчет тепловой схемы котельной

Краткое описание схемы.

Тепловая схема котельной показывает взаимосвязь теплового оборудования и позволяет последовательно произвести её расчет.

Паровой котел 1 вырабатывает сухой насыщенный пар. Пар направляется в паровую гребенку 2, откуда через редукционные устройства (РУ) поступает к потребителям: на производство 3, на собственные нужды 5 и на теплоснабжение 6. После РУ 6 пар идет на паровой теплообменник 7 (ПСВ), где конденсируется, нагревая сетевую воду; конденсат охлаждается в охладителе конденсата 8 (ОК). Обратная сетевая вода с температурой t₂ из тепловой сети входит в котельную и через грязевик (фильтр) 11 сетевым насосом 10 подается в теплообменники 8 и 7 и направляется в теплосеть с температурой t_1. Конденсат 16 из охладителя конденсата 8 направляется в конденсатный бак 19. Туда же приходит конденсат с производства 15 и из теплообменников собственных нужд 17 (из теплообменников подогрева сырой 27 и химически обработанной воды 31). Из конденсатного бака 18 конденсатным насосом 19 он подается в головку деаэратора питательной воды 32. Потери воды в цикле котельной в виде пара, продувочной и сетевой воды восполняются химически очищенной водой, получаемой за счет обработки исходной сырой воды.

Сырая вода подается насосом 21 через теплообменники 22 и 27 (и частично в барботажный бак 23), где подогревается до 30 – 35 °С и идет на химическую водоподготовительную установку (ВПУ) 28.

Вода непрерывной продувки (н.пр.) проходит дроссельное устройство 25, где ее давление снижается от давления в барабане котла Р_Б до давления Р_Д (около 0,13 МПа). Вода становится перегретой и направляется в расширитель

Рис. 3.1. Принципиальная тепловая схема производственно-отопительной котельной с паровыми котлами

непрерывной продувки (РНП), где часть ее преобразуется в пар (0,15 – 0,18 от расхода продувочной воды), который поступает в деаэратор питательной воды. Оставшаяся в РНП шламовая вода используется для подогрева сырой воды в водоводяном теплообменнике 24 и поступает в барботер 25 (бак нижних точек). Туда же подается и периодическая продувка (п.пр.) с температурой кипения в паровом котле: для ее охлаждения до допустимой для слива в канализацию 26 температуры 50 °С в барботер подается часть сырой воды с температурой 5 °С.

Химически очищенная вода после ВПУ подогревается в теплообменниках 29 и 31 до температуры 60–80 °С, а затем направляется в деаэраторы. В деаэраторах вода подогревается паром до температуры кипения и при ней выдерживается 20–30 минут, причем из воды выходят растворенные газы. Теплообменник 29 устанавливается для охлаждения подпиточной воды и предотвращения ее вскипания на всасе подпиточного насоса 13.

Деаэрированная (обескислороженная) питательная вода поступает к питательному насосу 33 и через обратный клапан 34 и водяной экономайзер (ВЭК) подается в паровой котел 1. Для предотвращения кавитации в питательном насосе деаэратор 32 либо устанавливается на высоте не менее 6 м, либо питательная вода, выходящая из деаэратора, охлаждается в теплообменнике перед питательными насосами, как это делается с подпиточной водой, охлаждаемой в теплообменнике 29.

В тепловой схеме обязательно предусматриваются коммерческие узлы учета (на основе счетчиков, измерительных диафрагм и т.д.), по которым проводят расчеты с другими организациями: расход пара на производство 4; расходы воды сырой 20, подпиточной 14, обратной 12 и прямой 9 сетевой воды. РК 1 и РК 2 – редукционные клапана.

Если расход подпиточной воды менее 5 т/ч, то отдельный деаэратор подпиточной воды не ставится. Его следует убрать из схемы и соединить точки (а и б) и (в и г).

Тепловая схема котельной приводится в записке после расчета потерь сетевой воды. Поясняющие расчетные схемы и графики представляются в соответствующих разделах. При выполнении тепловой схемы следует руководствоваться ГОСТ 21.403-80 «Обозначения условные графические в схемах. Оборудование энергетическое».

Расчет тепловой схемы можно вести в такой последовательности:

рассчитываются производительность котельной, паровой подогреватель 7 и охладитель конденсата ПСВ ОК 8 сетевой воды, конденсатный бак 15, затем теплообменники 23, 24, 25, 27, , теплообменник 29, теплообменник 31 и деаэратор 32 .

Выписать из справочника [11, табл. 1] теплофизических свойств воды и водяного пара на линии насыщения. Она составляется на основании заданных или принимаемых давлений пара: Р_б – идущего из котлов, Р_п – на производство, Р_т – на теплоснабжение, Р_д – на собственные нужды (в основном на деаэрацию).

Характеристики пара и воды на линии насыщения

Давление, МПа	Температура насыщения, t = ts,°С	Удельный объем воды , м3/кг	Удельный объем пара , м3/кг	Энтальпия воды , кДж/кг	Энтальпия пара , кДж/кг	Теплота парообразования r, кДж/кг
Рб =1,4 МПа	195,04	0,0011489	0,14072	830,1	2788,4	1958,3
Рп = 1,15 МПа	186,01	0,0011358	0,170295	789,75	2781,9	1992,15
Рт= 0,6 МПа	158,84	0,0011009	0,31556	670,4	2756,4	2086,0
Рд =0,12 МПа	104,32	0,0010472	1,37366	437,35	2682,98	2239,36

Рис.2 Схема блока сетевых подогревателей

1) Уравнение теплового баланса для пары теплообменных аппаратов для подогрева сетевой воды:

Считаем расход пара на подогрев сетевой воды:

.

i_ок=с_р(t₂+10) =80*4.19=335,2 кДж/кг

2)Из уравнения теплового баланса определяем расход сетевой воды:

.

3) .

4) По найденному суммарному расходу пара предварительно определим число котлов n_к=D_к/D, где D_к и D – паропроизводительность котельной и одного котла.

n_к= Отсюда принимаем ,что у нас 3 котла.

5) Потери воды в теплосети составляют, кг/с:

=0,02*61,37=1,227 кг/с.

< 5 что подпиточную воду берут из деаэратора питательной воды

=> 1 деаэратор.

6) а) потери конденсата на производстве, кг/с,

кг/с;

б) потери конденсата в цикле котельной установки, кг/с,

=0,03*10,164=0,305 кг/с;

где D_п и g – расход пара на производство и доля конденсата, возвращаемого с производства;

в) потери воды из котла с непрерывной продувкой, кг/с,

=0,01*3*10,164=0,304 кг/с .

где – процент непрерывной продувки, принимается от 2 до 5 %

7) Количество пара, получаемого в расширителе непрерывной продувки (РНП), рассчитывается по тепловому балансу, кг/с,

кг/с .

Рис. 3 Принципиальная схема расширителя непрерывной продувки

8) Расход шламовой воды на выходе из расширителя непрерывной продувки, кг/с:

_пр = _пр – _пр =0,304-0,053=0,251 кг/с.

10) Все потери воды должны быть восполнены химически очищенной водой, кг/с:

=2,75+1,227+0,305+0,304=4,586 кг/с.

11)На ВПУ воды подается немного больше, кг/с:

=1,25*4,586=5,733 кг/с.

Поток сырой воды подогревается шламовой водой из РНП

Рис.4 Расчетная схема теплообменника охладителя непрерывной продувки (подогревателя сырой воды)

Находим температуру сырой воды на выходе из охладителя:

°С

12) Расчет парового подогревателя сырой воды.

Рис.5. Расчетная схема парового подогревателя сырой воды

Уравнение теплового баланса:

D_с.в∙(i"_б - i'_д )= G_c.в.∙с_р∙(t"_с.в. – t'_с.в);

Расход пара на этот нагреватель будет равен:

= .

13) Расчет деаэратора подпиточной воды.

Рис. 6 Расчетная схема деаэратора подпиточной воды теплосети

Находим Расход пара на деаэрацию:

.

t_х.о.в= t^s_д - 20= 104,326 – 20 = 84,326 ºС – температура химически очищенной воды после теплообменника.

G_х.о.в1=G_Подп-D_Д1=1,227-0,04=1,184 кг/с

14) Расчет охладителя подпиточной деаэрированной воды.

Рис. 6. Расчетная схема теплообменника – охладителя подпиточной воды для тепловой сети

Уравнение теплового баланса запишется в виде:

Из уравнения теплового баланса найдем температуру подпиточной воды, ºС:

ºС .

15) Расчет подогревателя химически обработанной воды.

Химически очищенную воду перед питательным деаэратором подогревают в теплообменнике 31 (рис.7)

Рис.7. Расчетная схема подогревателя химически очищенной воды

16) G_х.о.в2 = G_х.о.в

17) расход пара на подогрев химически очищенной воды в подогревателе, кг/с:

= кг/с.

18) Расчет конденсатного бака.

Рис.8. Расчетная схема конденсатного бака

Материальный баланс:

=0,5*5,5+0,236+0,453+3,74=7,179 кг/с.

19) Из баланса энергии найдем температуру конденсата на выходе из конденсатного бака, ºС

ºС .

20. Расчет деаэратора питательной воды.

Рис.9. Расчетная схема деаэратора питательной воды

Расход пара, кг/с:

кг/с

21)Уточненный расход пара на собственные нужды, кг/с:

=0,0432+0,475+0,236+0,453=1,2070 кг/с .

22) . Уточненная паропроизводительность котельной, кг/с:

=5,5+3,74+1,2070=10,45 кг/с.

23) Невязка с предварительно принятой паропроизводительностью котельной, %:

= < 3%

Невязка в пределах допустимого значения, а значит, исправление расчётов не требуется.

3. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ

3.1. Выбор котлов

Число паровых котлов определяют из выражения

Значит у нас будет 3 котла .

где D – номинальная паропроизводительность одного котла выбранной марки, кг/с.

3.2. Выбор вспомогательного оборудования

3.2.1. Расчет и выбор теплообменных аппаратов

Считаем, что вертикальные теплообменники применяются в паровых ко-тельных высокой компоновки для подогрева сетевой воды, а горизонтальные – низкой компоновки котельной для подогрева сетевой, сырой, добавочной и химически очищенной воды.

Для расчетов используются уравнения теплового баланса, расходы греющего пара или воды через теплообменники, определяются поверхности нагрева и тип теплообменника (с размерами).

t’₂=(C_p* t_{Т *} t₁ –i_ок* t₁+i”_{б *} t₂ - C_p* t_{Т *} t₂) / i”_б - i_ок = 71,45ºc

;

;

= °С ;

Q₇ =Gc*c_p( ) =61.37*4.19-(105-71.45)=8627.06 кВт;

Площадь поверхности нагрева теплообменника F, м²:

;

Выбираем марку пароводяного теплообменника ПП-1-32-7-II

2) ;

;

= °С;

Q₈ =Gc*c_p( )= 61.37*4.19(71.45-70)=372.85 кВт ;

.

Выбираем марку водоводяного теплообменника: ПВ-Z-04

3) Расчет и выбор охладителя непрерывной продувки (24 теплообменник).

;

;

= °С;

Q₂₉ =G_с.в.*c_p( )= 5,733*4,19*(7,33-5)=55,969кВт _;

.

Выбираем марку водоводянного теплообменника: ПВ –Z-06

4) Расчет и выбор пароводяного подогревателя сырой воды (27теплообменник).

;

;

= °С;

Q₂₇ =G_cв*c_p( )= 5,733*4.19(30-7,33)=544,562 кВт ;

.

Выбираем марку пароводяного теплообменника: «Альфа- Лаваль СВ-76»

5) Расчет и выбор водоводяного охладителя подпиточной воды (29теплообменник).

;

;

= °С;

Q₂₉ =G_подп*c_p( )= 1,227*4,19*(84,326-30)=279,927кВт _;

.

Выбираем марку водоводянного теплообменника: ПВ –Z-10

6) Расчет и выбор парового подогревателя химически очищенной воды (31теплообменник).

;

;

= °С;

Q₃₁ =(G_хов2- G_подп) *c_p( )=3,359*4,19*(84,326-30)=764,595кВт _;

.

Выбираем марку пароводяного теплообменника «Альфа – Лаваль СВ – 76»